Кассини-Гюйгенс

Кассини-Гюйгенс
Заказчик	НАСА / ЕКА / ИКА
Задачи	изучение Сатурна и его спутников, посадка на Титан
Пролёт	Венера, Юпитер, Сатурн, спутники Сатурна
Запуск	15 октября 1997 08:43:00 UTC
Ракета-носитель	Титан IV-B Центавр
Стартовая площадка	Мыс Канаверал
Длительность полёта	в полёте, 14 лет, 4 месяца, 14 дней
NSSDC ID	1997-061A
SCN	25008
Технические характеристики
Масса	полный вес — 5600 кг станция — 2150 кг зонд — 350 кг
Размеры	высота: 6,7 м, ширина: 4 м
Мощность	~880 Ватт (in 1997) ~670 Ватт (in 2010)
Источники питания	3 плутониевых термоэлектрических генератора
Посадка на небесное тело	14 января 2005
Сайт проекта
Изображения на Викискладе

Кассини-Гюйгенс (англ. Cassini–Huygens) — автоматический космический аппарат, созданный совместно НАСА, Европейским космическим агентством и Итальянским космическим агентством, в настоящее время исследующий планету Сатурн, кольца и спутники. Аппарат состоит из двух основных элементов: непосредственно станции Кассини (англ. Cassini orbiter) и спускаемого зонда Гюйгенс (англ. Huygens probe), предназначенного для посадки на Титан. Кассини-Гюйгенс был запущен 15 октября 1997 и достиг системы Сатурна 1 июля 2004. 25 декабря 2004 зонд Гюйгенс отделился от главного аппарата. Зонд достиг Титана 14 января 2005 и выполнил успешный спуск в атмосфере спутника. Это первый искусственный спутник Сатурна.

Краткий обзор

Старт Кассини-Гюйгенс

Основными целями миссии являются:

1. Определение структуры и поведения колец;
2. Определение геологической структуры и истории поверхности спутников;
3. Определение природы и происхождения тёмного материала на одном из полушарий Япета;
4. Исследование структуры и поведения магнитосферы;
5. Исследование поведения атмосферы Сатурна и структуры облачного покрова;
6. Исследование облаков и тумана в атмосфере Титана;
7. Определение характера поверхности Титана.

Космический зонд является результатом сотрудничества трёх организаций; в процессе создания аппарата принимали участие 17 государств. Станция Кассини была построена усилиями НАСА. Зонд Гюйгенс был создан Европейским космическим агентством. Итальянское космическое агентство сконструировало антенну дальней связи и радарный высотометр (RADAR).

Общие затраты на миссию превышают 3.26 млрд долларов США, что включает в себя 1,4 млрд на предстартовую подготовку, 704 млн на обслуживание, 54 млн на поддержку связи с аппаратом и 422 млн на маршевый двигатель. Правительство США выделило 2,6 млрд долларов, Европейское космическое агентство 500 млн и Итальянское космическое агентство 160 млн.

Первоначально миссия была запланирована до 2008, однако впоследствии продлена до лета 2010. 3 февраля 2010 года было объявлено о дальнейшем продлении программы до 2017 года. Продленная миссия включает в себя 155 дополнительных витков вокруг Сатурна, 54 сближения с Титаном и 11 — с Энцеладом.

Устройство аппарата

Станция Кассини вместе с зондом Гюйгенс в настоящее время являются самым большим функционирующим межпланетным комплексом. Орбитальный аппарат без зонда имеет массу 2150 килограммов. Вместе с Гюйгенсом, имеющим массу 350 килограммов, 3132 килограммами топлива и разгонным блоком, аппарат имеет массу 5600 килограммов. Только три станции имеют большую массу — запущенные СССР зонды «Фобос — 1», «Фобос — 2» и российская АМС «Марс-96».

Инструментарий аппарата

Спектрометр для получения карт в видимом диапазоне
Система получения изображений
RADAR

Инструмент для Радио-Обнаружения (англ. The Radio Detection and Ranging Instrument, RADAR) — инструмент для построения подробных карт поверхности Титана и спутников, а также для измерения высоты различных объектов на поверхности. Инструмент использует радиосигналы, отражённые поверхностью спутника. Также инструмент используется для прослушивания радиосигналов, испускаемых Сатурном и его спутниками.

Масс-спектрометр ионов и нейтральных частиц
Спектрометр плазмы и радиоволн
Плазменный спектрометр
Ультрафиолетовый спектрометр-камера
Магнитосферная камера
Двойной магнетометр
Подсистема RF
Инфракрасный спектрометр

Ядерный термоэлектрический генератор

Предстартовая подготовка РИТЭГ

Из-за большого расстояния Сатурна от Солнца невозможно использовать солнечный свет как источник энергии для аппарата. Поэтому «Кассини» получает энергию от радиоизотопного термоэлектрического генератора (РИТЭГ), который использует для получения электричества плутоний (в данном случае — оксид плутония). Такие генераторы уже применялись для энергообеспечения других аппаратов, в частности «Галилео» и «Улисс», и рассчитаны на очень долгий срок работы. В конце 11-го года использования установленный на «Кассини» РИТЭГ будет способен вырабатывать 628 ватт. Аппарат использует 32.8 килограммов плутония.

Хроника полёта

1997

• 15 октября — старт аппарата (8:43 UTC).

1998

• 26 апреля — первый манёвр в гравитационном поле Венеры.

1999

• 24 июня — второй гравитационный манёвр в гравитационном поле Венеры.
• 18 августа — (03:28 UTC) гравитационный манёвр в гравитационном поле Земли. За час и 20 минут до наибольшего приближения, Кассини приблизился на минимальное расстояние к Луне (377 000 км.) и сделал серию снимков.

2000

• 23 января — пролёт мимо астероида 2685 Масурски (10:00 UTC). Кассини сфотографировал астероид с расстояния 1,6 миллионов км. и оценил его диаметр как 15—20 км.
• 30 декабря — гравитационный манёвр в гравитационном поле Юпитера. В этот день Кассини приблизился к планете на минимальное расстояние и провёл ряд научных измерений. Также зонд сделал множество цветных изображений Юпитера, наименьшие видимые детали поверхности имеют размер примерно 60 километров в поперечнике.

Юпитер

2001

• 30 мая — во время перелёта от Юпитера к Сатурну, была замечена «дымка» в изображениях узкоугольной камеры Кассини. Это впервые было отмечено на фотографиях звезды Майя из звёздного скопления Плеяд.

2004

• 8 октября при близком прохождении возле Титана с помощью инфракрасной камеры был получен снимок образования на Титане, которое по всей видимости является криовулканом. С помощью спектрометра было установлено, что в истекающих потоках не преобладает водяной лёд. По некоторым версиям купол образован прорывом азотного льда на поверхность.
• В ночь с 24 на 25 декабря зонд Гюйгенс отделился и начал своё движение к Титану.

2005

• 14 января зонд Гюйгенс успешно вошёл в атмосферу Титана и совершил посадку на его поверхность.

Результаты миссии

Затмение Солнца Сатурном с расстояния 2,2 млн км 15 сентября 2006

Проверка Общей теории относительности

10 октября 2003 были объявлены результаты эксперимента по проверке общей теории относительности, проведённые с помощью аппарата Кассини. Наблюдался частотный сдвиг и задержка сигнала, приходящего от аппарата, в то время находящегося по другую сторону от Солнца.

«Спицы» в кольцах Сатурна

Изображения, полученные 5 сентября 2005, изображали «спицы» в кольцах, впервые обнаруженные в 1977 при помощи наземных наблюдений и затем подтверждённые аппаратами Вояджер в 1980-x годах. Механизм образования «спиц» ещё не ясен. Некоторые модели предполагают следующее появление «спиц» в 2007.

Новые спутники

Дафнис

В 2004 на изображениях, полученных Кассини, были найдены новые спутники. Они очень малы и получили временные названия S/2004 S 1, S/2004 S 2 и S/2004 S 5. В начале 2005 им присвоили названия Метона (англ. Methone), Паллена (англ. Pallene) и Полидевк (англ. Polydeuces).

1 мая 2005 в щели Килера был обнаружен спутник S/2005 S1, впоследствии получивший название Дафнис (англ. Daphnis). Это второй спутник Сатурна (после Пана), орбита которого лежит внутри колец.

Пролёт около Фебы

Изображение Фебы

11 июня 2004 Кассини пролетел мимо спутника Фебы. Это была первая возможность изучить спутник с такого близкого расстояния после пролёта Вояджера-2. Из-за особенностей движения Фебы вокруг Сатурна данное сближение является для Кассини единственным возможным.

Первые изображения спутника, полученные 12 июня 2004, показали, что спутник мало похож на обычный астероид. Некоторые участки сильно кратерированной поверхности были очень светлыми, предполагается, что под поверхностью находится водяной лёд.

Озёра на Титане

Озёра Титана

На радарных изображениях, полученных 21 июля 2006 были обнаружены «водоёмы», заполненные жидкими углеводородами (метаном или этаном), расположенные в северном полушарии Титана. Это первый случай обнаружения существующих в настоящее время озёр вне Земли. Размеры озёр изменяются от километра до сотен километров.

13 марта 2007 руководство миссии объявило об обнаружении большого скопления «морей» в северном полушарии Титана. Один из водоёмов по размерам чуть больше земного Каспийского моря.

Шестиугольный шторм

В ноябре 2006 на северном полюсе Сатурна была открыта атмосферная структура, представляющая из себя шестиугольный шторм. Эта структура расположена на северном полюсе Сатурна и имеет в поперечнике более 25 тыс. километров.

Жизнь на Титане

Кассини-Гюйгенс обнаружили несколько химических аномалий на поверхности Титана.

Под действием солнечных лучей в атмосфере постоянно образуются водород и ацетилен, которые должны были наблюдаться в том числе на поверхности Титана. Однако следов ацетилена на поверхности не обнаружено, а количество водорода близко к поверхности уменьшается, что некоторые специалисты (Chris McKay, NASA’s Ames Research Center in Moffet Field, California; Heather Smith, International Space University in Strasbourg, France) трактуют как косвенные признаки наличия жизни. По их предположениям, на Титане могут существовать формы жизни, отличающиеся от земных, основанные на метане (вместо воды), дышащие водородом и питающиеся ацетиленом. Предположения выдвигались ещё в 2005 году.

Однако менее оптимистичные специалисты (Mark Allen, NASA’s Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, California) склонны рассматривать биологические причины потери водорода и ацетилена в последнюю очередь, в первую очередь будут искаться все возможные небиологические объяснения такого явления. Сам Крис Маккей также признаётся, что результаты исследований открывают «очень необычную и в настоящее время необъяснимую химию… Возможно, не признаки жизни, но очень интересно».

Траектория

Траектория аппарата после выхода на орбиту Сатурна

Скорость аппарата относительно Солнца.

Запланированные сближения со спутниками Сатурна

Основная часть

До 31 июля 2008 запланировано 45 сближений с Титаном, 4 сближения с Энцеладом, по 2 сближения с Япетом, Тефией и Реей, а также по одному сближению с Фебой, Дионой, Гиперионом и Мимасом.

№	Спутник	Дата пролёта	Расстояние, км
1.	Феба	11 июня 2004	1997
2.	Титан	26 октября 2004	1200
3.	Титан	13 декабря 2004	2358
4.	Япет	1 января 2005	65000
5.	Титан	14 января 2005	60000
6.	Титан	15 февраля 2005	950
7.	Энцелад	17 февраля 2005	1179
8.	Энцелад	9 марта 2005	500
9.	Титан	31 марта 2005	2523
10.	Титан	16 апреля 2005	950
11.	Энцелад	14 июля 2005	1000
12.	Мимас	2 августа 2005	45100
13.	Титан	22 августа 2005	4015
14.	Титан	7 сентября 2005	950
15.	Тефия	24 сентября 2005	33000
16.	Гиперион	26 сентября 2005	990
17.	Диона	11 октября 2005	500
18.	Титан	28 октября 2005	1446
19.	Рея	26 ноября 2005	500
20.	Титан	26 декабря 2005	10429
21.	Титан	15 января 2006	2042
22.	Титан	27 февраля 2006	1812
23.	Титан	18 марта 2006	1947
24.	Титан	30 апреля 2006	1853
25.	Титан	20 мая 2006	1879
26.	Титан	2 июля 2006	1911
27.	Титан	22 июля 2006	950
28.	Титан	7 сентября 2006	950
29.	Титан	23 сентября 2006	950
30.	Титан	9 октября 2006	950
31.	Титан	25 октября 2006	950
32.	Титан	12 декабря 2006	950
33.	Титан	28 декабря 2006	1500
34.	Титан	13 января 2007	950
35.	Титан	29 января 2007	2776
36.	Титан	22 февраля 2007	953
36.	Титан	10 марта 2007	956
37.	Титан	26 марта 2007	953
38.	Титан	10 апреля 2007	951
39.	Титан	26 апреля 2007	951
40.	Титан	12 мая 2007	950
41.	Титан	28 мая 2007	2425
42.	Титан	13 июня 2007	950
43.	Тефия	27 июня 2007	16200
44.	Титан	29 июня 2007	1942
45.	Титан	19 июля 2007	1302
46.	Рея	30 августа 2007	5100
47.	Титан	31 августа 2007	3227
48.	Япет	10 сентября 2007	1000
49.	Титан	2 октября 2007	950
50.	Титан	19 ноября 2007	950
51.	Титан	5 декабря 2007	1300
52.	Титан	20 декабря 2007	953
53.	Титан	5 января 2008	949
53.	Титан	22 февраля 2008	959
54.	Энцелад	12 марта 2008	995
55.	Титан	25 марта 2008	959
56.	Титан	12 мая 2008	959
57.	Титан	28 мая 2008	959
58.	Энцелад	30 июня 2008	101317
59.	Титан	31 июля 2008	3980

Продлённый план пролётов

В рамках расширенной миссии, которая продлится до 10 июля 2010, предполагается 21 пролёт Титана, 8 пролётов Тефии, 7 пролётов Энцелада, 6 пролётов Мимаса, 5 пролётов Реи и 3 пролёта Дионы. Также предполагается несколько сближений с малыми спутниками, среди которых одно с Еленой.

№	Название спутника	Дата	Расстояние
1.	Титан	31 июля 2008 02:13	1,613
2.	Энцелад	11 августа 2008 21:06	54
3.	Энцелад	9 октября 2008 19:07	25
4.	Энцелад	31 октября 2008 17:15	197
5.	Титан	3 ноября 2008 17:35	1 100
6.	Титан	19 ноября 2008 15:56	1 023
7.	Титан	5 декабря 2008 14:26	960
8.	Титан	21 декабря 2008 13:00	970
9.	Титан	7 февраля 2009 08:51	960
10.	Титан	27 марта 2009 04:44	960
11.	Титан	4 апреля 2009 01:48	4 150
12.	Титан	20 апреля 2009 00:21	3,600
13.	Титан	5 мая 2009 22:54	3 244
14.	Титан	21 мая 2009 21:27	965
15.	Титан	6 июня 2009 20:00	965
16.	Титан	22 июня 2009 18:33	955
17.	Титан	8 июля 2009 17:04	965
18.	Титан	24 июля 2009 15:34	955
19.	Титан	9 августа 2009 9 14:04	970
20.	Титан	25 августа 2009 12:52	970
21.	Титан	12 октября 2009 08:36	1 300
22.	Энцелад	2 ноября 2009 07:42	103
23.	Энцелад	21 ноября 2009 02:10	1 607
24.	Титан	12 декабря 2009 01:03	4 850
25.	Титан	28 декабря 2009 00:17	955
26.	Титан	12 января 2010 23:11	1 073
27.	Рея	2 марта 2010 17:41	100
28.	Елена	3 марта 2010 13:41	1,803
29.	Диона	7 апреля 2010 05:16	504
30.	Энцелад	28 апреля 2010 00:11	103
31.	Энцелад	28 апреля 2010 00:11	201
32.	Титан	28 апреля 2010 00:11	1 400
33.	Титан	5 июня 2010 02:26	2,044
34.	Титан	21 июня 2010 01:27	955

Продление миссии

Первое продление

15 апреля 2008 г. NASA объявило о продлении миссии на 2 года (до июля 2010 г.). Старт новой миссии, получившей название «Кассини Равноденствие» (англ. Cassini Equinox Mission), был запланирован на 1 июля 2008 г. Эта миссия включала 60 дополнительных облётов вокруг Сатурна, 26 сближений с Титаном, 7 с Энцеладом, и по одному с Дионой, Реей и Хеленой. С научной точки зрения Кассини также предстояло изучить кольца Сатурна, его магнитосферу и саму планету.

Второе продление

3 февраля 2010 года было объявлено о дальнейшем продлении программы до сентября 2017 года. Первоначальное название продленной миссии было «Продленная продленная миссия» (англ. extended-extended mission), но затем оно было изменено на «Кассини Солнцестояние» (англ. Cassini Solstice Mission). Продленная миссия включает в себя 155 дополнительных витков вокруг Сатурна, 54 сближения с Титаном и 11 с Энцеладом. Первоначально предлагалось несколько вариантов того, что делать с аппаратом после окончания основной миссии:

• перевод аппарата на вытянутую орбиту, где аппарат не столкнётся ни с одним из спутников Сатурна (этот вариант сейчас является наиболее приоритетным);
• направить аппарат в атмосферу Сатурна (как это было сделано с зондом «Галилео»). Однако, для выполнения этого манёвра аппарату придётся пройти сквозь кольца планеты, что грозит потерей контроля над ним;
• аппарат можно увести с орбиты Сатурна и направить в другие области Солнечной системы (аппарат предлагают использовать для исследований Урана, Нептун или каких-либо объектов пояса Койпера);
• также рассматривался вариант вывода аппарата на траекторию столкновения с Меркурием. В этом варианте было бы использовано гравитационное поле Юпитера. Это гипотетическое столкновение произошло бы примерно в 2021 на относительной скорости 20 км/с, что позволило бы изучить состав пород этой планеты.

См. также

• Кассини (космический аппарат)
• Гюйгенс (зонд)

Ссылки

• Кассини-Гюйгенс на сайте НАСА (англ.) (англ.)
• Кассини-Гюйгенс на сайте ЕКА (англ.) (англ.)
• Путешествие Кассини (англ.)
• Страничка об аппарате на русском
• «Визит к Властелину колец» — статья в журнале «Вокруг света»
• Лучшие 30 снимков АМС «Кассини»