Американският космически кораб "Касини", изстрелян през октомври 1997 г., е предназначен да изследва Сатурн и неговия спътник Титан. Станцията също премина покрай Юпитер, пристигайки при Сатурн на 30 юни 2004 г. и става първият изкуствен спътник на тази планета.

Касини носи на борда си европейската сонда Хюйгенс, която през януари 2005г. трябва да кацне на Титан за първи път - единственият в слънчева системасателит с плътна атмосфера. По време на мисията си Касини ще направи най-малко 76 обиколки около гигантската планета и 45 подхода към Титан.

Cassini е разработен и сглобен в лабораторията за реактивни двигатели на НАСА (JPL). Сондата Хюйгенс е създадена от Европейската космическа агенция. Целият проект струва повече от 3,4 милиарда долара, като 75% от тази сума са отпуснати от САЩ. Трябва да се отбележи, че в момента само НАСА произвежда радиоизотопни електрически генератори, като по този начин е монополист в производството на устройства, предназначени за изследване на далечни планети. Касини трябва да прекара най-малко 4 години в орбитата на Сатурн, като направи 76 обиколки около планетата, включително 45 подхода до Титан, 3 до Енцелад и по едно до Фийби, Хиперион, Диона и Рея.

Възможно е мисията да бъде удължена за по-дълъг период. Преди това Pioneer 11 и Voyagers прелетяха покрай Сатурн. Мисията на Касини включва изучаване на: атмосферата на Сатурн, включително нейната динамика, структура, облаци, ветрове, светкавици, температура и химичен състав; йоносфера и магнитно поле на планетата; пръстените на Сатурн, включително картографиране на химическия състав и размера на частиците на пръстените; взаимодействия на пръстените със спътниците, йоносферата и магнитното поле на Сатурн; химическия състав и структурата на атмосферата на Титан; Повърхността на Титан, включително физическото му състояние (течно/твърдо), химичен състав, топография и геология; други спътници на Сатурн. По-специално се планира да се получат изображения на повърхността на Титан от дъската на Хюйгенс, както и да се състави карта на Титан с помощта на радара Касини. Маршрутът на полета на Касини е изчислен така, че да минимизира разходите за гориво. В резултат на това апаратът премина покрай Венера два пъти (през 1998 и 1999 г.), веднъж покрай Земята, а също и покрай Юпитер. Така мисията на станцията включваше задачи за изследване на Венера и Юпитер (включително съвместни експерименти с Галилей).

Теглото на Касини при изстрелване беше 5710 кг, включително 320-килограмовия Хюйгенс, 336 кг научни инструменти и 3130 кг гориво. Размерите на станцията са 6,7 м височина и 4 м ширина. Магнитометърът е монтиран на 11-метрова мачта; три 10-метрови дистанционни конструкции действат като антени за запис на вълни в плазмата. Устройството съдържа 14 км жици и кабели. Орбиталният модул "Касини" носи 12 научни инструмента, "Хюйгенс" - още 6, което позволява провеждането на 27 различни научни експеримента. Устройството съдържа впечатляващ компютърен хардуер.

Всъщност всеки научен инструмент е оборудван със собствен микрокомпютър, а всички инженерни системи са оборудвани с два (с цел повишаване на надеждността). Основният компютър, произведен от IBM, има памет от две „мегадуми“. Компютърът е предназначен за използване в авиацията и преди това е доказал високата си надеждност в екстремни условияоперация. Компютърната система има многостепенна система за защита срещу грешки и повреди. Съхраняването на научна и официална информация се извършва от специално устройство, което няма движещи се части (предишните устройства използваха магнитна лента). Електричеството се генерира от три радиоизотопни термоелектрически генератора. Касини носи на борда си над 30 кг плутоний-238, който при разпадането си отделя топлина, която се превръща в електричество.

Апаратът е оборудван с два основни реактивни двигателя с мощност 445 нютона (двигателят е дублиран в случай на повреда). Cassini е оборудван и с 16 тласкащи устройства, използвани за стабилизиране на превозното средство и по време на малки орбитални маневри.

Касини е стабилизиран в три равнини благодарение на работата на двигатели, както и на специални дискови устройства (прецизно насочена стабилизация на апарата се постига чрез въртене на дисковете, извършвано от електрически двигатели) и жироскопи. Навигацията се извършва по звездите, координатите на 5000 звезди се съхраняват в компютъра.

Устройството е оборудвано с една основна и две маломощни антени. Основната антена се използва за комуникация със Земята на 8,4 GHz, за получаване на данни от Хюйгенс, а също и като радар. Антената се използва и при провеждане на експерименти за преминаване на радиосигнали (в различни диапазони) през атмосферите на Сатурн и Титан и пръстените, което дава възможност да се определи налягането в атмосферите, размера на частиците на пръстените и др. параметри. Преди Касини да прелети на значително разстояние от Слънцето, 4-метровата чиния на основната антена се използваше за защита на устройството от слънчева радиация. Тъй като антената не беше насочена към Земята, за комуникация бяха използвани две антени с ниска мощност (по принцип една антена с ниска мощност е достатъчна за комуникация със Земята).

Cassini е оборудван с две камери: за прегледни изображения и за изображения с висока разделителна способност на малки площи. Камерите работят не само във видимия диапазон, но и улавят част от инфрачервения и ултравиолетовия спектър. Електронната система на камерата ви позволява да компресирате изображения в движение. Разделителната способност на камерата ви позволява да видите монета с диаметър 1,5 см от разстояние 4 км. Предвижда се получаването на стотици хиляди изображения.

Инфрачервеният спектрометър, инсталиран на Касини, е предназначен да определя температурата и състава на атмосферата или повърхността на обект. По-специално, устройството ви позволява да определите разпределението на температурата и налягането дълбоко в атмосферата, състава на газовете, както и структурата на облаците и парите. Устройството работи в близък и среден диапазон инфрачервено лъчение, неговата чувствителност е 10 пъти по-висока от тази на Voyagers. Друг инфрачервен спектрометър, работещ във видимата и инфрачервената част на спектъра, изпълнява същите задачи, което ви позволява да увеличите количеството данни. В допълнение, допълнителен спектрометър е проектиран да открива сложни органични („пребиотични“) вещества. Ултравиолетовият спектрометър ви позволява да получите подробни изображения в ултравиолетовото, което ще помогне при определяне на структурата на атмосферата, температурата и структурата на аерозолите в атмосферата. Радарът на Касини (с помощта на главната антена) ще му позволи да картографира повърхността на Титан, както и да открива радиоизлъчвания в широк диапазон от честоти (включително честоти, които не са достъпни от Земята).

Освен това станцията разполага с устройство за запис на радиовълни, както и на вълни в плазма. Касини носи инструменти за изследване на магнитни полета, магнитосферата, запис на заредени частици и запис на прахови частици.

Спускаемият модул Huygens е с диаметър 2,7 м. Състои се от две части: защитен модул и спускаем модул. Защитният модул съдържа оборудване за наблюдение на устройството след отделяне от Касини, както и мощен защитен слой, който предотвратява разрушаването на устройството в резултат на нагряване при повторно влизане. При спускане ще се използват три парашута.

Модулът за спускане съдържа научни инструменти, включително: анализатор на структурата и физическите характеристики на атмосферата (същият инструмент ще записва „звуците на Титан“ след кацане), спектрален радиометър (способен да работи като камера и да прави снимки, както и записване на разпределението на температурата в атмосферата и на повърхността), газов хроматограф и масспектрометър за анализ на химичния състав на атмосферата, анализатор на структурата и химичния състав на облачните частици и суспензии, анализатор на физичните характеристики на повърхността. Предвижда се Хюйгенс да кацне на твърдата или течна повърхност на Титан през януари 2005 г. и ще работи няколко десетки минути (краткото време на работа се дължи на разреждането на батериите при изключително ниски температури, както и на агресивността на околната среда).

За космическа мисия, която два пъти беше застрашена, но благодарение на здрав разуми здравият разум на американските служители все още е налице.

15 септември 2017 г. Орбиталната сонда Касини е един от най-великите примери за работа в екип международна групаучени - ще завърши мисията си за изследване на Сатурн и неговата система. Около 15:00 часа московско време сондата ще навлезе в горните слоеве на атмосферата на газовия гигант, ще се разпадне на малки парчета и ще изгори като метеор. Но до самия край Касини ще се опитва да държи антената си насочена към Земята, за да предаде „у дома“ най-новите данни за вътрешния свят на „Властелинът на пръстените“.

За почти 20 години работа в космоса междупланетната станция направи много открития. Благодарение на Касини разбрахме как са се образували пръстените на Сатурн и от какво се състоят (всъщност устройството потвърди хипотезата на американския учен Лари Еспозито, който каза, че пръстените се състоят от ледени парчета от унищожени малки спътници на планетата ), научихме за наличието на атмосферно явление в газовия гигант — необичаен шестоъгълник, научихме за съществуването на гръмотевични бури и полярни вихри; Устройството помогна да се открие на спътника на тази гигантска планета - Енцелад - океан от течна вода, скрит под слой дебел лед, както и да се обясни причината за "двуличността" на друг спътник на Сатун - Япет (един от полукълбата му блести като сняг, другото черно изглежда покрито със сажди).

Без преувеличение ще кажем, че Касини напълно промени нашето разбиране за външния вид на Сатурн и структурата на неговите спътници. За да цитирам Джим Грийн, ръководител на планетарното изследване в НАСА, в традицията на великите изследователи на космоса, това научно превозно средство проправи нова пътека, показвайки ни нови чудеса и къде може да ни отведе любопитството ни в близко бъдеще.

Как започна мисията Касини-Хюйгенс

В края на 70-те и началото на 80-те години на миналия век три космически кораба на НАСА (Пионер 11, Вояджър 1, Вояджър 2) прелетяха покрай Сатурн и предадоха на контролния център на космическата агенция серия от снимки на тази планета и нейните спътници, направени от относително близко разстояние. Учените за първи път успяха да видят пръстените на газов гигант. Оказа се, че те се състоят от стотици хиляди малки парчета с неизвестен произход и много различни диаметри, а някои от пръстените дори са преплетени по някакъв необясним начин! Това, което друго удиви учените, е спътникът на газовия гигант Титан. Той беше значително различен от идеята за него, която преди това съществуваше в умовете на учените. Това беше студен свят, по-голям от Меркурий, с много плътна атмосфера, толкова дебела, че никоя от трите сонди не успя да види повърхността му.

Получените данни само засилиха интереса на астрономите към „Властелинът на пръстените“ и неговите спътници. През 1982 г. е създадена работна група, която включва представители на НАСА и ESF (Европейската научна фондация), за да планира програмата за следващата „флагманска“ мисия след „Вояджърс“. На срещата на групата беше решено съвместно да се построи космически кораб за изследване на Сатурн и неговата система.

Според плана на учените устройството е трябвало да се състои от две части: орбиталната станция Касини (наречена на френския астроном Джовани Касини, който през 1665 г. открива четири спътника на Сатурн: Япет, Диона, Тетис, Рея) и Хюйгенс спускаем апарат (на името на холандския астроном Кристиан Хюйгенс, открил Титан и пръстените на Сатурн), предназначен за кацане на Титан. Стойността на проекта беше оценена на 2,5 милиарда долара, но след това нарасна до почти 3,6 милиарда долара, като НАСА предостави по-голямата част от средствата, около 3 милиарда долара.

Така проектът Касини-Хюйгенс стана един от най-скъпите в историята на НАСА и един от първите, в който участваха не само специалисти от САЩ, но и техните колеги от ESA (Европейската космическа агенция) и ASI (ит. Космическа агенция).

През 1984 г. започва работата по създаването на системата Касини-Хюйгенс, а през 1992 и 1994 г. възникват първите проблеми. Мисията беше застрашена, Конгресът на САЩ не искаше да отдели допълнителни пари за разработването на изследователския апарат. Но първата американска жена астронавт Сали Райд, която имаше огромно влияние по това време, и нейните колеги успяха да убедят конгресмените и средствата влязоха в бюджета на НАСА.

Три години по-късно, през 1997 г., ракетата-носител Titan IVB вече стоеше в космическия център Кейп Канаверал във Флорида, готова да изведе в орбита един от най-големите изследователски апарати, създавани някога от хора.

Дизайн на устройството

Космическият изследовател, чиято мисия е да разкрие величието на Сатурн, произхода, състава на неговите пръстени и естеството на неговите спътници, е устройство с височина 10 метра и тегло около 6 тона по време на изстрелването (половината от теглото беше гориво ). Оборудван е с 18 научни инструмента и камери (12 монтирани на станцията и 6 на спускаемия модул), способни да правят прецизни измервания при всякакви атмосферни условия и да снимат в различни светлинни спектри.

Орбитална станция Касинис помощта на специални филтри той може да „види“ Сатурн и неговите луни на дължини на вълните, които са недостъпни за човешкото око (такива филтри помагат на специалистите да разберат как точно атмосферата на планетата отразява и поглъща определени дължини на вълните на слънчевата светлина). Освен това инструментите на борда на станцията могат да „усещат“ магнитни полета и малки прахови частици, които хората никога не биха усетили.

Връзка.Станцията може да предава данни и да получава информация чрез четириметрова антена с високо усилване (HGA) или, в случая спешен случай, чрез една от двете антени с ниско усилване (LGA). И трите инструмента са разработени от Италианската космическа агенция.

Основната антена (HGA) също се използва като инструмент за обработка на радиосигнали, преминаващи през атмосферата на Титан, Сатурн и пръстените на планетата. Тези сигнали се изследват, за да се определи размерът на частиците на пръстена и атмосферното налягане на газовия гигант.

Двигатели.Станцията разполага с два комплекта реактивни двигатели: два основни за достигане на проектираната траектория и 16 резервни с ниска тяга за ориентация на сондата, малки маневри и корекция на орбитата. Пратеникът на Земята прекарва само 1% от времето по пътя си към Сатурн с работещи двигатели.

Генератори.При създаването на Касини беше решено станцията да не работи на слънчева енергия (поради разстоянието на Сатурн от нашата звезда слънчевите панели са неефективни), а на базата на радиоактивен плутоний-238. За целта са разработени три радиоизотопни термоелектрически генератора, които съдържат 32 kg радиоактивен плутоний. Експертите смятат, че такъв резерв от гориво трябва да е достатъчен до края на мисията за маневри, спиране, навлизане в орбити и осигуряване на енергия за инструменти.

Устройства за пряко и дистанционно наблюдение.Тези инструменти са различни спектрометри и радари, които могат да правят измервания от големи разстояния. Те измерват:

— електрически заряди на частиците;
— плазма и слънчев вятър в магнитосферата на планетата;
— посока, размер и скорост на движение на прашинки, разположени в близост до газовия гигант;
- инфрачервени вълни, излъчвани от космически тела, за да се установи температурата и състава на тези обекти;

— изучаване на молекулите на йоносферата на Сатурн;
— сканирайте повърхността на сателитите на газовия гигант и моделирайте карти на тази повърхност, измервайте височината на планините и каньоните върху нея с помощта на радиосигнали.

Магнитометър.Станцията има специален прът, който може да се изтегля напред с 11 метра. Това е магнитометър. Той е предназначен да измерва магнитното поле около Сатурн и да съставя 3-D карта на магнитосферата на планетата.

компютър.Всички научни инструменти, инсталирани на станцията, са оборудвани със собствени микрокомпютри. Основният компютър, GVSC 1750A, разработен от IBM, е защитен от грешки и откази чрез многостепенна система за защита.

Система за ориентиране.Подобно на древните мореплаватели, космическата сонда се движи по звездите. В памет на сензорите на станцията екипът на НАСА състави звездна карта от пет хиляди звезди. Ориентацията в космоса се извършва по следния начин: всяка секунда сензорите правят най-малко десет широкоъгълни снимки на звездното небе, сравняват ги с карта, съхранена в паметта, и определят местоположението на устройството в космоса. Информацията за движението на станцията се актуализира с честота 100 пъти в секунда.

Спускаем апарат Хюйгенс- идеята на Европейската космическа агенция. Това беше устройство с ширина 2,7 метра и тегло около 320 килограма с дебела защитна обвивка, която го спаси от прегряване по време на спускането към Титан.

Хюйгенс е сглобен от две части: защитен модул и модул за спускане. Защитният модул се състоеше от оборудване, отговорно за отделянето от Касини и топлинен щит, който предотвратяваше прегряване при навлизане в атмосферата на Титан. Модулът за спускане беше оборудван с три парашута, отговорни за спускането, и серия от научни инструменти:

ХАСИ- уред за измерване на атмосферата. Устройството беше оборудвано със специални сензори, които по време на спускането на Хюйгенс измерваха физическите и електрическите свойства на атмосферата на Титан;

DWE— устройство за измерване на скоростта на вятъра на повърхността на спътника на Сатурн;

DISR- устройство за измерване на радиационния баланс (или дисбаланс) на плътната атмосфера на Титан;

GCMS- устройството беше универсален газохимичен анализатор, който идентифицира и измерва химикалите в атмосферата на Титан;

АКТБ— инструментът е предназначен да анализира аерозолни частици, извлечени от атмосферата на Титан;

SSP— набор от сензори, предназначени да определят физически свойстваповърхността на Титан в точката на спускане. Тези сензори определят дали повърхността е твърда или течна.

Пътят към Сатурн

Мисията Касини-Хюйгенс стартира на 15 октомври 1997 г. За да изведат в орбита такова тежко устройство, припомняме, че теглото му беше около 6 тона, специалистите използваха една от най-мощните ракети-носители по това време Titan IVB.

За да се даде на пратеника на Земята необходимата посока на полета и необходимата начална скорост, между ракетата и сондата беше поставена допълнителна горна степен Centaurus.

Вместо директен маршрут до Сатурн (в този случай устройството ще трябва да бъде „напълнено“ с 68 тона допълнително гориво - бреме, с което нито една ракета в света не може да се справи), беше решено да се проправи по-сложен маршрут за станцията: с две гравитационни маневри около Венера през 1998 г. и 1999 г., една близо до Земята през август 1999 г. и друга близо до Юпитер през 2000 г. Всяка маневра дава на Касини допълнително ускорение (поради собственото движение на планетата и гравитационното привличане), което позволява на устройството да достигне Сатурн с почти нулев разход на гориво. Единственият недостатък на този метод на транспортиране е времето; използвайки гравитационната маневра, учените губят средно около четири години, но това е малка цена, предвид важността на мисията.

Касини прекара почти цялото пътуване до Сатурн с изключени инструменти; те се „събудиха“ само когато устройството прелетя близо до планетите или техните спътници, за да заснеме тези обекти. По време на своята гравитационна маневра близо до Юпитер сондата направи около 30 000 снимки на тази планета.

През януари 2004 г. екипът на НАСА постепенно започна да извежда устройството от хибернация, включвайки все повече инструменти. Докато се приближаваше до Сатурн, Касини направи зашеметяващи изображения на планетата. Камерите видяха величествения Сатурн, чиято сянка лежеше равномерно върху пръстените на планетата. Земляните никога не са виждали „Властелинът на пръстените“ такъв.

Касини достигна дестинацията си на 1 юли 2004 г. Устройството се плъзна между два тънки външни пръстена F и G и станцията започна да се забавя, включи се един от основните й двигатели, който работи около 100 минути, изразходвайки само 850 кг гориво. По време на забавянето Касини беше разположен по такъв начин, че основната му антена служи като вид защита за крехките инструменти на апарата от малки прахови частици. Бяха регистрирани около 100 хиляди удара по корпуса на станцията, но за щастие не се стигна до сериозни сблъсъци и оборудването остана неповредено.

Когато двигателят спря, стана ясно, че мечтата на учените се е сбъднала – апаратът се озова в орбитата на Сатурн жив и здрав. Седемгодишното пътуване до газовия гигант приключи и станцията започна да изследва планетата и нейните луни.

Титан и спускането на модула Хюйгенс

Касини не беше първият космически кораб, който посети планетарната система на Сатурн (Pioneer-11 и Voyagers направиха това преди него), но беше първият, който остана там. Ето защо станцията носеше със себе си уникално оборудване - спускаемия модул Хюйгенс. Той трябваше да кацне на най-голямата луна на Сатурн Титан и да проведе редица изследвания.

Първата среща на Касини с Титан се случи в деня след като превозното средство влезе в орбита около Сатурн. Това беше нулево прелитане на разстояние почти 400 000 км от спътника, нещо като „разузнаване на терена“ пред клона на Хюйгенс. Вярно, Касини започна да снима Титан още през май, когато станцията тъкмо наближаваше Властелинът на пръстените. Снимките в инфрачервения диапазон позволиха да се идентифицират някои релефни детайли на сателита, покрит със завеса от плътни облаци. Учените обаче не успяха да разберат какви са светлите и тъмните петна на снимките. Беше невъзможно дори да се различи къде са хълмовете и къде падините.

Друга, този път по-близка среща с гигантския спътник се състоя през октомври, когато Касини завърши първата си обиколка около Сатурн. Това сближаване стана по-ефективно. Устройството се приближи до Титан на разстояние от 1200 км, което е 300 пъти по-близо, отколкото при първото „запознаване“ с обекта. Снимките с висока разделителна способност бяха просто хипнотизиращи. Титан се появи пред учените в цялата си слава. За първи път експертите видяха какво има под булото на плътната му атмосфера. На снимката се виждаха релефни детайли, петна с размерите на континент, напомнящи повърхността на морето със заливи и острови. Този регион е наречен Xanadu, неговият произход и география все още остават загадка.

Именно в тази зона с труден терен трябваше да кацне Хюйгенс. За да приземи модула, Касини отново трябваше да се приближи до Титан, този път на разстояние малко над 2000 километра. На 25 декември Хюйгенс беше „изстрелян“ от Касини, а на 15 януари „кацна“ на повърхността на най-големия спътник на Сатурн.

Спускаемият модул стана първият изкуствен обект, който направи меко кацане във външната част на Слънчевата система.
По време на спускането, което отне 21 дни, теренът започна да се разпознава едва на височина от 74 км и когато бяха получени първите изображения, направени от модула в часа на кацане, учените бяха много изненадани. Например, на снимката те откриха тъмни дренажни канали, което показва, че в тях някога са се вливали реки от метан. Установено е, че Титан има големи морета, макар и само на полюсите.

Модулът също успя да запише звуците на вятъра на Титан, благодарение на микрофон, инсталиран на борда.

Общо Хюйгенс предава повече от 500 мегабайта информация на Касини; за съжаление повечето от данните са загубени поради повреда в компютърната система.

Модулът работи на повърхността на Титан 72 минути 13 секунди - толкова дълго Касини получаваше сигнали от Хюйгенс, след което орбиталната станция изчезна зад хоризонта и сигналите спряха да идват.

Енцелад

По време на мисията си Касини успя да проучи шестата по големина луна на Сатурн, Енцелад, която привлече вниманието на учените заради удивителните гейзери, чиито изхвърлени вещества станаха основният материал за пръстена E на Сатурн. Тези струи се появяват от т.нар криовулкани, изпускащи вода и летливи вещества вместо лава. Касини е идентифицирал повече от 100 от тези гейзери, които отделят 200 кг вода в космоса всяка секунда. Част от него се утаява на повърхността на Енцелад под формата на сняг, а част се „влива“ в пръстена Е. Тези гейзери показват, че Енцелад е геологично активен свят, нагрят отвътре. Тъй като нагряването става на дълбочина и на повърхността има лед, това означава, че сателитът трябва да има водни отлагания, които могат да бъдат разположени в подземния океан и да имат дълбочина от няколко десетки километра.

Наличието на океан от вода под повърхността може да означава, че Енцелад има всичко необходимо, за да започне живот.

Други открития на Касини

През 2010 г. ръководството на НАСА обяви, че въпреки факта, че експлоатационният живот на устройството е почти изтекъл, той ще продължи да работи в орбитата на Сатурн още седем години, до 2017 г. През това време станцията направи много открития.

1. Касини събра много полезни данни за Титан.Той определи местоположението на въглеводородни находища, установи, че времето на Титан е временно и че по-голямата част от повърхността му се състои от замръзнала вода. Касини помогна на учените да разберат, че Титан е много интересен свят за изследване с тънка атмосфера, отлагания на течен метан и, вероятно, наличието на течна вода.

2. За другите луни на Сатурн Диона и РеяАвтоматичната станция откри тектонични образувания - скали и ледени хребети. Касини също откри на тези два спътника разредена атмосфера, състояща се от въглероден диоксид и кислород.

3. Междупланетната станция помогна на учените да обяснят "двуликия" ефект на Япет- третият по големина спътник на Сатурн и откри на повърхността му необичайна планинска верига с височина повече от 13 км и ширина 20 км, обграждаща спътника на почти 1300 км.

Този спътник преследва астрономите дълго време. Учените се опитаха да разберат причините, поради които единият полюс на Япет е черен, а другият бял. Касини повдигна завесата на тайната. Оказа се, че такива разлики в цвета се дължат на прах. Метеоритите, които попадат на повърхността на далечните спътници на Сатурн, го „избиват“ оттам и той се установява на водещото полукълбо на Япет, тоест на полукълбото, с което се движи напред в своята орбита. Покритите с прах зони се нагряват повече от съседните региони и ледът от тях се изпарява и кондензира там, където повърхностната температура е по-ниска: от задната страна и в циркумполярните региони.

Големият финал на Касини

Екипът на НАСА е подготвил много вълнуващ завършек на мисията Касини. След 20 години работа устройството ще изгори в атмосферата на Сатурн. Това ще се случи според учените на 15 септември 2017 г. Този край е избран умишлено от експерти. Факт е, че когато Касини изчерпи цялото си гориво, орбитата му ще става все по-малко предвидима, което означава, че ще има риск сондата да се сблъска с един от двата спътника на гиганта - Енцелад или Титан, и да доведе живи хора върху тях организми. И както знаем, тези два обекта са много активни геоложки светове, които могат да имат всички необходими условия за развитието на земния живот.

На 26 април 2017 г. междупланетната станция започна да извършва поредица от 22 обиколки между Сатурн и неговите пръстени, като постепенно се приближава до горната атмосфера на газовия гигант. В часа на последното си прелитане корабът ще се потопи в Сатурн, опитвайки се да задържи антената си насочена към Земята, докато предава последното си съобщение. Тогава пътуването ще приключи и Касини ще стане част от газовия гигант: станцията ще се разпадне на отломки и ще изгори.

Към момента на писане на тази статия Касини е изминал общо 7,9 милиарда километра и е успял да предаде 635 гигабайта данни.

Намерихте грешка? Моля, изберете част от текста и щракнете Ctrl+Enter.

През последните 13 години космическият кораб Касини тихомълком променя нашето разбиране за слънчевата система. Мисията "Касини", съвместен проект на стойност 3,62 милиарда долара между НАСА и Европейската космическа агенция, трябваше да изследва газовия гигант Сатурн и многото му луни. Но утре тази мисия ще стигне до своя буквално изгарящ край. В петък, в 7:55 източно време, Земята ще спре да получава данни от Касини, тъй като апаратът ще падне в атмосферата на Сатурн със скоростта на метеор и ще бъде целенасочено унищожен. Астрономите се подготвят за този момент от много години.

Всички инструменти на космическия кораб все още работят перфектно, но дългата мисия е изразходвала почти цялото гориво, необходимо за коригиране на орбиталния път на сондата около Сатурн. Но вместо просто да остави кораба да излезе извън контрол и евентуално да се разбие някъде другаде, екипът за контрол на мисията програмира компютъра на сондата да влезе в атмосферата на Сатурн, за да защити луните на планетата и всички възможни форми на живот върху тях.

Въпреки всички достойнства на този космически кораб, Касини, така да се каже, винаги е бил аутсайдер. Нейната мисия не беше толкова блестяща, колкото мисията New Horizons, която прелетя покрай Плутон, или всяка друга мисия, свързана с Марс, където американската агенция е изпратила повече от един спускаем апарат и марсоход през последните няколко десетилетия. Теми, свързани с мисия близо до Сатурн, рядко са били главни новини. Въпреки това, липсата на шум по никакъв начин не намалява научното значение на откритията, направени от Касини.

Като оставим настрана формалностите, това започна на 15 октомври 1997 г., когато Касини беше изстрелян в околоземна орбита на борда на ракетата носител Titan IVB/Centaur. Изстрелването беше съвместно - ракетата носител изведе в орбита и сондата "Хюйгенс", построена от Европейската космическа агенция. Това устройство е проектирано да кацне на най-голямата луна на Сатурн Титан, откъдето може да предава научни данни на изследователи на Земята.

Изстрелването не мина без инциденти. Имаше хора, които протестираха срещу изстрелването на Касини поради опасения от замърсяване от плутониевото гориво, с което работи космическият кораб. Преди изстрелването на Касини физикът Мичио Каку каза, че ако изстрелването е неуспешно и ракетата експлодира, радиоактивен материал ще се изсипе върху хората в близост до стартовия комплекс. НАСА и правителствените агенции побързаха да уверят всички, че подобна ситуация е просто невъзможна. За щастие стартирането всъщност премина без никакви проблеми в крайна сметка.

Два космически кораба пристигнаха на Сатурн 7 години след изстрелването им от стартовия комплекс в Кейп Канаверал. Хюйгенс кацна на Титан на 14 януари 2005 г. Оттогава Касини е направил много обиколки около планетата и нейните луни. Благодарение на него получихме възможността да хвърлим нов поглед върху тази система и да разберем характеристиките на пръстените на планетата.

Сателити

От огромния Титан до малката луна Дафнис, наблюденията на Касини разкриха много за луните на тази планета с гигантски пръстени. Сатурн и неговите луни могат буквално да се считат за миниатюрна слънчева система.

Тиган (подобно на кнедли)

Пет от най-интересните открития на Касини

Трудно е да се изброят всички приноси на Касини към планетарната наука по време на неговата 13-годишна мисия, но не е трудно да се разбере колко много означава мисията за учените на Земята. По-долу са само някои от най-важните открития, направени от тази сонда по време на повече от десет години работа.

Касини не само забеляза, но и прелетя през струите течна вода, изстреляна в космоса от подземния океан на Енцелад. Откритието се оказа изненадващо. Океанът на Луната може да има подходящия химически състав за живот, което го прави една от най-желаните цели за търсене на извънземен живот във вътрешната част на Слънчевата система.

Наблюдавайки Титан, успяхме да научим повече за себе си. Изследването на една от най-големите луни на Сатурн разкри сложен свят от езера от течен метан и дюни от въглеводороди. За нетренирания наблюдател Титан може да изглежда подобен на Земята, но очевидно е извънземна планета, предоставяща идеален пример за разнообразие между планетарните тела.

Докато Касини не беше изпратен до Сатурн през 1997 г., учените знаеха само за съществуването на 18 луни, обикалящи около пръстеновидния гигант. Докато космическият кораб се движеше към тази планета в продължение на седем години, изследователите откриха още 13 сателита. Днес обаче, благодарение на Касини, успяхме да разберем, че Сатурн е „баща” на цели 53 спътника.

По време на своята работа Касини успя да получи наистина впечатляващи изображения на Сатурн, но може би най-впечатляващите и в същото време уникални снимки са снимките на полюсите на планетата. Успяхме да видим в детайли шестоъгълния поток от атмосферни течения, заобикалящи мощна буря, бушуваща на северния полюс на Сатурн. Според НАСА площта на този ураган е 50 пъти по-голяма от площта на средния ураган на Земята.

Преди кулминацията на мисията Касини се позиционира между пръстените на планетата и самия Сатурн. И както се оказва, тук е невероятно спокойно. Вместо очакваните прахови вихри да се втурват между планетата и пръстените, Касини откри напълно празно пространство като част от последните си орбитални полети.

Мисия, която ще липсва

Въпреки че, както беше отбелязано по-горе, мисията на Касини не беше толкова ярка като тази на Марс, тя се оказа много полезна за съвременната астрономия. Всеки месец сондата изпращаше на Земята наистина уникални, невиждани досега изображения и нови научни данни. Много амбициозни астрономи са изградили кариерата си въз основа на тези данни.

Завършването на мисията ще бъде истинска загуба за научната и псевдонаучната общност. Особено предвид факта, че освен сондата, която ще изследва луната на Юпитер Европа, НАСА и други космически агенции нямат планове, поне във видимото бъдеще, да продължат да изучават хоризонтите на далечни светове от Слънчевата система като Сатурн, Нептун и Уран.

Мисията Касини-Хюйгенс е важен крайъгълен камък в историята на изследването на космоса, по време на който орбиталната станция Касини стана първият изкуствен спътник на Сатурн, а спускаемият модул Хюйгенс направи първото меко кацане във Външната Слънчева система на повърхността на Титан.

За да разберете тайните на "опръстенената" планета

За тази сензационна космическа мисия докторът на физико-математическите науки Л. Ксанфомалити пише следното: „Постиженията на съвременните технологии са невероятни. Космическият кораб "Касини-Хюйгенс", изстрелян през 1997 г., безопасно измина 4 милиарда километра и пристигна на местоназначението на своето пътуване. По пътя той прави цветни снимки на повърхността на Сатурн, неговия най-отдалечен спътник Фийби и пръстените на гигантската планета. И когато изследователският апарат Хюйгенс, отделен от Касини, кацна на повърхността на Титан, най-голямата луна в Слънчевата система, хората на Земята чуха шумоленето на вятъра в атмосферата на далечна планета, видяха планини, равнини и реки на нейната повърхност ...”

Първите изследвания на далечния мистериозен Сатурн бяха започнати от американската междупланетна станция Pioneer 11 и продължени от известните Voyagers. В резултат на това учените получиха много ценна информация за Сатурн, неговите пръстени и спътници, но така и не успяха да видят повърхността на тази мистериозна планета. Възникна предложение за стартиране на нов проект, който да запълни празнините в знанията за Сатурн и неговото семейство.

Мисията Cassini-Huygens беше въплъщение на този проект, включващ НАСА, ESA (Европейската космическа агенция) и Италианската космическа агенция (ASI). Основните финансови разходи (2,6 милиарда долара) бяха поети от американците, ESA отпусна 500 милиона, а Италианската космическа агенция - 160. Учени от НАСА създадоха станцията Касини, Европейската космическа агенция - сондата Хюйгенс, а италиански инженери проектираха дългия дистанционна антена за комуникация и радарен висотомер (РАДАР). Заслужава да се отбележи, че като цяло учени и инженери от 17 страни са участвали в създаването на Касини и Хюйгенс.

Станция Касини е кръстена на френския учен от 17-ти век Джовани Касини, който през 1675 г. открива, че пръстенът на Сатурн е изграден от много концентрични пръстени. Сондата Хюйгенс е кръстена на холандския учен от 17-ти век Кристиан Хюйгенс, който пръв вижда Титан през 1655 г., а през 1656 г. открива пръстените на Сатурн.

Нови спътници, масивни бури и други открития

На 15 октомври 1997 г. Касини беше изстрелян с Хюйгенс, прикрепен към станцията. Апаратът беше изстрелян в космоса с помощта на специална ракета-носител Титан-4 В и допълнителен разгонващ блок Кентавър. Първоначално Касини се насочи към Венера; за нейното ускорение устройството използва гравитационните полета на три планети в продължение на две години. Преди да пристигне в Сатурн, всичките му системи бяха в така наречения режим на заспиване; едва през зимата на 2000 г. Касини се активира и започна да радва учените с уникални данни от дълбините на Слънчевата система.

На 30 декември 2000 г. апаратът извърши маневра в гравитационното поле на Юпитер, след което се приближи до планетата гигант на минимално разстояние. Касини направи много цветни изображения на Юпитер и извърши редица научни измервания. Преди да се доближи най-близо до Сатурн на 11 юни 2004 г., Касини премина покрай своя спътник Феб и уникални изображения на космическото тяло бяха предадени на Земята. Оказа се, че този спътник с размер около 200 км има неправилна форма и много прилича на астероид. Беше възможно да се установи, че спътникът се състои главно от лед и е по-близък по структура до комети, отколкото до астероиди. Учените приветстваха с ентусиазъм тези първи резултати от мисията, но ги очакваха още по-сензационни данни.

Най-важният етап от мисията беше влизането на апарата в орбитата на Сатурн, извършено на 1 юли 2004 г. с помощта на специална спирачна маневра. Касини дори успя да премине между два пръстена (F и G), макар и без да избегне няколко сблъсъка. За щастие устройството не загуби своята функционалност и успешно се приближи максимално близо до Сатурн и стана негов спътник. През следващите четири години той прави 74 оборота, изследвайки повърхността на Сатурн и неговите луни.

През 2004 г., докато изучаваха изображения от Касини, учените откриха три нови луни на Сатурн. Разбира се, те са били малки по размер; На 1 май 2005 г. сателит на име Дафнис е открит в пролуката Кийлър. Подобно на луната Пан, нейната орбита лежеше в рамките на пръстените. Касини също откри луните Anfa, Aegeon и S/2009 S 1.

По време на мисията беше извършено подробно изследване на повърхността на Сатурн и неговите многобройни спътници: Мимас, Рея, Феб, Титан, Тетис, Диона и Хиперион, както и Епиметей. С помощта на Касини учените успяха да разгледат в детайли системата от пръстени на Сатурн и да научат много за природата на неговите спътници. Изображенията, направени на 5 септември 2005 г., показват "спици" в пръстените, открити за първи път от астрономите през 1977 г. По-късно, през 80-те години, тяхното присъствие е потвърдено от Вояджъри. Досега учените озадачават механизма на образуване на тези „спици“.

С помощта на Касини беше възможно да се открие горещ шлейф на Енцелад и наличието на воден лед на този спътник. Откриването на признаци за съществуването на воден океан в дълбините на Енцелад направи възможно търсенето на живот на малките луни на гигантските планети. Касини също помогна за разрешаването на мистерията на двуликата природа на Япет, която тревожеше учените дълго време. Оказа се, че цялата работа е в тъмния прах, който покрива предната част на луната по време на орбиталната траектория на Япет. Тъмната зона абсорбира енергия и се затопля, докато незамърсената зона остава хладна. Поради дългия период на въртене на Япет възникна съответният визуален ефект на двулицевия спътник.

На 15 април 2008 г. НАСА обяви удължаване на мисията до юли 2010 г. Новата фаза на мисията включваше 60 допълнителни прелитания около Сатурн, 26 подхода до Титан, 7 до Ензлад и по едно до Диона, Рея и Хелена. Касини трябваше да продължи да изучава Сатурн, неговите пръстени и магнитосфера. На 3 февруари 2010 г. беше обявено още едно удължаване на мисията до септември 2017 г. Вторият нов етап от мисията включва 155 допълнителни орбити около Сатурн, 54 подхода до Титан и 11 до Енцелад, към които учените са много заинтересовани.

И отново вали на Титан...

Е, сега е време да си спомним за Хюйгенс, защото не напразно Касини „носи“ тази сонда толкова дълго време. В средата на декември 2004 г. Хюйгенс успешно се отдели от орбиталния апарат и започна своето самостоятелно пътуване. На 14 януари 2005 г. той започва спускането си на повърхността на Титан. Разбира се, беше трудно да си представим как ще протече кацането му, така че ръководството на проекта Хюйгенс каза, че основната задача на устройството е да изучава атмосферата на спътника, но що се отнася до неговото „закрепване“, това зависи от вашите късмет.

Всичко обаче мина изключително добре, три отворени парашута забавиха скоростта на спускане на апарата, което продължи 2 часа и 28 минути до 4,5 м/сек в момента, в който докосна повърхността на Титан. По време на спускането са измерени атмосферните параметри и е заснета повърхността на спътника на Сатурн. На височина от 25 км повърхността беше почти невидима, скрита от метанова мъгла. На височина 19 км мъглата изчезна, но се появиха доста плътни облаци. Но под 18 км видимостта стана доста прилична.

Струва си да припомним, че Хюйгенс стана първата земна сонда, която кацна на спътник на една от планетите, без да броим Луната, а също и първият апарат, който се спусна на повърхността небесно тялов периферията на слънчевата система. В продължение на 3 часа и 44 минути Хюйгенс предава информация на Земята. Сондата направи близо 350 снимки на Титан и неговата атмосфера, записа звуците на бушуващи ветрове на мястото на кацане и дори проби в почвата с малка сонда. Както се очакваше, температурата на повърхността на Титан се оказа минус 179 градуса по Целзий, поради което сондата, разбира се, не можеше да работи дълго, но блестящо изпълни задачата си. Изображението на повърхността на Титан, предадено от Хюйгенс, е донякъде подобно на скалистата пустиня на Марс.

На Титан имаше езера с размери от един до десетки километра в диаметър, пълни с течни въглеводороди. На 13 март 2007 г. ръководството на мисията направи сензационно изявление за откриването на истински морета в северното полукълбо на Титан, едно от които е дори по-голямо от нашето Каспийско море. Много учени казват, че пейзажът на Титан прилича на този на Земята - планини, езера, морета... Данните, получени от Касини и Хюйгенс, предполагат, че вътре в Титан има скално или желязно ядро, а мантията му се състои от слой лед с дебелина няколкостотин километра .

Радарните данни, разбира се, не ни позволяват да установим какви въглеводороди пълнят езерата и моретата на Титан; учените предполагат, че това може да са метан и етан, а също така допускат известно количество течен азот. Редица снимки показват разклонени канали, вливащи се в местни езера и морета; възможно е през тях да текат реки или временни потоци.

Интересното е, че освен Титан и Слънчевата система, нито един спътник няма атмосфера. Защо Титан го има?

Титан се смяташе за обещаващ за откриване на живот; Според учените неговата плътна атмосфера може да създаде парников ефект и температура на повърхността, доста приемлива за живите организми. Добавете към това наличието на метан и други органични компоненти и ще разберете засиления интерес към този спътник от страна на онези, които са заети да търсят живот във Вселената.

Както и на Земята, основният компонент на атмосферата на Титан е молекулярен азот (около 85%), останалите 15% са представени от аргон, метан и по-малки компоненти. За учените трикратният излишък, в сравнение със Земята, на изотопа азот-15 в атмосферата на Титан спрямо азот-14 остава загадка.

Няма съмнение, че мисията на Касини-Хюйгенс е била пълен успех. Беше потвърдено предположението на учените, че Титан е подобен на Земята, какъвто е бил преди началото на живота на него, преди 4 милиарда години. Така, изучавайки Титан, учените ще могат да надникнат в далечното минало на нашата планета, може да се каже, да направят нещо като пътуване с машина на времето.

Космическият кораб Касини, който беше изпратен до Сатурн през 1997 г., използва много малко гориво. Въпреки това НАСА планира да го унищожи, за да избегне случаен сблъсък с една от луните на Сатурн и замърсяването му, тъй като това може да засегне извънземния живот, ако такъв съществува, разбира се. Но преди Касини да бъде унищожен, той ще продължи да лети между Сатурн и неговите пръстени и ще записва възможно най-много нови данни.

Колко дълга е мисията за изследване на Сатурн?

Изследователите работят за проектиране, изграждане, стартиране и управление на мисия за изследване на Сатурн през последните три десетилетия.

Космическият кораб Касини с ядрен двигател беше изстрелян през октомври 1997 г., но не влезе в орбита около газовия гигант до юли 2004 г. и оттогава събира данни за самата планета и нейните луни. Но всички хубави неща рано или късно свършват. А за космическата сонда на НАСА за 3,26 милиарда долара този ден ще бъде 15 септември 2017 г.

Какво е причинило необходимостта от унищожаване на устройството?

По време на пресконференция, проведена в американската космическа агенция на 4 април, изследователите обясниха защо искат да унищожат своя космически кораб и как планират да изпълнят план, наречен Големият финал. За да унищожат Касини, изследователите на НАСА ще използват останалите резерви от гориво в него и ще го изпратят на курс на сблъсък със Сатурн.

„Откритията на Касини накараха учените да решат да го унищожат“, каза Ърл Мейз, инженер от Лабораторията за реактивни двигатели на НАСА, който ръководи мисията.

Мейз имаше предвид океана от топла солена вода, открит от апарата. Този океан се крие под ледената кора на Енцелад, голяма луна на Сатурн, и неговите пари се изпращат в космоса. Сонда на НАСА прелетя през този облак от пара и лед през октомври 2015 г., анализира материала и индиректно проучи състава на подповърхностния океан. Оказа се, че той е способен да поддържа извънземен живот.

„Не можем да позволим корабът да се сблъска по невнимание с този девствен обект“, каза Мейз. - Касини трябва да остане на безопасно разстояние. И тъй като бихме искали да го изпратим до Сатурн, единственият избор е сами да унищожим сондата, контролирайки този процес. Но Мейз и изследователи от 19 държави няма да позволят сондата им да падне без бой. Те планират да получат последните байтове данни, които роботът може да събере, преди Касини да срещне своя край на Сатурн.

Целта на космическия кораб

Много преди Касини да влезе в орбитата на Сатурн през 2004 г., учени от мисията анализираха траекторията му, така че превозното средство да може да се движи свободно и безопасно покрай гигантската газова планета, нейните луни и ледени пръстени. Тяхната цел е да получат възможно най-много нови изображения, данни за гравитацията и магнитни показания, без да излагат кораба на опасност или да използват твърде много от ограниченото си ракетно гориво.

Недостиг на гориво

Но след 13 години работа на разстояние почти 1,45 милиарда километра от Земята резервоарът за гориво на Касини беше почти празен. Това означава, че мисията е към своя край, но след като горивото свърши, способността на учените да контролират превозното средство ще бъде много ограничена. Това заяви Джим Грийн, ръководител на програмата за планетарни науки на НАСА, по време на пресконференция.

НАСА може да изпрати Касини на друга планета, може би Уран или Нептун. През 2010 г. обаче ръководителите на мисията решиха да го задържат в орбита около Сатурн, защото вярваха, че това ще направи мисията по-ефективна от научна гледна точка. Но това на практика обрича космическия кораб на огнена смърт.

Как учените планират да унищожат устройството

Мисията ще започне официално на 22 април 2017 г. Именно тогава апаратът ще прелети за последен път близо до Титан – ледения спътник на Сатурн, който има по-плътна атмосфера от нашата планета, морета от течен метан и дори дъжд.

Гравитацията на Титан ще действа като прашка за Касини. Апаратът ще лети над Сатурн (неговата атмосфера) и на 26 април ще премине през тясното пространство между планетата и вътрешния ръб на нейните пръстени.

Тази маневра ще бъде „прощалната целувка“ на устройството, тъй като учените няма да го върнат обратно в орбитата на планетата.

Последни данни

Пространството между Сатурн и неговите пръстени е широко малко под 2 хиляди километра. „След като се приближи толкова близо до планетата, ще даде на учените по-добър изглед на нейните полюси от всякога“, каза Линда Спилкър, учен от проекта Касини и планетарен учен на НАСА. На северния и южния полюс на Сатурн ще могат да се видят гигантски урагани.

По време на последния си полет над Сатурн Касини ще може да се доближи много до северния полюс на планетата, който остава слабо разбран. Този полюс има шестоъгълна форма и може би, приближавайки се до него, учените ще могат да разберат какво допринася за ясните му параметри.

Касини също ще направи снимки на сиянието на полюсите на Сатурн, ще определи от какъв материал са направени масивните пръстени на планетата и дори ще проучи какво се крие под нейните облаци.

Чувствителни магнитни и гравитационни измервания, които Касини не можеше да направи преди от орбитата на планетата, ще помогнат да се отговори на въпроси относно вътрешната структура на Сатурн, включително колко голямо е скалистото му ядро ​​и колко бързо се върти обвивката от метален водород около него.

„Колко бързо се върти Сатурн? - пита Спилкер. „Ако наклонът към магнитното поле е малък, това ще ни помогне да изчислим продължителността на неговия ден.“ Няколко часа преди последното си гмуркане на 15 септември 2017 г. устройството ще изпрати последната партида изображения на Земята и след това ще бъде готово за унищожаване.

Сбогом на Касини

Cassini е 2,78-тонен робот, оборудван с деликатни инструменти, които не са предназначени да орат през ледения материал на пръстените на Сатурн при скорости над 112 000 километра в час. Освен това той не е предназначен да се потопи в атмосферата на газов гигант и да продължи да работи, изпращайки данни на учените.

Въпреки това учените, ръководещи мисията, казват, че ще направят всичко възможно, за да защитят инструментите от повреда и да запазят данните до последните моменти от работата на кораба. На първо място, те ще направят това с основната конусовидна антена, използвайки я като екран за камерата и други важни части на устройството. Но дори ако устройството загуби контакт със Земята, то пак ще падне там, където са планирали учените. Единствената разлика е, че няма да могат да получат нови данни, както планират в момента.

Големия финал

Докато Касини започва последното си задвижване, той ще използва последното си гориво, за да се бори с атмосферното съпротивление и да държи антената си насочена към Земята. През това време той ще изучава атмосферата на Сатурн, излъчвайки показания за състава на газовете в реално време на Земята. Но измерванията изобщо няма да продължат дълго. Устройството ще започне да се разпада, изпарява и в крайна сметка ще стане част от планетата, заради която напусна Земята преди 20 години, за да я изследва. Докато членовете на екипажа на Касини казват, че очакват с нетърпение Големия финал, те все още не могат да помогнат, но изпитват чувство на съжаление.

„Наистина ще бъде трудно да се сбогуваме с този малък космически кораб, който успя да направи толкова много за науката“, каза Спилкър. — Заедно сме от доста време.