Космический аппарат скоро сможет догнать одну из самых известных комет 

Фото из открытых источников

В новой статье, размещенной на сервере препринтов arXiv, изложен план, как человечество могло бы догнать комету Галлея во время ее следующего сближения с Солнцем. Это удивительно сложная задача, но она определенно того стоит.

Комета Галлея на самом деле довольно сложный объект для изучения вблизи, и человечество знает это, потому что мы пытались, с ограниченным успехом. Комета находится на ретроградной орбите, двигаясь назад относительно планет Солнечной системы, что делает ее посещение исключительно энергозатратным, особенно если вы хотите провести какие-либо значимые наблюдения за кометой и ее ядром.

В 1986 году мы всё же попытались, отправив несколько миссий для наблюдения за кометой по мере её приближения к Солнцу. Хотя нам и удалось увидеть комету, нам пришлось делать это, мчась к ней, а затем мимо неё с относительной скоростью 70-80 километров в секунду. 

«Удалось получить изображение только одного полушария ядра, и точно измерить его вращательное состояние не представлялось возможным», — поясняют исследователи в своей статье. «Ученые склонны объяснять ядро Галлея как контактную двойную звезду, но подтвердить эту гипотезу может только обширная коллекция изображений высокого разрешения, охватывающая все тело».

Если мы хотим разрешить этот и другие вопросы, такие как потеря массы объекта при приближении к Солнцу или вопросы о составе его поверхности, команда исследователей предполагает, что нам нужно снова догнать комету Галлея на гораздо меньших относительных скоростях и за пределами орбиты Марса.

Комет на выбор предостаточно, так почему же именно комета Галлея? Согласно статье, одной из привлекательных сторон посещения кометы (главная из которых – ее научная ценность) является ее культурная значимость, и по этому поводу трудно спорить.

История кометы Галлея с точки зрения человечества насчитывает как минимум 2200 лет, а вероятно, и гораздо больше, учитывая её яркость на ночном небе по мере приближения к внутренним областям Солнечной системы. 

Первое упоминание кометы в исторических источниках относится к 239 году до н.э., о котором сообщали китайские астрономы, в то время как в статье 2010 года утверждается, что комета была задокументирована еще раньше, древними греками в 466 году до н.э.

Комета играла важную роль на протяжении всей истории, неожиданно появившись на Байёском гобелене — всеми любимом произведении, которое, по сути, не является гобеленом и повествует о битве при Гастингсе в 1066 году. В те времена она воспринималась как знак с небес, а не как большой (но великолепный) кусок космической породы.

«Когда это явление впервые появилось в апреле того года, наблюдатели в Англии восприняли его как дурное предзнаменование, предвещающее большие перемены для англосаксонского королевства, которым правил король Гарольд, в то время как герцог Вильгельм Нормандский считал это положительным знаком с небес», — объясняет Джон Ури из НАСА. «Гобелен из Байё XI века длиной 70 метров, точнее, вышивка, скорее всего, изготовленная в Англии, изображает сцены, предшествующие нормандскому вторжению в Англию и восшествию Вильгельма на английский престол. Одна из сцен изображает комету, которая была идентифицирована как первое изображение кометы Галлея».

Комета получила свое название в честь британского астронома Эдмонда Галлея. В 1705 году Галлей, используя недавно разработанную теорию гравитации Ньютона, показал , что объекты, наблюдавшиеся на ночном небе в 1531, 1607 и 1682 годах, на самом деле были одной и той же кометой, вращающейся вокруг нас с периодом около 76 лет, и правильно предсказал ее следующее появление на нашем небе.

Было много других предложений по организации миссий к комете Галлея, но они в основном основывались на гипотетических технологиях, обеспечивающих необходимую тягу для того, чтобы догнать её. 

В новой статье команда исследователей попыталась рассмотреть миссии, которые могли бы достичь кометы, используя уже существующие технологии, что всегда является приятным бонусом. Это не первая подобная работа, но она предлагает нам несколько интересных вариантов для захватывающей, хотя и медленной, миссии к комете через несколько десятилетий.

Как вы, вероятно, и догадываетесь, в миссии задействован наш старый добрый гравитационный маневр (ГА). Более того, в ней участвуют два таких маневра, позволяющие космическому аппарату совершить облет двух газовых гигантов нашей Солнечной системы.

«Гангенная акселерация с Юпитером выводит космический аппарат на гиперболическую траекторию с высокой энергией, ведущую к Сатурну», — поясняют исследователи в своей статье. «Вертолет Saturn GA изменяет наклон орбиты, чтобы достичь плоскости орбиты кометы Галлея. Наконец, двигательная установка корректирует траекторию для завершения сближения с кометой».

Для выполнения миссии необходимо, чтобы Юпитер и Сатурн идеально совпали по времени. Хотя команда выявила множество возможностей для гравитационных маневров с Юпитером, им нужно было оказаться в нужном месте и в нужное время, чтобы отправить космический аппарат к Сатурну с минимальным расходом топлива.

Это исключило множество вариантов, но команде удалось определить ряд вариантов с датами вылета в 2030-х годах, чтобы добраться до кометы Галлея.

«Наилучшее решение, предполагающее старт в 2036 году и массу в сухом состоянии 2000 кг, стартует в августе со скоростью C3 = 103 км² с⁻² . Оно достигнет Галлея в сентябре 2060 года, на расстоянии 4,57 астрономических единиц от Солнца, с сухой массой 1027 кг», — поясняет команда. «Альтернативная траектория, с отправлением в сентябре 2037 года и скоростью C3 = 109 км² с⁻², также приведет к достижению кометы в сентябре 2060 года. Встреча произойдет на расстоянии 4,63 а.е. от Солнца, конечная масса составит 916 кг».

Эта конечная масса имеет важное значение, поскольку представляет собой топливо, необходимое для работы космического аппарата по мере его приближения к комете. 

Команда отмечает, что энергия запуска, необходимая для миссии, была высокой, хотя и не исключительной. Кроме того, команда заявляет, что проектирование космического аппарата с учетом требований к массе для миссии 2037 года означает, что траектория 2037 года будет возможна, даже если более ранний и предпочтительный запуск в 2036 году будет отменен.