Планета Земля и Луна
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Луна - наш космический спутник

Взгдяд на космос

Столкновение LCROSS

    9 октября 2009 два американских космических объекта - пустая ракетная ступень Centaur и космический аппарат LCROSS - с интервалом в четыре минуты столкнулись с Луной с целью ее ударного зондирования и дистанционного исследования образцов выброшенного вещества. Выбранным местом удара стал южный полярный кратер Кабей (Cabeus). Хотя обещанного высокого и хорошо видимого выброса не наблюдалось, эксперимент считается полностью успешным.

Хроника пикирующего бомбардировщика

    Напомним, что 18 июня 2009 г. одним носителем к Луне были запущены спутник LRO и ударный комплекс в составе ступени Centaur и состыкованного с ним аппарата-наблюдателя LCROSS. 23 июня в 12:20 UTC связка Centaur+LCROSS совершила запланированный гравитационный маневр у Луны и вышла на орбиту спутника Земли, имеющую наклон 80° к эклиптике и высоту примерно 357000x582000 км. Ей предстояло совершить три витка вокруг барицентра системы «Земля - Луна» продолжительностью около 37 суток каждый. В конце третьего витка объекты должны были разделиться и столкнуться с Луной,которая возвращалась примерно в ту же точку, что и при первой встрече, после четырех витков вокруг Земли.

Художественное представление столкновения с Луной
ИССЛЕДОВАНИЕ ЛУНЫ

    Начальные параметры траектории незначительно отличались от расчетных, поэтому маневры ТСМ-4а и -4Ь, запланированные на 25 и 30 июня соответственно, не проводили. Принципиально важным для успеха полета был следующий маневр ТСМ-5а. Его целью было изменение плоскости орбиты и точное выдерживание запланированного времени удара - 9 октября около 11:30 UTC. Значительное отклонение по времени не позволило бы попасть в заданную точку Луны. Эта коррекция состоялась 21 июля в 13:00 UTC и была самой продолжительной за все время полета. Два пятифунтовых двигателя LCROSS проработали около 30 минут, приращение скорости связки составило 21.2 м/с. Все последующие маневры не являлись «определяющими» и по итогам измерений фактических параметров траектории могли быть отменены. И действительно, коррекции с номерами 5b, 5с и 6 не проводились.
    30 июля связка завершила первый виток вокруг Земли. «Круизный» этап полета не был особенно напряженным, поскольку между важными полетными операциями оставались большие временные интервалы. В число этих операций входили прогревы «холодной» стороны «Центавра», развороты по тангажу для ориентации всенаправленной антенны в сторону Земли и калибровки научных инструментов LCROSS.
    Штатная ориентация связки в течение трех витков «круизной» фазы задается так: продольная ось +Х перпендикулярна к плоскости эклиптики, а солнечная батарея на боковой поверхности LCROSS (направление -Y) «смотрит» в сторону Солнца. В реальности связку пришлось еще и наклонить на 20° в сторону светила, чтобы подогревать однофунтовые двигатели Т1 и Т7, лишившиеся собственного подогрева.
    Основная всенаправленная антенна аппарата, через которую осуществляется передача на Землю телеметрической информации, ориентирована вдоль оси +Z и для принятой ориентации связки лишь в течение половины витка «видит» находящуюся сбоку Землю. Когда же Земля переходит в другую полусферу, необходимо перевернуть связку на 180° по тангажу, сохраняя при этом ориентацию солнечной батареи на Солнце. (На другой стороне LCROSS имеется вторая всенаправленная антенна, но менее эффективная, и операторы предпочитали работать через основную антенну.) Такой маневр планировался в среднем раз в две недели при пересечении плоскости эклиптики; дата первого разворота неизвестна, во второй раз он был проведен 16 июля, а в третий - 6 августа.
    Centaur представляет собой криогенный разгонный блок, и его баки снаружи покрыты пеноизоляцией, обладающей гигроскопичными свойствами. Пока заправленный разгонник стоит на старте, на его поверхности осаждается весьма заметное количество льда. В космосе на освещенной и хорошо прогреваемой половине «Центавра» он сублимирует в течение нескольких суток, а вот на неосвещенной и холодной замерзшие водяные пары и другие газы общей массой до 10 кг могут сохраняться вплоть до падения на Луну.
    Это нежелательно сразу по двум причинам. Во-первых, именно следы воды чрезвычайно чувствительная аппаратура LCROSS и должна искать в облаке, образовавшемся после удара ступени о поверхность, так что загрязнять продукты удара «собственной» водой - значит наполовину сорвать эксперимент. Кстати, во время пролета Луны 22-23 июня спектрометрические измерения показали четкие признаки воды и экзотических углеводородов при наблюдении сухих участков поверхности в средних широтах — то есть как раз там, где их не должно было быть. Специалисты посчитали, что так «фонит» образовавшееся вокруг связки «облако» из микроскопических ледяных обломков.
    Во-вторых, на завершающем этапе полета Centaur подходил к Луне так, что к Солнцу будет обращена его бывшая теневая сторона. И тогда испаряющаяся с ее поверхности масса будет искажать расчетную траекторию полета и смещать точку падения, причем слабо предсказуемым образом. Оценки показывали, что это смещение может достигать нескольких сотен метров!
    Таким образом, для удаления летучих компонентов теневую сторону «связки» необходимо прогреть - для этого она временно разворачивается на 180° вокруг продольной оси. Продолжительность операции ограничивается тем, что солнечная батарея LCROSS отворачивается от Солнца, а кроме того, под солнечные лучи попадают блок с аппаратурой, нагрев которых не очень желателен. Поэтому прогрев продолжается всего один час.
    15 июля во время первого маневра прогрева CSB1 (Cold Side Bakeout) вся команда находилась в напряженном ожидании аварийного сигнала и в постоянной готовности немедленно прервать операцию. Проблемы действительно возникли: в середине часа отключился звездный датчик STA, но в целом она прошла гладко. Кстати, связка действительно немного отклонилась от расчетной траектории, получив приращение скорости около 3.5 см/с, втрое больше ожидаемого.
    После маневра отказался включаться нагреватель двигателя Т2. На сутки, пока он не пришел «в чувство», пришлось задействовать резервную программу терморегулирования с выдачей симметричных микроимпульсов, и на это ушло 2.1 кг топлива.
    Второй «прогрев» 30 июля также был успешным, и влияние испаряющейся массы на траекторию полета оказалось в три раза меньше, чем в первом.
    1 августа, в день наибольшего сближения аппарата с Землей (расстояние 361460 км, орбитальная скорость 1.14 км/с), состоялась калибровка научной аппаратуры КА. В ее ходе были выверены установленные параметры экспозиции инфракрасных камер ближнего (NIR1 и NIR2) и среднего (MIR1 и MIR2) диапазонов, уточнены их фактические поля зрения, проведена радиометрическая и волновая калибровка.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛУНЫ
Изображение южного полюса Луны с расстояния в 770 км.

Изображение кратера Cebeus через 10 секунд после падения Centaur, получено обсерваторией Паломар. Поле зрения по ширине составляет 71 км.

Изображение кратера Cebeus через 15 секунд после падения Centaur, получено обсерваторией Паломар. Поле зрения по ширине составляет 71 км.

Спектрограф Guider использован для поиска воды в выбросе после столкновения с Луной. Два темных пятна соответствуют двум направлениям наблюдения.

Метеоритный кратер в видимом свете с борта LCROSS

Метеоритный кратер в инфракрасном свете (камера NIR)

Обнаружение натрия в шлейфе из вещества, выброшенного после столкновения (камера MIR).
ИССЛЕДОВАНИЕ ЛУНЫ

    Операция началась с разворота линии визирования приборов, совпадающей с продольной осью LCROSS, в центр Земли. Затем аппарат совершил несколько «кивков», как бы «ометая» земной диск, угловой диаметр которого составлял лишь 2.2°. Это позволило провести спектральную калибровку приборов по известным параметрам Земли и уточнить фактическую юстировку камер: рассогласование между данными об ориентации КА и сигнала, поступающего с камеры при прохождении по диску Земли, определяло величину отклонения оси прибора от оси аппарата.
    Поскольку приборы LCRОSS оптимизированы под наблюдение удара по Луне и поиск воды в реголите, изображения Земли с расстояния 360 тыс км не могли быть особенно детальными, однако на инфракрасных снимках были хорошо заметны различные температурные зоны в верхних слоях атмосферы. Кроме того, изрядную долю хорошего настроения в ряды специалистов внесло то обстоятельство, что спектрометры аппарата обнаружили на Земле воду! Теперь дело оставалось за малым - обнаружить ее и на Луне!
    Была, однако, выявлена и проблема с фокусировкой камеры MIR2, и ученые стали искать возможность проверить ее на точечном источнике. Выяснилось, что 16 августа, когда LCR0SS будет проходить через плоскость эклиптики, Луна окажется позади Земли и будет отстоять от нее всего на несколько градусов. Излучательная и отражательная способность Луны в ИК-диапазоне хорошо известна, а ее диск с расстояния 880000 км вполне можно было считать точечным источником.
    В плане полета этого наблюдения не было, и для того, чтобы принять решение о его осуществлении, пришлось организовать совещание ученых, разработчиков графика полета и маневров, специалистов по программированию борта, системных инженеров, руководителей полета и операторов. На все выяснения, проверки, согласования и принятие положительного решения потребовалось всего два дня - нам бы такую слаженность и быстродействие!
    В назначенный день операция была успешно осуществлена, все задачи, поставленные научной группой, выполнены. А с помощью камеры видимого диапазона был получен «семейный портрет», на котором Земля и Луна видны вместе. В момент съемки расстояние от аппарата до Земли составляло 520294 км, до Луны - 880850 км.
    На 2м витке были также проведены две первые репетиции заключительных этапов полета: 11 августа - разделения «Центавра» и LCROSS, 13 августа - встречи с Луной.

Авария и ее преодоление

    На 22-25 августа планировались третий «прогрев» холодной стороны CSB3, коррекция траектории ТСМ-5с и четвертый разворот по тангажу. В субботу 22 августа в 10:25 UTC, а по местному времени в 03:25, персонал смены «А», часом раньше заступивший на дежурство, получил первую после 66-часового перерыва телеметрию с борта КА. Одного взгляда на мониторы было достаточно, чтобы понять: беда! Многие значения индицируемых параметров светились не зеленым, как обычно, а желтым и даже красным цветом, которые означали приближение к опасным значениям и выход за допустимые пределы. За все время полета операторы не видели ничего подобного.
    Специалисты с ужасом осознали, что скорость вращения связки вокруг оси периодически достигает предельно допустимой, что бортовые двигатели LCROSS работают почти постоянно и что из баков исчезло, если верить показаниям датчика давления, около 140 кг рабочего тела из тех 200 кг, которые были в наличии тремя днями раньше! Позже эта оценка была уточнена до 150 кг...
    Нужно было как можно скорее остановить работу двигателей и предотвратить дальнейшую потерю топлива. Для этого в первую очередь увеличили с 1° до 10° допустимый диапазон отклонений по углу вращения связки. Частота включений снизилась, расход топлива уменьшился, но не радикально.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛУНЫ

    Инерциальный датчик IRU, являющийся главным источником данных об угловых скоростях для системы ориентации, значился неисправным. Однако анализ данных, поступающих с него, показал, что блок в действительности работает нормально. Специалисты вновь ввели его в контур управления. После этого LCROSS вернулся в нормальный режим работы, а у операторов появилось время для раздумий на тему о том, что же все-таки произошло. Так как никаких гарантий против повторения сбоя не было, руководитель полета объявил LCROSS в аварийном состоянии. Это означало, что все доступные ресурсы сети связи DSN предоставляются для управления отказавшим аппаратом. В данном случае это означало использование комплекса дальней связи в Канберре в течение всего 15-часового окна радиовидимости: связка находилась так глубоко к югу от небесного экватора, что с двух остальных американских комплексов просто не была видна.
    Тем временем специалисты изучали информацию о работе бортовых систем, записанную на борту за время отсутствия связи, и после двух часов анализа разобрались, что же произошло. Первопричиной, по-видимому, был случайный кратковременный сбой инерциального блока IRU, зафиксированный 21 августа в 11:07 UTC. К сожалению, система защиты КА от сбоев опознала его как серьезный отказ и перешла к получению данных об угловых скоростях от звездного датчика STA. Его данные оказались значительно зашумлены, но система управления ошибочно считала их «чистыми». В результате двигатели отрабатывали фактически по ложному сигналу.
    Датчики в топливном баке зафиксировали падение давления, которое, в свою очередь, было воспринято системой защиты от ошибок как признак утечки топлива через один из двигателей. Аппарат принял меры к остановке несуществующей утечки и включил аварийный сигнал, но он не мог быть принят, поскольку ни одна антенна сети DSN не наблюдала этот район небесной сферы.
    Теперь необходимо было принять меры против повторения подобной ситуации в будущем. До окончания сеанса через Канберру оставалось уже немного времени, поэтому были сделаны простые, но достаточно эффективные изменения в бортовой системе управления. Прежде всего, подняли с одной до пяти секунд продолжительность сигнала об ошибке IRU, необходимую для переключения системы ориентации на звездный датчик. Кроме того, даже в этом случае система теперь должна была первоначально попробовать перезагрузить IRU, и только в случае повторения сбоя переключаться на STA. Соответствующие поправки были продуманы, написаны, протестированы и к 20:50 UTC загружены на КА. С момента обнаружения нештатной ситуации прошло лишь 10.5 час.
    Принятые меры носили явно временный характер и «закрывали» лишь один сценарий аварии; между тем команда LCROSS не имела ни людских, ни технических ресурсов, чтобы круглосуточно следить за поведением аппарата, а любой сбой с большим расходом топлива означал бесславный конец полета. На борту оставалось лишь около 50 кг топлива, из которых резервный запас составлял от 9 до 18 кг. Точнее определить его было трудно, потому что LCROSS не имел ни датчика количества оставшегося топлива, ни точной методики подсчета израсходованного. Остаток можно было оценить лишь косвенным путем, на основе показаний датчиков давления и температуры.
    Было решено, что в аварийной ситуации аппарат должен переводиться в существующий аварийный режим закрутки на Солнце вокруг оси солнечной батареи -Y. Достоинством его было то, что вход в режим осуществлялся по сигналам грубых солнечных датчиков без участия STA. Потребовалось лишь задать более высокую скорость закрутки - за счет этого аппарат мог стабильно находиться в ней без включения двигателей.
    Но как определить необходимость перехода в закрутку, если средства контроля расхода топлива не предусмотрены? И вот одна светлая голова предложила... подсчитывать пакеты телеметрической информации, сохраняемые в бортовой памяти при каждом включении двигателей. Если за заданный период времени появляется слишком много пакетов, значит, имеет место аварийная ситуация, надо принимать меры... 29 августа необходимые изменения в программном обеспечении были переданы на борт.
    Что же касается звездного датчика, который так плохо проявил себя 21 августа, то тремя днями позже его и вовсе пришлось выключить по признаку чрезмерного потребления тока. Вечером 25 августа STA включили вновь, и выяснилось, что прибор находится во вполне рабочем состоянии, а сбой был вызван помехой. Тем временем в ответ на аварию специалисты Northrop Grumman разработали для STA новый программный контроллер с фильтрами, устраняющими шумы. На борт новый программный блок был загружен 3 сентября и при тестировании показал снижение расхода топлива в 50 раз. Теперь режим поддержания штатной ориентации с помощью звездного датчика обходился даже «дешевле», чем старый вариант с 10-градусным допуском, и был введен вместо него.
    Что касается причин сбоя блока IRU, то они так и не были обнаружены, но до конца полета ничего подобного не повторилось.
    В целях экономии оставшегося топлива было решено отменить запланированные калибровки приборов 7 сентября по Земле и 19 сентября по Луне. Вместо них в программу ввели одно короткое, без «кивков», наблюдение Земли 18 сентября - все-таки надо было проверить, не сказалась ли авария на работоспособности аппаратуры. Калибровка прошла благополучно; в ее ходе камерой ближнего ИК-диапазона (0.9-1.7 мм) было получено несколько изображений нашей планеты с расстояния 559400 км.
    Отменить очередные развороты по тангажу всенаправленной антенной к Земле было невозможно, и они были успешно проведены 23 августа и 3 сентября. В тот же день аппарат начал свой третий и последний виток, а с 4 сентября LCROSS был официально выведен из аварийного статуса.

Выбор цели

    Запланированная на 9 сентября коррекция ТСМ-6 была отменена: связка шла точно по трассе. Время удара по Луне было известно уже точно - 9 октября в 11:31:30 UTC. А вот выбор точки «прилунения» оказался очень нелегким.
    Еще до запуска в качестве цели назывались южнополярные кратеры с постоянно затененным дном - Фаустини, Шумейкер, Кабей, Хауорт и др. Для их оценки были сформулированы следующие основные критерии:
     Солнечная маска: место падения «Центавра» должно быть ниже освещенной Солнцем области не более чем на 3.0 км, а желательно - не более чем на 1.0 км, с тем чтобы даже небольшой выброс можно было пронаблюдать и исследовать;
     Концентрация водорода: соответствует по крайней мере 0.5% эквивалентной воды в грунте, то есть заданному пределу чувствительности приборов LCROSS;
     Земная маска: место падения «Центавра» должно быть ниже линии зрения земного наблюдателя не более чем на 3.0 км, а желательно - не более чем на 1.0 км, что обеспечивает возможность попутных наблюдений выброса с Земли;
     Рельеф: ровный и гладкий со склонами не круче 20° (желательно не круче 15°), без крупных камней, что обеспечивает максимальную энергию удара и выброс наибольшего объема грунта в направлении, близком к вертикальному.
    Фактические свойства грунта определялись по свежим данным КА Kaguya, а концентрация водорода - по данным миссии Lunar Prospector (1998), Chandrayaan-1 (2008) и российского прибора LEND на американском спутнике LRO. В опубликованном варианте таблицы приоритетов последние были исключены как собственность авторов.
    Параметры расчетной точки падения определялись для круга диаметром 3.5 км, хотя фактическая точность наведения LCROSS оценивалась в 100 м. В пределах этого круга выбиралась наиболее многообещающая точка.

Основные варианты районов падения «Центавра» и LCROSS
ИССЛЕДОВАНИЕ ЛУНЫ

    Из списка потенциальных целей всем четырем критериям удовлетворяли лишь области в кратере Кабей (Cabeus), в двух его малых спутниках, расположенных дальше от полюса (Cabeus А и Cabeus В) и на грани допустимого - в кратере Фаустини. Сведения об этих точках приведены в таблице.
    11 сентября на пресс-конференции в Исследовательском центре имени Эймса было объявлено, что ученые выбрали в качестве окончательной «жертвы» кратер Cabeus А с наивысшим рангом в списке. Точнее, перекрывающий его совсем небольшой (около 15 км в диаметре) и глубокий кратер с условным обозначением А1, в котором разведанная концентрация водорода была максимальна и обещала максимальную вероятность подтверждения измерениями LCROSS.
    В то же время ученые сделали важную оговорку: даже после принятия вроде бы окончательного решения перенацеливание аппарата на любой из кратеров группы Cabeus не потребует значительных затрат топлива и может быть осуществлено, если вдруг по каким-то причинам Cabeus А окажется менее привлекательным. Скорее всего, они «закладывались» на дополнительные измерения с помощью прибора LEND, которые все время продолжали поступать.
    В тот же день было объявлено, что миссия LCROSS посвящается легендарному американскому телеведущему Уолтеру Кронкайту (Walter L. Cronkite, 1916-2009), который освещал практически все миссии NASA от начала пилотируемой космонавтики и до эпохи шаттлов. Возможно, образовавшийся после удара кратер будет также назван его именем.
    10 сентября связка была развернута по тангажу по новой программе, малыми импульсами, за 260 минут вместо 40, что дало значительную экономию топлива. 14-16 сентября команда провела «зачетную» тренировку последних двух суток полета LCROSS. 24 сентября был осуществлен третий прогрев холодной стороны «Центавра» - остававшаяся в теплоизоляции вода все еще несколько тревожила управленцев с точки зрения влияния на траекторию его полета. Заодно в ходе этого маневра было осуществлено тестирование средненаправленной антенны MGA на стороне -Z, которая до этого не использовалась и через которую предполагалось передавать данные в последние часы перед ударом.

ОСНОВНЫЕ ЦЕЛИ
Обозначение
Имя
Доля воды
Солнечная маска
Земная маска
Ширина
Долгота
SP CA
Cobeus A
0,85%
0,63
0,33
81.55°ю.ш.
33.10°з.д.
SP C
Cobeus
1,3%
1,20
3,07
85.50°ю.ш.
52.30°з.д.
SP CB
Cobeus B
0,72%
1,21
0,92
81.95°ю.ш.
55.00°з.д.
SP A
Faustini
0,31%
3,0
1,50
87.30°ю.ш.
88.00°в.д.
ОСНОВНЫЕ ЦЕЛИ

    25 сентября в 10:28 UTC с целью более точного «прицеливания» провели коррекцию ТСМ-7, в ходе которой аппарат получил приращение скорости 0.324 м/с. Маневр (за 14 суток до удара) гарантировал попадание в точку Cabeus А с отклонением не более 38 км по расстоянию и 34 сек по времени. Казалось бы, уж теперь-то все пойдет строго по плану: новые коррекции сведут потенциальный промах к нулю и задача будет выполнена.
    Однако уже 29 сентября было объявлено новое решение: LCROSS перенацеливается на основной кратер группы Cabeus! По самым свежим данным от LRO и Chandrayaan-1 эксперты пришли к заключению, что именно в нем грунт содержит максимальную в южном полярном регионе концентрацию водорода. Кроме того, на выбор повлияли и особенности рельефа, выявленные при изучении топографических карт Kaguya и LRO. Выяснилось, что в достаточно высоком валу кратера имеется небольшая долина, проходя через которую в день удара солнечные лучи смогут осветить облако выброшенного грунта гораздо раньше, чем это ранее считалось. Очевидно, все эти достоинства точки Cabeus перевесили крайне неблагоприятное значение «земной маски».

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛУНЫ
Кратер Кабей диаметром 98 км с центром в 84.9°ю.ш., 35.5°з.д. был назван в 1935 г. в честь итальянского иезуитского священника Никколо Кабео (Niccolo Cabeo; в латинизированном варианте Cabeus, 1586-1650), современника Галилея и Кеплера, преподававшего теологию в Иезуитском колледже в г. Парма, изучавшего физику и метеорологию и внесшего вклад в исследования в области гидрологии и электромагнетизма. Кроме этого, он известен своими опытами по исследованию движения падающих объектов. Кратеры-спутники, отмеченные буквами А и В, имеют диаметры 48 и 61 км соответственно.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЛУНЫ

    Перенацеливание было осуществлено в ходе коррекции ТСМ-8, проведенной уже 30 сентября в 15:00 UTC и изменившей скорость связки на 0.351 м/с. До удара оставалось чуть больше недели.

Иду на таран!

    День 1 октября смена В провела за отработкой возможных нештатных ситуаций последних часов полета. 2 октября тренировка была у планировщиков: получив «последние» траекторные данные, они должны были сгенерировать исполнительные программы для операций последнего дня - коррекции ТСМ-10, разделения связки, выдачи тормозного импульса LCROSS и наблюдения столкновения с Луной.
    2 октября стало известно, что Centaur должен встретиться с лунной поверхностью в точке 84.675°ю.ш., 38.725°з.д. в 11:31:30 UTC. Падение летящего вслед за ним LCROSS ожидалось в 11:35:45 в точке 84.729°ю.ш„ 39.36°з.д. Для того чтобы попасть в эту точку, сдвинутую на основании очередных данных LRO на 9 км от выбранной тремя днями раньше, б октября в 00:00 UTC была проведена коррекция ТСМ-9 с включением двигателей аппарата всего на 7.6 сек.
    Траекторный анализ показал, что необходимости в последнем запланированном маневре ТСМ-10 нет - аппарат шел в назначенный для падения круг диаметром 3.5 км. Окончательное расчетное время падения «Центавра» было 11:31:19 UTC.
    Настроение у специалистов было приподнятое - беспрецедентный проект находится в считанных часах от своего завершения. Лишь в записи в интернет-дневнике руководителя полета и координатора наблюдательной кампании Пола Томпкинса (Paul. D Tompkins) прослеживалась некоторая грусть: миссия, которой было столь много отдано, заканчивается, люди уйдут в другие проекты, смелый маленький коллектив распадется...
    Разделение LCROSS и Centaur прошло по графику 9 октября в 01:50 UTC. Специальные «рессоры» оттолкнули ступень и спутник друг от друга со скоростью около 0.7 м/с, при этом приращение скорости «Центавра» составило 0.15 м/с. После этого на борт LCROSS были загружены новые параметры КА - ведь теперь системе управления придется иметь дело с гораздо менее массивным объектом!
    Разворот на 180° начался спустя 76 сек после разделения, а еще через несколько минут операторы приняли первые изображения отделившейся ступени. Через 19 минут, когда объекты разошлись примерно на 800 метров, наблюдение было прекращено. Последовала активация научной аппаратуры и выдача в 02:30 тормозного импульса продолжительностью 245 сек, который, собственно, и обеспечивал расхождение объектов на 650 км и задержку падения LCROSS на четыре с лишним минуты относительно «Центавра». После тормозного маневра уточненное время падения «Центавра» составило 11:31:19.57, a LCROSS - 11:35:38.79 UTC.
    В 10:00 на борту начала выполняться «ударная» программа. В 10:15 аппарат перешел в режим передачи научной информации: теперь данные от всех инструментов, слитые в один поток со скоростью 1 мбит/с, шли на 70-метровую антенну DSS-14 в Голд-стоуне. В 10:18 телевидение NASA начало «живую» трансляцию события. Координаты точек столкновения и время падения постоянно уточнялись.
    В 10:42 камеры LCROSS передали первые изображения поверхности Луны. Руководитель полета подтвердил, что аппаратура спутника работает нормально и все готово к наблюдению главного события. Скорость передачи составляла примерно два кадра в секунду, и оттого изображение слегка дрожало.

Третий и последний виток LCROSS
ИССЛЕДОВАНИЕ ЛУНЫ

    На борту LCROSS в готовности к съемке находились пять камер - одна видимого диапазона, две ближнего ИК-диапазона и две теплового ИК-диапазона. Основные надежды специалистов возлагались на инфракрасные камеры, изображение с которых должно было быть гораздо более контрастным, чем в видимом диапазоне, да и само событие в инфракрасном диапазоне должно было длиться дольше.
    В 11:10 был активирован фотометр TLP, который должен был определять кривую блеска вспышки, делая до 1000 измерений в секунду.
    В 11:30 в эфире прозвучал голос руководителя полета Расти Ханта (Rusty Hunt): «Всем станциям - до удара 60 секунд!» Раскладка по времени после удара была такая: первые три секунды - регистрация вспышки, следующие 180 сек - наблюдение выброса и последние 76 сек - съемка образовавшегося кратера.
    Детали поверхности на мониторах становились все крупнее и крупнее. Ученые и специалисты группы управления застыли в напряженном молчании...

«Что это быпо. Бэрримор?»

    С самого начала миссии предполагалось к наблюдению ее кульминации привлечь самые крупные силы. И 9 октября в район южного полюса Луны обратили свои взоры целых пять космических аппаратов: Космический телескоп имени Хаббла, лунный разведчик LRO, шведский радиоастрономический КА Odin и, что особо примечательно, два аппарата ДЗЗ - GeoEye и Earth Observing 1. Из наземных обсерваторий основные надежды возлагались на телескопы Keck, Gemini и IRTF на Гавайских островах, обсерватории Магдалена-Ридж и Апаче-Пойнт в Нью-Мек-сико и ММТ в Аризоне.
    Интерес проявили и непрофессионалы - по всей территории США было организовано 50 своеобразных «астрофестов», на которых люди собирались наблюдать событие как в прямой трансляции на экранах, так и через собственные средства наблюдения. Следует отметить, что одно из таких мероприятий проводилось непосредственно около центра управления, другое - на лужайке перед Белым домом. К событию готовились обсерватории, планетарии, любительские астрогруппы и центры наблюдения - увлеченный народ ждал «космической феерии».
    8 октября научный руководитель проекта д-р Энтони Колапрете (Anthony Colaprete) предупредил энтузиастов космонавтики и астрономии, что ожидаемое событие вовсе не будет «грандиозной феерией» по своей величине и что не стоит пытаться наблюдать за ним «в бинокль со двора». Тем не менее согласно предварительным оценкам удар должен был быть таким, что увидеть его позволял телескоп с апертурой от восьми дюймов и выше - в наше время прибор вполне доступный. Специалисты утверждали, что период наибольшей яркости свечения продлится около 30 секунд.
    ...Обратный отсчет времени до удара приблизился к нулю, обнулился и поменял знак. Это означает, что траектория «Центавра» пересеклась с лунной поверхностью. И - ничего не произошло. По крайней мере, на экранах, и в поле зрения любительских телескопов тоже.
    Примерно через четыре минуты, как и ожидалось, мониторы побелели - LCROSS выполнил свою задачу и следом за разгонным блоком вонзился в лунный грунт. Операторы сняли наушники и встали из-за мониторов размяться. Больше ждать нечего. Понятно было только одно - шоу не состоялось.
    В 11:37 прозвучало первое официальное сообщение об итогах эксперимента, которое сделал директор научного департамента Центра Эймса Майкл Бикей (Michael Bicay): «Трудно сказать, что же мы видели. Есть некоторое подтверждение (из группы управления), что тепловая картинка есть».
    В 12:30 астрономы Паломарской обсерватории сообщили, что через 200-дюймовый телескоп Хейла, оснащенный адаптивной оптикой и обладающий разрешающей способностью 180 м, им не удалось увидеть никаких признаков выброса. Столь же обескураживающими были и сообщения обсерватории Апаче-Пойнт: ни один из трех задействованных телескопов не зафиксировал события. Обсерватория ММТ в Аризоне также сообщила, что никаких очевидных признаков выброса обнаружено не было. Представители обсерваторий Gemini и Keck от категорических заявлений благоразумно воздержались.

Изображения области падения «Центавра», полученные приборами LCROSS. Камеры среднего ИК-диапазона MIR1 (б~10 мкм) с разрешением 4 м.
Изображения области падения «Центавра», полученные приборами LCROSS. Фрагмент снимка камеры ближнего ИК-диапазона NIR2 (0.9-1.7 мкм) с разрешением 2 м;
Наиболее эффектное изображение получено камерой MIR1 с высоты 600 км с разрешением 1020 м. Стрелкой отмечен термический признак удара - локальное повышение температуры. Белый цвет соответствует +35°С, красный +18°С, темно-синий -45°С, черный - ниже -50°С.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЛУНЫ

    Разочарованные любители разъезжались по домам - ожидания яркого космического шоу не оправдались, что, впрочем, было с лихвой компенсировано ночью, проведенной в теплой компании единомышленников. «Конечно, это не катастрофический провал, подобный Mars Polar Lander в 1999 году, - думали они, - но и не головокружительный успех Deep Impact в 2005-м». Резонно, тем более что одной из целей полета LCROSS являлась именно публичная демонстрация события и привлечение внимания людей к космонавтике. И мало кто осознавал, что неудача наземных наблюдений могла быть предопределена выбором площадки в кратере Кабей. Напомним: при высоте выброса менее 3 км его просто невозможно увидеть с Земли!
    Но что же видел LCROSS, не ограниченный этим условием? Начиная в 14:00 пресс-конференцию с руководителями проекта, Тони Колапрете разрядил наэлектризованную обстановку: «Удар был. Мы видели удар, мы видели кратер». Он пояснил, что спектрометр видимого и УФ-диапазона, а также камеры NIR и MIR зафиксировали событие. В качестве подтверждения были продемонстрированы изображения тепловой камеры. Но на них вместо столь желанного фонтана сверкающих на Солнце ледяных брызг на темном фоне северного вала кратера была заметна лишь светлая точка размером в несколько пикселов...
    Руководитель проекта особо подчеркнул, что для ученых, в отличие от широкой публики, гораздо больший интерес представляет не изображение удара, а спектрограммы: «Я видел вариации спектра - это очень хороший признак!» Колапрете заявил, что переданной информации «будет достаточно для того, чтобы ответить на некоторые фундаментальные вопросы».
    В своем выступлении он не мог не заметить, что «удары по Луне - дело непредсказуемое». И, словно в подтверждение этих слов, еще несколько наземных и орбитальных обсерваторий, включая «Хаббл», доложили, что им все же удалось успешно получить некоторые данные об ударе, но для их окончательной оценки и интерпретации потребуется время.
    Во второй половине дня, после того, как были обработаны первые данные с LRO, специалисты получили новую пищу для размышлений. Спутник, в задачу которого входила съемка места эксперимента с восьми последовательных витков и составление тепловой карты района перед ударом и после него, прошел рядом с районом «прилунения» всего спустя 90 секунд после удара. Никакого «салюта» на лунном небосводе: с дальности 80 км при помощи инфракрасного спектрометра Diviner удалось зафиксировать два кратера, образовавшиеся после падения ступени и КА, которые, естественно, были теплее окружающей поверхности. И все же данные ультрафиолетового спектрометра LAMP, помимо факта столкновения, подтвердили еще и наличие выброса грунта. А первые результаты спектроскопии принесли новую загадку: были обнаружены признаки содержания натрия, чего вообще никто не ожидал.
    Спустя неделю, 16 октября, говоря о первых итогах обработки приборных данных, Колапрете заявил, что специалисты располагают четкой индикацией выброса грунта. По его словам, приборам LCROSS, работавшим в УФ- и ИК-диапазонах, удалось получить обширную информацию о температуре, размерах и спектральных характеристиках этого выброса. Ее объем руководитель проекта описал весьма образно: «Нас просто сдуло полученными данными». В качестве примера было объявлено, что в последние секунды полета инфракрасные камеры LCROSS передали изображение кратера диаметром 28 м, образовавшегося при падении «Центавра», причем разрешение было лучше 2 м! Однако эти снимки пока не обнародованы.
    Из трех изображений, полученных контекстной камерой видимого диапазона, удалось «склеить» снимок, на котором на черном фоне вала кратера видно-таки «просветление», которое идентифицируется как выброс грунта. Измерения показали, что на 15-й секунде после удара облако достигало 6-8 км в диаметре. По словам Колапрете, «яркость выброса оказалась вблизи нижней границы предсказанного диапазона, и это обстоятельство может оказаться ключом к пониманию свойств материала, образующего кратер».

Все хорошо, что хорошо кончается!

    Таким образом, через неделю после удара было ясно лишь то, что аппаратура LCROSS и еще несколько наземных телескопов все-таки зафиксировали четкие спектрографические признаки соударения. Но оставалось непонятным, почему выброс оказался таким слабым. Наиболее вероятная версия состояла в том, что удар пришелся либо на участок рельефа с сильным уклоном, либо на выход твердых подстилающих скальных пород, и облако обломков едва достигло высоты, на которой его осветили бы солнечные лучи. Кроме того, многие специалисты задумались, насколько соответствует реальности использовавшаяся при оценке количества выброшенного вещества математическая модель. Так что эта загадка вроде бы имеет адекватное решение.
    А как же главный вопрос и главная цель проекта - подтверждение наличия водяного льда на Луне? 3 ноября в сетевой версии Sky and Telescope появилась «предварительная информация о первых результатах» эксперимента, причем весьма неутешительная. В статье повторялась мысль: вероятно, в оценке масштабов выброса грунта при ударе с самого начала были допущены серьезные просчеты. Затем указывалось, что спектрометр LAMP на LRO не смог обнаружить следов воды и даже атомарных водорода или кислорода, а спектральные признаки молекул водорода в неопределенно малых концентрациях можно было списать на «остатки топлива упавшей на Луну ступени». Кроме того, неожиданно были обнаружены слабые спектральные линии вблизи 184-185 нм, наиболее похожие на линии железа, магния и ртути.

Показан шлейф в видимом свете через 20 секунд после столкновения.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЛУНЫ

    Наконец, 13 ноября произошло то, чего уже и не ждали. В этот день на официальном брифинге NASA были объявлены первые итоги миссии LCROSS: «Вода на Луне есть, и ее даже больше, чем предполагалось прежде!»
    О том, почему не состоялась обещанная «космическая феерия», специалисты и в этот раз умолчали. Зато объяснили, что в результате удара «Центавра» о дно кратера образовалось целых два выброса. Первый, высокий, состоял из легких частиц лунного грунта, второй, более низкий, - из осколков более твердых пород.

Спектрограмма удара, полученная LCROSS - ультрафиолетовым и инфракрасным. На графике изображен интегральный блеск наблюдаемого участка поверхности в зависимости от времени.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЛУНЫ

    Методика поиска воды заключалась в сравнении ее известных признаков в ближнем ИК-диапазоне с данными, полученными спектрометрами NIR на борту LCROSS. Анализ спектрограмм показал, что вода на Луне есть - спектрометры достаточно четко зафиксировали полосу поглощения в диапазоне 1.4-1.85 мкм. Что самое интересное - ее присутствие обнаружено в обоих выбросах! Далее, в ходе анализа спектрограмм в УФ-диапазоне была обнаружена эмиссия на уровне 309 нм, что является признаком присутствия гидроксила - продукта распада воды под действием солнечного излучения. Таким образом, появились все основания говорить о присутствии паров воды в выбросе грунта.
    «Мы просто восхищены!» - прокомментировал итоги миссии Энтони Колапрете. Он же развеял и сомнения относительно информации Sky and Telescope: «Из всех ожидавшихся соединений мы смогли подтвердить только наличие признаков воды. Возможность загрязнения, внесенного ступенью космического аппарата, исключается».
    По заявлению Колапрете, «часть выброса, которая попала в поле зрения приборов LCROSS, содержит не менее 100 кг водяных паров». При этом, правда, научный руководитель проекта не уточнил, какую часть от массы выброшенных пород они составляют. Было бы интересно сравнить данные LCROSS с результатами, полученными российским нейтронным детектором LEND с окололунной орбиты: по оценкам последнего, на внутренних склонах вала кратера Кабей в приповерхностных слоях грунта может содержаться до 1% льда. Но в любом случае заявленная величина выглядит весьма впечатляюще, особенно на фоне маленького ударного кратера.
    В ближайшее время специалисты намерены завершить анализ спектрограмм на предмет наличия других соединений, включая двуокись углерода, окись углерода, метана, метанола и этанола. Но эти результаты, понятно, будут уже второстепенными.
    Таким образом, миссию LCROSS можно считать успешно завершенной, чего никак нельзя сказать о «водном вопросе» в истории исследования Луны. Как нетрудно догадаться, здесь основные события еще впереди. Чтобы сделать выводы о возможности и перспективах использования обнаруженной воды в практической деятельности человека на нашем естественном спутнике, требуется, как говорят геологи, «оценить ее запасы». Понятно, что постоянно бомбардировать Луны кинетическими ударниками для ответа на этот вопрос уже не получится, и теперь решающее слово должны будут сказать посадочные аппараты и мобильные луноходы. Так что будем с нетерпением ожидать дальнейших событий. Есть все шансы, что они окажутся очень и очень интересными.
Автор: И. СОБОЛЕВ, "НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ"
  LRO и LCROSS   
 
Дорогое создание сайта и магазина Киев
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru