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.
Arthur Tkachenko
Участник
Arthur Tkachenko

Шикарная статья! Очень интересно. А если представить как охрененнно сложно єто все сделать/закодить/запаять и вообще запустить — становится приятно что мы человечество.

Хотя Нубиру всетаки прилетала — это ж факт!

Андрей Марков
Участник
Андрей Марков

Замечательно! Спасибо, Ирина!

Oleg Lo
Участник
Oleg Lo

Ирина, большое спасибо!

Аэромеханик Виктор
Участник
Аэромеханик Виктор

Ирина, «мерси боку» за интересную информацию!!!

Показать скрытые комментарии

Последние комментарии [скрыть]

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

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