Европа рвется в Меркурий - что нужно знать о миссии BepiColombo

Европейское космическое агентство (ESA) начало свою миссию BepiColombo на планету Меркурий со своего космодрома около экватора в Куру, Французская Гайана, 20 октября. Мое участие в миссии означает, что я буду с тревогой следить за путешествием, пока космический корабль несет ряд хитрых маневров, кульминацией которых стал окончательный подход к Меркурию в 2025 году.

Эта миссия наступила через 25 лет после того, как группа ученых впервые предложила ЕКА направить зондирование на Меркурий, и через 18 лет после того, как ЕКА утвердила проект как «краеугольную» миссию. Это категория отличных с научной точки зрения миссий мирового класса, нуждающихся в значительном развитии новых технологий. Предыдущие краеугольные миссии ЕКА включали в себя кометную миссию Розетта и обсерваторию гравитационных волн LISA Pathfinder.

Но почему Меркурий? Это удивительная планета. Орбитальный аппарат НАСА MESSENGER (2011-2015) выявил множество причин, по которым ученые стремятся узнать больше об этом. К ним относится аномально большое ядро ​​планеты - мы не знаем, почему оно все еще расплавлено и способно генерировать магнитное поле, в отличие от поля Марса или Венеры. Другой загадкой является обилие (в основном неопознанных) летучих веществ на его поверхности. Они не должны были быть включены в планету, которая сформировалась так близко к Солнцу, как сейчас Меркурий.

Ракетная наука

Начальный курс BepiColombo после трех дней нахождения на орбите Земли для извлечения будет эллиптической орбитой вокруг Солнца. Это начнется с того, что вы попадете на орбиту Земли. Но в начале 2019 года он будет выходить за пределы большей части года. Затем он вернется внутрь, прежде чем приблизится к Земле в апреле 2020 года.

В это время он совершит «гравитационный» полет - используя гравитацию Земли, чтобы развернуться внутрь к Венере. Там также будет пролет над Венерой с гравитационной поддержкой, когда она доберется туда в 2020 году, а затем еще один в 2021 году, чтобы отправить ее к Меркурию. Затем в 2021-2025 годах будет проведена серия из шести аналогичных полетов Меркурия, необходимых для обеспечения того, чтобы космический корабль в конечном итоге приблизился к своей цели с достаточно медленной скоростью, чтобы попасть на орбиту вокруг нее в декабре 2025 года.

Каждый пролёт, показанный на анимации выше, должен быть выполнен идеально. Ситуация может пойти не так, особенно во время запуска, но я вполне уверен в способностях команды управления полетами ESA в Дармштадте, Германия.

Космический корабль

Миссия, которая названа в память о Джузеппе (Бепи) Коломбо, который впервые предложил гравитационные летательные аппараты для космических кораблей, представляет собой совместное предприятие ESA и его японского коллеги JAXA.

Сложенный космический корабль несет два орбитальных аппарата. ESA - это двухметровая установка, масса которой превышает одну тонну, которая называется «Планетарный орбитальный аппарат Mercury», MPO. Я подозреваю, что после того, как он начнет вращаться вокруг Меркурия, он унаследует имя BepiColombo, или, возможно, просто Bepi. Японский орбитальный аппарат меньше, а его масса составляет около четверти орбитального спутника ЕКА. Первоначально называвшийся Mercury Magnetospheric Orbiter, MMO, в июне ему было присвоено имя Mio, что на японском языке несет в себе коннотации безопасной навигации. Во время круиза на Меркурий Mio будет размещен внутри солнечного щита и прикреплен к одной из сторон европейского орбитального аппарата.

На другой стороне орбитального аппарата находится модуль переноса ртути, МТМ. Этим управляет ЕКА, и это дает толчок для выведения штабелированного космического корабля на его орбиту Меркурия. Он имеет «крыло» солнечных панелей длиной 7,5 метра, работа которого заключается в превращении солнечного света в электричество для питания его «ионного привода». Это двигательное устройство, которое создает тягу за счет ускорения ксенонового газа, который был положительно заряжен (зачистка его атомов от электронов). Этот метод может обеспечить гораздо большую тягу на массу топлива, чем обычные химические ракеты.

Огромная гравитация Солнца означает, что для того, чтобы выйти на стабильную орбиту вокруг Меркурия, требуется больше энергии, чем для отправки того же космического корабля на гораздо более отдаленный Плутон. Из-за этого ионный привод будет работать с интервалами, составляющими примерно половину продолжительности полета, главным образом для замедления космического корабля.

К сожалению, сложенная конфигурация комбинированного космического корабля ограничивает его способность заниматься наукой во время полета планет. Будут собраны некоторые научные данные, но лучшие снимки, которые мы, вероятно, получим во время полетов, будут с селфи-камер, установленных на МТМ.

Прибытие в Меркурий

По прибытии в Меркурий в конце декабря 2025 года модуль передачи будет отсоединен. Mio, вращающийся со скоростью 15 оборотов в минуту для стабильности, затем будет выпущен на сильно эллиптическую орбиту вокруг Меркурия. Как только это произойдет, JAXA возьмет на себя операции Mio и проведет ее через свои задачи, изучая магнитное поле планеты и связанную с ней космическую среду.

Затем орбитальный аппарат ЕКА отбросит солнечный щит, его последнее препятствие, и использует собственные химические двигатели, чтобы достичь более близкой, более круговой орбиты вокруг Меркурия. Оттуда он будет изучать поверхность планеты с помощью ассортимента камер и других инструментов. Это должно более точно детализировать состав и геологическую историю, чем меньший и менее сложный MESSENGER. Орбитальный аппарат также будет нести магнитометр, чтобы и он, и Мио могли сообщать о магнитных условиях в двух местах одновременно - это важно, прежде всего, для полета в дальний космос, который должен научить нас скорости, с которой возмущения распространяются через магнитное поле планеты.

Интересно думать, что BebiColombo может изменить наши знания о Меркурии всего за несколько лет. И пока вы ждете, с 23 октября вы сможете слушать прекрасную, запоминающуюся музыку, которую планета вдохновила в рамках проекта «Планеты-2018». Это было установлено, чтобы ознаменовать столетний юбилей Планеты Густава Холста с музыкой, вдохновленной наукой о планетах.

Эта статья была первоначально опубликована на разговор Дэвидом Ротери. Прочитайте оригинальную статью здесь.