5 сентября 2008 года в 18:58:19 UTC по времени приема радиосигнала на Земле (около 18:38 UTC по бортовому времени) европейская межпланетная станция Rosetta осуществила пролет астероида (2867) Штейнс. Минимальное расстояние до цели составило 800.7 км, относительная скорость - 8.62 км/с.
    Астероид Штейнс является первой научной целью станции на пути к комете 67/Р Чурюмова-Герасименко, с которой аппарат должен встретиться в ноябре 2014 г. Он был открыт 4 ноября 1969 г. советским астрономом Н.С. Черных и назван в 1986 г. по имени Карла Августовича Штейнса (1911-1983) - известного латвийского астронома и популяризатора астрономии.
    Астероид Штейнс относится к редкому спектральному типу Е (от названия минерала энстатит из группы пироксенов), отличающемуся более высоким альбедо от сравнительно частого типа М. Астероиды типа Е, как правило, невелики по размерам, а их орбиты лежат во внутренней части основного пояса астероидов. Астрономы предполагают, что небесные объекты такого класса могли образоваться из материала мантии более крупных астероидов, разрушенных еще на ранних этапах истории Солнечной системы, и состоят большей частью из силикатных минералов с небольшим содержанием железа.

Rosetta: астероид (2867) Штейнс

    Известно лишь 25 астероидов типа Е, и Штейнс стал первым, с которым сблизился земной аппарат. В наблюдениях были задействованы почти все научные инструменты, находящиеся на борту «Розетты», а также магнетометр ROMAP, которым оборудован посадочный аппарат Philae.
    В момент пролета астероид находился на расстоянии 2.14 а. е. от Солнца и 2.41 а. е. от Земли. Время прохождения сигнала по радиолинии «борт-Земля» было чуть меньше 20 минут.


    Чтобы достичь кометы Чурюмова-Герасименко, Rosetta должна осуществить четыре гравитационных маневра около планет Солнечной системы (два пролета около Земли и один около Марса уже состоялись). Кроме того, в план полета включены два пролета около малых небесных тел, астероидов (2867) Штейнc и (21) Лютеция.
    Понятно, что время, в течение которого КА находится поблизости от того или иного объекта, очень мало по сравнению с общей продолжительностью миссии. Поэтому большую часть времени научная аппаратура и даже некоторые бортовые системы станции находятся в «спящем» режиме с целью более рационального использования их ресурса и снижения вероятности отказов. И перед каждым пролетом операторам «Розетты» необходимо «будить» аппарат, приводить его в рабочее состояние, а по завершении работ в очередной раз «укладывать спать».
    Каждый пролет приносит немало забот уже сам по себе, а необходимость организации наблюдений в еще большей степени усложняет задачу. Не стало исключением и сентябрьское рандеву, подготовка к которому началась почти сразу после второго пролета Земли 13 ноября 2007 г..
    В два этапа, 23 ноября 2007 и 21 февраля 2008, была проведена коррекция траектории «Розетты», направившая ее в заданный район встречи с астероидом. Импульс 23 ноября был выдан в 00:54 UTC и продолжался 538 сек. Приращение скорости составило 1.526 м/с, расход топлива - 1.6 кг. Маневр 21 февраля был намного скромнее: приращение составило 0.248 м/с.
    Баллистические параметры предстоящего пролета Штейнса оказались таковы, что постоянно «отслеживать» астероид станция не могла ввиду ограничений по тепловому режиму. Переориентацию и повторный «захват цели» нужно было осуществить лишь за полчаса до максимального сближения - времени на исправление ошибок при этом практически не оставалось. Для того чтобы максимально отследить возможные «подводные камни», разворот станции был отрепетирован 24 марта 2008 г., причем вне сеанса связи с Землей. Аппарат сохранял ориентацию своей оси Z (условно направленной на астероид) и одновременно осуществлял вращение вокруг нее на 180°.
    В течение ноября-марта состоялся и ряд других испытаний, которые позволили специалистам проверить работу программного обеспечения систем определения и управления ориентацией и орбитальным движением при осуществлении маневра пролета и в случае выявления каких-либо неполадок иметь некоторый запас времени для их устранения. Кроме того, была проверена работа звездных датчиков и камер в условиях помех, создаваемых солнечным излучением, а также функционирование посадочного аппарата под солнечными лучами.
    27 марта Rosetta была погружена «в сон», точнее, в «околосолнечный спящий режим» (Near Sun Hibernation Mode, NSHM). Контрольный сеанс приема телеметрии проводился раз в неделю.
    А уже 1 июля специалисты приступили к «пробуждению» систем и аппаратуры станции и переводу «Розетты» в штатный перелетный режим: началась непосредственная подготовка к встрече с астероидом Штейнс.
    4 июля станция находилась на расстоянии 1.47 а. е. от Земли и 1.92 а. е. от Солнца.
    Приборы «Розетты» включали поочередно в период с 7 июля по 1 августа - это был 8-й по счету с начала полета тест бортовой научной аппаратуры.
    Детальное планирование научных операций во время пролета астероида проводилось командой из Центра научных операций «Розетты» (RSOC) в тесном взаимодействии с командами специалистов, отвечающими за функционирование научных инструментов, и с Центром управления полетом «Розетты» (RMOC). Перед специалистами RSOC стояла задача выработать оптимальную программу наблюдения при использовании 11 инструментов с учетом всех накладываемых ограничений и возможных «конфликтов», а перед персоналом RMOC - выработать режим управления КА для обеспечения и реализации этой программы.
    Из-за малой прицельной дальности (800 км) и высокой относительной скорости КА и астероида в момент сближения (около 8.6 км/с) участок траектории, на котором можно было осуществить наиболее интересные наблюдения, был очень коротким и быстротечным. Быстро и значительно изменялись как дистанция между КА и астероидом, так и угол фазирования - в течение 15 минут до и после максимального сближения первая величина изменялась на порядок, а вторая с 0 до 140°.
    Навигационные оптические наблюдения (или «оптическая навигационная кампания», как ее называют в пресс-релизах ЕКА) началась 4 августа, когда КА и астероид разделяло 24 млн км. В ней были задействованы обе навигационные камеры КА и научный инструмент OSIRIS. Целью этих наблюдений было уточнение траектории КА относительно астероида и проведение необходимых коррекций для достижения желаемых условий пролета.
    Здесь специалистов поджидал приятный сюрприз. Вначале предполагалось, что первые наблюдения будут осуществляться только с использованием OSIRIS, а две навигационные камеры NAVCAM-A и -В - подключатся позднее, по мере приближения КА к астероиду. Однако в самый первый день выяснилось, что навигационные камеры тоже неплохо видят объект и могут приступить к работе «уже сегодня». До 25 августа навигационные съемки проводились два раза в неделю, а затем - ежесуточно.
    На основе данных оптической навигации в первых четырех сеансах была вычислена величина необходимого корректирующего импульса, и 14 августа на дальности около 17 млн км состоялась первая подлетная коррекция траектории. В 11:42 UTC были включены двигатели КА, которые проработали непрерывно 113 сек и израсходовали 142.28 г топлива. Эта операция привела к изменению скорости «Розетты» относительно астероида на величину 0.128 м/с. Однако и этой небольшой прибавки было достаточно для того, чтобы скорректировать прицельную дальность пролета с 554.2 до 792.4 км.
    Следует отметить, что в истории ЕКА это был первый случай использования оптических инструментов КА для решения навигационных задач. До этого всегда использовался традиционный способ, основанный на радиоконтроле параметров орбиты.
    20 августа с помощью камеры OSIRIS были проведены измерения кривой блеска астероида.
    Следует отметить, что Штейнc попадает в поле зрения камер «Розетты» уже второй раз - первая «фотосессия» состоялась еще в марте 2006 г., когда камерой OSIRIS была проведена его съемка на протяжении 24 часов. По нескольким сотням снимков была получена кривая блеска и определен период вращения астероида - 6.052+0.007 час. Тогда же на основе несимметричности полученной световой кривой ученые сделали вывод, что астероид имеет неправильную форму. Однако те наблюдения проводились с расстояния 159 млн км, на этот же раз предстояла съемка крупным планом.
    Во время навигационной кампании усилия астрономов были сконцентрированы на характеристиках орбитального и вращательного движения астероида, а также на определении его формы и плотности. Однако по мере сокращения дистанции все больше внимания уделялось свойствам поверхности астероида и ее деталям, а также химическому и минералогическому составу. Кроме того, ученых интересовал возраст астероида и влияние солнечного ветра на его поверхность.


    1 сентября в 00:20 UTC завершилась активация приборов «Розетты», в задачи которых входил «сбор» различного материала в окрестностях микропланеты - пыли, молекул, ионов и т.п.
    «Оптическая навигационная кампания» закончилась 4 сентября, когда аппарат подошел к астероиду на расстояние 0.95 млн км, существенно пополнив знания о своем положении в пространстве. Если на момент начала наблюдений ошибка в определении параметров орбиты КА составляла +100 км (и в основном складывалась из ошибки определения параметров орбиты астероида наземными средствами), то после их завершения она была снижена до ±2 км в направлении нормали к траектории полета Штейнса.
    В этот же день, 4 сентября, примерно за 36 часов до встречи, по команде из Центра управления была осуществлена вторая подлетная коррекция. Двигатели КА включились в 07:26 UTC и проработали 103.5 сек, израсходовав 127.1 г топлива. Приращение скорости составило 0.118 м/с, а дистанция пролета увеличилась с 791.4 до 800.7 км.

Астероид 2867 Штейнс 5 сентября 2008 г.

Rosetta: пролет астроида 2867 Штейнс

    В баллистической схеме пролета 5 сентября в период между 05:20 и 08:20 UTC было оставлено еще одно «окно» для коррекции траектории, однако необходимость в ней не возникла. В 06:20 (по бортовому времени) навигационные камеры станции были переведены в режим слежения за астероидом.
    В промежутке между 40-й и 20-й минутами до момента максимального сближения (18:18-18:38 по времени приема) Rosetta произвела запланированный разворот вокруг оси Z, после которого в 18:39 UTC аппарат был переведен в «пролетный» режим. Ориентация аппарата на астероид и удержание последнего в поле зрения научных инструментов станции осуществлялись автономно с использованием навигационной камеры NAVCAM-A. Именно этот режим репетировался в марте.
    В 18:48 UTC по мере разворота вслед за Штейнсом Земля ушла из поля зрения антенны «Розетты», так что еще долгих два часа после пролета специалисты на Земле оставались в неведении относительно того, насколько удачно прошел эксперимент.
    Лишь в 20:14 UTC, когда радиосвязь восстановилась и первые биты телеметрической информации с борта станции были приняты на станции Себрерос и на 70-метровой антенной NASA в Голдстоуне, стало ясно: всё получилось! А в полночь по Гринвичу начался прием записанных научных данных, продолжавшийся до самого утра.


    После пролета в распоряжении ученых оказался гораздо больший объем информации, и наибольший интерес представляли, пожалуй, снимки «крупным планом», сделанные инструментом OSIRIS с дистанции от 1340 км до 950 км. Эти изображения в числе прочего были представлены на состоявшейся 6 сентября пресс-конференции.
    К сожалению, не обошлось без разочарований. Одна из камер инструмента OSIRIS, узкоугольная камера NAC, на которую возлагались основные надежды, по неназванным пока причинам за несколько минут до момента максимального сближения «свалилась» в защитный режим, из которого вышла лишь спустя несколько часов. Вероятно, какой-то из параметров вышел за пределы допустимых отклонений...
    Поэтому 6 сентября были представлены снимки, сделанные широкоугольной камерой WAC со значительно худшим разрешением, чем ожидалось, а также результаты ИК-спектрометра VIRTIS. С причинами сбоя ученые будут разбираться после того, как закончат первичную обработку принятой информации.
    По словам научного руководителя программы инструмента OSIRIS Уве Келлера (Uwe Keller) из Института исследований Солнечной системы Общества Макса Планка, «астероид выглядит, словно бриллиант в небе». Действительно, Штейнc имеет нерегулярную ромбовидную форму размерами 5.9x4.0 км, что очень хорошо совпадает с предсказанным эффективным диаметром небесного тела - 5 км.
    На трех нижних снимках в верхней, «северной», части астероида отчетливо прослеживается след от столкновения с другим космическим объектом - кратер диаметром около 2 км. Наличие подобной детали на поверхности, по всей видимости, говорит о достаточно почтенном возрасте астероида, но само существование кратера ставит перед исследователями планет загадку: почему Штейнc, пережив столкновение с объектом, оставившим такой след, вообще сохранился как небесное тело, а не рассыпался на несколько более мелких объектов?
    Второй крупный кратер был обнаружен на затененной стороне. Кроме того, на поверхности астероида обнаружена цепочка из семи мелких кратеров, вероятно, возникшая вследствие столкновения с потоком метеоритов. Всего ученые насчитали 23 кратера с диаметрами более 200 м. Удалось уточнить значение отражательной способности астероида: наблюдения показали, что она составляет 0.35+0.05. Ранее по данным поляриметрических наблюдений астероид казался более светлым - 0.45±0.1.
    Пылевой датчик GIADA обнаружил отсутствие каких-либо мелких частиц в окрестностях астероида.
    В течение нескольких часов наибольшего сближения аппарата данные с «Розетты» принимались наземной станцией NASA в Голдстоуне и станциями ЕКА Нью-Норсия и Себрерос. В связи с ограниченной пропускной способностью линии и с неизбежным перерывом в связи данные инструментов приходилось сохранять в бортовом запоминающем устройстве, а потом передавать последовательно. Поэтому на прием всего массива информации, полученного во время пролета, потребуется около 4 недель.
    Научные наблюдения астероида на отлете продолжались до 10 сентября. После их завершения и обработки полученных данных (2867) Штейнc войдет в пока еще очень короткий список детально исследованных астероидов.
    Следует отметить, что до сентябрьского визита «Розетты» в истории освоения космоса было шесть пролетов КА мимо астероидов и две посадки на их поверхность.

Rosetta: астероид (2867) Штейнс

    Зачем все это? Ответим на этот вопрос словами директора департамента ЕКА по науке и автоматическим исследованиям Дэвида Саусвуда (David Southwood): «Штейнc может быть маленьким [астероидом], но мы делаем на нем большую науку. И чем лучше мы знаем различные типы астероидов, тем лучше мы знаем наше прошлое. Кроме того, когда такие объекты Солнечной системы покидают пояс астероидов (что может произойти по самым разным причинам, в частности в результате соударения с другим астероидом или гравитационного влияния Юпитера. - И. С.), то они могут представлять опасность для Земли. И чем больше мы знаем о них, тем больше у нас возможности в будущем этот риск снизить».
    Как видим, европейские и американские ученые пусть понемногу, но приступили к практическим шагам в этом весьма сложном вопросе. Российские же официальные представители космической отрасли, отвечая на вопросы о проблеме астероидной опасности, пока что ограничиваются лишь разговорами о том, что вероятность такого события крайне мала и что не стоит вкладывать средства в столь «непрактичную» область.
    Тем не менее факт остается фактом: в 2029 г. астероид (99942) Апофис должен пройти на расстоянии меньшем, чем высота геостационарной орбиты. Конечно, будет очень интересно наблюдать его пролет прямо с Земли, не посылая никаких космических аппаратов. Но баллистика его полета может оказаться такой, что, пролетая около Земли на столь небольшом расстоянии, 300-метровый камушек, подобно «Розетте», совершит гравитационный маневр, и во время следующего его визита, в 2036 г., уже может состояться не только «наблюдение с пролетной траектории», но и «доставка образцов вещества астероида на Землю». Тоже без привлечения космической техники, но с весьма вероятным попутным уничтожением средних размеров государства - по оценкам NASA, в случае столкновения энергия удара составит около 880 Мт в тротиловом эквиваленте. Так что, несмотря на то что пока вероятность такого развития событий, по оценкам того же NASA, составляет 1:45000, повод поинтересоваться природой «космических камушков» все-таки существует, и весьма весомый.
    Наконец, пролет Штейнса, его наблюдение и, главное, выполнявшиеся маневры являлись прекрасной репетицией перед выполнением основной научной задачи миссии - наблюдения кометы и первой в истории человечества посадки на ее ядро.
    В настоящий момент Rosetta продолжает свой полет по гелиоцентрической орбите. 17 декабря 2008 г. она пройдет точку афелия на расстоянии 2.26 а.е. от Солнца. В 2009 г. аппарат снова приблизится к Земле и 13 ноября совершит последний гравитационный маневр, в июле 2010 г. пролетит около астероида (21) Лютеция и, наконец, в ноябре 2014 г. настигнет комету Чурюмова-Герасименко.