Астероиды - космические лилипуты
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Астероиды и Кометы
Лилипуты
Зонд Hayabusa
Малые тела Солнечной системы

Авария над астероидом Itokava

    26 ноября японская межпланетная станция Hayabusa произвела посадку и попыталась взять грунт с астероида Итокава. Эксперимент закончился серьезной аварией, обстоятельства и размеры которой еще до конца не известны. Группа управления будет пытаться направить раненый аппарат к Земле, но шансы станции на возвращение невелики.

Исследование с орбиты

    Напомним, что японский аппарат был запущен 9 мая 2003 г. и прибыл к астероиду Итокава 12 сентября 2005 г., причем добрался до цели уже не вполне исправным. 31 июля произошел отказ одного из трех маховиков, являющихся исполнительными органами системы ориентации и стабилизации, а 3 октября – второго маховика. Программу работы у Итокавы пришлось сокращать и «уплотнять».
    Но вернемся пока в сентябрь, когда Hayabusa «висел» над освещенной Солнцем стороной астероида на высоте около 20 км – точнее, «ходил» вверх-вниз под действием возмущающих сил и работы двигателей. Думаете, главной возмущающей силой было притяжение? А вот и нет, Итокава был для этого слишком легковесным. Давление солнечного света на аппарат создавало силу на порядок большую, чем притяжение – но при этом на два порядка меньше тяги электрореактивного двигателя «Хаябусы»!

Астероид Итокава
    В предыдущем отчете о полете «Хаябусы» мы отметили, что параметры орбиты астероида за последние два года заметно изменились. Как оказалось, это неслучайно. 26 октября на сайте ISAS появилась заметка об эволюции орбиты Итокавы. Сейчас эта орбита такова, что астероид часто сближается с Землей и с Марсом. Так как каждое сближение превращает малые отклонения фактической орбиты от расчетной на подлете в достаточно большие после отлета, просчитать орбиту Итокавы с приемлемой точностью более чем на 200 лет назад или вперед не удается. Такая орбита описывается как «хаотическая». Моделирование движения Итокавы на 100 млн лет вперед при немного отличающихся вариантах параметров начальной орбиты и статистическая обработка результатов показывает значительную вероятность столкновения астероида с Землей (примерно 1 раз в 1 млн лет), Марсом, Венерой или Меркурием, а также падения на Солнце. Существует также вероятность столкновения с Юпитером и ухода за пределы орбиты Сатурна. Вероятность сохранения астероида на орбите, близкой к современной, очень мала.
Hayabusa: над астероидом Итокава

    Ускорение КА определялось по допплеровским измерениям разности радиальных скоростей астероида и станции и составляло в среднем 1.26·10-7 м/с2. За сутки аппарат набирал дополнительную скорость 1.1 см/с. Казалось бы, мизерная величина… но стоит при нулевой начальной скорости «бросить» станцию всего на четверо суток, и она снизится на 10 км! Чтобы избежать столкновения, приходилось время от времени давать импульс в направлении «вверх». К примеру, к 15 сентября аппарат снизился с первоначальной высоты 20 км до 16 км. Корректирующий импульс направил его «вверх», в направлении к Земле. Поднявшись почти до 17 км, аппарат вновь пошел вниз и к 19 сентября опустился до 14 км. Новая коррекция подняла его почти до 19 км, но за ней последовал новый спуск, и 26 сентября Hayabusa был остановлен уже на высоте 12 км. Наконец, 29 сентября аппарат вышел в точку «Дом» на высоте 6.8 км.
    До сих пор Hayabusa исследовал в основном экваториальную полосу Итокавы, но 5 октября аппарат начал свой «тур» по полярным районам на высоте около 7 км. В соответствии с правилом, принятым в 2003 г. Международным астрономическим союзом, северным считается тот полюс астероида, со стороны которого вращение происходит против часовой стрелки. А так как направление вращения Итокавы – обратное, то его северный полюс находится в действительности к югу от эклиптики. Сначала аппарат осмотрел южные полярные области, поднявшись к 9 октября на 5 км с лишним выше экватора астероида. При низком Солнце рельеф был отлично виден; даже в Море Мьюзес, которое до сих пор казалось совершенно гладким, проступили отдельные крупные камни.
    После этого Hayabusa начал движение к северному полюсу астероида и спустился 15 октября на 2.5 км ниже экваториальной плоскости. 19 октября Hayabusa снизился до 4 км, а 21 октября закончил свой «тур» и вернулся в экваториальную плоскость.
    В один из следующих дней группа управления сумела вывести аппарат почти точно на линию, соединяющую Солнце с центром Итокавы. В этих условиях, при фазовом угле менее 1°, аппарат зарегистрировал ожидаемое значительное увеличение яркости астероида.

Астероид Итокава
Астероид Итокава крупным планом
Hayabusa: над астероидом Итокава

    К 27 октября Hayabusa вернулся в исходную точку на высоте 3.4 км. За первые полтора месяца работы у астероида камера AMICA получила около 1500 снимков общим объемом почти 1 Гбайт, а лазерный высотомер определил расстояние до Итокавы в 1.4 млн точек. ИК-спектрометр NIRS провел 75000 измерений, а рентгеновский спектрометр XRS набрал 700 часов данных.
    Съемка показала, что априорное теоретическое представление о геологической однородности астероидов, сближающихся с Землей, ошибочно – Итокава оказался весьма сложным объектом. Часть его покрыта крупными камнями размером до 50 м, причем их отражательные свойства различны.
    Один из них, на окраине Пустыни Вумера, длиною в два десятка метров, выступает настолько, что, кажется, вот-вот оторвется.
    В то же время некоторые области выглядят «обнаженными». На астероидах, исследованных ранее, толстый слой реголита скрывал подобные детали. Кратеры на поверхности Итокавы есть, но они перекрыты слоем реголита и плохо видны.
    В течение октября по данным высотомера и навигационной камеры, а также по радиоизмерениям с Земли были построены цифровые модели формы и гравитационного поля астероида. Наибольший его размер оказался равным примерно 600 м, наименьший – близок к 300 м. Плотность Итокавы удалось оценить в 2.3±0.3 г/см3 – заметно ниже, чем у каменных пород и у астероидов типа S, изученных ранее. И характерная картофелеобразная форма с двумя утолщениями, и низкая плотность говорили о том, что внутри Итокавы много пустот и что астероид представляет собой весьма «рыхлое» образование.

Подготовительные операции

    27 октября, подводя итог этапу дистанционного зондирования астероида, пресс-служба Института космических и астронавтических наук ISAS (который возглавляет проект Hayabusa) сообщила, что в ходе наземных экспериментов разработана и проверена включением двигателей на борту схема управления с выдачей малых импульсов. Как следствие, ожидаемый расход бортового топлива на оставшуюся часть полета удалось сбалансировать с имеющимся запасом.
    Кстати, к этому моменту из 65 кг было израсходовано всего 15 кг. Поэтому группа управления сообщила, что полет «Хаябусы» вплоть до возвращения к Земле остается возможным, «если приборы и оборудование на борту будут работать нормально, как сейчас».
    До 31 октября проводилось детальное наблюдение возможных мест посадки; в эти же последние дни октября на борту была проведена имитация посадочных операций.
    С точки зрения управления наиболее выгодно было спускаться в тот район, который окажется под КА около полудня по токийскому времени JST, в середине зоны радиовидимости, хотя при необходимости время спуска может быть сдвинуто на 6 часов вперед или назад.
    Наконец, 1 ноября были объявлены два возможных места посадки, оба вблизи экватора: точка A в покрытой реголитом части Моря Мьюзес и точка B в Пустыне Вумера.
    Судя по спектральным съемкам, порода в этих точках представляла собой оливин или пироксен, причем отражающая способность в точке A была выше. Объявленный план дальнейших операций был таков:

    >- 4 ноября около 14:00 JST – пробное снижение к поверхности немного восточнее точки A до высоты 30 м;
    >- 12 ноября около 15:00 – первое снижение с забором образцов в точке A;
    >- 25 ноября около 15:00 – второе снижение с забором образцов в точке B.

    С 1 ноября началась подготовка к первому спуску. Задач у этой «репетиции» было много. Проверить работу посадочной лазерной дальномерной системы, которая еще не испытывалась в ходе полета. Сбросить с высоты 30 м посадочную мишень и попытаться увидеть ее со станции при работе специальных ламп-вспышек – при реальной посадке она будет служить своеобразным маяком.
    Наконец – доставить на поверхность прыгающий аппарат Minerva (см. врезку). Расчетная высота отделения робота – 17 м, причем перед сбросом Hayabusa должен «зависнуть» над астероидом с нулевой относительной скоростью.

4 ноября. Недолет

    Снижение началось 3 ноября в 19:17 UTC (4 ноября в 04:17 JST) с высоты 3.5 км под управлением бортового компьютера «Хаябусы». К 01:50 UTC (10:50 JST) аппарат снизился до 1000 м. По снимку, переданному с высоты 500 м, предполагалось дать аппарату окончательное разрешение на спуск до поверхности. Однако на высоте около 700 м навигационный компьютер столкнулся с непредвиденной ситуацией. Очевидно, он не смог выделить на полученном снимке центр яркости астероида среди множества светлых объектов и навести на него лидар, чтобы правильно измерить текущую высоту. Несомненно, осложнили работу и отказы маховиков: управление при помощи двигателей и скоростью спуска, и ориентацией было достаточно грубым. Первая проблема вызвала перегрузку компьютера, а вторая – значительную навигационную ошибку, с которой борт не мог справиться самостоятельно.
    В 03:30 UTC (12:30 JST) Земля дала команду на прекращение эксперимента и подъем. Аппарат остался в нормальном управляемом состоянии.

9 ноября. Тень

    Эксперимент было решено повторить после анализа причин сбоя и «подстройки» констант бортового алгоритма. 9 ноября японский «Сокол» успешно «спикировал» на цель, оказавшись около 01:00 UTC на высоте всего 70 м. Оттуда последовал быстрый подъем до 3200 м и повторный спуск до примерно 500 м в 04:10 UTC. От этой операции осталось уникальное свидетельство – снимок участка Итокавы, на котором отчетливо видна тень «Хаябусы». Аппарат впервые протестировал посадочный дальномер и сбросил одну из трех посадочных мишеней, но не в направлении астероида, с целью проверить механизм отделения и проследить за ее движением.

Астероид Итокава
Тень «Хаябусы» на повехности астероида. Высота – 70 метров
Hayabusa: над астероидом Итокава

    Во время снижения аппарат снял с близкого расстояния район Вумера. Там было найдено множество очень крупных (до 10 м) камней, и стало ясно, что эта область непригодна для посадки и забора грунта. Hayabusa отснял и деталь Коусей в Море Мьюзес вблизи расчетной точки A. Несколько крупных камней представляли определенный риск, но это было единственное приемлемое место на всем Итокаве. Было решено, что здесь будут предприняты обе попытки взятия грунта.

Астероид Итокава
09/11/2005. Крупный план рядом с кратером Komada (сам кратер слева)
Hayabusa: над астероидом Итокава

    Третий пробный спуск со сбросом «Минервы» назначили на 12 ноября, первое взятие грунта отложили до 19-го. Время прохождения Моря Мьюзес под аппаратом оказалось вне зоны радиовидимости с японской станции Усуда, и пришлось договариваться с NASA о работе через американскую Сеть дальней связи.

12 ноября. Потеря «Минервы»

    12 ноября аппарат пошел на спуск из начальной точки в 1400 м от центра астероида в 03:00 JST, причем стартовал с часовым опозданием. Из-за этого место назначения сдвинулось на восточную окраину Моря Мьюзес. После долгого и острожного снижения в 14:45 JST Hayabusa достиг высоты 120 м и перешел в зависание над поверхностью астероида. Навигационная камера получила с высоты около 160 м снимки с разрешением 15–20 мм.
    Регулировать высоту полета было трудно. Лидар на таких малых расстояниях неэффективен. Четверка посадочных лазерных дальномеров, которая работает ниже 100 м, в управлении не использовалась, так как для проверки их работы и был затеян третий спуск.

Астероид Итокава
Изображение получено 12 ноября 2005
Hayabusa: над астероидом Итокава

    Отделение «Минервы» считалось менее приоритетной задачей. По одной версии, группа управления заранее «просчитала» баллистику спуска и спланировала реактивные импульсы «на подъем» с определенными интервалами, чтобы предотвратить касание. По другой, аппарат все же как-то оценивал расстояние до поверхности и выдавал импульсы при снижении до опасной высоты. Как показала последующая обработка данных лазерных дальномеров, минимальная высота составила 55 м вместо 60–70 м по плану.

MINERVA
    Робот Minerva (Micro/Nano Experimental Robot Vehicle for Asteroid) – один из самых легких космических аппаратов в истории.
    Масса этого устройства, предназначенного для отработки механизма автономного передвижения по поверхности астероида, всего 591 грамм. Minerva считалась экспериментальным аппаратом, в задачи которого не входило собственно исследование астероида. Тем не менее установленные на нем камеры и термометры в принципе могли бы сообщить много интересного.
    По форме Minerva близка к цилиндру диаметром 120 мм и высотой 100 мм. По краям верхней и нижней грани выступают по восемь штырьков, которые служат грунтозацепами и предохраняют от повреждения боковые и торцевые панели корпуса. На панели наклеены фотоэлементы, которые дают от 1.6 до 2.2 Вт на расстоянии 1 а.е. от Солнца при напряжении 5 В. Диапазон рабочих температур «Минервы» – от 50 до +80°C.
    В этом миниатюрном аппарате имеется 32-битный процессор с тактовой частотой 10 МГц и памятью в 2.5 Мбайт (ПЗУ на 512 кбайт, ОЗУ на 2 Мбайт и флэш-память такого же объема).
    Бортовое ПО обеспечивает автономную работу аппарата, так как телеуправление с Земли невозможно изза большой задержки сигнала. Отработка этого режима и является задачей эксперимента.
    Minerva отделяется от «Хаябусы» на малой высоте над поверхностью астероида. Оказавшись на ней, робот должен перемещаться прыжками в течение примерно трех суток. Аппарат имеет внутри вращающийся ротор, которого – с учетом чрезвычайно слабого притяжения астероида – достаточно для приведения «Минервы» в движение. Скорость прыжка зависит от прикладываемого момента и от величины трения о поверхность, которую предсказать невозможно, и может достигать 9 см/с.
    Minerva оснащена тремя цветными ПЗС-камерами (из которых две расположены на одной боковой грани и предназначены для стереосъемки объектов на расстоянии от 10 до 50 см с разрешением 1–5 мм, а третья – в центре противоположной грани для панорамной съемки), шестью фотодиодами в качестве датчиков ориентации и шестью термометрами в штырях-грунтозацепах для измерения температуры поверхности астероида. Данные с приборов должны ретранслироваться на Землю через основной КА. Подсистема связи рассчитана на передачу 9600 бит/с на расстояние до 20 км.
    С помощью робота предполагалось провести съемку на поверхности Итокавы и построить ее детальную модель, проверить наличие реголита и следы выветривания, измерить температуру поверхности и ее динамику, оценить местное направление гравитационного поля и коэффициент трения.
MINERVA

    В 15:08 JST на борт была отправлена команда на отделение «попрыгунчика», и в 15:24 JST (06:24 UTC) по бортовому времени аппарат ее исполнил. Через 40 минут в центре управления Сагамихара уже знали: отделение «Минервы» состоялось, ее заметили веерные датчики обнаружения препятствий. Hayabusa успешно установил связь с малюткой – сигнал пришел через 5 мин после отделения и принимался в течение 18 часов. Minerva передала снимок, на который попала часть солнечной батареи B1 «Хаябусы». На большой аппарат поступали данные с четырех внутренних и шести внешних термодатчиков – температура поднялась с 17 до 38°C и стабилизировалась на этом уровне.

Астероид Итокава
Изображение получено 12 ноября 2005
Hayabusa: над астероидом Итокава

    Но… «попрыгунчик» так и не опустился на поверхность Итокавы!
    В остальном третье снижение прошло без замечаний и подтвердило, что бортовое ПО работает без сбоев, а на четверку посадочных дальномеров можно положиться.
    12 ноября в 16:30 JST Hayabusa начал подъем, благополучно вернулся в исходное положение на высоте 5–6 км и стал ждать первого спуска за грунтом.

Астероид Итокава
Изображение получено 12 ноября 2005
Hayabusa: над астероидом Итокава

    Что же случилось с «Минервой»? Команду на отделение руководители полета оставили за собой. Решение спорное, так как время прохождения радиосигнала в одном направлении в этот день достигало 16 минут, и от получения последних данных с борта до исполнения команды на аппарате проходило как минимум 32 минуты. Как утверждает менеджер проекта Дзюнъитиро Кавагути, группа управления постаралась выдать команду в такой момент, чтобы во время отделения Hayabusa снижался. Блокировка ее на борту не была предусмотрена, хотя, казалось бы, даже при отсутствии текущих данных о высоте можно было ориентироваться на времена включения двигателей.
    Примерно в 15:20 JST профессор ISAS Ясунори Матогава (ветеран научной космической программы, заместитель исполнительного директора JAXA по связям со общественностью и образованием) увидел, что текущая оценка высоты над астероидом – всего 44 м. «Сейчас пойдет вверх», – подумал он и не ошибся. Еще до прихода команды станция выдала импульс на подъем.

Астероид Итокава
«Минерва» ушла в открытый космос
Hayabusa: над астероидом Итокава

    Отделение «Минервы» состоялось на высоте около 200 м при скорости около 10 см/с в направлении «вверх». При отделении робот получил еще 5 см/с в поперечном направлении. Но «вторая космическая скорость» вблизи поверхности Итокавы не превышает 20 см/с, а на высоте 200 м она еще меньше…
    На 212-й секунде после отделения навигационная камера «Хаябусы» в последний раз увидела его немного в стороне от астероида. Некоторое время надежда еще теплилась, но через несколько часов стало ясно: сброшенный аппарат ушел в открытый космос!
    13 ноября, когда данные с «Хаябусы» были обработаны, выяснилось, что скорость «попрыгунчика» вдали от астероида все еще составляла 8.3 см/с. Из-за светового давления она должна была упасть до нуля через 6–7 суток, а еще через неделю Minerva могла бы опуститься обратно. Увы, шанс не промахнуться при спуске и попасть в маленький астероид был крайне невелик, и вероятность того, что система электропитания все еще будет работать, – тоже…

20 ноября. Незапланированная посадка

    Настал решающий день, вернее – решающая ночь забора грунта с астероида. Чтобы иметь больше возможностей управления через собственную станцию Усуда, руководители полета отложили спуск на один оборот Итокавы вокруг оси. Условным временем начала спуска было 19 ноября в 21:00 JST (12:00 UTC). Операция по забору грунта планировалась на 20 ноября в 06:00 JST.

Астероид Итокава
Изображение получено 19 ноября 2005
Hayabusa: над астероидом Итокава

    Hayabusa начал снижение в заданный район по графику с высоты более 1000 м. Станция работала нормально, и в 04:33 JST (здесь и далее – по бортовому времени) получила от группы Кавагути команду на вертикальный спуск с высоты 450 м со скоростью 12 см/с. По мере приближения к астероиду притяжение Итокавы становилось все заметнее, и двигатели «Хаябусы» включались в среднем раз в 100 секунд, чтобы скомпенсировать разгон. В среднем же скорость немного уменьшалась, и к 05:28 JST аппарат достиг высоты 54 м при скорости 9 см/с.

Астероид Итокава
Изображение получено 19 ноября 2005
Hayabusa: над астероидом Итокава

    В 05:28 был перерезан трос крепления посадочной мишени. Через 140 секунд на высоте 40 м аппарат снизил свою скорость на 9 см/с и почти «завис»; мишень же отделилась и пошла вниз. Еще минут через шесть она достигла поверхности астероида в юго-западной части Моря Мьюзес. Так на Итокаву были доставлены имена и подписи почти 880 тысяч человек из 149 стран, которые участвовали в проекте «Полет к Маленькому принцу».
    В 05:31 на высоте 35 м аппарат переключился на посадочные дальномеры, а затем опробовал зависание на высоте 25 м.
    В 05:38 с высоты 17 м Hayabusa пошел вниз, ориентируясь по мишени и учитывая рельеф района посадки. В соответствии с планом аппарат прервал передачу телеметрии и перешел в режим радиомаяка, более удобный для допплеровских измерений с Земли.
    В какой-то момент всем показалось, что аппарат дошел до поверхности, однако дальше произошло непредвиденное. По сигналу датчика касания на «трубе» грунтозаборного устройства аппарат должен был «выстрелить» в грунт «пулей» диаметром 10 мм и массой 5 г. От удара со скоростью 300 м/с должно было подняться облако частиц грунта, часть из которых Hayabusa должен был уловить. И сразу после этого аппарат должен был начать подъем. А вот подъема-то допплеровские данные и не показали – вместо этого почему-то регистрировался дальнейший спуск со скоростью 2 см/с.
    Прошло 30 минут – ничего нового! Казалось, аппарат «завис» на высоте около 10 м. Больше ждать было нельзя: приближался момент передачи управления с американской станции Голдстоун на японскую Усуда.
    И если бы связь не удалось восстановить после перерыва, аппарат могло просто «зажарить» излучение от нагретой более чем до 100°C поверхности Итокавы. Поэтому Кавагути распорядился выдать «вслепую» две команды: на подъем и на переход в защитный режим с закруткой на Солнце.
    И, как выяснилось, не зря. Усилитель в системе связи работал со сбоями, и уже после передачи в Усуду от аппарата еще долго слышали лишь несущую через антенну низкого усиления LGA, не имея допплеровских данных о скорости. Лишь в 09:32 пришло сообщение о том, что двусторонняя связь восстановлена, а к полудню 20 ноября усилиями инженеров станции Усуда удалось наладить связь через антенну среднего усиления MGA. Аппарат действительно находился в защитном режиме (хотя перешел в него не по команде, а «по собственному желанию», из-за нестабильной связи и конфликта приоритетов в бортовом ПО). Что самое интересное, за каких-то 10 часов он успел уйти от Итокавы по крайней мере на 60–70 км, так что дальнейшее движение пришлось прервать включением двигателей.
    На следующий день операторы вывели «Хаябусу» из защитного режима, а 22 ноября восстановили трехосную ориентацию и связь через остронаправленную антенну HGA. Лишь после этого удалось снять записанную телеметрию и проанализировать записи посадочных дальномеров, датчиков ориентации, хронику срабатывания микродвигателей, и стало понятно, что произошло в действительности. В ходе спуска с высоты 17 м аппарат самопроизвольно прервал снижение и перешел в медленный подъем. Скорее всего, причиной был сигнал веерных датчиков FBS о препятствии под панелями солнечных батарей – даже при задании минимального уровня чувствительности они сформировали сигнал опасности. Чуть позже Hayabusa обнаружил, что препятствия больше нет, но… не активировал свой датчик касания и не выдал нового импульса на спуск. По инерции он медленно поднялся до 28 м (в 05:54) и стал падать под действием притяжения Итокавы.
    В 06:10 японский аппарат коснулся поверхности астероида со скоростью около 10 см/с. Из-за того, что датчик касания не был активирован, забор грунта и управляемый подъем не состоялись. Вместо этого Hayabusa «спружинил» и вновь пошел вверх.
    Этот подскок до высоты 22 м длился почти 20 минут, причем в начальной его фазе аппарат «клюнул» набок, и лишь включение двигателей позволило ему выровняться. После второго подскока с еще большим отклонением от вертикали (до 18°) Hayabusa окончательно осел на поверхность и, по-видимому, находился на ней с 06:41 и до 07:11, касаясь грунта нижним концом приемного устройства и краями солнечных батарей. Впрочем, положение не было устойчивым: аппарат медленно заваливался набок, крен рос и в конце достиг 16°, хотя двигатели включались постоянно, стараясь выпрямить аппарат.

Астероид Итокава
Hayabusa: над астероидом Итокава

    В 07:11, повидимому, Hayabusa сорвался и завис над самой поверхностью, а в 07:15 получил с Земли и исполнил команду на взлет – кстати, первый взлет земного аппарата с небесного тела, за исключением Земли и Луны.
    Напомним, что команда эта была выдана в 06:58, и группа управления не могла ничего знать о том, что происходило на Итокаве после 06:42. Судя по последующим сообщениям, к этому моменту прием допплеровских данных уже прекратился, и поэтому двойной подскок и посадку вовремя распознать не удалось.
    В ходе незапланированной посадки 20 ноября отдельные части аппарата нагрелись до 80°C и выше, но в целом он не получил серьезных повреждений. Девиз команды Кавагути был «никогда не сдаваться», и операторы вновь повели «Хаябусу» к астероиду и начали готовить вторую попытку взять грунт.

26 ноября. Грунт взят!

    Было решено во второй раз спускаться в тот же район в Море Мьюзес, не сбрасывая новую посадочную мишень и не используя старую: Hayabusa доказал, что и без этого «умеет» управлять своим горизонтальным перемещением. Было также решено не задействовать функцию уклонения от препятствий по датчикам FBS, ставших причиной срыва 20 ноября, увеличить скорость на заключительном этапе спуска с 2 до 4 см/с и сократить до минимума перечень ситуаций, в которых станция должна прервать операцию по забору грунта.
    25 ноября в 22:00 JST аппарат прошел отметку 1600 м и начал спуск на астероид в пятый раз. Восемь часов продолжался предварительный этап, когда астероид медленно поворачивался к «Хаябусе» нужной стороной, а станция отслеживала его навигационной камерой. 26 ноября в 06:03 по бортовому времени станция получила команду на вертикальный спуск, а в 06:23 – разрешение на посадку в автономном режиме.
    К 06:53 Hayabusa вышел на отметку 35 м над старой мишенью, затормозил с 12 до 4–5 см/с и переключился на посадочные дальномеры. Их показания, достигшие Земли через 16 минут, не обрадовали операторов: очень большой разброс – от 17 до 35 м.
    Если аппарат определит, что поверхность под ним имеет уклон более 60° от его оси, он откажется от спуска. То же самое случится, если два из четырех дальномеров перестанут давать показания или если луч лидара сойдет с поверхности астероида.

Астероид Итокава
Кружком отмечено место забора грунта «Хаябусой»
Hayabusa: над астероидом Итокава

    В 07:00 Hayabusa завис на высоте 14 м и развернулся перпендикулярно к поверхности. Одновременно он отключил телеметрию и перешел в режим радиомаяка – все как неделю назад. Теперь оставалось ждать, когда спуск сменится подъемом, а вместо маяка пойдет телеметрия.
    В 07:04 дальномеры переключились с измерения высоты на режим управления забором грунта, и «Сокол» опять пошел вниз со скоростью 10 см/с. В 07:07 «Хаябуса» зарегистрировал касание по трансформации приемного конуса. Сразу две пули с интервалом в 0.2 сек были всажены в грунт, чтобы увеличить объем выбрасываемого вещества.
    Третью оставили про запас: вдруг потребуется еще одна попытка?
    Через секунду спуск сменился быстрым подъемом: Hayabusa уходил от поверхности на 43 см/с. В 07:19 на безопасной высоте он начал передачу через антенну HGA, и в 07:35 американская станция Голдстоун приняла сигнал. Надпись «WCT», высветившаяся на дисплее группы управления, означала, что впервые в мире успешно проведена операция забора грунта с астероида!

Тот же день. Авария…

    Это был момент всеобщего торжества, к которому примешивалась легкая тревога.
    А вдруг записи бортовых данных покажут, что какие-то действия аппарат не выполнил?
    Вдруг не произошло «выстрела» или станция в этот момент не касалась грунта? И наконец – все ли в порядке с двигателями?
    Hayabusa имел в качестве органов управления 12 двигателей, по шесть в двух дублирующих друг друга группах: A и B. Еще на спуске была выявлена неисправность в группе B, но ее удалось блокировать переключением на группу A. Руководители полета подозревали, что один или два «нижних» двигателя коснулись грунта при нештатной посадке 20 ноября и могли быть повреждены. Все остальное на борту работало: солнечные батареи давали ток, связь была нормальной, ориентация тоже.
    В 08:35 Голдстоун передал связь с аппаратом японской Усуде. Прием данных с борта продолжался более двух часов. Удалось убедиться, что посадочная программа в бортовом компьютере отработала нормально, все команды были выданы, сбоев не было и что ориентация в момент касания была правильной.
    Подтвердить факт работы «пулемета» операторы не успели.
    Примерно в 09:00 на высоте около 5 км группа управления выдала станции команду отключить стартовый режим двигателей и притормозить – нужно было убедиться, что возвращаться к Итокаве в шестой раз нет необходимости. Эта команда стала началом длинной и не совсем понятной цепочки событий, в результате которой состояние «Хаябусы» резко ухудшилось.
    Судя по зарегистрированным скоростям, тормозной импульс был выдан в 11:02, но в 11:13 было зафиксировано новое незапланированное ускорение. Ориентация аппарата нарушилась, а связь сохранилась лишь через антенну среднего усиления MGA. Команды на выключение двигателей не помогли: по крайней мере один двигатель в группе B или продолжал работать, или имел утечку.
    Действуя последовательно, операторы не успели бы выявить его до конца сеанса связи через Усуду (14:50 JST), а связь через американские средства не была предусмотрена.
    Пришлось отправить в 13:38 на борт серию из 10 команд на включение и выключение двигателей в различных комбинациях (что-бы затем «вычислить» неисправный), на закрытие клапанов подачи топлива в обе группы двигателей и на переход в защитный режим. До окончания сеанса аппарат успел подтвердить этот переход. Анализ показал вероятную утечку горючего через один из двух «верхних» двигателей группы B.

Вернется ли «Сокол»?

    По срочному запросу из Японии группа управления Cassini отдала часть своего сеанса через Мадрид 26 ноября с 19:30 до 24:00 JST.
    Но ни в этом сеансе, ни в утреннем 27 ноября через Усуду аппарат не удалось перевести в трехосную ориентацию: давление было нормальное, клапаны открывались, но двигатели группы A не развивали необходимой тяги. По неизвестной причине на трубопроводах подсистемы A в верхней части корпуса была отмечена температура до 30°C; возникло предположение, что топливо могло замерзнуть в трубах.
    В конце сеанса 27 ноября были переданы команды на стабилизацию аппарата вращением и на уход от Итокавы, к которому станция вновь приближалась. Как позднее выяснилось, часть из них не была выполнена. 28 ноября войти в связь с «Хаябусой» не удалось даже после 10 попыток. 29 ноября после 10:00 с борта удалось получить сигнал радиомаяка, но в нем не содержалось информации, необходимой для организации связи через антенну MGA и съема телеметрии.
    К счастью, команды аппарат воспринимал, и 30 ноября его состояние удалось установить опросом в режиме «да – нет»: Hayabusa «отвечал» на вопросы о состоянии той или иной системы включением и выключением модуляции радиосигнала. (Три года назад так же восстанавливали работу станции Nozomi.)
    NASA предоставило японской группе управления на два часа в сутки одну из 70-метровых антенн сети DSN. 1 декабря, несмотря на частые срывы принимаемого сигнала, удалось получить телеметрию со скоростью 8 бит/с через антенну низкого усиления LGA.
    Выяснилось, что Hayabusa испытал серьезную проблему с контролем ориентации или большую потерю электроэнергии – а может, и то и другое. Похоже было на то, что вытекло несколько килограммов гидразина, и часть из них – внутрь аппарата. По мере его испарения температура сильно упала. Снимаемая с солнечных батарей мощность была недостаточна, питание многих блоков было прервано, аккумуляторы в значительной степени разрядились.
    2 декабря была сделана новая попытка включения двигателей, но клапаны обеих групп даже не пошевелились. Восстановить управление аппаратом не удалось.
    3 декабря угол между осью остронаправленной антенны и направлениями на Солнце и Землю увеличился до 20 и 30°. Чтобы не лишиться возможности связи с аппаратом, пришлось использовать выпуск ксенона электрореактивной ДУ через газовые сопла нейтрализаторов. К 4 декабря было разработано соответствующее ПО, и в этот день удалось сначала изменить скорость вращения, а затем и направление оси вращения. В результате 5 декабря угол вернулся в диапазон 10–20° и удалось увеличить скорость передачи до 256 бит/с через антенну MGA, но связь была не постоянно, а лишь одну минуту из каждых шести, когда антенна поворачивала в сторону Земли.
    6 декабря удалось считать данные блока управления пиротехникой, которые повергли руководителей проекта в шок: во время касания 26 ноября «выстрел» в грунт оказался заблокированным. Проверить эти «показания» трудно, так как после отключения электропитания 27 ноября была частично утрачена информация бортового запоминающего устройства. Дзюнъитиро Кавагути на 80% уверен, что эта ключевая операция не была выполнена. Правда, во время 30-минутного нахождения аппарата на поверхности 20 ноября часть поднятых при касании частиц грунта могла попасть в возвращаемую капсулу «своим ходом»…

Астероид Итокава
Возвращение обратно на Землю.
Hayabusa: над астероидом Итокава

    В этот день Hayabusa находился в 550 км от астероида Итокава и примерно в 290 млн км от Земли. Операторы надеются разобраться с состоянием двигателей, ввести в контур управления по оси Z единственный оставшийся маховик, уже раскрученный до 1000 об/мин, и 14 или 15 декабря включить ионные двигатели. Это позволило бы вернуться на Землю в июне 2007 г., как и планировалось.
    Каждый день задержки ведет к увеличению угла входа станции в атмосферу Земли, а этим рисковать нельзя. Руководители полета ждут от разработчиков предложений, как использовать ионные двигатели более эффективно.
    Теоретически существует другая возможность возвращения «Хаябусы» на Землю через 4 года, но вероятность новых серьезных отказов на борту за это время слишком велика.
    Но даже если аппарат не вернется, полет «Хаябусы» нельзя будет считать неудачей. И дело даже не в том, что Япония – первая страна в мире, которая предприняла попытку доставить грунт с астероида. Hayabusa – прежде всего экспериментальный аппарат, на котором отрабатывается технология межпланетных полетов с малой тягой и исследования малых тел Солнечной системы.
    Еще до запуска была утверждена официальная шкала оценки успеха проекта, причем успешная доставка грунта была оценена в 500 баллов. На данный момент японский аппарат «заработал» 250 баллов за использование ионного двигателя в полете и в сочетании с гравитационным маневром у Земли, встречу с астероидом в режиме автономной навигации и научные наблюдения у Итокавы. Если факт забора грунта удастся подтвердить, это увеличит оценку до 300 баллов, а возвращение капсулы на Землю – до 400. Формально полет «Хаябусы» уже успешен по крайней мере на 50%, а по субъективной оценке Кавагути, выполнено около 80% поставленных задач.
Автор: П. ПАВЕЛЬЦЕВ, "НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ"

2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru