Проснись и пой... давай же!

Продолжение рассказа о миссии Rosetta.

Итак, посадка Philae на ядро кометы, находившейся в тот момент на расстоянии более 500 млн км от Земли, прошла с отклонением от заданной программы — спускаемый аппарат оказался в неизвестном месте, попав в тёмную расселину. Солнце не успевало заряжать аккумуляторы, и, проработав в общей сложности чуть более двух суток вместо положенного месяца, Philae исчерпал запасы энергии и «заснул». Специалисты надеялись, что он оживёт, когда комета подойдёт ближе к центральной звезде и приток света к солнечной батарее увеличится. Пока же можно попытаться понять, что происходит на комете?

Удивила предварительная информация о динамике температуры на поверхности ядра: сначала фиксировались... -153 °C, а после опускания датчиков грунт охладился ещё на 10 °С. Возможно, тепло излучалось в направлении холодной соседней стены или же датчики погрузились в холодную пыль.

Гораздо интереснее были результаты бурения: пенетратор легко погрузился в грунт на несколько миллиметров, но нижележащий слой оказался твёрже, чем предполагалось. Постепенно мощность на ударном механизме нарастала, и... вскоре он сломался! Учёные отметили, что обнаружение очень твёрдого вещества — прекрасная находка, которую невозможно было сделать, используя лишь орбитальный зонд.

Пенетратор Philae

По прочности поверхность, в которую упёрся ударник, была сопоставима с промёрзшим водяным льдом. Высказывалось мнение, что поверхность ядра кометы покрыта слоем пыли толщиной 10—20 см, под которым залегает лёд или его смесь с пылью.

Самым интересным и сложным был эксперимент по забору грунта: бур успешно прошёл до отметки -560 мм и был извлечён. Его содержимое попало в печку, а затем в анализатор — после чего газовыделение признали недостаточным. В результате учёные не были готовы сразу сделать какие-либо выводы об успешности эксперимента (более того, с учётом положения зонда на поверхности они не могли даже достоверно сказать, что анализировали. Из-за стремления к экономии массы устройство не оснастили средствами контроля)...

17 ноября на Землю пришли снимки района посадки, выполненные с борта «орбитера». На изображениях с разрешением около 30 см видны перемещения «лэндера» и следы его касаний поверхности, но сам посадочный аппарат никак не удавалось обнаружить. Поиски «беглеца» планировалось продолжить в январе 2015 года.

Мозаика снимков камеры OSIRIS, показывающая перемещение Philae по ядру кометы при посадке

В конце осени — начале зимы 2014 года комета Чурюмова — Герасименко удалялась от Солнца, на поверхности ядра становилось всё холоднее. Шансов, что Philae проснётся в это время, не было. Тем не менее команда была уверена в том, что уже скоро «лэндер» пробудится от сна.

«Примерно в марте следующего года у нас будет достаточно энергии для запуска аппарата, — сообщил руководитель проекта Philae Стефан Уламек (Stephan Ulamec). — Перед зарядкой нужно будет отогреть замороженные батареи».

Стефан Уламек показывает возможную зону посадки Philae

Вместе с тем продолжался поиск района конечной посадки «лэндера» на снимках, сделанных с орбиты камерами высокого разрешения OSIRIS и радаром CONSERT материнского зонда.

14 июня 2015 года, через семь месяцев после посадки, Philae вдруг ожил и вышел на связь с зондом Rosetta. Первый контакт длился 2 минуты, из которых 40 секунд «лэндер» передавал данные.

«У нас есть хорошие новости: в эту ночь мы наконец-то смогли восстановить связь, — рассказал официальный представитель DLR и участник проекта Philae Кон Хёрц (Koen Geurts). Примерно в час ночи по центральноевропейскому времени мы получили подтверждение, что Rosetta начала обмен сигналами с посадочным модулем».

На примере свёрнутого листа бумаги Кон Хёрц объясняет зону работы радиопередатчиков Philae

Следующие несколько недель работа с зондом напоминала анекдот про коматозного больного, который периодически возникал перед апостолом Петром и исчезал снова, поскольку находился в это время на реанимационном столе…

С 19 июня Rosetta пыталась установить контакт с посадочным модулем, однако продолжительность сеансов составляла от нескольких десятков секунд до 20 минут. Сигнал шёл нестабильно, и учёным удалось получить лишь несколько десятков или сотен пакетов информации, собранной аппаратурой «лэндера». Специалисты то рапортовали о том, что обрабатывают научные данные (например, подтвердили работу ответной части радара CONSERT на борту Philae), то жаловались на то, что не могут наладить стабильный контакт.

Специалисты Центра управления пытаются наладить связь с Philae

По случаю СМИ напомнили об ограничениях технологий, используемых Philae, в частности невысоких возможностях бортового компьютера, весьма примитивного по сегодняшним меркам: «Он использует процессор частотой 800 МГц и несколько мегабайт памяти, — цитировал WIRED слова исследователей. — Неудивительно, ведь миссия, которая задумывалась более 20 лет назад, началась в 2004 году». Не уточняя, насколько недостаточная мощность и ограниченный объём могут быть связаны с возможностью функционировать в нештатных условиях, отметим, что, по словам тех же специалистов ЕКА, «эти 20-летние технологии работают практически идеально».

26 июня сообщалось: несмотря на постоянные контакты с посадочным модулем, ЕКА не удалось улучшить продолжительность и качество связи. По словам учёных, для того, чтобы скопировать данные из посадочного модуля на орбитальный аппарат и завершить передачу новой порции команд на следующий день, им необходимо около 50 минут. Утешением было то, что, несмотря на короткие сеансы связи, модуль продолжал научные исследования, хотя и делал их медленнее, чем хотелось бы.

По мнению специалистов ЕКА, данная проблема могла быть связана с тем, что Rosetta пролетает над посадочным модулем в то время, когда над местностью, где находится Philay, опускается вечер или ночь. В таком случае «лэндеру» просто не хватает электроэнергии на то, чтобы поддерживать связь с зондом.

Возможная зона посадки Philae в соответствии с показаниями радиолокатора CONSERT

Другое возможное объяснение проблем со связью — антенна Philae направлена не в ту сторону из-за того, что посадочный модуль сейчас фактически лежит на боку. Специалисты ЕКА задумались над тем, как изменить траекторию орбитального аппарата и так приблизиться к комете, чтобы получить больше шансов на установление стабильной связи. Подобный шаг чрезвычайно опасен для самого зонда, поскольку комета в тот момент выбрасывала огромные объёмы пыли, мешающей навигации. Руководствуясь подобными соображениями, специалисты начали плавное снижение орбиты, неотрывно следя за состоянием навигационных систем. Они надеялись сократить расстояние между зондом и кометой с 200 до 165 км.

30 июня ЕКА попыталась провести финальную серию манёвров, в ходе которой Rosetta снизилась до 160 км, после чего инженеры хотели посмотреть, стоит ли опускаться дальше или вернуться обратно. Кроме того, наклонение орбиты зонда по отношению к оси вращения кометы менялось в надежде «нащупать» линию стабильного сигнала.

Возможно, Philae лежит на боку и его передающая антенна направлена не в зенит, а куда-то в сторону

Однако оставался и самый неприятный, но вполне вероятный сценарий — Philae постоянно перезагружается и периодически выходит из строя из-за ошибок в работе части приборов...

⇡#Philae умер, Rosetta жива!

Что касается орбитального аппарата, то 14 февраля 2015 года Rosetta совершила самый близкий пролёт возле ядра кометы 67P/Чурюмова — Герасименко. За время подготовки к встрече, в ходе манёвров и смен траекторий, зонд постоянно регистрировал газовые выбросы с поверхности кометы. Во время пролёта дистанция между аппаратом и поверхностью в области «Имхотеп» (Imhotep) самого большого элемента ядра составила порядка 6 км, камеры аппарата постоянно вели съёмку всего происходящего, и уже 16 февраля Земля получила сделанные снимки.

Наиболее интересно изображение от 14:15 по Гринвичу. На нём можно увидеть участок поверхности ядра кометы с высоким уровнем детализации: несколько практически круглых возвышений, края которых образуют террасы, каменные глыбы поперечником в десятки метров, выступающие наружу, и гладкие валуны разных размеров, которые усеивают всю поверхность ядра. А практически в центре изображения виден один из самых больших валунов, который из-за размеров даже удостоился чести получить своё собственное название «Хеопс» (Cheops).

Изображения ядра кометы с расстояния 140 км, сделанные 15 февраля 2015 года, — видны выбросы газа и пыли

28 марта 2015 года, пролетая в 14 км от поверхности кометы, Rosetta «испытала значительные трудности в навигации, которые привели к ухудшению связи с Землёй и последующему переходу в безопасный режим». Космический аппарат успешно перезагрузили, потратив много времени на возобновление нормальной научной работы.

В ходе близкого пролёта, как и при сближении с кометой 14 марта, звёздные датчики не смогли нормально отслеживать реперные светила. Попыткам восстановить ориентацию помешал слишком сильный фоновый шум вблизи кометного ядра. Сенсоры регистрировали сотни «ложных звёзд». Прошло почти 24 часа, прежде чем ориентацию удалось восстановить.

С этого момента проблемы, связанные с «ложными звёздами», наблюдались достаточно регулярно: показания звёздных датчиков не соответствовали данным бортового компьютера. При попытке скорректировать вводные произошла ошибка, приведшая к автоматическому переходу аппарата в безопасный режим с выключением научных инструментов.

Изображение ядра кометы вблизи перигелия

Оперативная группа управления несколько часов билась над переходом аппарата из безопасного режима в нормальное состояние. Поначалу специалисты не придавали большого значения тому обстоятельству, что комета максимально приблизилась к Солнцу и тает, извергая с поверхности и из недр всё большие массы газов и пыли, и планировали маневры для дальнейшего приближения зонда к ядру. Но это был «первый звоночек».

В районе перигелия своей траектории Rosetta по плану на несколько недель стала свидетельницей растущей активности 67P. 29 июля, находясь на расстоянии 186 км от ядра, Rosetta наблюдала наиболее мощный выброс вещества кометы, зарегистрированный несколькими инструментами. Он ощущался как взрывное извержение из ядра, изменившее структуру и газовый состав комы, и обнаруживался как повышенный уровень воздействия пыли. Короткий, но бурный всплеск визуально запечатлела узкоугольная камера OSIRIS: ещё в 13:06 по Гринвичу на картинке не было ничего интересного, а уже в 13:24 датчики регистрировали мощный выброс газа, остатки которого фиксировались на изображении в 13:42. Самое удивительное, что взрыв изменил магнитное поле и исказил течение солнечного ветра.

Выброс газа, отснятый камерами зонда 29 июля 2015 года

В последовательности изображений, сделанных камерой OSIRIS, показано внезапное начало чёткого истечения струи из перемычки («шеи»), соединяющей части кометы в регионе «Анукет» (Anuket). Скорость истечения вещества оценивалась примерно в 10 м/с, а возможно, и намного больше.

Подобные выбросы ожидались, хотя 67P считалась довольно пассивной кометой, и максимум разогрева приходился на время после перигелия… С одной стороны, летать сквозь шлейфы пыли становилось небезопасно, с другой специалисты очень хотели изучить состав и поведение «хвоста» кометы по мере удаления от Солнца.

В сентябре 2015 года Кон Хёрц сообщил, что Rosetta вернётся на старую орбиту в октябре и попытается восстановить связь с посадочным модулем, который в последний раз откликался на сигналы с зонда в начале июля. По его словам, после смены орбиты в августе Rosetta была лишена технической возможности установить связь с Philae. В это время инженеры DLR работали с наземными макетами зонда и спускаемого модуля, надеясь найти причину нестабильной связи и выработать решение этой проблемы.

Макет Philae для электроиспытаний в Центре управления посадкой, используемый для проверки и тестирования всех мероприятий по реанимации «лэндера»

Хёрц признал, что все попытки включить часть инструментов Philae и заставить их завершить обязательную научную программу «вслепую», о которых он сообщал в июле этого года, закончились неудачно. На первый сигнал «лэндер» просто не прореагировал, а второй был лишь частично успешным — учёным удалось наладить двустороннюю связь, но модуль не отправил на орбиту данные с инструмента CONSERT, который пытались включить.

Осенью Rosetta ушла на расстояние 400 км от поверхности ядра из-за повышенной активности кометы, что сделало связь с «лэндером» практически невозможной. Тем не менее специалисты DLR, по словам Хёрца, с середины августа пытались связаться с модулем…

Итак, Philae хранил молчание с 9 июля. С каждым днём комета 67P/Чурюмова — Герасименко уходила всё дальше и дальше от Солнца, и температура на поверхности её ядра падала. Положение для посадочного аппарата вновь становилось неблагоприятным, а в конце января 2016 года так и просто критическим…

Но учёные собирались попробовать ещё один способ для возобновления связи: 10 января 2016 года они хотели послать команду, чтобы попытаться развернуть Philae.

Схема, позволяющая оценить трудности коммуникаций с Philae: пролетая через зоны с «хорошим направлением» (good view) и «плохим направлением» (bad view), Rosetta может (или не может) принять сигнал от «лэндера»

«Время уходит, поэтому мы хотим использовать все возможности», — говорил Стефан Уламек. Была надежда, что в случае получения и исполнения команды удастся изменить положение «лэндера», чтобы «стряхнуть пыль с солнечных батарей аппарата и занять хорошую позицию для освещения Солнцем», — объяснял Хёрц.

Существовала вероятность, что Philae не отзовётся, поскольку оставалось неясно, в каком он состоянии. Специалисты полагали, что один из двух передатчиков и один из двух приёмников посадочного модуля в июле 2015 года не работали, а остальные приёмники и передатчики функционировали не совсем корректно.

Кроме сложностей с Philae на горизонте всплывала и ещё одна проблема — финансовая: приближались сроки завершения программы, предусмотренные документами. В начале ноября журнал Nature сообщил, что ЕКА предполагает закончить миссию зонда Rosetta не в декабре 2015 года, как планировалось, а в сентябре 2016 года. Выбор вариантов того, как поступить с орбитальным аппаратом, невелик: активная работа, гибернация или отключение. Учёные пришли к выводу, что при имеющихся остатках топлива и при подъёме температуры во время очередного пролёта кометой перигелия многие приборы зонда выйдут из строя. В связи с тем, что эффективность научной работы резко упадёт, специалисты решили посадить «Розетту» на ядро и тем самым получить максимально возможный объём информации. При этом отмечалось: несмотря на то, что аппарат постараются «прикометить» как можно мягче, его гибель так или иначе неминуема. Умолкнувшая Rosetta будет означать конец миссии.

По словам британского физика и координатора проектов ЕКА Мэтта Тейлора (Matt Taylor), «крушение зонда принесёт науке огромную пользу, мы получим столько ценной информации, сколько и не ожидали, и сможем анализировать её многие годы».

Мэтт «Рубашка» Тейлор уверен, что при посадке орбитального зонда на комету можно получить очень много ценной информации

Успешность передачи данных в Центр управления зависит о того, насколько точно будет выбрана траектория спуска. Радиоретранслятора на орбите не останется, поэтому необходимо, чтобы зона посадки на ядре была обращена к Земле. Сложность навигации орбитального аппарата объясняется тем, что, по мере сближения с кометой, гравитационное поле будет становиться неравномерным. Однако в ЕКА полагали, что эта операция пройдёт успешно.

В конце года неожиданно раздался «голос с того света». В ночь с 21 на 22 декабря приёмник на орбитальном аппарате ожил. «Сегодня мы получили 51 пакет с посадочного модуля, и поэтому можно с уверенностью говорить, что по крайней мере одна передающая и одна принимающая антенны Philae продолжают функционировать, — заявила Минна Палмрот (Minna Palmroth) из метеорологического института Финляндии, одна из участниц проекта. — Невероятно, но похоже, что «лэндер» продолжает работать».

По словам Палмрот, сейчас специалисты DLR пытаются отправить на посадочный аппарат набор команд, который они подготовили во время работы Rosetta на южной стороне кометы, и заставить зонд переключиться на работу с исправными антеннами. Участница проекта отметила, что через два-три дня ЕКА официально сообщит о результатах этой попытки сделать модуль пригодным для завершения научной программы.

Минна Палмрот (крайняя справа), участница проекта Philae, сообщила, что 21-22 декабря 2015 года приёмник орбитального аппарата получил данные с посадочного модуля

Увы, радость оказалась преждевременной: анализ показал, что это не была передача от посадочного аппарата...

11 января 2016 года DLR признал, что шансов разбудить Philae практически не осталось: комета сейчас удаляется от Солнца, уже в конце января температура зонда упадёт ниже минус 50 °С, и бортовые системы не смогут работать в принципе.

По словам главы постоянного представительства ЕКА в России Рене Пишеля (Rene Pishel), «специалисты ЦУП миссии Rosetta в DLR пока продолжают попытки установить связь с посадочным модулем. Последняя такая попытка передать команду на включение силового маховика была проведена 10 января, и опять безрезультатно».