Продолжает полет американская АМС Stardust, отправленная 7 февраля 1999 г. в путь к комете Вильда-2 за космической и кометной пылью. Аппарат находится в пути уже больше года. Встреча с кометой запланирована на 2004 г., а возвращение капсулы с пылевой ловушкой на Землю должно состояться в 2005 г.


    26 апреля 2000 г. опубликованы первые результаты исследований, выполненных с помощью анализатора космической пыли CIDA, установленного на борту станции. Анализ, выполненный немецкими учеными из Института внеземной физики имени Макса Планка, дал неожиданный результат: оказалось, что частицы космической пыли, попавшие в анализатор, состоят в основном из трехмерно связанных органических макромолекул, т.н. полимерных гетероциклических ароматических углеводородов. «Они больше похожи на сажу, чем на минералы», – сообщили исследователи д-р Франц Крюгер и Йохен Киссель в последнем номере журнала Sterne und Weltraum.

«Ловушка» для космической пыли

STARDUST И МЕЖЗВЕЗДНАЯ ОРГАНИКА

    Ученые определили, что в период с февраля по декабрь 1999 г. с анализатором CIDA столкнулись пять частиц межзвездной пыли, двигающихся с относительной скоростью около 30 км/с. Попадая в прибор, они испаряются и частично ионизируются, причем положительные ионы попадают в детектор. По спектру их масс был сделан неожиданный вывод: даже фрагменты молекул имеют массы величиной до 2000 атомных единиц (для сравнения: масса молекулы воды равна 18), что свойственно только молекулам органических веществ.
    При этом признаки минерального состава не обнаружены. Детали спектра масс показывают, что в дополнение к водороду и углероду молекулы межзвездной пыли имеют до 10% азота или кислорода.


    С сентября 1999 по май 2000 г. станция работала без вылетов в защитный режим, подобных 18 и 30 июля 1999 г.. Хотя 29 ноября и по крайней мере четыре раза в декабре произошли сбои управляющего интерфейса PACI (причины их все еще не известны), исправленное в августе бортовое ПО смогло с ними справиться.
    В середине сентября 1999 г. группа управления в ЦУПе Lockheed Martin Astronautics включила детекторы пыли CIDA и DFMI. Первый прибор заработал штатно; второй прошел калибровку и нормально работал около 45 минут в режиме измерений, но после этого начал сбоить преобразователь мощности. Хорошей новостью оказалась большая продолжительность работы, чем при предыдущем включении. На ноябрьском совещании у разработчиков DFMI в Университете Чикаго было решено повторить испытания через шесть месяцев и использовать прибор только во время пролета Земли в 2001 г. и сближения с кометой Вильда-2 в 2004 г. Возможно, удастся также «заставить» прибор работать в режиме кратковременных включений, чтобы получить больше данных по пыли в окрестности кометы.
    В декабре 1999 и январе 2000 г. КА отработал две коррекции траектории. Первый маневр TCM-A был предварительным и имитировал условия последующей коррекции DSM-1. Он состоялся 28 декабря 1999 г. в 08:30 MST (15:30 UTC); двигатели тягой по 1 фунту (0.45 кгс) работали 5 мин 11 сек. Аппарат успешно и с высокой точностью (как по величине, так и по направлению) отработал заданные 11 м/с, но было выявлено отклонение центра тяжести КА от расчетного на 3 см. Коррекция была проведена без связи с Землей и при питании от аккумуляторной батареи.
    Вторая коррекция DSM-1 должна была направить аппарат к Земле для выполнения гравитационного маневра 15 января 2001 г. Расчетное приращение скорости 159.8 м/с разделили на три почти равные части (1A, 1B и 1C) с длительностью работы двигателя примерно по 30 мин. 18 января в 11:00 PST (19:00 UTC) аппарат отработал первую часть коррекции (около 58 м/с), 20 января в 06:00 PST – вторую (52 м/с) и 22 января в 10:00 PST – третью (48 м/с). Полная длительность работы двигателей была 5884.4 сек, расход топлива – 29.341 кг. Суммарное приращение скорости КА составило 159.4279 м/с по данным бортовой навигационной системы и 159.013 м/с по измерениям с Земли. К радости управленцев, давление наддува ДУ по окончании маневра составило 11.04 атм, на 0.5 атм выше ожидаемого. Это означало, что резерв поэтому важному параметру вырос вдвое, с 0.5 до 1.0 атм. 10 февраля станция прошла за Солнцем и начала медленно приближаться к Земле.
    В середине октября были сделаны девять снимков навигационной камеры с двумя разными экспозициями, со всеми восемью фильтрами и двумя положениями зеркала «перископа». 21 ноября эти снимки были приняты на Земле. Изображения звезд оказались слабее, чем ожидалось. Весной проявилась странная особенность звездной камеры. Обычно она «видит» около 10 звезд, однако временами их число сокращается до четырех или даже трех. Поиск причин продолжается.
    3 января и в середине месяца на короткое время, а в конце января – уже надолго станция была переведена в режим звездной ориентации от звездного датчика. Несмотря на внесенные в бортовое ПО поправки, аппарат время от времени входил в нештатный режим, многократно включая свои двигатели ориентации. Средний рас ход топлива системы ориентации составлял 4 г в сутки при предельно допустимом значении 5 г/сутки, но к 11 февраля снизился до 3 г/сутки, до того же уровня, который был в гироскопическом режиме. В режиме звездной ориентации станция находилась до 22 февраля – предстоящее развертывание ловушки межзвездной пыли нужно было отслеживать в обычном, гироскопическом режиме.


    Перед маневром TCM-A крышка возвращаемой капсулы SRC была закрыта, чтобы она «не болталась» при работе двигателей. 22 февраля прогрели моторы привода и открыли ее вновь, а затем, в первый раз за время полета, раскрыли аэрогелевый коллектор пыли.

Stardust – охотник за космической пылью

Аэрогелевая ловушка обладает двумя противоположными рабочими поверхностями: A и B. Первая предназначена для улавливания межзвездной пыли, вторая – кометной. Операторы определяют, какая сторона будет экспонироваться, ориентируя станцию. В феврале–апреле Stardust был ориентирован так, что его пылезащитные экраны были направлены по вектору скорости аппарата, а частицы межзвездной пыли попадали на заднюю поверхность А пылевой ловушки. Когда аппарат сблизится с кометой Вильда-2, пылезащитные экраны будут направлены против движения, в сторону ее ядра; в то же время коллектор будет подставлять для отлова частиц кометной пыли, догоняющих КА, поверхность B.

Stardust – охотник за космической пылью

    С помощью «плечевого» привода штанга с аэрогелевой ловушкой была выдвинута из капсулы, а затем c помощью «запястного» привода приведена в рабочее положение. Ход раскрытия наблюдался по работе моторов в течение заданных времен и по малым возмущениям ориентации. Крайнее положение штанги и ловушки зафиксировали микропереключатели «плечевого» и «запястного» привода.
    После этого включением «запястного» двигателя на 20 сек ловушку повернули на 49° «в сторону закрытия» относительно развернутого положения, чтобы она встала стороной A навстречу потоку межзвездной пыли. (Этот поворот можно контролировать только по длительности работы привода.)
    После этого каждые две недели по командам с Земли ориентацию ловушки корректировали, включая «запястный» привод и поворачивая коллектор на несколько градусов «в сторону открытия», чтобы она оставалась ориентированной перпендикулярно потоку.
    1 мая 2000 г. первый этап сбора межзвездной пыли (69 суток) был закончен, ловушка была убрана в возвращаемую капсулу, и теплозащитный экран закрыт. Начало второго периода сбора межзвездной пыли запланировано на середину 2002 г. 24 мая без замечаний была отработана очередная коррекция траектории TCM-3. Длительность импульса составила 72 сек, приращение скорости – 2 м/с. Коррекция «подогнала» параметры траектории, чтобы аппарат в январе 2001 г. выполнил требуемый гравитационный маневр у Земли.


    Летом 2000 г. головной болью для управленцев стала навигационная камера NAVCAM. Данные о ее «странном» поведении появились еще в ноябре прошлого года. С тех пор специалисты, видимо, пытались понять причину потери качества снимков звездного неба. Для этого проводились серии навигационных снимков, включались и выключались нагреватели, но вплоть до начала сентября причина и цель этих манипуляций в сообщениях о ходе полета не объяснялась. Но уже в августе сообщения о работе с камерой стали главными в отчетах группы управления.
    В начале июня были сделали 28 навигационных снимков. 25 июля проверили работу нагревателя ПЗС-матрицы. 4 августа появилось сообщение, что, «возможно, ПЗС-матрица была повреждена радиацией во время мощной вспышки на Солнце 12 июля 2000 г.».
    Из-за этих подозрений по настоянию разработчиков NAVCAM был отсрочен «главный» тест камеры с подогревом. 8 августа был сделан навигационный снимок, но и получив его, специалисты не смогли установить, «имеется ли увеличение темнового тока (шума) в ПЗС-матрице», который должен был вырасти при наличии радиационных повреждений.
    16 августа был проведен «сдвоенный» сеанс связи с КА длительностью 10 часов, во время которого сначала камера сделала два контрольных снимка, затем был включен нагреватель (он находится на защитной крышке, которая закрывает камеру), и в течение последующих часов, по мере нагрева, камера выполнила восемь навигационных снимков. За время сеанса температура увеличилась с -35°С до +9°С и в течение следующей недели установилась на уровне +8°C. Раз в несколько часов выполнялся снимок калибровочного источника (лампы), расположенного непосредственно перед объективом. В следующем сеансе связи нагреватель выключили, а 4 сентября полный комплект снимков был принят на Земле.
    Наконец, 6 сентября появились результаты. «Только что завершена серия испытаний с целью проверить, можно ли умеренным нагревом убрать какое-то загрязнение оптики навигационной камеры, которое рассеивает свет и делает снимки нерезкими… Несколько месяцев назад инженеры обнаружили, что небольшое количество неизвестного вещества осело на одном или нескольких оптических компонентах камеры… Снимки показали загрязнение и подтвердили, что камера «запотела»… Размытость, видимая на последних снимках, изменялась… по мере нагрева».
    Только теперь стало ясно, что загрязнение очень серьезное: «в результате нагрева пропали длинные темные и светлые полосы, пересекающие изображение, появились новые темные области (но значительно меньшего размера, чем прежде), уменьшился рассеянный свет и стал более равномерным фон, уменьшился пиковый сигнал».
    Эти результаты были ожидаемы. Но качество снимков и после прогрева осталось неудовлетворительным: разрешить нить лампы не удалось! «Возможно, мы убрали часть загрязнения на ПЗС-матрице, – сообщили управленцы, – но может еще оставаться дополнительное загрязнение на основной оптике, зеркале или перископе».
    Происхождение загрязнения пока остается тайной. (Почему-то вспоминается птица-говорун, которая могла летать между звезд…) Если серьезно, его источником могли быть летучие вещества, выделившиеся на аппарате. Вскоре после запуска камера была самой холодной частью аппарата – на ней они и конденсировались.
    Было принято решение провести новое тестовое фотографирование, но уже не лампы, а участков звездного неба. Ведь главное – как изменились изображения звезд. 12 сентября было выполнено пять таких снимков с пятью разными зеркалами, причем в поле зрения должно было быть не менее трех звезд 6-й величины. Увы, неудачно: из-за ошибочно введенных слишком жестких ограничений на точность ориентации (до 0.25°) двигатели ориентации КА срабатывали слишком часто и снимки оказались смазанными. В конце сентября съемка была повторена и вскоре ситуация с камерой должна проясниться.
    Управленцы говорят, что загрязнение камеры NAVCAM не должно сильно помешать выполнению основной задачи – сбору и доставки образцов кометного вещества.
    Циклограмма работы КА во время пролета кометы, видимо, будет изменена по результатам дальнейших тестов. В ходе эксперимента с нагревателями 10 августа вновь была отмечена перезагрузка интерфейса полезной нагрузки PACI (они случались и раньше). Установлено, что такие сбои происходят при температуре подсистемы команд и обработки данных C&DH между 43 и 45°С. Управленцы ищут возможность держать температуру PACI выше этой опасной зоны.
    25 июля провели эксперимент по снижению энергопотребления КА: были выключены нагреватели прибора CIDA и снижена до 10 МГц тактовая частота процессора. Примерно в таком режиме в апреле 2002 г. станция будет преодолевать афелий на расстоянии 1.8 а.е. от Солнца.
    Все остальные системы аппарата работают в штатном режиме. В одном сеансе 9 сентября с использованием малонаправленной антенны MGA и усилителя SSPA-1 не было отмечено падение мощности сигнала на 3 дБ. Год назад и еще в двух таких сеансах в начале августа падение было. Предположив, что причина – накопление заряженных частиц в чипах, операторы перевели усилитель в режим циклической работы.
    Падение мощности и вправду прекратилось, зато немного снизилась температура SSPA-1. Расследование продолжается. Ближайшее заметное событие – очередная коррекция траектории TCM-4, которая должна состояться 14 ноября. Она направит аппарат к Земле для пролета на расстоянии 6000 км 15 января 2001 г. После пролета запланирована съемка Земли и Луны для дальнейшей оценки состояния навигационной камеры.


    15 января в 11:14:28 UTC американская АМС Stardust прошла в 6007 км над юго-востоком Африки. Скорость аппарата относительно Земли составила около 10 км/с. Целью пролета был гравитационный маневр, чтобы набрать скорость для встречи с кометой Вильда-2 (Wild-2) в 2004 г. Напомним, аппарат был запущен 7 февраля 1999 г. для сбора космической и кометной пыли с возвращением капсулы с образцами в 2005 г. на Землю.

К сожалению, с Земли наблюдать пролет аппарата могли лишь те, кто обладал хорошим телескопом – яркость КА соответствовала объекту 11-й звездной величины. Некоторые наблюдатели, обладающие телескопом с ПЗС-матрицей, сумели даже сфотографировать КА.

STARDUST И МЕЖЗВЕЗДНАЯ ОРГАНИКА

    В день пролета до 11:00 КА сопровождала антенна Сети станций дальней космической связи (DSN) в Канберре (Австралия). После 12:30 слежение за КА осуществляла станция в Голдстоуне. В интервале с 11:00 до 12:30 КА находился вне зоны видимости станций слежения сети DSN.
    Через 17 часов после пролета Земли КА прошел мимо Луны на расстоянии 108000 км. Аппарат выполнил 23 снимка лунной поверхности для геометрической и фотометрической калибровки бортовой камеры.


    Все системы на борту аппарата работают штатно. 5 января в рамках подготовки к пролету Земли КА успешно отработал коррекцию TCM-5. В первых числах февраля будет отработана вторая коррекция, а 14 февраля – после завершения этапа пролета Земли EGA (Earth Gravity Assist) – третья, которая «подчистит» погрешности параметров траектории перелета к комете.

Это один из снимков поверхности Луны, выполненный 16 января 2001 г. в 04:01:04 UTC, когда КА находился над точкой 81° с.ш. 118° з.д. лунной поверхности. Снимок был опубликован почти в том же виде, каким его приняли с борта аппарата; была лишь подправлена контрастность, чтобы лучше видеть некоторые детали поверхности. Большая часть правой половины диска занимает видимая с Земли сторона Луны. Здесь, вблизи лимба, виден яркий кратер Аристарх, расположенный в Океане Бурь. Гало, которое видно на снимке вокруг лунного диска, – результат загрязнения оптики камеры и поворотного зеркала.

STARDUST И МЕЖЗВЕЗДНАЯ ОРГАНИКА

    Эти три снимка калибровочной лампы, выполненные бортовой камерой Stardust, показывают, как менялось качество снимков на разных этапах эксплуатации камеры. Первый снимок является «образцовым» – такого качества были изображения, выполненные камерой КА до запуска. Второй показывает, что камера почти ослепла. Такие снимки специалисты получали летом 2000 г. Столь заметное ухудшение качества было вызвано, напомним, загрязнением ее оптической системы.

Stardust – охотник за космической пылью

К сожалению, с Земли наблюдать пролет аппарата могли лишь те, кто обладал хорошим телескопом – яркость КА соответствовала объекту 11-й звездной величины. Некоторые наблюдатели, обладающие телескопом с ПЗС-матрицей, сумели даже сфотографировать КА.

Stardust – охотник за космической пылью

    Упорные «тренировки» камеры нагревом линз и ПЗС-матрицы, которые в течение нескольких месяцев выполняли специалисты, принесли результаты. О них говорит третий снимок, полученный совсем недавно.

Stardust – охотник за космической пылью

Это один из снимков поверхности Луны, выполненный 16 января 2001 г. в 04:01:04 UTC, когда КА находился над точкой 81°с.ш. 118° з.д. лунной поверхности. Снимок был опубликован почти в том же виде, каким его приняли с борта аппарата; была лишь подправлена контрастность, чтобы лучше видеть некоторые детали поверхности. Большая часть правой половины диска занимает видимая с Земли сторона Луны. Здесь, вблизи лимба, виден яркий кратер Аристарх, расположенный в Океане Бурь. Гало, которое видно на снимке вокруг лунного диска, – результат загрязнения оптики камеры и поворотного зеркала.

Stardust – охотник за космической пылью

    По утверждению специалистов, камера во многом восстановила свои первоначальные характеристики и уже вполне пригодна даже для получения навигационных снимков.