Накануне запуска: межпланетная станция Lucy

16 октября NASA планирует провести запуск ракеты-носителя Atlas V 401 с автоматической межпланетной станцией Lucy. Последняя отправится на орбиту Юпитера, где будет изучать т.н. троянские астероиды. Предполагается, что такая миссия продолжительностью не менее 12 лет позволит собрать новые данные об объектах Солнечной системы, а также уточнить историю формирования планет.

На пути в космос

В феврале 2014 г. NASA открыло прием конкурсных заявок на проведение 13 и 14 миссий в рамках программы исследований Солнечной системы Discovery. Наиболее удачные проекты должны были получить поддержку Агентства. По условиям конкурса, запуск планировалось провести до конца 2021 г.

На конкурс поступило почти три десятка заявок. В сентябре 2015 г. NASA выбрало пять проектов для дальнейшей разработки, а в начале 2017-го стали известны победители. Так, 13-й миссией в рамках «Дискавери» выбрали проект под названием Lucy. Он получил полную поддержку, и началась полноценная разработка самой АМС и приборов для нее. Общее руководство проектом поручили Центру космических полетов им. Р. Годдарда.

В начале 2019 г. была выбрана ракета-носитель для запуска «Люси», ею стало изделие Atlas V 401 от ULA. Старт запланировали на октябрь-ноябрь 2021 г. во время пускового окна длительностью 23 сут. Именно эти даты пуска позволят вывести «Люси» на оптимальную траекторию и решить все смелые задачи.

28 августа 2020 г. проект Lucy был утвержден, после чего компания Lockheed Martin приступила к строительству станции. Через несколько недель на сборочную площадку поступили первые образцы целевой нагрузки. Строительство АМС завершилось летом этого года, и 30 июля аппарат доставили на базу ВВС на мысе Канаверал, где состоится старт. В последний день сентября NASA отчиталось об установке станции на ракету-носитель.

Согласно последним сообщениям, подготовка к запуску продолжается в соответствии с графиком и без задержек. Старт запланирован на первый день пускового окна, 16 октября. Пока NASA не может полностью исключить небольшие переносы, но миссия обязательно стартует в расчетный период.

Любопытно, что в программе «Люси» нашлось место для символизма и параллелей. Ее назвали в честь скелета австралопитека AL 288–1 – одной из главных ископаемых находок в истории изучения происхождения человека. Астероиды-троянцы тоже являются своего рода «ископаемыми» и могут хранить следы образования планет нашей системы. Кроме того, АМС должна пролететь рядом с астероидом (52246) Дональдджохансон – он был назван в честь археолога, нашедшего Люси.

Межпланетная техника

АМС «Люси» представляет собой космический аппарат с собственной двигательной и энергетической установкой, способный совершать полет по заданной траектории, а также нести и использовать научные приборы. Масса станции в сборе – 821 кг; с учетом топлива – 1550 кг. Характерной особенностью конструкции являются различные решения, направленные на уменьшение габаритов и массы при сохранении требуемых рабочих параметров.

Станция построена на основе прямоугольного корпуса, внутри и снаружи которого помещаются элементы различных систем и целевая нагрузка. На его бортах установлены две раскладываемые солнечные батареи диаметром 7,3 м. На передней части предусмотрена основная антенна связи диаметром ок. 2м, прикрытая легкой защитой. На противоположной поверхности размещена платформа с исследовательскими приборами.

За счет применения складных элементов габариты АМС удалось привести в соответствие с требованиями ракеты-носителя. В транспортной конфигурации высота станции не превышает 3,8 м, а поперечник – 2,8 м. После раскрытия всех элементов ширина станции увеличивается до 14,25 м, а высота определяется диаметром солнечных батарей.

Одной из главных задач проекта Lucy являлось обеспечение достаточного энергообеспечения на всех участках траектории. Для этого использованы солнечные батареи большого диаметра. По расчетам, даже на максимальном расчетном удалении от Солнца они будут вырабатывать более 500 Вт, что достаточно для работы всей аппаратуры. Также батареи отличаются высокой живучестью и устойчивостью. Станция будет получать энергию даже при выходе из строя значительной части элементов.

Целевая нагрузка станции включает всего три прибора. Первый – тепловой инфракрасный спектрометр Lucy Thermal Emission Spectrometer (L’TES) разработки Университета Аризоны. С его помощью определят тепловые характеристики астероидов и установят состав их поверхности. При помощи камеры высокого разрешения Lucy Long Range Reconnaissance Imager (L’LORRI) от Университета Дж. Хопкинса будут получены качественные изображения поверхности троянцев.

Центром Годдарда разработан и изготовлен прибор L’Ralph, включающий два инструмента. Это инфракрасный спектрографический картограф Linear Etalon Imaging Spectral Array (LEISA) и цветная камера Multi-spectral Visible Imaging Camera (MVIC).

Фотосъемка и проведение различных измерений будет осуществляться во время пролетов рядом с астероидами. Даже за ограниченное время несколько приборов с разными функциями смогут собрать самые разные данные. Кроме того, следует помнить, что «Люси» – первый аппарат, исследующий троянцев, и потому доступный объем сведений о них в любом случае вырастет.

Программа полета

Станция Lucy должна будет изучить троянские астероиды – две группы объектов, находящихся возле орбиты Юпитера возле точек Лагранжа L4 и L5. Предполагается, что эти астероиды представляют собой остатки вещества, участвовавшего в формировании планет Солнечной системы. Соответственно, их изучение позволит уточнить процессы появления Земли и других небесных тел. Исследование троянцев с нашей планеты по ряду причин затруднено, и потому такие задачи возложили на АМС.

Изначально планировалось, что «Люси» исследует только два астероида. Однако дальнейшие расчеты показали, что аппарат можно вывести на оптимальную траекторию, которая обеспечит пролет мимо восьми, в т.ч. представляющих особый интерес. Это будет рекордом за всю историю космических исследований – ни одна АМС ранее не изучала столько объектов в одном полете.

16 октября или позже станция при помощи ракеты-носителя поднимется на низкую опорную орбиту, произведет развертывание и подготовится к полету. До декабря 2024 г. АМС будет оставаться за НОО, после чего изменит орбиту, получит разгон и отправится к первой группе троянцев. В апреле 2025 г. аппарат пройдет через главный пояс астероидов в 922 км от объекта (52246) Дональдджохансон.

В августе 2027-го ожидается прибытие в точку L4, где находятся троянские астероиды «ахейского лагеря». В течение нескольких недель будут выполнены исследования астероидов (3548) Эврибат (со спутником Квета) и (15094) Полимела. После этого траектория изменится, и «Люси» начнет двигаться к Солнцу. За счет этого апреле следующего года произойдет сближение с (11351) Левк, а в ноябре – с (21900) Орус.

В декабре 2030 г. станция вернется к Земле, получит новый разгон и полетит к точке L5, возле которой сосредоточены астероиды «троянского лагеря». В марте 2033-го исследованию подвергнутся астероид (617) Патрокл и его спутник Менетий.

Дальнейшие планы будут определены по результатам проведенных работ. Станцию Lucy могут вновь отправить к «ахейцам» для новых исследований – такое путешествие займет еще 5-6 лет. После выработки ресурса АМС продолжит неуправляемый полет и останется на установившейся траектории. По расчетам, она сможет продолжать полеты мимо Земли от одной группы астероидов до другой в течение десятков и сотен тысяч лет.

Ключ на старт!

Запуск ракеты Atlas V с автоматической межпланетной станцией Lucy состоится в самое ближайшее время, и это даст старт одной из самых интересных космических миссий последнего времени. Данные, собранные новой АМС, расскажут многое о малоизученных объектах на орбите Юпитера, а также прояснят историю формирования нашей планетарной системы. Подобная информация имеет особое значение для науки.

К сожалению, первые результаты новой миссии придется ждать несколько лет. «Люси» пройдет через главный пояс астероидов в 2025 г., а до основных целей долетит только в 2027-м и в 2033-м. Впрочем, на данный момент главной задачей является запуск и подготовка станции к работе, от успеха которых прямо зависит весь дальнейший ход миссии и ее результаты.