Как и зачем Хаябуса-2 сделает на астероиде кратер

В феврале 2019 японский зонд Хаябуса-2 впервые взял пробы грунта с поверхности астероида Рюгу. Но команду миссии интересуют и подповерхностные породы. Зарыться в прошлое астероида поможет устройство SCI. Разберёмся, что это такое, и как на Рюгу планируют сделать кратер.

Как сделать кратер на объекте в 315 млн км от Земли

Ещё много лет назад, на заре проекта, инженеры думали над интересной идеей: отправить два аппарата, и один из них разбить об астероид. Конечно, денег еле хватало на один, да и такой сценарий был со своими проблемами (например, отсеивать потом обломки аппарата из образцов), поэтому они быстро переключились на более практичные варианты. Так получился SCI — Small Carry-on Impactor, который увеличит количество кратеров Рюгу на 1 шт.

SCI установлен снизу Хаябусы-2. Условно в нём выделяют три составляющих: интерфейс с Хаябусой-2 (кабели питания, механизм разделения), всякая электрика (аккумулятор, таймер, цепь зажигания) и, собственно, контейнер с зарядом и импактором. Принцип работы звучит достаточно просто: устройство отделяется от Хаябусы-2, детонирует заряд, и импактор выстреливает в астероид.

SCI (Credit: JAXA)

Но, конечно, есть и свои сложности. Чтобы детонировать заряд, SCI должен точно знать, что отделился и отлетел от Хаябусы-2. Не хотелось бы подорвать сам зонд! Для этого на верхней стороне SCI стоят две солнечные батареи, по работе которых он узнает, что успешно покинул родительский аппарат.

Ещё у SCI нет никакого инструмента для определения высоты над астероидом. Поэтому детонация заряда определяется таймером. Перед отделением с Хаябусы-2 в него запишут нужное значение, и после отделения начнётся отсчёт. Когда счётчик дойдёт до нуля, цепь зажигания замкнётся и заряд будет детонирован. По плану это произойдёт через 40 минут после отделения, на высоте около 200 м над астероидом. Бум.

«Взрывная» составляющая SCI представляет собой конусообразный контейнер из нержавеющей стали. Он заполнен взрывчаткой — октогеном, — общей массой чуть меньше 5 кг. Снизу контейнер закрыт выпуклой пластиной из меди массой 2.5 кг. Она и выступит в качестве снаряда — взрывная волна искривит пластину до шарообразной формы. Разогнавшись до 2 км/с за доли секунды, получившаяся «пуля» врежется в астероид.

Кадр из видео с испытаний 2011 года. Аналогичным образом медная пластина SCI деформируется до шарообразной формы (Credit: JAXA)

Точно предсказать, каким получится кратер, нельзя. Всё зависит от того, куда попадёт импактор и какими окажутся породы в этом месте. Инженеры миссии провели ряд испытаний, моделируя разные условия; в зависимости от того, с чем столкнётся импактор, диаметр кратера может быть от 1 до 10 метров.

Кратер планируется сделать в 800 м от места, где была взята первая проба грунта. SCI будет целиться в участок, который назвали S01. Достаточно ровный, без валунов, он подходит для взятия проб грунта, и новоиспечённый кратер тут будет проще найти. Кроме того, геологически это место очень похоже на участок, с которого уже брали образцы в феврале. Так что учёным будет интересно сравнить породы с поверхности с теми, что были на глубине.

Синим обведена область, в которой планируется сделать кратер (в идеале SCI попадёт в отмеченный крестиком участок). Крупный кратер справа, кстати, называется Колобок (Credit: JAXA)

Увидеть рождение кратера и не пострадать

Когда SCI взорвётся, осколки полетят во все стороны. Чтобы не попасть под обстрел, Хаябуса-2 «спрячется» за астероид. Но как тогда наблюдать взрыв и рождение кратера? Об этом команда миссии тоже позаботилась. Сразу после отделения SCI аппарат включит двигатели и уйдёт вбок на 1 километр. Тут Хаябуса-2 сбросит небольшую камеру DCAM3, а затем переместится вертикально вниз на 4.5 км и окажется за астероидом. Так что аппарат будет защищен от фрагментов SCI после взрыва, но в то же время сможет получать фотографии происходящего от DCAM3.

DCAM3, установленная в механизме отделения (Credit: JAXA)

На 40 минут DCAM3 станет глазами Хаябусы-2. Это совсем небольшое устройство — 80 х 78 мм, 580 г, — в котором, тем не менее, поместились две камеры, аккумулятор из шести батарей и две антенны. Как подсказывает цифра 3 в названии, это уже не первая такая система. Предыдущая итерация проекта показала себя в деле в 2010-м году в рамках миссии IKAROS: аппарат сбросил две камеры, и они пронаблюдали раскрытие его солнечного паруса.

Основная камера — цифровая DCAM3-D, с высоким разрешением (2000 х 2000 пикселей) и широким углом обзора. Через примерно 16 минут после отделения DCAM3 от Хаябусы-2 цифровая камера начнёт съёмку и попытается сфотографировать SCI до детонации. С помощью этой же камеры планируется наблюдать выброс вещества с астероида после удара импактором. Даже если в итоге Хаябуса-2 не сможет собрать образцы грунта из кратера, одни эти фотографии будут очень ценными с научной точки зрения.

Что-то подобное сможет увидеть DCAM3 (Credit: Saiki et. al, 2016)

Кроме DCAM3-D, есть и DCAM3-A — аналоговая камера. Хотя у неё разрешение гораздо меньше, 720 х 526 пикселей, с неё снимки будут передаваться на Хаябусу-2 сразу же. Она остановит съёмку примерно через 15 минут после детонации SCI, чтобы сэкономить заряд батарей и оставить его для DCAM3-D. Как уже упомянули выше, цифровая камера будет передавать снимки высокого разрешения, так что они представляют большую научную ценность.

Пробные снимки с аналоговой (слева) и цифровой (справа) камер DCAM3 (Credit: Sawada et. al, 2017)

Заряд аккумулятора DCAM3 рассчитан примерно на три часа работы. Этого должно быть достаточно, чтобы успеть передать все фотографии Хаябусе-2. Дальше DCAM3 ждёт личное знакомство с астероидом (она просто разобьётся о поверхность Рюгу).

Инженер миссии Хиротака Савада с макетом DCAM3.  Он занимался проектированием грунтозаборного механизма, навигационной и других камер на Хаябусе-2. По его словам DCAM3 была сложнее всего. Изначально предполагалось поставить только аналоговую камеру, но учёным понравилась возможность сфотографировать момент столкновения с астероидом. (Credit: Takahiro Takeichi/manichi.jp)

Когда и как за всем следить?

Прямой трансляции с Хаябусы-2, конечно, не будет. Но можно будет смотреть прямую трансляцию JAXA из центра управления миссии (обещают вести на английском), которая начнётся 5 апреля в 04:00 по Киеву/Москве (01:00 UTC). Чуть позже JAXA проведут пресс-конференцию о результатах этого этапа миссии.

На сайте JAXA будут выкладываться фотографии, сделанные Хаябусой-2 во время снижения, вплоть до отделения SCI. Есть онлайн-моделирование текущего планового положения Хаябусы-2.

Примерный план работ такой:

*события в таблице указаны по времени принятия решений на Земле и тому, когда будет получен сигнал о начале той или иной операции; от астероида Рюгу до Земли сигнал идёт с задержкой в 17 минут

UTC UTС+3 (Киев, Минск, Москва)
Принимается решение о начале снижения 4 апреля 03:00 4 апреля 06:00
Начинается снижение с высоты 20 км со скоростью 40 см/с 4 апреля 04:00 4 апреля 07:00
Хаябуса на высоте 5 км. Принимается решение о продолжении снижения. Скорость аппарата 10 см/с 4 апреля 14:37 4 апреля 17:37
Принимается решение об отделении SCI 5 апреля 00:44 5 апреля 03:44
Отделение SCI 5 апреля 02:13 5 апреля 05:13
Хаябуса-2 начинает манёвр по уходу за астероид 5 апреля 02:14 5 апреля 05:14
Отделение DCAM3 5 апреля 02:31 5 апреля 05:31
Детонация SCI 5 апреля 02:53 5 апреля 05:53
Проверка состояния Хаябусы-2 5 апреля 04:32 5 апреля 07:32

Что потом?

Новоиспечённый кратер оставит после себя кучу выброшенного вещества, часть из которого ненадолго зависнет возле астероида. Поэтому Хаябуса-2 сразу же подлетать на осмотр не будет: аппарат останется на высоте 100 км, и только через две недели вернётся на «домашнюю» высоту 20 км. Сравнивая фотографии участка S01 до и после бомбардировки, команда сможет найти свежий кратер. Дальше придётся решить, стоит ли брать образцы грунта в этом месте или же переключиться на другие. Вновь Хаябуса-2 спустится на поверхность астероида в начале лета.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

27
Войдите, чтобы читать и оставлять комментарии и не видеть рекламу.
Показать скрытые комментарии

[скрыть] Последние комментарии

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

[X]
Если не получается зайти отсюда, попробуйте по ссылке.