Разведка далеких планет

Рис. 8.9. Следы пилотируемой экспедиции «Аполлон-17» (слева, в центре кадра – посадочная ступень лунного модуля) и автоматического «Лунохода-2», сфотографированные спутником Lunar Reconnaissance Orbiter (NASA) в 2009 г.

До сих пор все посадки на поверхность Луны – людей и автоматов – происходили на ее видимой стороне. Бесспорно, это стало огромным техническим достижением, демонстрацией целеустремленности и мужества людей и обычно воспринимается как первый шаг в исследовании иных планет. Но я хочу напомнить о более раннем событии, которое, на мой взгляд, было более значимым, чем посадки на Луну. Странно, что сейчас об этом событии помнят немногие, и даже его юбилей в 2009 г. не был отмечен.

Чуть более 500 лет назад цивилизованный мир узнал о самом грандиозном открытии на Земле: на «обратной» стороне нашей планеты обнаружился гигантский материк – Америка. А 50 лет назад столь же грандиозное открытие состоялось в космосе: люди впервые увидели обратную сторону Луны. Кстати, там тоже оказался – по терминологии астрономов – гигантский материк.

Это открытие совершил маленький космический аппарат «Луна-3», созданный советскими инженерами. Сейчас об этом мало кто помнит. Но, оценивая все космические открытия прошедшего полувека, следует признать, что снимки обратной стороны Луны, переданные нашим зондом, – это единственный научный результат, который в принципе не мог быть добыт с помощью наземной или даже околоземной аппаратуры.

Рис. 8.10. Автоматическая межпланетная станция «Луна-3», впервые сфотографировавшая обратную сторону Луны (1959 г.).

Фотографии далеких планет, переданные космическими зондами, сегодня с успехом получают и наземные телескопы. Но увидеть обратную сторону Луны никто и никогда не смог бы, не отправив за Луну космического робота. Отечественная наука смогла сделать это первой, намного опередив коллег-конкурентов из других стран. 4 октября 1959 г. к Луне стартовала ракета, а 7 октября радиоантенны в Крыму приняли изображения невидимой стороны Луны.

Это важное событие в истории нашей науки и техники, и о нем следует помнить. Тем более, что незаслуженно забытым оказался не только его юбилей, но и 50-летие первого в истории человечества межпланетного перелета: 14 сентября 1959 г. аппарат «Луна-2» достиг поверхности Луны. Всего два года отделяло эти первые межпланетные экспедиции от запуска первого спутника. Сейчас даже трудно представить, какие сложные научные и технические проблемы пришлось решить за это короткое время ученым и инженерам в еще не восстановленной после разрушительной войны стране. Но они были решены, порою весьма остроумно и неординарно (см. книгу «Путешествия к Луне», М.: Физматлит, 2009). Именно эти достижения убедили мир в том, что отечественные ученые способны создавать не только мощные ракеты-носители для ядерных бомб, но и совершенные научные зонды для разведки дальнего космоса. Именно это подняло престиж нашей науки, заставило западные страны переводить на свои языки нашу научно-техническую литературу, перекраивать по нашим образцам свои школьные и вузовские программы, заставило их догонять… И они догнали. И перегнали. Теперь наш черед догонять. Ну что же, возможно, догоним. Если не будем забывать, что 50 лет назад были впереди.

После окончания первой «лунной гонки», завершившейся кратковременными пилотируемыми экспедициями на Луну, наступил довольно долгий период затишья и разговоров о необходимости создания постоянной научной базы на Луне. В начале XXI в. к Луне отправилось несколько автоматических аппаратов, но возможность строительства на ее поверхности постоянной обитаемой базы рассматривается уже не так оптимистично. Затраты на ее создание и поддержание кажутся администраторам астронавтики слишком большими, а ожидаемый эффект (в первую очередь политический) видится не столь уж значительным. Руководителей NASA и Роскосмоса все сильнее привлекает идея пилотируемого полета на Марс. Разумеется, даже однократное посещение Марса человеком произвело бы больший эффект, чем длительная работа ученых на Луне. К примеру, 100 лет назад покорение Южного полюса стало столь значимым событием, что об этом до сих пор говорят и пишут, а часто ли сегодня обсуждается постоянная и очень полезная работа сотен ученых в Антарктиде? Но целесообразность пилотируемого полета на Марс выглядит сейчас весьма сомнительной. А что касается лунной базы, то ее создание на основе международной кооперации было бы вполне естественным очередным шагом на пути продвижения человека в космос. Без лунной базы нам не приобрести опыт освоения других планет. В ближайшие годы полет человека на Марс – авантюра, преследующая лишь политические цели, а отказ от лунной базы – неоправданная заминка в развитии космонавтики.

Титан – планета в плену гиганта

Титан – крупнейший спутник Сатурна и второй, после Ганимеда, в Солнечной системе. Впрочем, если измерять Титан вместе с его атмосферой, то он оказывается больше Ганимеда. По всем своим параметрам Титан наиболее близок к нормальным планетам: размером он превосходит Меркурий, его плотная атмосфера толще, чем у Земли, а поверхность – в географическом смысле – почти такая же живая, как у нашей планеты.

Наземные наблюдения еще до начала космической эры показали, что Титан имеет плотную атмосферу; по сути, это единственная планета-спутник с полноценной атмосферой. Пролетая в 1981 г. через систему Сатурна, «Вояджер-2» обнаружил, что основной компонент атмосферы Титана – азот (N ₂); в ней присутствуют также метан (СН ₄) и другие углеводороды. Данные космического телескопа «Хаббл» и наземных телескопов позволили в 1995 г. заподозрить существование на поверхности Титана значительных площадей, покрытых жидким метаном. Но подтвердилось существование этих углеводородных озер лишь после того, как к интенсивным исследованиям приступил первый искусственный спутник Сатурна – «Кассини», с борта которого 14 января 2005 г. на поверхность Титана опустился зонд «Гюйгенс». Экспедиция «Кассини – Гюйгенс», организованная NASA, ESA (Европейским космическим агентством) и ASI (Итальянским космическим агентством), началась 15 октября 1997 г., но лишь в середине 2004 г. аппарат прибыл в систему Сатурна и приступил к работе (см. с. 16 цветной вкладки).

Рис. 8.11. Межпланетный зонд «Кассини» во время испытаний в Космическом центре.

Титан без малого вдвое массивнее Луны и наполовину больше нее. Поэтому на его поверхности сила тяжести почти лунная: она в 7 раз меньше земной (на Луне – в 6 раз). Вторая космическая скорость на поверхности Титана – 2,6 км/с, на Луне – 2,4 км/с, однако взлетать с Титана будет намного сложнее, чем с Луны: помешает плотная атмосфера. Состав атмосферы Титана известен теперь детально: у поверхности 95 % азота и около 5 % метана, а в стратосфере 98,4 % азота и 1,4 % метана. Давление у поверхности в 1,45 раза выше нормального атмосферного давления на Земле. Но если вспомнить, что сила тяжести там в 7 раз меньше, чем у нас, то ясно, что масса газового столба над единицей поверхности Титана в 10 раз больше, чем на Земле. Поскольку размер Титана в 2,5 раза меньше земного, площадь его поверхности меньше земной примерно в 6 раз, а значит, полная масса атмосферы Титана в 1,5 раза больше массы земной атмосферы! Вероятно, поэтому на поверхности Титана очень мало метеоритных кратеров: мелкие метеориты тормозятся и разрушаются в атмосфере, а следы падения крупных быстро уничтожаются дождями и ветром.

Рис. 8.12. Сборка зонда «Гюйгенс» на предприятии Daimler-Benz Aerospace. Над зондом – тепловой экран, защищающий его при входе в атмосферу Титана.

Мощная и чрезвычайно протяженная атмосфера Титана облегчила посадку на него космического аппарата. Отделившись от «Кассини», зонд «Гюйгенс» три недели двигался в сторону Титана в дремлющем состоянии, а затем стал готовиться к спуску. Посадка «Гюйгенса» на Титан – уникальная операция; вот ее основные этапы (часы: минуты по среднеевропейскому времени): 06:51 – включается электропитание приборов.

Рис. 8.13. Поверхность Титана, сфотографированная зондом «Кассини» 26 октября 2004 г. с расстояний от 300 тыс. до 650 тыс. км. Это мозаика из 9 лучших снимков, наиболее четко демонстрирующих детали поверхности, не закрытые в момент съемки облаками и туманом. Наилучшее разрешение в центре диска (координаты – 15° ю. ш. и 156° з. д.) – 2 км/пиксел. Внизу отчетливо видны яркие облака вблизи южного полюса. Правее центра – светлая область Ксанаду, левее и выше центра – темная область Шангрила.

11:13 – начало входа в атмосферу на высоте 1270 км со скоростью 6 км/с. Торможение осуществляется лобовым теплозащитным экраном.

11:17 – высота 180 км, скорость 400 м/с, раскрыт вытяжной парашют диаметром 3 м. Через 2,5 секунды он вытягивает основной парашют диаметром 8,3 м.

11:18 – высота 160 км. Сброшен лобовой экран. Начали исследовать атмосферу газовый хроматограф и масс-спектрометр. Производится сбор и испарение аэрозолей. Камера передает панораму облаков.

Рис. 8.14. Мозаика из фотографий поверхности Титана, полученных «Гюйгенсом» при спуске на парашюте. Вверху – светлая гористая местность, пронизанная руслом реки с притоками. В нижней части – более темная плоская низменность, куда впадает «река». В момент съемки русло было сухим. Вероятно, в периоды редких, но мощных дождей его заполняют потоки метана.

11:32 – высота 125 км. Сброшен основной парашют и раскрыт тормозной диаметром 3 м, чтобы ускорить падение и успеть приземлиться до полной разрядки батарей (заряд 1,8 кВт-ч). Расстояние до «Кассини» 60 тыс. км.