29 сентября 2009 в 21:54:58 UTC по бортовому времени американская АМС Messenger со скоростью 5.4 км/с совершила пролет Меркурия на минимальной высоте 228 км. Это было третье и последнее сближение аппарата с планетой в графике полета, основной целью которого было осуществление гравитационного маневра для обеспечения условий по выходу на орбиту вокруг Меркурия, который запланирован на 18 марта 2011 г.
     Напомним, что Messenger был запущен 3 августа 2004 г. и является первым аппаратом, предназначенным для детального исследования Меркурия. За пять лет он преодолел путь длиною более 3.6 млрд км, совершив шесть гравитационных маневров у внутренних планет Солнечной системы: один пролет Земли (02.08.2005), два пролета Венеры (24.10.2006, 05.06.2007) и уже три пролета Меркурия (14.01.2008, 06.10.2008, 29.09.2009).

Рис. 1. Выделенную область на поверхности Меркурия никто не видел с близкого расстояния.

КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     Основной задачей этих пролетов является изменение величины и направления вектора скорости КА с тем, чтобы при его финальном сближении с Меркурием в марте 2011 г. подлетная скорость была минимальна и бортового запаса топлива хватило для выхода на орбиту вокруг планеты. И естественно, ученые стараются по максимуму использовать каждый пролет для изучения очередного небесного тела с помощью бортовой научной аппаратуры.

КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

Статистика, приведенная на официальном интернет-сайте миссии Messenger, свидетельствует, что за время своего полета аппарат совершил четыре больших маневра DSM и двенадцать малых коррекций траектории ТСМ. Что самое поразительное, последняя коррекция состоялась еще 19 декабря 2007 г., обеспечив успех первого пролета Меркурия. После этого благодаря творческому использованию технологии «солнечного паруса» у навигаторов появилась возможность постепенно «подправлять» траекторию полета, почти не расходуя бортовой запас топлива, и уже шесть коррекций ТСМ были отменены.      А вот маневры DSM таким способом заменить невозможно. Четвертая большая коррекция состоялась в декабре 2008 г. 4 декабря в 20:30 UTC бортового времени на 4.5 мин был включен двухкомпонентный маршевый двигатель, в результате чего станция изменила свою гелиоцентрическую скорость на 219 м/с и довела ее до 30 994 м/с. Второе включение ровно через четверо суток добавило еще 24.7 м/с. Пятая большая коррекция запланирована на 24 ноября 2009.      За пять лет полета было проведено 11 «апгрейдов» ПО научной аппаратуры и три «апгрейда» ПО бортового управляющего компьютера. Последний из них состоялся 14 июля 2009 г.      9 февраля 2009 г. станция прошла очередной перигелий на расстоянии 0.31 а.е. от Солнца. Между 7 и 11 февраля с помощью бортовой камеры MDIS было сделано 256 снимков для поиска вулканоидов - гипотетических астероидов, орбиты которых лежат внутри орбиты Меркурия. Аналогичный поиск проводился ранее в июне 2008 г.

КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     Лишь при возвращении «Мессенджера» к Земле в августе 2005 г. особых научных измерений не проводилось - осуществлялась лишь калибровка приборов. К минимуму пришлось свести и программу исследований во время первой «встречи» с Венерой - планета находилась тогда почти точно за Солнцем (в верхнем соединении), связь с КА была затруднена. А вот во время второго визита к нашей ближайшей «соседке» приборы станции уже работали вовсю, чтобы использовать редкий шанс изучить Венеру. Так, были получены ценные данные об атмосфере планеты, о плазменных процессах в магнитосфере, проводилась съемка Венеры с высоким разрешением на подлете и отлете.
     Особенно ценными стали первые два пролета Меркурия - ведь до этого к планете приближался всего один земной аппарат! Так, за эти два сближения Messenger с помощью своих камер детально отснял около 80% поверхности Меркурия (в том числе и районы, которые ранее никогда не охватывались космической съемкой. Другие научные инструменты также отработали «на ура», передав на Землю данные о плазменной среде вокруг планеты, о ее ядре и магнитном поле. Удалось подтвердить наличие криовулканизма на поверхности Меркурия, который был предметом споров ученых на протяжении 30 лет - после того, как непонятные структуры в ландшафте Меркурия впервые выявил Mariner 10 в 1974-1975 гг.
     В третий раз Messenger подходил к Меркурию с относительной скоростью почти на 1/3 меньше, чем во второй, и гравитационное воздействие Меркурия должно было повернуть траекторию полета не на 27°, а почти на 50°. По геометрии и условиям освещенности пролет был очень похож на второй, но если зона съемки при отлете почти точно совпадала с областью,снятой в октябре 2008 г., то подлетные снимки открывали последнюю Terra Incognita, которую еще не сфотографировал ни один КА. Кроме того, у подлетной и отлетной зон было небольшое перекрытие, позволяющее провести стереосъемку. В план пролета были включены съемки подлетной мозаики узкоугольным каналом MDIS, целевые наблюдения разных районов широкоугольным каналом MDIS и спектрометром MASCS и, наконец, детальной мозаики части южного полушария Меркурия при отлете.
     Главная задача пролета была достигнута: Messenger идет по нужной траектории и уже через 18 месяцев должен стать первым в истории искусственным спутником Меркурия. Однако научная программа, которую в течение длительного времени планировали ученые, составляя посекундный график команд, оказалась наполовину сорвана.
     Итак, 28 сентября в 14:24 UTC аппарат перешел в режим радиомаяка и начал отрабатывать 30-часовую программу наблюдений. 29 сентября в 21:55 он прошел над Меркурием со скоростью свыше 5.3 км/с, отклонившись от заданной высоты 228 км не более чем на 100 м. Еще через 8 мин Messenger зашел за планету и оставался в радиотени в течение 51 мин.
     Точка перицентра траектории лежала в тени, в которой Messenger должен был находиться 18 минут, с 21:41 до 21:59, питаясь в это время от аккумуляторных батарей. Но примерно через 10 мин после входа в тень и за 12 мин до захода за планету наземная станция неожиданно потеряла несущую частоту передатчика станции.
     Как позже выяснилось, бортовой компьютер станции «вылетел» в защитный режим из-за нерасчетной конфигурации системы электропитания. Заложенная программа наблюдений была остановлена, записанные данные сохранены. 30 сентября в 05:30 UTC Messenger удалось возвратить в нормальный режим работы, и после этого вся информация была передана на Землю.
     На подлетных снимках на фоне черноты космоса был отчетливо виден быстрорастущий диск Меркурия, который по мере приближения к планете начал открывать детали рельефа. Именно на подлете «Мессенджеру» КА удалось отснять 5% поверхности, которую до этого никто и никогда не видел (рис.1)...

Рис.2. Один из видов Меркурия, переданных «Мессенджером». Разрешение в правом нижнем углу снимка - 410 м

КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     Известно, что Меркурий внешне очень напоминает Луну. Однако на красивой мозаике (рис.2), составленной из 62 кадров с высоким разрешением, можно увидеть явное отличие. Если внимательно присмотреться к поверхности вдоль до горизонта, можно увидеть гладкие равнины, что является дополнительным аргументом в пользу теории наличия геологической активности на Меркурии.
     На рис.3 явно различима очень гладкая область, где плотность распределения кратеров существенно ниже, чем в соседних районах. Несмотря на свою «молодость», эта равнина уже оказалась видоизмененной тектонической активностью Меркурия - уступы и хребты в виде «морщин» служат этому подтверждением.

Рис. 3. «Молодая» равнина на Меркурии

КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     Интересно сравнивать снимки одних и тех же районов поверхности, сделанные во время разных пролетов. Гладкая равнина округлой формы, «перерезанная» посередине мощным уступом (рис.4, слева), на фоне испещренной кратерами поверхности выглядит очень занятно, и это видно как на прошлогодних октябрьских снимках, так и на свежих. Возможно, это депрессия, которая со временем заполнилась более «молодым» веществом Меркурия.
     Благодаря трем визитам «Маринера-10» и трем пролетам «Мессенджера» ученые располагают на настоящий момент подробной картой почти всей поверхности Меркурия. Исключение составляют околополярные районы выше 60° широты. Эту «нехватку» планируется восполнить после выхода КА на орбиту вокруг Меркурия.
     Что касается информации от других приборов, хочется надеяться, что аппарат успел что-то сделать и передать на Землю до возникновения нештатной ситуации и после восстановления нормальной работы. Так, очень интересными и ценными могли быть данные магнитометра, ведь магнитное поле Меркурия уже преподносило ченым сюрпризы, а в третьем пролете аппарат должен был пройти через «хвост» магнитосферы планеты.
     Своеобразный итог третьему пролету Меркурия подвел научный руководитель проекта Шон Соломон (Sean С. Solomon) из Института Карнеги в Вашингтоне: «Специалисты научной группы Messenger заслужили похвалы за их профессиональный и эффективный подход к решению проблемы перехода КА в защитный режим. Они быстро выявили неполадку и вернули КА в нормальный режим работы, а также предприняли все меры по «спасению» научной информации, которая должна была быть получена после пролета».
     Для Ш.Соломона, как и для всех членов командры «Мессенджера», очевидно: основная задача сентября выполнена, и у «Мессенджера» еще будет возможность детально исследовать Меркурий с орбиты спутника.
     Подготовка к этой работе уже идет: в январе 2009 г. команда Messenger начала «репетиции» орбитальной программы, известные под именем WITL (week-in-the-life -«неделя жизни»). Целью этих тестов были отработка и тестирование новых операций и программного обеспечения для реализации основной научной программы КА.

Рис. 4. Два снимка одного и того же участка поверхности, сделанные в октябре 2008 г. (слева) и в сентябре 2009 г. (справа)

КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     «Прежде ни один КА не выходил на орбиту вокруг Меркурия, поэтому у нас нет опыта планирования и составления графика научных наблюдений в такой обстановке, - пояснила менеджер проекта Элис Берман (Alice Berman). - Поэтому мы составили и выполняем детальный план подготовки к орбитальным операциям, гарантирующий, что все критерии успеха научной программы нашей миссии будут достигнуты к моменту ее формального окончания - 17 марта 2012 г. Тесты, цель которых состоит в имитации нескольких недель работы КА на орбите, являются составной частью этого общего плана».

Вклад «Маринера-10» и «Мессенджера» в составление полной карты поверхности Меркурия

КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     К настоящему времени состоялось два теста WITL: первый проводился с января по апрель 2009, а второй начался в июле и закончился в октябре. В 2010-2011 гг. специалисты проекта выполнят еще как минимум семь тестов WITL, в том числе и с перекрытием во времени, моделируя разные фазы полета и орбитальные условия.