Космические планы человечества

Недавний успех космической миссии Rosetta, за которой следил весь мир, многих вновь заставил гордиться человечеством. Высадка на комету и впрямь получилась эпичной, поэтому я решил посмотреть, какие еще миссии и космические победы нас ждут в ближайшем будущем.
DawnDawn («рассвет») — это автоматическая межпланетная станция, разработанная NASA с целью исследования Весты и Цереры — двух самых крупных тел из так называемого пояса астероидов, который расположен между орбитами Марса и Юпитера. К настоящему моменту аппарат уже выполнил часть своей миссии по исследованию Весты и находится на пути к Церере.
Помимо традиционных гравитационных маневров, когда космический аппарат использует для набора скорости силу притяжению крупных тел, вроде Марса или Земли, станция двигалась с помощью специальных ионных двигателей, ранее испытанных NASA в программе Deep Space.
Ионные двигатели хорошо знакомы любителям научной фантастики — там они частенько применяются космонавтами для межпланетных путешествий. На самом деле они не такие универсальные, как это принято описывать в литературе — у них сравнительно маленькая тяга.К примеру, чтобы разогнать в космосе автомобиль с нуля до 100 км/ч с помощью ионного двигателя, вам потребуется как минимум четыре дня. Преимуществом ионных двигателей является их экономичность и относительная компактность, что позволяет существенно снизить вес запускаемого в космос аппарата.
С помощью гравитации и двигателей Dawn добрался до Весты в 2011 году. Аппаратом были сделаны подробные фотографии поверхности астероида, а также проведен анализ его химического состава.Впоследствии учеными были составлены подробные геологические карты небесного тела. Одним из неожиданных открытий миссии стало обнаружения ядра внутри астероида, которое оказалось составлено их тяжелых металлов, как у Земли или Марса.
Кроме этого, миссия подтвердила гипотезу о том, что Веста является источником множества астероидов Солнечной системы. На поверхности Весты были обнаружены следы грандиозного события из прошлого, когда она столкнулась с другим космическим телом и от нее откололось множество кусков разных размеров.
Некоторые до сих пор летают по Солнечной системе, а некоторые упали на ближайшие планеты, в том числе и на Землю. Так, ученые полагают, что около 5% найденных на Земле фрагментов метеоритов являются осколками Весты.
После 14 месяцев, проведенных на орбите вокруг Весты, Dawn направился к карликовой планете Церере. Её масса составляет примерно одну треть от общей массы всего пояса астероидов и немногим меньше массы Плутона, который тоже с недавних пор был разжалован в карликовые планеты.
Исследование этих тел может пролить свет на многие процессы эволюции планет Солнечной системы, особенно на то, как они формировались в самом начале своей истории. К Церере Dawn приблизится уже очень скоро — в конце марта или начале апреля 2015 года.
New Horizons
Ожидается, что Dawn станет первым искусственным спутником карликовой планеты в Солнечной системе, а вот аппарат New Horizons, который летит к Плутону и его спутнику Харону — вторым, причем опоздает он всего лишь на четыре месяца.New Horizons был запущен NASA в 2006 году, став одним из самых быстрых космических аппаратов в истории. Его скорость относительно Солнца в момент выключения разгонных двигателей составила 45 км/с, а относительно Земли — 16,26 км/с.
Впоследствии скорость снизилась до 14,675 км/с и лидерство перешло к Вояджеру-1, который после гравитационного маневра вокруг Сатурна летит со скоростью чуть большей, чем 17 км/с.
New Horizons оборудован современной аппаратурой для съемки в различных радиочастотных диапазонах, приборами для исследования солнечного ветра, космической пыли и высокоэнергичных частиц. Уже в мае следующего года аппарат сможет сделать самые детализированные снимки Плутона из всех, которые когда-либо существовали.
Минимальное расстояние, на котором он пролетит мимо карликовой планеты, составит всего 40 километров. А пока что New Horizons оставил позади Нептун — самую удаленную от Солнца планету Солнечной системы.
Плутон, как и его спутник Харон, являются объектами так называемого пояса Койпера — обширного скопления небесных тел, начинающегося после орбиты Нептуна. Пояс Койпера примерно в 20 раз шире пояса астероидов и сильно отличается от последнего по своему составу.
Астероиды из пояса Койпера, в отличии от своих коллег, находящихся между Марсом и Юпитером, состоят не из тяжелых элементов, а больше из метана, аммиака и воды. New Horizons, при благоприятном стечении обстоятельств, после исследования Плутона и Харона, попробует добраться до одного из таких объектов. Но эта часть миссии пока еще находится под вопросом.
Кроме того, уже после старта у New Horizons появилась еще одна возможная задача, не менее интересная и интригующая, чем изучение окраин Солнечной системы.
Те, кто интересуется новостями науки, наверняка помнят про так называемую «аномалию Пионеров». Запущенные в 1972-73 годах для изучения Юпитера аппараты Pioneer-10 и Pioneer-11 к настоящему моменту уже покинули Солнечную систему и первыми из созданных человеком артефактов улетают в межзвездное пространство.
Полет Пионеров до поры до времени шел абсолютно предсказуемо, пока аппаратура одного из них не начала регистрировать некоторое чрезвычайно маленькое, но при этом аномальное ускорение. Датчики второго Пионера впоследствии подтвердили наличие ускорения, которое не было предсказано никакими вычислениями.
После этого в научном мире начались споры и спекуляции — одни возлагали вину на ошибку измерения, другие на какой-либо неучтенный антропогенный фактор, а некоторые и вовсе предлагали искать в этих явлениях новую физику — неизвестные ученым законы мироздания.
К настоящему моменту существуют несколько вариантов объяснения данной аномалии, самым вероятным из которых признан фактор теплового воздействия оборудования. Короче говоря, никакой новой физики.
New Horizons сконструирован с помощью более совершенных технологий, поэтому ученые смогут получить возможность проверить предположение с большей точностью. Правда, границы Солнечной системы аппарат достигнет еще не скоро — примерно в 2047 году.
JunoJuno («Юнона») — это римская богиня, жена бога неба Юпитера. Именно к планете с этим именем и направляется данная космическая миссия NASA.
Juno стартовал с мыса Канаверал в 2011 году, улетел в сторону Марса, облетел его и в 2013 вернулся к Земле. Такая замысловатая траектория была вызвана необходимостью гравитационного маневра, для придания аппарату нужного ускорения.К Юпитеру Juno прибудет в июле 2016 года. Там он должен выйти на специальную орбиту, проходящую через полюсы планеты. Кстати говоря, полюса Юпитера еще никто ни разу видел — с Земли они недоступны, а прошлым миссиям сфотографировать их не удалось. Поэтому Juno может стать настоящим первооткрывателем, если все пойдет как задумано.
В рамках миссии аппарат также будет изучать атмосферу планеты, собирать данные для проверки гипотезы о наличии у Юпитера твердого ядра, а также займется исследованием магнитного поля небесного тела. Самой фундаментальной задачей Juno является проверка одного из следствий Общей теории относительности — увеличения инерциальных систем отсчета вблизи массивных вращающихся тел. Данный эффект уже наблюдался экспериментально, но вблизи такого массивного тела, как Юпитер, его можно проверить с большей точностью.
Если ученые ждут данных и цифр, то обыватели, разумеется, красивых фоточек. Свои камеры Juno уже протестировал, когда совершал маневр вокруг земли. Из полученных снимков работники NASA сотворили видео, на котором можно со стороны понаблюдать за вращением Луны вокруг нашей планеты. По словам ученых, ничего подобного еще никто не видел.После 33 витков вокруг Юпитера и завершения своей миссии, Juno ждет трагичная судьба — его сожгут в атмосфере планеты-гиганта. Вместе с ним сгорит не только дорогостоящее оборудование, но и три алюминиевые фигурки Lego в виде Галилея, Юпитера и его жены, которые ученые также зачем-то засунули в Juno перед отправкой.OSIRIS-REx
Это, пожалуй, один из самых амбициозных проектов NASA на ближайшее будущее. С помощью него американские ученые надеются сделать забор грунта на астероиде, а затем доставить его на землю.Ранее американцы уже привозили на землю вещество с кометы. Это произошло в рамках миссии Stardust. Однако тогда вещество собиралось в хвосте кометы — облаке пыли, которое тянется вслед за массивным ядром. Stardust просто пролетел через хвост и по пути поймал некоторый материал в специальную ловушку.
Теперь у исследователей астероидов новая задача — собрать твердый грунт астероида и при этом не дать космическому аппарату упасть на небесное тело. Осуществить миссию предполагается с помощью незамысловатой с виду технологии, напоминающей тренажер «кузнечик», хорошо знакомый нам по американским мультфильмам.
Выйдя на низкую орбиту над небесным телом, высотой примерно в 5 км, аппарат будет постепенно сближаться с поверхностью. Когда специальнаярука-манипулятор коснется поверхности и соберет от 60 грамм до 2 килограмм грунта, аппарат должен отскочить от астероида, чтобы впоследствии улететь в сторону Земли. В конечном итоге, он должен будет приземлиться где-то в пустынях Аризоны.
В качестве места назначения был выбрал астероид, под незамысловатым названием (101955)-Бенну — он достаточно стар, интересен по составу, а также летает недалеко от Земли. Старт миссии назначен на 2016 год, забор грунта состоится через 3 года после старта, а возвращение на Землю запланировано на 2023 год.
InSight и Экзомарс
Пока обыватели ждут первой высадки человека на Марс, ученые продолжают запускать туда роботов и различное оборудование. Что поделать, так намного проще и дешевле, а в некоторых случаях и эффективнее.

Ближайшая из миссий на красную планету запланирована на 2016 год. Полетит туда на этот раз не марсоход, а неподвижный спускаемый аппарат по имени InSight, основной задачей которого будет бурение красной планеты. Ожидается, что он сможет взять пробы грунта с 6-метровойглубины.
Кроме этого, InSight измерит сейсмическую активность красной планеты и займется детальным исследованием геологического структуры поверхности, мантии и ядра. Новые данные смогут многое рассказать об эволюции планет в Солнечной системе, а значит и о законах формирования планет вообще.
В том же году должна стартовать миссия Экзомарс, в которой помимо Европейского космического агентства также участвует и Роскосмос. На первом этапе к красной планете будет направлен исследовательский спутник, на втором, в 2018 году, — настоящий марсоход. По размерам он будет примерно в четыре раза меньше, чем последний американский ровер Curiosity.
Участие россиян в проекте предполагает поставку ракеты-носителядля миссии, изготовление десантного модуля и посадочной платформы для марсохода, а также создание некоторого уникального измерительного оборудования. Скрестим пальцы, чтобы не получилось, как с Фобос-грунтом.
Titan Saturn System Mission и Europa Jupiter System MissionИз всех планет солнечной системы наиболее подходящей для существования жизни является Марс. Считается доказанным фактом, что когда-то на Марсе текли ручьи и, возможно, даже реки.
А вот представить жизнь на Венере, где дожди из серной кислоты — обычное явление, или на Меркурии, где температура колеблется от минус 200 до плюс 400 градусов по Цельсию за один день, довольно трудно даже для писателя фантаста. Про газовые гиганты и говорить ничего. Казалось бы, больше вариантов в Солнечной системе нет. Но на самом деле это не так.
Ученые всерьёз обсуждают гипотезу о возможном существовании жизни на некоторых спутниках Сатурна и Юпитера, а именно — на Титане, Энцеладе, Европе и Ганимеде. Речь про развитые организмы не идет — слишком жесткие условия для успешной биологической эволюции. Но вот никаких данных о том, что там не могли бы возникнуть простейшие формы жизни, пока нет. Наоборот, существуют обнадеживающие аргументы в пользу такой теории.
Главным среди них является тот, что у всех четырех спутников с большой долей вероятности под твердой поверхностью существует жидкий океан, состоящий из воды и углеводородов. Температура на поверхности спутников остается очень и очень низкой, но из-за приливных сил огромных Юпитера и Сатурна, вещество под поверхностью двигается и тает.
При этом существуют основания полагать, что, к примеру, на Энцеладе океан состоит из соленой воды, близкой по составу к воде из океана на Земле. Температура в нем может быть чуть больше ноля градусов. А ведь вода, органика и тепло — это вполне достаточные условия для возникновения жизни. Примерно в таких же условиях жизнь возникла и на Земле.
В случае с Титаном ситуация становится еще интереснее. Достоверно известно, что его покрывают реки, озера и даже целые моря, перемежающиеся с сушей, а над поверхностью существует очень плотная атмосфера. Правда, реки и моря состоят не из воды, а из метана. Да и кислорода в атмосфере Титана нет. Зато есть все тот же метан, а также немного водорода и ацетилена — эти газы присутствуют на некоторой высоте, а вот у поверхности таинственно исчезают.
Некоторые серьёзные ученые высказывали предположения, что это вызвано дыханием живых организмов. Такие формы жизни использовали бы водород вместо кислорода, ацетилен вместо глюкозы, а выдыхали бы метан вместо углекислого газа.
Дерзкая гипотеза вызывает неподдельный интерес исследователей, поэтому идея обстоятельной миссии к спутникам Юпитера и Сатурна не дает им покоя. Вот только с финансированием пока туго — по разным причинам как минимум две перспективные программы уже были отложены на неопределенный срок.Речь идет о Europa Jupiter System Mission и Titan Saturn System Mission. В рамках последней предполагалось спустить в одно из озер Титана плавучий модуль, а также запустить в атмосферу спутника воздушный шар с оборудованием. Выражал намерение поучаствовать в проекте и Роскосмос.
Программа по исследования спутников Юпитера изначально предполагала запуск только орбитальных исследовательских аппаратов, однако в дело снова вмешалась Россия и предложила включить в миссию собственный посадочный модуль, который работал бы на поверхности Европы. Изначально планировалось начать детальное обсуждение этого проекта в 2012 году, однако впоследствии сроки были перенесены и пока оба проекта, фактически, находятся в замороженном состоянии.
Пока что мы не можем назвать хотя бы примерную дату запуска данных миссий, но интерес ученых к ним достаточно высок и нет никаких сомнений, что как только появятся деньги, проекты будут запущены. Можно лишь сказать, что раньше 2020 года никаких результатов ждать не стоит.
eLisa
До сих пор мы рассказывали про космические миссии к различным объектам Солнечной системы. Существуют однако и такие проекты, целью которых не являются небесные тела — с их помощью проверяют самые основы бытия. Одной из самых интересных готовящихся миссий можно назвать LISA — Laser Interferometer Space Antenna, или, как она стала называться после ухода NASA из проекта — eLisa (Evolved Laser Interferometer Space Antenna).Многих поражает точность выполнения космическими аппаратами различных маневров в космосе и при посадке. Так вот, предполагаемая точность этого эксперимента выходит за рамки любых представлений.
Суть миссии заключается в проверке следствия Общей теории относительности, а именно — в попытке обнаружить так называемые гравитационные волны — едва заметную рябь в четырехмерномпространстве-времени, вызываемую сверхкрупными событиями во Вселенной, вроде коллапса двух черных дыр.
Для подобной проверки ученые собираются построить гигантский равносторонний треугольник, вершинами которого будут космические аппараты с приборами и зеркалами, а сторонами — лазерные лучи. Вся конструкция будет являться по сути космических масштабов интерферометром, а эксперимент, фактически, будет повторять в знаменитый опыт Мейкельсона-Морли.
Тогда люди с удивлением обнаружили, что скорость света не изменяется в зависимости от движения наблюдателя. Это привело к созданию Специальной теории относительности. Сейчас ученые хотят проверить второе великое детище Альберта Эйнштейна — Общую теорию относительности.
Длина стороны этого космического треугольника будет составлять 1 млн километров. Такое огромное расстояние необходимо, так как эффект гравитационных волн проявляется на очень малых масштабах — порядка 40 миллионных долей от одной миллионной части одного метра.
При этом точность расположения самих спутников должна быть того же порядка — они не должны двигаться относительно друг друга больше, чем на расстояние, сопоставимое с размерами атома! В противном случае эксперимент не удастся.
Чтобы соблюсти такую невообразимую точность, аппараты должны быть запущены в так называемые точки Лагранжа — в них они будут оставаться неподвижными относительно Земли и Солнца. Все это потребует беспрецедентных в истории научного эксперимента расчетов и технических решений.
Запуск миссии состоится совсем не скоро — не раньше 2034 года. Изначально он был запланирован на 2028 год, однако несколько лет назад в NASA приняли решение выйти из проекта. В связи с этом бюджет сократился и даты были перенесены на более поздний срок. Какие бы там основы мироздания не были на самом деле, деньгам космос пока не указ.