14 января в 12:45:21 UTC европейский зонд Huygens совершил успешную посадку на поверхность Титана – самого крупного спутника Сатурна. Это событие стало поистине уникальным: впервые в истории человечества аппарат совершил мягкую посадку на небесное тело, находящееся дальше пояса астероидов. Миссия «Гюйгенса» завершилась грандиозным успехом, хотя не обошлось и без «потерь». Но обо всем по порядку.
    В этот день ученые и специалисты из космических агентств многих стран и участвующих в проекте Cassini-Huygens организаций собрались в Европейском центре космических операций ESOC в Дармштадте (Германия). Именно сюда «стекались» все данные, принимаемые антеннами американской Сети дальней связи со станции Cassini, которая использовалась в качестве ретранслятора для передачи информации с зонда. Таким образом, Дармштадт приковал к себе внимание всего научного мира.
    В Главном центре управления ESOC царила атмосфера напряженного ожидания и сосредоточенной работы (за мониторами). По плану зонд должен был передавать данные на Cassini, но его слабый сигнал теоретически могли услышать и крупнейшие радиотелескопы Земли. И вот в 10:25 UTC пришла радостная весть: пятью минутами раньше Сами Асмар на радиотелескопе Грин-Бэнк в Западной Вирджинии (США) зарегистрировал очень слабый сигнал от «Гюйгенса», несущую частоту канала A. Это означало одно: зонд «жив», он совершает спуск на парашюте в атмосфере Титана!

«Мы – первые посетители Титана!» Жан-Жак Дордэн, генеральный директор ЕКА

ПОСАДКА НА ТИТАН

    Уже этого оказалось достаточно, чтобы созвать в 12:30 в Дармштадте специальную пресс-конференцию. Генеральный директор ЕКА Жан-Жак Дордэн долго говорил о вкладе людей в этот уникальный проект, о совместном успехе, сотрудничестве, долгой и непростой работе, проведенной тысячами инженеров из 19 стран мира, и т.д. Затем директор научных программ ЕКА Дэвид Саусвуд подтвердил факт приема сигнала – и в зале раздались дружные аплодисменты!
    Научный руководитель проекта Huygens Жан-Пьер Лебретон объяснил, что по факту приема сигнала можно быть уверенным: зонд вошел в атмосферу и затормозился, его основной парашют раскрылся. В 16:35 UTC началась еще одна прессконференция, на которой все тот же Ж.-Ж.Дордэн торжественно объявил: «Мы – первые посетители Титана!» Он сообщил, что записанные на Cassini научные данные уже принимают на Земле. Наконец, около восьми вечера журналистам были представлены первые три кадра «десантной» камеры DISR из примерно 350 принятых на Земле.
    Всего от зонда было получено более 474 Мбит научной информации. Некоторые предварительные результаты были оглашены уже на следующий день, а официально итоги миссии «Гюйгенса» были подведены 21 января на пресс-конференции в штабквартире ЕКА в Париже. Конечно, может показаться странным, что ученые заставили общественность ждать целую неделю. Но ведь помимо обработки и анализа большого объема информации людям попросту был необходим отдых: что называется, поесть и выспаться как следует после непрерывной напряженной работы в течение многих дней. А научные публикации по результатам уникального эксперимента будут готовиться в течение месяцев.
    Не только циклограмма спуска и посадки «Гюйгенса», но и сама его конструкция была предопределена двумя решениями: вести измерения главным образом на спуске и ретранслировать данные с зонда через орбитальный аппарат. Разработчики решили, что пролетающий в 60000 км над Титаном аппарат Cassini будет отслеживать Huygens своей остронаправленной антенной HGA и записывать информацию на твердотельные запоминающие устройства, а затем передаст данные на Землю. Это значит, что, как только Cassini зайдет за горизонт в месте посадки «Гюйгенса», зонд больше не сможет ничего передать.

Мозаика из трех кадров камеры DISR, сделанных с высоты 16.2 км с разрешением 40 м. Невозможно избавиться от мысли, что перед нами многочисленные ручьи (специалисты пишут осторожнее: «дренажные каналы»), стекающие с гор к береговой линии, к краю обширной темной области

ПОСАДКА НА ТИТАН

    Поэтому аппарат проектировали лишь на 153 минуты работы: 150 минут спуска в атмосфере Титана при самых неблагоприятных условиях и всего три (!) минуты на поверхности. Реально заряда пяти аккумуляторных батарей должно было остаться часа на два, но это если зонд сядет на твердую поверхность. Если же Huygens опустится в жидкость, холод «убьет» его намного быстрее…
    Момент входа «Гюйгенса» в атмосферу Титана и момент ухода Cassini за горизонт были предопределены условиями разделения аппаратов 25 декабря 2004 г. Основные операции на спуске были «привязаны» ко входу в атмосферу. По последним оценкам, длительность спуска прогнозировалась в 137 мин с допуском ±15 мин и зависела от фактической плотности атмосферы и скорости ветра в ней.

На этой темной равнине яркие пятна – это цепочка островов и проходящие между ними потоки.

ПОСАДКА НА ТИТАН

    14 января Сатурн и Земля находились на почти минимальном расстоянии друг от друга – 8.0757 а.е., или 1208.1 млн км. Такое расстояние радиосигнал проходил за 67 мин 10 сек, и поэтому нужно аккуратно различать два времени – реального события на борту и приема радиосигнала на Земле. Сделав такое введение, приведем основные расчетные времена и операции, выполняемые при входе зонда в атмосферу Титана и дальнейшем спуске.

Титан – шестое тело Солнечной системы, которого достигли земные аппараты. Помимо Луны, Венеры и Марса в этот список входят Юпитер, в атмосферу которого спустился зонд станции Galileo, и астероид Эрос, на поверхность которого опустился КА NEAR. Титан – единственный в Солнечной системе спутник с плотной атмосферой. Он крупнее, чем планеты Плутон и Меркурий.

    В 04:44/05:51 UTC (здесь и далее – бортовое время и время приема сигнала по Гринвичу) на подходе к Титану с помощью программно-временного устройства активируется бортовая электроника «Гюйгенса». В 07:02/08:09 Cassini уходит со связи с Землей и через 12 минут ориентируется антенной HGA на точку входа зонда. В 09:06/10:13 на высоте 1270 км зонд проходит условную границу атмосферы Титана со скоростью 6.1 км/с. Четыре минуты он тормозится в атмосфере, испытывая максимальную перегрузку до 16g, причем температурный пик на лобовом экране достигает 3500°С!
    В 09:10/10:17, когда аппаратура зонда зарегистрирует снижение скорости до 400 м/с (все еще в 1.5 раза выше скорости звука), вводится вытяжной парашют диаметром 2.6 м. По расчетам, это должно произойти на высоте 170–190 км. Через 2.5 сек вытяжной парашют отстреливается вместе с хвостовым обтекателем и вводится в действие основной парашют диаметром 8.3 м, а затем сбрасывается лобовой экран. В этот момент включаются на полную мощность передатчики зонда. 30 секундами позже и через 42 сек после начала работы парашютной системы начинает свою работу научная аппаратура «Гюйгенса»: открываются входные отверстия газового хроматографа/масс-спектрометра GCMS и аэрозольного коллектора/пиролизатора ACP, выдвигаются штанги с датчиками прибора для исследования строения атмосферы HASI. Датчики поверхностного комплекса SSP на этом этапе изучают свойства атмосферы, а десантная камера/спектральный радиометр DISR снимает первую панораму поверхности и продолжает получать снимки и спектральные данные во время дальнейшего спуска.

Яркая линейная структура – это выдающийся над поверхностью хребет из водяного льда. Источником темных каналов скорее являются родники жидкого метана, нежели метановые дожди.

ПОСАДКА НА ТИТАН

    В 09:25/10:32 на высоте 125 км производится отстрел основного парашюта и раскрывается стабилизирующий (тормозной) парашют диаметром 3.03 м. Спуск до поверхности на основном парашюте занял бы слишком много времени.
    В 09:42/10:49 на высоте около 60 км включаются два радиовысотомера, и с этого момента непрерывно измеряют расстояние до поверхности. Кроме того, постоянно определяется и скорость вращения зонда (от 1 до 20 об/мин). Теперь аппарат уже не ориентируется на таймер, а строит свою работу по высоте над поверхностью. На высоте 700 м (около 11:22/12:29) включается посадочная фара – с ее помощью ведет свои последние измерения спектральный радиометр. И, наконец, в 11:24/12:31 UTC Huygens опускается на поверхность Титана со скоростью 5–6 м/с.
    Работа поверхностного комплекса аппаратуры рассчитана на три минуты, но канал связи через Cassini доступен более двух часов. Лишь в 13:37/14:44 зонд исчезнет из зоны радиовидимости орбитального аппарата; через 10 мин Cassini начнет ориентацию на Землю, а с 14:10/15:17 до 16:50/17:57 передает первую из четырех копий записанных данных. Завершение приема данных зонда – в 21:00/22:07.
    …Около 30 специалистов воссоздавали фактическую траекторию спуска «Гюйгенса» в атмосфере по данным, переданным через Cassini, и по результатам наземных измерений. Отсутствие допплеровских данных с зонда (см. ниже) затруднило эту задачу, но данные наземных радиотелескопов отчасти восполнили пробел. Итак, в 04:41:19/05:48:29 Huygens «пробудился от спячки». Заданную границу высоты 1270 км он пересек в расчетное время, в 09:05:56/10:13:06 UTC. Ввод вытяжного парашюта («нулевой» момент посадочного таймера) состоялся в 09:10:21/10:17:31; через 3 сек прошел ввод основного парашюта, и аппарат замедлил скорость приблизительно до 50 м/с. Передача информации с зонда началась в 09:10:58/10:18:08, на 15 сек раньше расчетного времени.

Круговая панорама из 30 снимков, полученных с высоты от 13 до 8 км. Разрешение отдельных снимков – 20 м, панорама охватывает область протяженностью около 30 км. Ближе к центру – широкое речное русло с островами и мелями. Есть ли в нем жидкость, или оно пустое – неизвестно.

ПОСАДКА НА ТИТАН

    В 09:25:21/10:32:31 был отстрелен основной парашют и введен стабилизирующий. По мере спуска в более плотные слои атмосферы зонд затормозился до 5.4 м/с и дрейфовал с боковой скоростью до 1.5 м/с. В 11:38:11/12:45:21 зонд Huygens опустился на поверхность Титана в точке 11°с.ш., 192°з.д. Скорость при касании составила 4.5 м/с, ударная перегрузка – 15g. От удара перестал работать один из приборов, но через несколько минут «восстановился».

Круговая панорама с высоты 8 км (разрешение около 20 м). В ходе спуска зонд дрейфовал над возвышенностью (в центре), однако опустился на поверхность в темной области (справа), которая, по всей видимости, является дренажным каналом.

ПОСАДКА НА ТИТАН

    Сигнал с зонда был потерян в 12:50:24/13:57:34, еще до захода Cassini за горизонт, так как орбитальный аппарат вышел из «радиолуча» передающих антенн «Гюйгенса». Таким образом, Cassini принимал сигналы зонда на спуске 147 мин 13 сек и с поверхности – еще 72 мин 13 сек. На Земле радиосигналы Cassini принимали 17 радиотелескопов США, Японии, Китая и Австралии. По внезапному изменению скорости КА и соответственно частоты сигнала в Грин-Бэнке зарегистрировали перецепку парашютов, а в Парксе – посадку. Этот австралийский радиотелескоп принимал сигналы зонда почти два часа уже после того, как Cassini его потерял, – вплоть до 14:48/15:55, когда Сатурн опустился к самому горизонту. В это время, через 3 час 10 мин после посадки, передатчик «Гюйгенса» все еще работал…
    К 16:53/18:00 на Земле было принято содержимое секции B4 бортового запоминающего устройства с основными данными зонда.

---