Основное программное обеспечение станции "Галилео" - операционная система - было полностью заменено в период с 30 января до 24 февраля 1995 г. Новое программное обеспечение системы команд и данных (CDS) и системы ориентации и исполнительных органов (AAS) необходимо "Галилео" для выполнения первой фазы исследования системы Юпитера, используя для передачи данных широконаправленную антенну низкого усиления (LGA).
    16 марта 1995 года была успешно завершена окончательная проверка атмосферного зонда КА "Галилео". Аккумуляторные батареи зонда и акселерометры аппаратуры для изучения структуры атмосферы показали точно такие же характеристики, как во время проверки в декабре 1992 г. Откачан нейтральный масс-спектрометр. Телеметрическая информация с зонда хранилась одновременно в памяти бортового компьютера орбитального аппарата и на пленке. Таким образом, была подтверждена стратегия работы с данными во время прибытия к Юпитеру 7 декабря.
    12 апреля был проведен маневр ТСМ-23 с целью уточнения точки входа зонда в атмосферу Юпитера. Маневр состоял из 64 отдельных включений, изменивших скорость станции на 0.08 м/с.

Траектория полета АМС "Галилео" к Юпитеру.

КА "GALILEO": СПУСК В АТМОСФЕРУ

    31 мая было проведено всестороннее исследование, по результатам которого было объявлено о готовности станции к отделению атмосферного зонда. Ввиду исключительной близости траектории к расчетной навигационная группа приняла решение не проводить намечавшуюся на 23 июня коррекцию траектории ТСМ-24.
    Тем временем 21 мая на 70-метровой антенне станции Сети дальней связи (DSN) НАСА в Канберре (Австралия) был установлен новый мазерный усилитель с ультранизким уровнем шума. Благодаря ему чувствительность приемника основной станции DSN для работы с "Галилео" увеличивается на 20%.

КА "GALILEO": ПОТОКИ ПЫЛИ

AMC "Галилео" подтвердила существование исходящих от Юпитера потоков пыли. Пылевые потоки, непохожие ни на что известное ранее, были обнаружены впервые АМС "Улисс" в 1992 г. во время сближения с Юпитером.     Первая станция обнаружила 11 периодических, узких, коллимированных потоков частиц пыли на расстоянии 2 а.е. (300 млн км) от Юпитера. На этом же расстоянии в июне 1994 г. они были обнаружены и "Галилео", и к февралю 1995 г, станция преодолела семь из них.

КА "GALILEO": ПОТОКИ ПЫЛИ

    В ночь с 12 на 13 июля 1995 г. после шести лет совместного полета от межпланетной станции "Галилео" был отделен юпитерианский атмосферный зонд.
    Непосредственная работа по отделению началась 5 июля. Операторы полета на Земле и компьютеры "Галилео" начали передачу и исполнение серии команд, готовящих зонд к автономному полету. В этот день был запрограммирован таймер времени перелета - "будильник", единственное устройство, которое будет работать в течение пяти месяцев, питаясь от бортовых батарей, и которое должно подать питание на системы и научные приборы зонда за шесть часов до расчетного времени входа в атмосферу. К шести вечера по тихоокеанскому летнему времени (PDT) было получено подтверждение того, что таймер загружен правильно и ведет счет. На совещании руководителей проекта утром 6 июля все четыре рабочие группы (по системам зонда, системам орбитального аппарата, навигационная группа и группа наземных систем) подтвердили готовность к отделению. 6 июля в 13:24 PDT (20:24 GMT) на "Галилео" была передана первая из трех главных команд.
    Исполняя ее, около трех утра (PDT) 7 июля зонд переключился на собственное питание. Получив 6 минут телеметрии, подтверждающей переключение питания и работу таймера, операторы выдали на "Галилео" команду отключить все системы зонда, кроме "будильника".
    Суббота и воскресенье (8 и 9 июля) были посвящены анализу данных. После того, как все переданные команды и данные, состояние электропитания и других систем были проверены, утром 10 июля руководители проекта дали "добро" на перерезание соединяющего станцию и зонд кабеля. В 08:33 PDT со станции DSS-43 в Канберре на "Галилео" была передана вторая главная команда. Поздно вечером (PDT) бортовой компьютер станции выдал исполнительную команду, и в 21:50 PDT пиронож перерезал кабель питания, управления и данных между зондом и станцией. Рост показаний температурных датчиков зонда до максимума, зарегистрированный на Земле в 22:27 PDT, подтвердил, что кабель перерезан. От этой минуты и до конца миссии операторы больше не имели средств управления зондом: он работал по заложенной программе.
    11 июля в 05:26 PDT на станцию была передана команда ориентировать ось вращения "Галилео" вдоль траектории.
    12 июля, исполняя команду, записанную за два дня до этого, механизмы станции передвинули радиоизотопные термоэлектрические генераторы (RTG), с тем чтобы центр масс аппарата переместился в более благоприятное положение перед раскруткой. 12 июля с 01:37 до 02:10 PDT станция и зонд были раскручены с 3.0 до 10.5 об/мин. (Атмосферный зонд будет стабилизироваться вращением до конца своего полета.)

Художественное представление отделения зонда от АМС "Галилео"

КА "GALILEO": СПУСК В АТМОСФЕРУ

    Утром 12 июля руководители проекта дали разрешение на отделение зонда. 12 июля в 22:30 PDT (13 июля в 05:30 GMT) были подорваны небольшие заряды, разрушившие механические крепления зонда к орбитальному аппарату. Три небольшие пружины мягко оттолкнули атмосферный зонд. Через 36 мин 52 сек, в 23:06:56 PDT (06:06:56 GMT), на станциях DSS-14 (Голдстоун) и DSS-43 (Канберра) было получено первое подтверждение отделения. Частота принимаемого с "Галилео" сигнала внезапно упала, указывая на изменение радиальной скорости на десятые доли миллиметра в секунду! Через 9 минут телеметрия подтвердила, что конденсаторы пиротехнических зарядов были заряжены и сработали, и выключатели на пружинах разомкнуты. Атмосферный зонд перешел в автономный полет. Зонду было присвоено международное обозначение 1989 084Е. Отделение произведено в точке, находящейся в 790 млн км от Солнца и в 664 млн км от Земли, при гелиоцентрической скорости свыше 7 км/с.
    Программой создания атмосферного зонда руководил Исследовательский центр имени Эймса NASA.


    В результате выполненной 27 июля 1995 года коррекции орбитальный аппарат АМС "Галилео" перешел с траектории попадания в атмосферу Юпитера на пролетную траекторию, обеспечивающую необходимые условия прохождения мимо Ио и Юпитера 7-8 декабря.
    Для маневра отклонения орбитального аппарата (Orbiter Deflection Maneuver, ODM), как он официально именуется в плане полета, в первый раз за время полета был использован основной двигатель станции. (Двигатель S400, с тягой 400 Н, изготовлен германской фирмой МВВ.) Поскольку перед соплом двигателя был закреплен атмосферный зонд, до его отделения 13 июля двигатель не мог быть ни использован, ни испытан.
    АМС "Галилео", приблизившаяся к Юпитеру до расстояния в 63 млн км, попала в начале августа в наиболее мощную из когда-либо зарегистрированных межпланетных "пылевых бурь". "Галилео" начал отмечать пыль, идущую от Юпитера, в июне 1994 г., а уже с декабря 1994 г., когда расстояние от планеты достигало 180 млн км, станция начала преодолевать пылевые потоки. Пылевой детектор станции - прибор размером с большой дуршлаг - фиксировал до 20000 пылевых частиц в сутки, сообщил постановщик этого эксперимента д-р Эберхард Грюн (Eberhard Grun) из Института ядерной физики имени Макса Планка (Гейдельберг, Германия). Нормальная частота встречи с частицами межпланетной пыли - одна частица раз в три дня. Прибор подсчитывает количество столкновений, измеряет направление и энергию частиц. По этим данным ученые оценивают размеры и скорости частиц - они достигают 40-200 км/ч. Специалисты предполагают, что пылевые частицы заряжены и потому ускоряются магнитным полем планеты, причем скорость зависит от размера. К счастью, эти размеры не больше, чем у твердых частиц сигаретного дыма, и пыль не могла повредить станцию.
    11 октября 1995 года произошел сбой бортового магнитофона АМС "Галилео". Сбой был быстро преоделен, но для этого были выработаны весьма жесткие правила его использования, сводящие к минимуму возможные последствия отказа. Печальным следствием принятых решений явился отказ от съемок Ио и Европы в день прибытия станции к Юпитеру 7 декабря 1995 г. Изображение Юпитера и его основных спутников, снятое Галилео 11 октября, попало в запретную область и не было воспроизведено. 26 октября было объявлено также о том, что руководители проекта приняли тяжелое решение не проводить съемку места входа зонда в атмосферу, Ио и Европы в день подлета Галилео к Юпитеру. На пленку будут записываться только уникальные данные во время пролета орбитального аппарата через плазменный тор Ио и спуска атмосферного зонда в атмосферу Юпитера. "Наши приоритеты ясны, - заявил тогда О'Нил, - мы должны получить все данные зонда." Все эти задачи завязаны через память, которая должна дублировать магнитофон. Чтобы полностью записать данные с зонда, надо затереть даже команды поворота сканирующей платформы!
    15 ноября на Галилео были переданы команды, которые задали последовательность работы станции 7 декабря. Программа содержала все технические команды, необходимые для ретрансляции данных с атмосферного зонда и включения основного двигателя станции S400 для перехода на орбиту спутника Юпитера, и охватывает период с 17 ноября до 8 декабря.
    26 ноября 1995 г. в 18 часов по Гринвичу орбитальный аппарат АМС Галилео прошел на расстоянии 9 млн км от поверхности Юпитера невидимую границу между межпланетным пространством и магнитосферой планеты. Магнитометр станции зафиксировал прохождение ударной волны, находящейся в том месте, где солнечный ветер встречается с магнитным полем Юпитера.
    Собственно, первые признаки ударной волны были отмечены еще 16 ноября на расстоянии 15 млн км от планеты, однако, как считает постановщик эксперимента с магнитометром д-р Маргарет Галланд Кивелсон (Margaret Galland Kivelson) из Университета Калифорнии в Лос-Анжелесе, граница "ходила" взад и вперед под "порывами" солнечного ветра. В часы усиления потока солнечных частиц ударная волна прижималась к Юпитеру, и станция вновь оказывалась на "солнечной" стороне границы, а затем вновь выдвигалась к Солнцу и охватывала Галилео. Этот процесс повторялся несколько раз.
    Эта же научная группа обнаружила отсутствие следов прошлогоднего падения фрагментов кометы Шумейкеров-Леви 9 на Юпитер.
    К 1 декабря были закончены проверки бортового магнитофона орбитального аппарата (ОА) перед записью информации с атмосферного зонда (AЗ) и данных по плазменному тору Ио с ОА. 28 ноября в 07:00 GMT радиоретрансляционная система орбитального аппарата RRH (Relay Radio Hardware) была подготовлена к приему сигналов зонда. Аппарат приведен в штатную ориентацию для приема сигналов. Ретрансляционная антенна RRA (Relay Radio Antenna) развернута. 28 ноября ОА переведен в режим "двойного вращения", когда его нижняя часть фиксирована и ретрансляционная антенна наведена в нужном направлении (еще в августе), а верхняя продолжает вращаться со скоростью около 3 об/мин.
    Хотя навигационные снимки Ио сделать теперь было невозможно, данные слежения за станцией говорили, что траектория полета орбитального аппарата после маневра отклонения ODM и коррекции ТСМ-26 очень близка к расчетной и высота пролета Ио будет близка к 1000 км. По данным Лу Д'Амарио (Lou D'Amario), расчет маневра ТСМ-27 (он планировался на 17 ноября) показал, что без него высота пролета Галилео над Ио отклоняется на 84 км, время прибытия - на 5 секунд. Потребная величина импульса ТСМ-27 - 0.16.м/с. Решение: не проводить маневр ТСМ-27.
    Через несколько дней аналогичное решение было принято в отношении маневра ТСМ-28 (27 ноября), и по той же причине: ошибка столь невелика, что неясно, улучшит маневр условия пролета, или же ухудшит. И наконец, последний возможный маневр, ТСМ-28А аппарат должен был бы выполнить 2 декабря в 23:30 GMT. Последняя оценка высоты пролета над Ио давала от 900 до 975 км. Это оказалось приемлемо. Последний маневр отменили тоже. Это решение очень облегчило жизнь специалистов навигационной группы, которым пришлось бы иначе рассчитывать данные по маневрам ТСМ-28А и JOI в режиме очень срочной круглосуточной работы.


    Прежде чем описывать события 7 декабря, нужно сказать несколько слов о конструкции АМС "Галилео". Станция состоит из орбитального аппарата (ОА) и атмосферного зонда (AЗ).
    Орбитальный аппарат разделен на две функциональные части - верхнюю вращающуюся секцию и нижнюю невращающуюся. Приборы для исследования полей, заряженных частиц и пыли расположены на вращающейся части. На нее приходится большая часть массы ОА. Здесь расположены система энергопитания, двигательная установка, большая часть электроники системы управления и компьютеров, антенны. Нормальная скорость вращения - примерно 3 об/мин, на время проведения динамических операций она увеличивается до 10 об/мин. Вращение стабилизирует положение оси аппарата в пространстве. Невращающуюся часть образуют статор, сканирующая платформа и блок приема данных с атмосферного зонда. Положение этой части в пространстве стабильно. На сканирующей платформе размещены камеры и спектрометры, требующие трехосной ориентации и наведения на объект. Наведение выполняется с точностью 0.2", скорость поворота - до 1° в секунду.
    Комплект научной аппаратуры орбитального аппарата обеспечивает 12 экспериментов. Суммарная масса полезной нагрузки - 118 кг. Орбитальный аппарат имеел при запуске массу 2223 кг, не включая массу переходника разгонного блока. Высота ОА - 6,15 м. Более 40% массы ОА - 925 кг - приходится на топливо бортовой ДУ RPM, хранящееся в 4 баках. В состав ДУ RPM входит основной двигатель S400 тягой 400 Н и 2 группы из 6 двигателей ориентации S10 тягой по 10 Н, два бака наддува с гелием, трубопроводы, клапаны и система управления. Двигатели работают на монометилгидразине и азотном тетраоксиде. Суммарный импульс скорости - около 1600 м/с.
    Для передачи огромного объема данных с орбитального аппарата предназначалась антенна высокого усиления HGA (High Gain Antenna) диаметром 4.8 м, сходная по конструкции с использованной на спутниках TDRS. Антенна находится на оси вращения в верхней части станции. При старте она была сложена; ее было решено развернуть только после ухода станции из пределов земной орбиты. Через HGA орбитальный аппарат "Галилео" должен был вести передачу на частоте 8415 МГц (диапазон X) со скоростью 115.2 кбит/с в режиме непосредственной передачи и 134.4 кбит/с в режиме воспроизведения. Кроме антенны HGA, на станции установлено две антенны низкого усиления (LGA, Low Gain Antenna). Одна, расположенная на раскрывающейся ферме RTG и направленная "вниз" (т.е. в направлении, куда смотрит лобовой экран атмосферного зонда), использовалась только при полете во внутренней области Солнечной системы. Вторая антенна LGA расположена над антенной HGA. Передача с АМС ведется на частоте 2295 МГц (диапазон S).
    Еще одна антенна расположена на невращающейся части ОА. Это антенна RRA (Radio Relay Antenna) диаметром отражателя около 1 м с автономным наведением для приема информации с атмосферного зонда.
    Конструкторы станции не имели выбора в части источника питания "Галилео". На орбите Юпитера поток солнечной энергии и 26 раз ниже, чем у Земли, и потому солнечные батареи приемлемого размера не могут обеспечить достаточную мощность. Для питания на станцию были установлены два радиоизотопных термоэлектрических генератора (RTG) на плутонии-238 (по 10.9 кг диоксида плутония в каждом), которые обеспечивали электрическую мощность 570 Вт при запуске, примерно 498 Вт в середине 1995 и около 480 Вт в конце полета в 1997 г. Они были изготовлены "General Electric Co." по заданию Управления специальных ядерных проектов Министерства энергетики США. Генераторы отнесены от корпуса аппарата на двух фермах длиной по 5 м. Кроме этого, примерно 112 радиоизотопных нагревателей тепловой мощностью по 1 Вт "греют" научную аппаратуру.
    В условиях, когда на обмен сигналами с аппаратом уходит полтора часа, станция должна уметь работать автономно. Поэтому она была оснащена двумя компьютерами в составе подсистем команд и данных (CDS) и управления и контроля ориентации (AACS). Программы для компьютера подсистемы CDS включают около 35000 строк кода, в том числе 7000 строк ПО автоматического обнаружения и исправления сбоев. В программах подсистемы AACS используются 37000 строк кода, включая 5000 строк защиты. Но кроме двух основных компьютеров, все приборы ОА имеют микропроцессоры, и 8 из них могут быть перепрограммированы в полете.
    Атмосферный зонд имеет массу 339 кг и состоит из трех основных частей: конического лобового экрана и хвостовою обтекателя в форме сферическою сегмента, образующих вместе модуль торможения, и расположенного внутри десантного модуля.

Конструкция атмосферного зонда АМС "Галилео"

КА "GALILEO": СПУСК В АТМОСФЕРУ

    Высота AЗ - всего 0.86 м, диаметр лобового экрана - 1.25 м. Модуль торможения имеет массу 220 кг (из них 152 кг - лобовой экран), десантный модуль - 118 кг. Его части имеют каркас из клепаного алюминия и абляционное покрытие - фенольный углепластик на лобовом экране и фенольно-нейлоновый материал на хвостовом обтекателе. Лобовой экран с углом раствора 90° предохраняет аппарат от нагрева при торможении в атмосфере, а хвостовой обтекатель - от проникновения тепла. На закругленном носу конуса лобового экрана толщина теплозащиты максимальна - около 15 см. Запас толщины очень невелик - от 30 до 44% в разных местах относительно расчетной глубины уноса материала. Модуль торможения имеет систему терморегулирования, работающую до входа в атмосферу. Лобовой экран прикрыт каптоновой лентой с золотым покрытием, нанесенным путем осаждения паров в вакууме, хвостовой обтекатель - каптоновой лентой с алюминиевым покрытием. Хвостовой обтекатель имеет также электропроводящую изоляционную оболочку, обеспечивающую стекание электрических зарядов.
    На десантном модуле установлена аппаратура для проведения 7 экспериментов. Общая масса научной аппаратуры - 30 кг.

Атмосферный зонд АМС "Галилео"

КА "GALILEO": СПУСК В АТМОСФЕРУ

    Десантный модуль диаметром 66 см негерметичен, изготовлен из титана и защищен от роста внешней температуры слоями "одеял" из каптона. Приборы, размещенные на полке из сотового алюминия, имеют собственные герметичные корпуса, рассчитанные на давление 20 атм. Помимо приборов, десантный модуль имеет подсистему энергопитания, подсистему связи и подсистему команд и обработки данных. Электроника десантного модуля содержит специально разработанные компоненты, способные выдержать прохождение радиационных поясов Юпитера. (Десантный модуль испытывался в термобарокамере при 16 и 13 атм. Нейтральный масс-спектрометр был испытан до отказа, который произошел при 21 атм. Раз нагретый, десантный модуль остывал по нескольку дней, и вентиляторы не помогали.)
    Вся активная жизнь зонда укладывается в несколько часов: он должен "проснуться" за 6 час до входа в атмосферу Юпитера, начать измерения за три часа и погибнуть не более чем через 75 минут после этого. Поэтому система энергопитания зонда основана на батарее (литий/двуокись серы), составленной из трех модулей. Батарея имеет напряжение 39 В и - после изготовления - емкость 21 А-час. К моменту использования (свыше 6 лет после изготовления) она уменьшится до 18-20 А-час. За 60 минут расчетного спуска может быть израсходовано до 18 А-час, и на остатках зонд, быть может, проживет еще 15 минут. Пиросредства питаются от отдельных батарей.


    Итак, позади шестилетнее путешествие длиной 3.7 млрд км. Зонд и орбитальный аппарат прибыли к Юпитеру.
    Как и планировалось, по радиолинии "Земля-борт" 5 декабря 1995 года внесены определенные изменения в программы обнаружения и устранения неисправностей орбитального аппарата. Благодаря им станция должна правильно реагировать на крайне жесткие условия пролета между Ио и Юпитером. Из-за интенсивного излучения планеты и радиационных поясов из электронов и тяжелых ионов "Галилео" наберет радиационную дозу в 35-40 тысяч рад, во много раз больше, чем смертельная доза для человека. Хотя при проектировании и изготовлении станции была введена значительная радиационная защита, часть электроники станции могла временно или навсегда выйти из строя.
    "Самое большое неизвестное сейчас - это что сделает с нами радиационная обстановка," - говорил У.О'Нил в интервью агентству АП. По предварительным оценкам, 60% всей дозы станция наберет за час нахождения на минимальном расстоянии от Юпитера. Кроме радиации, электронике "Галилео" могут угрожать электростатические разряды. "Когда мы строили Галилео, мы ввели много защиты, чтобы снять ожидаемые эффекты юпитерианской среды, - объясняет заместитель директора миссии Мэттью Ландано (Matthew R. Landano). - Но мы не узнаем, насколько хорошо... мы сделали это, пока не пролетим сквозь нее."
    В этот же день станция была подготовлена к перерыву в связи, который наступит через несколько дней после выхода на орбиту из-за соединения Юпитера с Солнцем. В нормальной обстановке станция, не принимая сигналы с Земли в течение 3 суток, переключается на запасной приемник. Сейчас ей было разрешено ждать связи в течение 25 суток.
    Три последние недели и два дня - 7 и 8 декабря - поведение станции определяется "критической последовательностью" команд (Critical Engineering Sequence), записанных в бортовом компьютере.
    (Прежде чем переходить к 7 декабря, необходимо сделать замечание о способах указания моментов времени для работы "Галилео" у Юпитера. Поскольку время распространения сигнала от Юпитера составляло 7 декабря почти 52 минуты, на эту величину расходились "реальное" время, когда происходило то или иное событие у Юпитера, и "сигнальное", когда радиосигнал приносил подтверждение некоторым из них. Американцы обозначают сигнальное время ERT - Earth Receive Time. Здесь и ниже для всех моментов оговаривается, даны ли они по реальному или сигнальному времени.)
    7 декабря 1995 г., четверг, в 05:08 PST (13:08 GMT) реального времени орбитальный аппарат "Галилео" прошел на расстоянии примерно 30900 км от спутника Юпитера Европы.
    В 09:46 PST (17:46 GMT) реального времени ОА "Галилео" прошел на минимальном расстоянии в 892 км от внутреннего из четырех галилеевых спутников Юпитера - Ио, обращающегося на среднем расстоянии 421660 км от центра планеты. Момент максимального сближения с Ио мог быть зафиксирован на Земле по изменению частоты принимаемого сигнала почти 52 минуты спустя, в 10:38 PST (18:38 GMT) "сигнального" времени. Высота над Ио была на 45 км меньше, а момент прохождения - на 5 сек раньше расчетного. Кроме того, "Галилео" прошел на несколько сот километров ниже ("южнее") расчетной трассы. В этот период велись измерения по полям и частицам.
    Во время пролета Ио и исследования тора Ио связь с "Галилео" велась только из Голдстоуна. Момент приема данных с атмосферного зонда пришелся на 4 часа одновременной радиовидимости аппарата из Голдстоуна и Канберры. Более поздние события наблюдались только из Канберры.
    В 15:15 PST (23:15 GMT). В 15:10 PST было получено подтверждение приема сигнала с атмосферного зонда на орбитальном аппарате. Данные, полученные в центре управления, так называемый индикатор состояния, подтвердили, что атмосферный зонд работал, а орбитальный аппарат принимает с него информацию.
    Что творилось в центре управления после возгласа "Есть!" ("We've got it!")! Горячие аплодисменты, радостные крики, люди, повскакавшие со своих мест, руки, поднятые к потолку или колотящие соседа по спине. Есть сигнал! Аll right! Широко улыбнулся нервно меривший шагами зал Уилльям О'Нил. Для многих из собравшихся в Пасадене наступил день, которого они ждали 5, 10, 12, 17, а то и 21 год. А всего в разные годы над станцией "Галилео" работало 10 тысяч человек. Весли Хантресс так описал позже ощущения в момент победы: "Вы ждете 18 лет. Когда наступает момент, вы покрываетесь потом. Потом... у вас на глазах слезы, и вы выбрасываете вверх руки. Вот что делает эту работу настолько захватывающей."

Спуск в атмосферу Юпитера

КА "GALILEO": СПУСК В АТМОСФЕРУ

Расчетная циклограмма входа в атмосферу и спуска атмосферного зонда АМС "Галилео"
Времена даны относительно момента условного входа Е в атмосферу 7 декабря в 14:04 PST (22:04 GMT) реального времени (14:56:25 PST, 22:56:25 GMT сигнального) на высоте 450 км над нулевым уровнем, где атмосфера начинает влиять на движение зонда. За нулевой принят уровень, где атмосферное давление соответствует земному (1 атм). Высоты отсчитаны от нулевого уровня. Все данные по температурам и давлениям являются расчетными.
Момент	Высота, км	Скорость, км/с	Давление, атм	Температура, °C	Событие
Е	450	47.417	-	-	Вход в атмосферу
Е+56 сек	100	27.555	0.007	-119	Максимальный скоростной напор
Е+112 сек	50	0.889	0.07	-160	Ввод вытяжного парашюта, стабилизация аппарата
Е+114 сек	50	0.867	0.07	-160	Ввод основного парашюта
Е+122 сек	48	0.453	0.09	-160	Сброс лобового экрана
Е+126сек	48	0.428	0.09	-160	Начало прямых измерений
Е+135 сек	40	0.247	0.1	-160	Начало передачи на орбитальный аппарат
Е+4 мин	26	0.126	0.3	-150	Первый видимый слой облаков
Е+8 мин	0	0.082	1.0	-107	Нулевой уровень
Е+13мин	-21	0.065	2.0	-67	Второй слой облаков
Е+24 мин	-57	0.047	5.0	0	Слой водяных облаков
Е+30 мин	-71	0.043	6.7	25	"Комнатная" температура
Е+42 мин	-100	0.035	11.7	79	Заход Солнца
Е+60 мин	-135	0.029	20.0	140	Конец расчетной работы зонда

    За 6 часов до момента Е таймер времени перелета дал команды на включение систем атмосферного зонда. Зонд находился в 600000 км от Юпитера и имел скорость 21.3 км/с. За 3 часа до момента Е, на расстоянии 360000 км при скорости 27.0 км/с начались измерения условий во внутреннем радиационном поясе. Измерения проводились в четырех минутных сеансах на Е-180 мин, Е-140 мин, Е-96 мин и Е-60 мин (соответственно на расстоянии 5, 4, 3 и 2 радиуса), а затем продолжались непрерывно до входа в атмосферу. До входа в атмосферу начались и измерения грозовой активности и радиоизлучения (на отметках 4, 3, 2 и 1 радиус).
    Итак 7 декабря 1995 г., сброшенный 147 дней до этого с "Галилео", зонд впервые в истории вошел в атмосферу Юпитера. Район входа находится на границе экваториальной зоны и северного экваториального пояса, где на некоторых участках наблюдается повышенная яркость в инфракрасном (5 мкм) диапазоне.
    Атмосферный зонд вошел под углом -8.3° к местной горизонтали. Условия входа полностью определены положением АМС при отделении зонда 12/13 июля. При угле - 9.8° зонд бы погиб при входе от перегрева, при угле - 6.8° - срикошетировал от атмосферы и ушел в космос. Точка входа лежит на 6.5° с.ш, и 4.4° з.д. Зонд вошел в атмосферу на освещенной стороне вблизи вечернего терминатора в направлении, совпадающем с направлением вращения планеты.
    Торможение аппарата от скорости входа 47.4 км/с до менее 0.9 км/с длилось всего около 2 минут. Плазменный слой перед лобовым экраном нагрелся до фантастической температуры - 14000°С. В процессе торможения лобовой экран подвергается тепловому потоку и потерял две трети массы абляционного покрытия - 87 из 152 кг - за счет испарения и механической эрозии. Максимальное ускорение составило 228g. Аэродинамические силы, действующие на зонд, выше, чем для любого другого посадочного аппарата, когда-либо входившего в атмосферу другой планеты.

Отделение защитного щита от зонда, температура которого во время входа в атмосферу составила 14 000 °С

КА "GALILEO": СПУСК В АТМОСФЕРУ

    Вытяжной парашют выброшен пирозарядом и стабилизировал аппарат при скорости, близкой к скорости звука. Затем были подорваны пироболты хвостового обтекателя, и вслед за уходом крышки был выведен основной парашют зонда диаметром 2.5 м из дакрона и кевлара. То, что осталось от лобового экрана было сброшено.
    Передача на АМС началась через 135 сек после входа. Передача велась двумя почти идентичными потоками на скорости 128 бит/с через два комплекта передатчиков диапазона L (1387.0 и 1387.1 МГц) и электронных схем для резервирования. Один канал содержит ультрастабильный осциллятор, и изменения его частоты будут служить исходными данными для эксперимента по определению скорости ветра по допплеровскому сдвигу DWE. Два цифровых приемника АМС, которая проходила на высоте около 214000 км над точкой входа зонда, приняли сигнал зонда не позже чем через 50 секунд после его начала. Запись сигнала велась одновременно в память компьютера ОА (около 70 минут) и на ленточное ЗУ (75 минут).
    Пока аппарат был в работоспособном состоянии, он углубился в атмосферу на 146 км ниже уровня условной поверхности Юпитера (верхняя кромка плотных облачных слоев, где давление равно 1 бар, а температура -107 °С). Все это время - около 60 минут - зонд передавал результаты научных измерений на орбитальный отсек. Спускаясь в атмосфере Юпитера, зонд должен был пройти первый видимый слой белых перистых облаков из аммиачного льда, второй облачный слой (его существование не подтверждено и природа неясна, но ожидается, что это будут красновато-бурые облака гидросульфидов аммония) и, наконец, тяжелый слой водяных облаков. Последний, как считается, работает "буфером" между внутренней областью равномерного перемешивания атмосферы и верхними турбулентными слоями. Моменты достижения облачных слоев, как и все, что существенно ниже нулевого уровня, могут значительно отличаться от расчетных. Здесь зонд может встретить молнии, водяной дождь и ураганный ветер - до 90 м/с.

Сначала данные, полученные зондом, озадачили астрономов:хотя на планете дули ветры со скоростью до 640 км/час, облаков почти не было, как признаков водяного пара, и лишь вдали отмечались вспышки молний. Позднее анализ показал, что атмосфера планеты имеет структуру, представленную на рисунке, а зонд прошел через горячее пятно.

КА "GALILEO": СПУСК В АТМОСФЕРУ

    Но в результате по постепенному ослаблению солнечного света зонд обнаружил над верхним ярусом облаков диффузный слой, состоящий из ледяных частиц аммиака. Фактически зарегистрирован был только один слой облаков, состоящий, по-видимому, из ледяных частиц гидросульфида, причем метеорологическая «дальность видности» в нем превышает 1,5 км. Из распределения яркости неба был сделан вывод, что вдали были видны какие-то облака. Но никакого слоя водяного пара или снега, вопреки ожиданиям, не обнаружено. Более того, атмосфера Юпитера оказалась очень сухой.
    Зональные (восток-запад) скорости ветра на всем протяжении спуска были очень велики и достигали 640 км/ч, или 180 м/с. Измерения с «Вояджеров» тоже указывали на высокие скорости ветра, но трудно было предположить, что такие же скорости сохраняются глубоко под облачным слоем. Если на Земле динамика атмосферы и океана определяется притоком энергии от Солнца, то на Юпитере роль Солнца в метео-явлениях невелика. Ветры, превосходящие в несколько раз самые ураганные ветры Земли, порождаются мощными источниками тепла в горячих глубинах планеты, причем это относится почти ко всем планетам-гигантам.

Художественное представление полета атмосферного зонда «Галилео» (в центре) сквозь облачный покров Юпитера. Изображен момент сброса защитного теплового щита (справа). Полученную зондом информацию об атмосфере гигантской планеты, орбитальный аппарат «Галилео» (слева) транслировал на Землю (яркая точка слева вверху). Рисунок: NASA

КА "GALILEO": СПУСК В АТМОСФЕРУ

    Радиосигналы с аппарата перестали поступать, когда давление достигло 23 бар, а температура 153 °С. По-видимому, водородно-гелиевая атмосфера каким-то образом проникла в аппарат, иначе измерения продолжались бы и дальше. Из-за технических проблем не всю программу удалось выполнить. Непосредственные измерения показали, что физика атмосферы Юпитера еще сложнее, чем предполагалось.
    Что ждало атмосферный зонд после прекращения передачи? Как писали в номере "The Planetary Report" за ноябрь-декабрь 1995 Джонатан Лунин (Jonathan Lunine) и Рик Янг, зонд наверняка не ударится о твердую поверхность Юпитера - если она и есть, то очень глубоко. Постепенно опускаясь, зонд достиг сначала уровня, где расплавился дакроновый парашют (Е+105 мин), затем алюминиевые части (Е+145 мин, 660°С, 280 атм), и наконец титановый корпус (Е+9 час, 1680°С, 2000 атм). Капли расплавов опускались все ниже и, достигнув соответствующих уровней, испарились, обогатив атмосферу Юпитера.
    10 декабря 1995 года в 04:15 PST (12:15 GMT) был начат прием на станции Сети дальней связи НАСА первой посылки данных атмосферного зонда проекта "Галилео". Считывание данных из памяти нужно было выполнить как можно скорее, так как на их место нужно записать новые программы. Но чтобы убедиться, что все считано верно, эта операция была выполнена трижды - в декабре и дважды в январе. Это позволило судить о достоверности каждого бита данных путем голосования по схеме "два из трех".
    Анализ данных атмосферного зонда проводился группой из примерно 50 исследователей, возглавляемой д-ром Риком Янгом.


    Данные атмосферного зонда станции "Галилео", выполнившего спуск в атмосферу Юпитера 7 декабря 1995 г., заставляют ученых пересмотреть принятые теории формирования Юпитера и природы процесса эволюции планет вообще.
    Научный руководитель проекта Торренс Джонсон весьма удачно сравнил полученные "Галилео" результаты и их отношение к теории с известным эпизодом примерки хрустальной туфельки сестрами Золушки: пятка не лезет, туфелька жмет!
    Атмосферный зонд "Галилео", выполнив самый тяжелый вход в планетную атмосферу в истории космонавтики, спустился после раскрытия парашюта на 156 км и в течение 61 минуты транслировал научные данные на проходивший над ним орбитальный аппарат.
    Все приборы "Галилео" работали во время подлета, входа в атмосферу и спуска по штатной программе - "замечательно хорошо", как сказал менеджер проекта Уилльям О'Нил (William O'Neill), - и передали интереснейшую информацию. Однако точка входа зонда в атмосферу может оказаться весьма специфической, с параметрами, отличными от средних параметров атмосферы планеты.
    Согласно отчету научного руководителя проекта атмосферного зонда д-ра Рика Янга (Rich Young). на этапе подлета детектор энергичных частиц обнаружил новый интенсивный радиационный пояс на высоте примерно в 50000 км над поверхностью облаков. Уровень радиации в нем был приблизительно в 10 раз выше, чем в околоземных радиационных поясах. В поясе были обнаружены ионы гелия неизвестного происхождения с высокими анергиями.
    В атмосфере зонд встретился со значительно более сильными ветрами, чем предполагалось, с периодами сильного холода и тепла и с очень интенсивной турбулентностью. Вертикальные потоки, направленные как вверх, так и вниз и проявляющиеся в допплеровском смещении частоты передатчика (эксперимент DWE), также оказались значительно сильнее ожидавшихся. Исследователи считают теперь, что ветры Юпитера вызываются не разницей в солнечном освещении на экваторе и полюсах и не теплом, выделяемым при конденсации воды, как это происходит на Земле. Как полагает Р.Янг, источником энергии, стоящим за наблюдаемыми явлениями атмосферной циркуляции, является, вероятно, внутреннее тепло, излучаемое в атмосферу из глубин планеты. Именно поэтому такие типы циркуляции, как ураганы и торнадо, не характерны для Юпитера.
    Как показывают наземные телескопические измерения, точка входа атмосферного зонда могла быть одним из наименее облачных районов Юпитера. Установлено, что зонд вошел в атмосферу около края одной из "горячих точек", наблюдаемых в ИК-диапазоне и составляющих только 1% поверхности. Считается, что горячие точки являются районами с малой облачностью. Является ли это удивительное "попадание" удачей? Хотя получены очень интересные результаты, неясно, отражают ли условия в месте входа фундаментальные свойства планеты или чисто местные особенности. Для первого раза лучше было бы попасть в самый обычный район...
    Нефелометр зонда NEP не зафиксировал трех толстых слоев облачности, предсказанных моделями планеты, а лишь легкий туман и много клочковатого материала внизу. Нефелометр освещал лазерным лучом маленькое зеркало, отнесенное от аппарата на штанге; состав частиц облачности определялся по характеристикам излученного и отраженного луча. Прибор зафиксировал только одну заметную облачную структуру, по-видимому - предсказанный тонкий слой гидросульфида аммония. Наблюдавшаяся структура облачности сильно отличается от предсказанной. Видимость в атмосфере в точке входа оказалась намного лучше ожидавшейся, освещение - более темным, а горячо обсуждавшийся вопрос о веществах, определяющих розовые и желтые цвета атмосферы Юпитера, по имеющимся данным решения не получил.
    Радиометр, измерявший яркость неба в различных направлениях по мере вращения зонда, показывал значительные вариации в яркости неба до уровня давления 0.6 атм. Ниже вариации яркости резко уменьшились. Этот результат интерпретирован как указание на существование верхнего слоя облачности из аммиачных льдинок. Однако радиометр не зафиксировал слой гидросульфида аммония; и наоборот, нефелометр не "увидел" аммиачного слоя. Следует, правда, отметить, что нефелометр исследует частицы в месте нахождения зонда, а радиометр - облачность вдали от него. Поэтому, если слои облачности имеют разрывы, они фиксируются по-разному. Никакие данные не указывают на наличие сколько-нибудь значительных водяных облаков - еще один поразительный результат зонда. Вертикальный градиент температуры, построенный по данным инструмента ASI в диапазоне давлений 6-15 бар (примерно соответствует глубине 90-140 км), характеризует атмосферу как сухую и лишенную конденсации.
    Последние анализы данных "Вояджеров", пролетевших у Юпитера в 1979 г., приводили к выводу о том, что количество воды в атмосфере Юпитера будет вдвое выше, чем в солнечной (оценка делалась по количеству "солнечного" кислорода). Наблюдение прохождения атмосферных волн от ударов фрагментов кометы Шумейкеров-Леви 9 (SL9) через вершины облаков Юпитера заставило предположить, что количество воды в 5-10 раз выше солнечного. Фактические измерения (еще подлежащие обсуждению) показали уровень, близкий к солнечному. Ученым остается удивленно вопрошать - "где кислород?", "где вода?" - и искать согласие с данными "Вояджеров" и SL9.
    Вопреки ожиданиям, детектор LRD не зафиксировал расчетного количества молний в атмосфере Юпитера - они отмечаются в 3-10 раз реже, чем за такое же время на Земле. Оптическая часть детектора не отметила вспышек вблизи от зонда, но на радиочастотах были "услышаны" примерно 50000 разрядов. Судя по особенностям радиосигналов, разряды происходили очень далеко (примерно в 10000 км от зонда) и из различных источников, но были намного мощнее земных. Форма сигналов оказалась весьма необычной. Малое количество молний хорошо "стыкуется" с отсутствием воды и означает, вместе с преобладанием водорода, меньшую вероятность обнаружения в атмосфере сложных органических молекул. Словом, "воды нет, растительности нет..." (смотри цитату выше).

Захватывающее зрелище - так в представлении художника Andrew C. Stewart выглядит атмосфера удивительного газового гиганта, окутанного облаками.

КА "GALILEO": СПУСК В АТМОСФЕРУ

    8 марта 1996 года было объявлено о том, что соотношение гелия и водорода, составляющих вместе 99% атмосферы Юпитера, в действительности близко к наблюдаемому на Солнце. В первых сообщениях утверждалось, что отношение гелия к водороду (по массе) в атмосфере Юпитера равно 0.14. Однако более исчерпывающий анализ данных с гелиевого детектора на атмосферном зонде, подтвержденных измерениями масс-спектрометра, привел к увеличению этого соотношения до 0.24. Соответствующее соотношение для Солнца равно 0.25.
    Установленная близость отношений Не/Н означает, что химический состав Юпитера остался примерно таким же, каким был несколько миллиардов лет назад состав протопланетного облака. Новая оценка показывает также, что гравитационное осаждение гелия в глубинные слои Юпитера не происходило с такой скоростью, как на Сатурне, где оценка отношения Не/Н составляет всего 0.06%. Как сказал научный руководитель проекта "Галилео" д-р Ричард Янг (Richard Young), полученные данные означают, что внутренние области Юпитера намного горячее, чем у Сатурна.
    Новые оценки по гелию "потянули за собой" изменение данных и по другим ключевым компонентам, например, по метану. Несколько тяжелых элементов, в том числе углерод, азот и сера, присутствуют на Юпитере в существенно больших количествах, чем на Солнце. Это означает, что серьезную роль в эволюции Юпитера сыграли выпадавшие на него метеориты и другие малые тела. Уровень воды в атмосфере Юпитера ниже солнечного.
    Как уже сообщалось, атмосферный зонд, по-видимому, вошел вблизи южного края так называемого "горячего пятна", наблюдаемого в ИК-диапазоне. "Горячее пятно" считается областью малой облачности. Единственный слой, обнаруженный нефелометром, тонок даже по земным меркам, и состоит, по-видимому, из гидросульфида аммония.
    Молнии в расчете на единицу поверхности происходят в 10 раз реже, чем на Земле, но каждый разряд примерно а 10 раз мощнее земного.
    Количество обнаруженных органических соединений минимально. Сложные углеводороды на Юпитере редки, и поэтому шансы обнаружить на этой планете биологическую активность, сходную с земной, очень малы.
    Увеличилась оценка скорости ветра в атмосфере Юпитера. Если в январе ученые говорили о скоростях до 150 м/с, то сейчас называется величина 180 м/с. Ветры присутствуют значительно ниже единственного обнаруженного облачного слоя. Это позволяет заключить, что источником энергии ветров является не солнечное тепло, но поток тепла из глубин планеты. Сильные ветры характерны и для других планет-гигантов.
    61 минута данных научных измерений, выполненных во время спуска атмосферного зонда АМС "Галилео" в атмосфере Юпитера 7 декабря 1995 г., содержит поразительную информацию о процессах циркуляции в атмосфере планеты, которая заставила ученых предлагать радикальные новые теории о первоначальном этапе образования Юпитера.
    До "Галилео" наиболее признанной была теория юпитерианской "погоды", в которой предполагалось, что, как и на Земле, наибольшая активность происходит в верхнем тонком, облачном и прогретом Солнцем слое, в так называемой "кожуре яблока". В земной атмосфере ветры являются в первую очередь результатом дифференциального освещения экваториальных и полярных районов, а тепло выделяется при конденсации воды.
    Зонд провел первые количественные измерения атмосферы Юпитера под верхним слоем облаков, опустившись примерно на 640 км и достигнув уровня давления 20 атм. На этой глубине, куда уже не проникает тепло от Солнца, находится верхняя часть того, что считается хорошо перемешанной и сравнительно однородной внутренней атмосферой планеты.
    Теперь ученые имеют сильные основания считать, что картина атмосферной циркуляции у верхушек облаков Юпитера и во внутренней части атмосферы (а ее глубина достигает 16000 км, в 100 раз больше, чем у Земли) являются частью единого непрерывного процесса. Д-р Дэвид Аткинсон (David Atkinson) из Университета Айдахо подтверждает, что скорость непрерывно дующих ветров в атмосфере превышает 180 м/с, причем по мере погружения - вплоть до достигнутой зондом глубины около 160 км - скорость не уменьшается.
    Ученые считают неожиданный результат подтверждением того, что основной движущей силой ветров является поток излучения внутреннего тепла, идущий из глубин планеты наружу. Д-р Эндрю Ингерсолл (Andrew Ingersoll) из Калифорнийского технологического института полагает, что картина высокоскоростных потоков существует на глубинах в тысячи километров, и что эти внутренние потоки проявляются в характерной "полосатости" верхней атмосферы планеты.

В теплых районах планеты, расположенных у экатора, каждая конвекционная ячейка атмосферы Юпитера поднимает вещества вверх, где они остывают, а затем сбрасывает их ближе к полюсам. И этот процесс происходит беспрерывно. По мере того как смесь газов поднимается вверх, сначала происходит их конденсация, а потом, выше, формируются облака из гидросульфида аммония. Облака из аммиака, расположенные в светлых зонах Юпитера, появляются только в самой высокой точке. Верхние слои атмосферы движутся на запад, в направлении вращения самой планеты. В то время как силы Кориолиса толкают аммиачные облака в противоположную сторону.

КА "GALILEO": СПУСК В АТМОСФЕРУ

    Наибольшую трудность для ученых представляет непротиворечивое объяснение очень низкого содержания воды в атмосфере Юпитера. По данным "Вояджеров" и измерениям, выполненным во время падения кометы SL9 на Юпитер, считалось, что количество "юпитерианской" воды равно или даже больше, чем количество "солнечной". Однако измеренные концентрации кислорода показывают, что соответствующие уровни воды находятся в пределах 0.1-0.2 от солнечного. Эти данные считаются надежно установленными, так как подтверждаются данными пяти приборов зонда. Так, почти полное отсутствие облаков и низкая относительная частота молний хорошо стыкуется с сухой атмосферой.
    Где же в таком случае вода, которая должна была остаться со времен формирования Юпитера? Как-никак, и эта планета, и остальные, и Солнце образовались из одного и того же первичного газо-пылевого облака. Предложено несколько объяснений.
    Согласно одной теории, истинное количество воды в Юпитере соответствует солнечному, но большая часть воды сосредоточена в глубинах планеты. Юпитер, считают авторы теории, формировался изначально как твердое каменно-ледяное тело, которое набрало массу в 8-10 земных за счет частиц льда и пыли из первичного облака. Таким образом, водяной лед концентрируется в ядре планеты, высушивая окрестности. По мере роста прото-Юпитера к нему притягивались уже высушенные легкие газы, из которых образовалась современная атмосфера. Когда ядро нагрелось, в атмосферу перешли углекислота, метан, аммиак, сероводород и другие летучие вещества. Результатом этого процесса должна быть атмосфера, похожая на обнаруженную зондом, с увеличенными относительно солнечных концентрациями углерода, серы и азота. Теория объясняет многие данные зонда, но есть у нее крупный недостаток: неясно, почему вода остается внутри, а углеродосодержащие газы уходят.
    Альтернативное объяснение состоит в том, что зонд произвел спуск в области, сравнимой с земными пустынями. Наблюдения земных телескопов и других КА показали исключительную сухость в точке входа зонда, к северу от экватора. Правильно, говорят сторонники этой теории, как и на Земле, на Юпитере атмосфера нагревается Солнцем на экваторе, "воздух" поднимается до того уровня, где образуются облака и теряется вода. Отсюда теплый "воздух" распространяется к северу и к югу, опускаясь в "пустынных" районах. Если точка, где спустился зонд, находится в зоне мощных нисходящих потоков, этого может быть достаточно для объяснения сухости атмосферы. Часть специалистов, однако, сомневается в том, что такая сухость может продолжаться вплоть до уровня давления в 20 атм. "Это объяснение встречает особенные трудности в связи с тем, что Юпитер выделяет больше тепла изнутри, чем получает от Солнца, - говорит Э. Ингерсолл. - Этот восходящий поток тепла должен заблокировать... нисходящий поток сухого воздуха." В результате на этой глубине должен находиться слой, где водяной пар распределен равномерно и где уже нет чрезвычайной сухости.
    Д-р Тобиас Оуэн (Tobias Owen) из Университета Гавайев считает, что "быть может, внутреннее тепло Юпитера выходит наверх только в определенных районах" с восходящими потоками, аналогично тому как на Земле внутреннее тепло выходит через вулканы и зоны спрединга срединно-океанических хребтов.
    Еще один вариант теории "сухой области" был выдвинут д-ром Ричардом Янгом (Richard Young) из Исследовательского центра имени Эймса НАСА. Руководитель научной программы зонда считает, что распределение воды на Юпитере может сильно изменяться в зависимости от широты - большая часть воды концентрируется на высоких широтах, где отмечена и максимальная грозовая активность. Там же выделяется и большая часть внутреннего тепла.

---