Информация по пуску Ariane 5 | BepiColombo

Основная миссия Bepi Colombo

Это первая европейско-японская миссия к Меркурию. И третья миссия в истории, которая совершит близкий к планете пролёт (после американских «Маринер-10» и «Мессенджер»). Состоит она из двух научных аппаратов, европейского MPO (планетарный орбитер) и японского MMO (магнитосферный орбитер). Ещё один аппарат — MTM — является транспортным модулем, его задача состоит в доставке научной части миссии на орбиту. Движение обеспечат ионные двигатели.

Аппараты в полной конфигурации в представлении художника. На переднем плане MTM, далее за ним MPO и MMO

EKA в содружестве с JAXA утвердили программу BepiColombo в 2008 году. Проектная стоимость программы 350 млн евро. Изначально предполагалось, что на орбиту будут доставлены три научных аппарата (один должен был быть спускаемым модулем), а запустят её на более дешёвой РН Союз. Однако после более детальных рассчётов массы аппаратов от третьего модуля пришлось отказаться вовсе, а запуск перенести на тяжёлую РН Ariane 5. Итоговая стоимость программы возросла более чем до полутора миллиардов евро.

Тайны Меркурия

Миссия BepiColombo основана на данных, полученных предшественником аппарата, «Мессенджером»: новый спутник Меркурия не только повторит наблюдения американского «коллеги» (что позволит сравнить состояние планеты за более чем десятилетний период), но и проведёт новые, необходимые учёным для понимания эволюции планет и Солнечной системы в целом.

Пролёты над южным полюсом планеты дадут возможность лучше исследовать тёмные и светлые пятна, обнаруженные там ранее — предполагается, что это водяной лёд, но данных для подтверждения или опровержения данной версии пока что недостаточно.

Орбиты аппаратов. Внутри MPO, снаружи — MMO

Меркурий является единственной твёрдой планетой Солнечной системы с активным магнитным полем помимо Земли. Хотя мощность его в 100 раз меньше мощности земного поля, его наблюдение чрезвычайно важно для понимания магнитных процессов, происходящих на Земле. Интересен и тот факт, что источник магнитного поля Меркурия находится не в центре планеты — он примерно на 20% её радиуса дальше от ядра. Изучением этого параметра планеты займутся оба аппарата миссии, но основным наблюдателем станет именно японский зонд. Тем не менее, возможность одновременно измерять магнитное поле Меркурия с двух разных орбит даст возможность очень детально изучить его взаимодействие с солнечным ветром.

Ещё одна интересная цель для наблюдений — неглубокие пустоты на поверхности планеты. Пока что нам неясно их происхождение, но приблизиться к разгадке помогут инструменты MPO: аппарат сможет провести детальный химический анализ углублений и получить снимки высокого разрешения. В свою очередь это позволит нам понять, какие процессы происходили на орбите Меркурия и его поверхности.

К слову, благодаря тому, что орбита аппарата MPO будет отличаться от орбиты Messenger, настройка камер для съемки и измерения высот будет производиться в ручном режиме. Это значительно снизит погрешность при составлении карты поверхности и высот.

Меркурий является «сдуваемой» планетой: его материал постепенно улетучивается в космос. «Мессенджеру» удалось установить, что с момента формирования планеты толщина её коры — поверхности — сократилась на 7 километров. Процесс начался после того как ядро Меркурия остыло, но нам пока неизвестно, как быстро он происходил. Новые наблюдения (и сравнение данных с более ранними) помогут найти промежуточные ответы и на этот вопрос.

Загадкой пока остаётся и цвет поверхности Меркурия: планета гораздо более тёмная, чем мы предполагали до отправки туда научных миссий. Две гипотезы предполагали занесение углерода на поверхность, одна — через кометы, другая — через метеориты. Но наблюдения «Мессенджера» показали, что, вероятно, когда-то давно поверхность Меркурия состояла из океана кипящей магмы, насыщенной углеродом. Остывая, более тяжёлые элементы магмы оседали в нижних слоях внешней коры. А лёгкий углерод оставался на поверхности, что и обеспечило планете столь тёмный оттенок.

Наблюдения того же «Мессенджера» показали наличие крайне тонкой атмосферы. Она находится под постоянным влиянием солнечного ветра и микрометеороидов, которые заносят в экзосферу планеты такие элементы как натрий, калий, кальций
и магний. На совсем небольшом расстоянии от поверхности она «сталкивается» с открытым космосом. Однако помимо внешних источников воздействия должны были быть и внутренние: когда-то активная геология должна была серьёзно влиять на состав и поведение атмосферы. Именно вопросом настоящего и будущего этой тонкой экзосферы и займётся BepiColombo.

Вблизи Меркурия аппараты будут испытывать воздействие высоких температур. Для защиты от них MPO получил специальный тепловой щит. А MMO испытает новую технологию охлаждения: он будет постоянно вращаться, подставляя Солнцу то один бочок, то другой, распределяя таким образом тепло.

Путь BepiColombo продлится более семи лет: за это время он совершит один пролёт около Земли, два — около Венеры и шесть пролётов мимо Меркурия, прежде чем выйдет на орбиту ближайшей к Солнцу планеты в 2025 году. Учёные ожидают, что обе станции смогут проработать в окрестностях Меркурия как минимум год.

Ракета-носитель Ariane 5 ECA

Ariane 5 — одна из самых надежных ракет: на её счету более 80 успешных пусков подряд. Для ракеты это будет 7й запуск в 2018 году и  101й пуск в истории. Конфигурация Ariane 5 ECA, которая будет запущена в этот раз, — самая мощная версия Ariane 5. Будучи ракетой тяжелого класса, она может выводить на низкую околоземную орбиту до 21 тонны полезной нагрузки, а на геопереходную орбиту — около 10 тонн. Обычно это тяжёлые коммуникационные спутники, но на счету Ariane 5 также успешные запуски таких научных миссий Европейского космического агентства как Розетта, телескопы «Гершель» и «Планк».

Криогенная основная ступень состоит из топливного бака (Ariane 5 использует жидкий водород в качестве горючего и жидкий кислород в качестве окислителя) и ЖРД «Вулкан», который выдаёт 1.340 кН тяги в вакууме. Во время старта «Вулкан» обеспечивает 8% тяги Ariane 5, а остальную тягу вырабатывают два твердотопливных ускорителя. Расположенные по бокам ракеты, они отрабатывают 129 секунд. На высоте около 69 километров ускорители отделяются и падают на Землю, где им дают утонуть в океане примерно в 450 километрах от места пуска. Иногда ускорители могут быть оснащены парашютами, чтобы вернуть их для послеполётного анализа.

Криогенная вторая ступень использует двигатель HM7-B. Общий для разгонных блоков ракет семейства Ariane, он развивает 67 кН тяги в вакууме. Для версии Ariane 5 ECA топливом для второй ступени выступают жидкий водород и кислород.

Таймлайн миссии. От старта до отделения аппаратов меньше 30 минут.

Следующая секция ракеты помещается сверху на криогенную вторую ступень. Это отсек оборудования, который содержит электронику и бортовые компьютеры, управляющие полётом РН от момента старта до выхода в нужную точку орбиты. Все системы в отсеке продублированы, что обеспечивает надёжную работу и успех миссии даже в случае отказа каких-то деталей.