Первым посланцем Земли, отправившимся в путешествие к Сатурну, стала американская межпланетная станция «Пионер-11 ». Запущенная в апреле 1973 года, она через шесть с половиной лет пронеслась вблизи Властелина Колец и передала первую серию его портретов с близкого расстояния. А в начале 1980-х годов начатую работу с еще большим успехом продолжили два «Вояджера». Знаменитые кольца Сатурна оказались состоящими из тысячи тонких колечек, причем некоторые из них необъяснимым образом переплетались. Спутники, видимые в телескоп только как небольшие звездочки, предстали в образе самостоятельных и огромных миров, покрытых ледяным панцирем и имеющих весьма сложный рельеф. Но самый невероятный сюрприз преподнес исследователям Титан. Оказалось, что этот спутник, превосходящий размером Меркурий, обладает собственной атмосферой, причем столь плотной, что ни с одного из пролетавших мимо космических аппаратов так и не удалось разглядеть его поверхность. Было понятно, что здесь необходимы более детальные исследования и без специальной миссии не обойтись.

Аппарат "Cassini" на Земле, идет его подготовка.

    Первоначально предполагалось запустить сразу два аппарата - исследователя дальнего космоса: первый направить к комете Копфа, с заданием внедрить в ее ядро специальный зонд (пенетратор), а второй забросить в направлении Сатурна. Однако жизнеспособным оказался лишь второй проект, причем его материальное воплощение по сравнению с первоначальным планом существенно видоизменилось. В разработке приняло участие множество организаций, среди которых Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA), Европейское космическое агентство (ESA) и Итальянское космическое агентство. Аппарат, отправляющийся в дальний путь, решено было назвать «Кассини». Ему предстояло исследовать систему Сатурна и саму планету. Кроме того, на бopтy закрепили небольшой европейский зонд, который должен был впервые в истории осуществить мягкую посадку на Титан. Зонд получил имя «Гюйгенс». Так необычно спустя века вновь встретились имена знаменитых ученых прошлого.
    «Кассини» является самым крупным, дорогим (Бюджет проекта более $3 млрд.) и сложным из американских автоматических межпланетных аппаратов. Его стартовый вес почти 6 тонн, высота больше 10 метров, а чтобы обхватить «Кассини» по диаметру, нужно взяться за руки семерым взрослым мужчинам. На его борту установлено 12 научных приборов и имеется выдвигающаяся 11-метровая штанга для магнитометра. Связь с Землей обеспечивает 4-метровая остронаправленная итальянская антенна. Если всю имеющуюся на борту электрическую проводку растянуть в одну линию, то ее длина составит более 14 километров. У аппарата нет привычных солнечных батарей. На орбите Сатурна из-за удаленности от Солнца они малоэффективны, поэтому энергией «Кассини» обеспечивают 3 радиоизотопных термоэлектрических генератора, содержащих в общей сложности почти 33 килограмма радиоактивного плутония. Более половины стартового веса «Кассини» занимало топливо.
    И хотя только 1% времени путешествия до Сатурна аппарат провел с работающими двигателями, так много топлива ему необходимо для торможения, выхода на сатурнианскую орбиту и последующих маневров.
    Не менее интересен и зонд «Гюйгенс», предназначенный для посадки на Титан. На его борту 6 приборов для детального изучения поверхности, скрытой за таинственными оранжевыми облаками. Имеется и специальная десантная камера для съемки пейзажа, расстилающегося вокруг места посадки. В пути зонд, масса которого составляет 350 килограммов, был спрятан под огромным, почти 3-метровым, кожухом и выглядел на фоне затянутого в золотое одеяло теплозащиты «Кассини» как «летающая тарелка», пристыковавшаяся к земному межпланетному космическому аппарату.
    Старт «Кассини» состоялся 15 октября 1997 года. Чтобы вывести в космос столь огромный груз, была использована мощная американская ракета-носитель «Титан-4Б». Между аппаратом и ракетой был установлен дополнительный разгонный блок «Кентавр», который и придал межпланетному путешественнику необходимую стартовую скорость и первоначальное направление полета. Кстати, оно было вовсе не в сторону желанного Сатурна, а смотрело во внутренние просторы Солнечной системы, точнее, в сторону Венеры. По земным понятиям это можно было бы сравнить с путешествием из Москвы в Петербург через Владивосток. Но в космосе это вовсе не абсурд. Там не бывает прямых дорог. Любая космическая трасса - часть эллипса.И часто случается так, что для экономии топлива лучше всего использовать так называемые гравитационные маневры, получая дополнительную скорость за счет пролета вблизи планет. Сегодня такая эквилибристика в космосе применяется повсеместно. При правильном расчете аппарат, проходя вблизи одной из выбранных для маневра планет, может не только изменить направление своего полета, но и приобрести дополнительную скорость за счет гравитационного притяжения и собственного движения планеты. И все это происходит, что называется, «даром», то есть без расхода драгоценного топлива. И такой космический волейбол может происходить неоднократно. Не стал исключением и «Кассини». В случае если бы ученые решили отправить аппарат сразу к Сатурну, им пришлось бы загрузить на борт еще целых 68 тонн топлива - никакая из современных ракет не справилась бы с такой ношей. Но за подобную эквилибристику приходится платить временем полета и точной датой старта, соответствующей удачному расположению ускоряющих планет и, конечно, запасаться терпением на дополнительные годы полета.

Спутник Сатурна Феба

    Для разгона аппарат использует гравитационное поле трех планет. В 1998 и 1999 году он обернулся вокруг Венеры, в августе 1999 прошел около Земли со скоростью 69000 км/час, зимой 2000 г. пролетел мимо Юпитера, увеличив скорость и передав на Землю его фотографии. На этот момент двигательная система ориентации стала давать сбои, однако через некоторое время все наладилось. Специалисты посчитали, что в маховики ненадолго попал космический мусор.
    Фактически весь путь до цели своего путешествия - таинственного Сатурна, «Кассини» провел в своеобразном анабиозе. Все его ненужные во время перелета системы спали. Лишь изредка группа управления связывалась с бортом аппарата и ждущим своей очереди зондом, чтобы проверить их самочувствие или провести научные исследования. Однако с января 2004 года операторы принялись постепенно выводить аппарат из спячки. Начали активироваться система за системой, включаться все больше научных приборов и всевозможных датчиков. «Кассини» начал ощущать приближающийся Сатурн. На регулярно поступающих снимках хорошо было видно, как растет изображение величественного Властелина Колец. «Кассини» подходил в направлении, лежащем ниже плоскости колец, и Сатурн представал взору камер немного похожим на вечернюю Луну - в фазе первой четверти, - и темная тень от планеты лежала на кольцах. В таком ракурсе Сатурн никогда не виден с Земли.
    Интересное событие произошло незадолго до выхода «Кассини» на сатурнианскую орбиту. Аппарат вошел в гравитационное поле Сатурна 18 мая 2004 года, а уже 11 июня прошел в непосредственной близости в 2 068 километрах, от внешнего его спутника - Фебы («Вояджер-2» проходил почти в 1 000 раз дальше). Возможность встречи с ней подарила сама природа за счет удобного положения этой маленькой луны на момент подлета. Ученые считают эту возможность уникальной удачей. Кроме того, Феба весьма необычный спутник. Орбита ее сильно вытянута, да еще и вращение происходит в противоположную сторону по отношению к другим сатурнианцам. Видимо, мы имеем здесь дело с захваченным гравитационным полем планеты-гиганта астероидом или ядром кометы. Снимки Фебы, переданные «Кассини» на 3емлю, оказались сенсационными. На них предстало астероидоподобное неправильной формы тело с размерами чуть больше 200 километров, усеянное кратерами всевозможных размеров, в том числе и гигантских, до 50 километров в поперечнике. При детальной съемке на стенках некоторых из них были обнаружены четкие слои какого-то белого вещества, лежащего под многометровым темным слоем. Казалось, что оползни обнажили ледяную основу Фебы. И это визуальное впечатление вполне подтвердили данные приборов «Кассини». По-видимому, Феба как минимум наполовину состоит изо льда. Маленькая сатурнианка по своим характеристикам оказалась очень похожей на Плутон и его спутник Харон, а также на многие объекты ледяного пояса Койпера, где сосредоточены протокометные ядра. А значит, она ближе к кометам, чем к астероидам. И это только первое прикосновение и первая тайна системы Сатурна.

Кольца Сатурна через которые Кассини пролетал.

    Для того чтобы оказаться на сатурнианской орбите, «Кассини» предстояло выполнить долгожданный и ответственный маневр торможения. Он был давно и тщательно рассчитан, и вся программа действий помещена в память бортового компьютера. Радиосигнал летит от 3емли до Сатурна почти 1,5 часа и еще столько же обратно. 3начит, если оператор пошлет команду на торможение, то сообщение о том, что она выполнена, он получит лишь по прошествии 3 часов. За это время можно переделать уйму дел и при этом не опоздать на очередной сеанс связи. Так что если торможение не будет происходить на автопилоте, аппарат пронесется мимо желанной цели, и только его и видели. И вот долгожданный день 1 июля 2004 года, которого так ждали конструкторы и ученые, настyпил. В 2:11 по Гринвичу «Кассини» прошел так называемый восходящий узел траектории и преодолел плоскость колец Сатyрна, причем проскочив точно между двумя тонкими внешними колечками, обозначаемыми как F и G. При этом аппарат был развернут таким образом, что остронаправленная антенна служила своеобразным зонтиком для хрупких приборов, защищая их от возможного воздействия находящихся между кольцами частичек пыли. К счастью, столкновения не повредили аппарату, но их было зафиксировано не менее 100 тысяч. Затем, через 24 минуты, над ярким, хорошо видимым с Земли кольцом А, включился на торможение один из двух основных двигателей аппарата. Он проработал целых 97 минут, израсходовав 850 килограммов топлива. 3а это время «Кассини» прошел наиболее близкую к Сатурну точку, всего в 20 тысячах километров над его облаками, промчавшись почти над всей плоскостью колец. А когда двигатель смолк, стало ясно, что мечта исследователей сбылась - «Кассини» оказался на орбите Сатурна. Это была долгожданная победа. Еще один нырок между тонкими кольцами и - окончился беспримерный перелет, который длился почти 7 лет по земным часам. В апартаментах же Властелина Колец это все заняло лишь четверть года, можно сказать, один сезон. Ведь сатурнианский год во много раз больше земного - эта планета совершает свой оборот вокруг Солнца за 29,5 года. За то время, пока «Кассини» находился в пути, Сатурн переместился из созвездия Рыб в созвездие Близнецов. После выхода на эллиптическую орбиту межпланетного путешественника ждала большая и напряженная работа, по крайней мере на ближайшие 4 года. Ему предстоит совершить 74 оборота вокруг Сатурна, периодически сближаясь с его спутниками, изучая их и саму планету, и при этом преодолеть еще 1,7 миллиарда километров. Для исследований кроме Фебы были выбраны еще 8 сатурнианцев. Так, запланировано по одному близкому пролету Мимаса, Дионы и Гипериона, по два - Тефии и Реи, и четыре встречи с Энцеладом. Но львиная доля внимания со стороны «Кассини» достается, безусловно, Титану - целых 45 пролетов на самых различных расстояниях. Это и есть главный гвоздь программы, выполняемой аппаратом во владениях Властелина Колец.
    Первое знакомство «Кассини» с гигантским спутником с расстояния в 339 тысяч километров произошло через 30 часов после выхода на сатурнианскую орбиту, а именно 2 июля 2004 года. Это был так называемый нулевой пролет, начальная возможность примериться перед десантированием «Гюйгенса». Строго говоря, съемка Титана началась еще в мае, когда «Кассини» был только на подлете к Сатурну. Фотографирование в ближнем инфракрасном диапазоне (в полосе длин волн 938 нанометров) позволило выявить на покрытом завесой плотных облаков спутнике некоторые детали рельефа. Однако точно интерпретировать, что же представляют собой проступившие на снимках темные и светлые пятна, не представлялось возможным. Было даже непонятно, где впадины, а где возвышенности. Кроме того, «Кассини» запечатлел плавающие в азотной атмосфере облака, возможно, состоящие из метана. Стало ясно, что более близкий подход откроет куда более тонкие структуры. Интересные результаты дала съемка в ультрафиолетовых лучах. Она выявила второй слой атмосферы Титана. Он начинается на высоте несколько сот километров над поверхностью спутника и напоминает дымку. Видимо, он состоит из сложных органических молекул, образующихся из азота и метана в нижнем слое под действием ультрафиолетового излучения Солнца. Во всяком случае, эта гипотеза имеет право на существование и будет проверена в дальнейшем.

Титан - Ксанаду; Зонд "Гюйгенс"

    Новая, более близкая встреча с Титаном ждала «Кассини» в конце первого витка вокруг Сатурна и состоялась 26 октября. Этот пролет выявил куда больше интересных сведений о таинственном спутнике, нежели предыдущий. Аппарат прошел всего в 1 200 километрах от него, это в 300 раз ближе, чем в июле. Фотоснимки, которые были переданы из системы Сатурна на этот раз, просто завораживали. В инфракрасных лучах Титан предстал во всей своей красе, обнажив лежащую под завесой плотной атмосферы поверхность. На лике спутника ярко и четко проступило светлое пятно размером с континент, еще раньше получившее название Ксанаду. Оно граничит с темным районом с сильно изрезанной границей. Создается впечатление, что на снимке видна гладь моря с множеством заливов и островов. Космический аппарат Cassini передал на Землю самые детальные снимки Титана из всех, что были получены до сих пор. В частности, с высоким разрешением удалось получить изображение крупного элемента поверхности (размером с континент), называемого Ксанаду (Xanadu). Благодаря спектральному фильтру и оптимальному углу между континентом и космическим зондом учёным удалось "пробиться" через плотную атмосферу спутника Сатурна. Детали рельефа Титана видны с разрешением в десять раз лучшим, чем можно наблюдать с Земли. Происхождение и география Ксанаду остаются пока загадкой. И именно в таком районе должен был совершить посадку «Гюйгенс». Причем сложность рельефа Титана подтвердил и бортовой радар. Так что вполне возможно, что внизу действительно море, только вместо воды в нем плещутся метан и этан. На Титане очень холодно, -180°С, и привычные нам газы становятся там жидкостями.
    Таким образом, сегодня в результате исследований ученые не отрицают даже возможности наличия на Титане хотя бы каких-то органических процессов, схожих с происходившими миллиарды лет назад на Земле, еще до этапа зарождения на ней жизни. Звучит как фантастика, но нередко бывает, что реальность оказывается удивительнее любых вымыслов. Удалось уточнить и состав верхнего слоя атмосферы Титана: в ней обнаружены сложные органические молекулы бензола, диацетилена и пропана. Определены были и необходимые для успешного десанта данные по скорости ветра в атмосфере Титана. Она составляет от 15 до 35 метров в секунду, а это, учитывая плотность (в 1,6 раза больше земной) газовой оболочки гигантского спутника Сатурна, считается достаточно крепким ветром. И все же все эти уникальные открытия поблекли в сравнении с самым ярким событием экспедиции - посадкой на Титан европейского зонда «Гюйгенс». Для очередной прикидки по посадке «Кассини» еще один раз подходил к таинственному спутнику, на этот раз на расстояние 2 358 километров. Это произошло 13 декабря, а всего через 12 дней, 25 декабря, час пробил, и после срабатывания пироболтов «Гюйгенс» был отпущен в самостоятельный полет длиной 21 день (как ни странно, но маленький взрыв пирозаряда самый надежный способ нарушить жесткое соединение двух космических объектов и позволить им разойтись по своим траекториям). Долгожданная посадка, согласно расчетам, намечалась на 15 января 2005 года.
    Спускаемый аппарат ждали достаточно продолжительное путешествие на парашюте в атмосфере Титана и обширная программа исследований после прититанивания. И если на Венере главными врагами исследователей были невероятная жара и давление, то вблизи Сатурна их подкарауливает космический холод. При столь близкой к абсолютному нулю температуре, как на Титане, не могут работать не только полупроводниковые приборы, но и аккумуляторные батареи, поэтому конструкторы постарались сделать все возможное, чтобы электроника не замерзла окончательно за расчетные часы полета и десятки минут пребывания на твердой поверхности или минуты плавания в море из жидких газов.
    В 2005 году космического странника ждет еще немало встреч и открытий: сближение с Энцеладом, Мимасом, Гиперионом, Дионой, Реей и, конечно же, вновь с Титаном. Кстати, он будет использоваться и для внутрисистемных гравитационных маневров, позволяющих «Кассини» менять наклонение плоскости своей орбиты в диапазоне от 0 до 60°. Это позволит обозреть Сатурн и его семью во всевозможных ракурсах.
    Безусловно, за 4 года миссии не будет оставлен без внимания и сам Властелин Колец. Ведь он представляет самое настоящее скопище загадок. Сегодня мы знаем, что кольцеобразными структурами обладают все планеты-гиганты. «Кассини» изучит кольца предельно подробно и передаст их снимки с высоким разрешением. Ученые хотят узнать об их происхождении и структуре, о взаимодействии с гравитационным и электромагнитным полем и о распределении химических элементов. Особое место в программе занимает изучение взаимодействия колец с так называемыми спутниками - «пастухами», благодаря которым кольца оказываются устойчивыми. Очень интересует ученых и магнитосфера планеты, ее форма и напряженность в направлении на Солнце и с противоположной стороны. Много внимания будет уделено атмосфере Сатурна. Эта планета обладает самой низкой плотностью (меньше плотности воды) в Солнечной системе. Если бы отыскался столь огромный водоем, чтобы в нем мог поместиться Сатурн, он мог бы там плавать. Почему так? Что скрывается за облаками окольцованной планеты? Из-за чего Сатурн отдает в пространство больше энергии, нежели получает? Как зарождаются и гибнут мощные штормы, наблюдаемые в его атмосфере? Все это должен узнать «Кассини» и еще многое и многое другое. Ну а что дальше? Пролетят 4 напряженных года, аппарат, десятки раз обернувшись вокруг Сатурна, раскроет ученым многие его тайны...

Рис. 1 Траектория полета миссии "Кассини - Гюйгенс"

    Но расчеты показывают, что приборы «Кассини» и 3 его энергетических сердца смогут работать еще целых 200 лет (!), столь велик их ресурс. А значит, уникальные исследования можно продолжить, точно так же, как неоднократно продолжалась миссия «Галилео» у Юпитера. Их возможности зависят от оставшегося запаса бортового топлива. Если его будет достаточно, то можно будет осуществить еще немало сближений со спутниками Сатурна, охватив, например, выпавшие из основной программы. Можно затормозиться и выйти на орбиту Титана, чтобы еще подробнее его изучить. Да мало ли еще интереснейших идей... Например, еще до старта высказывалось совершенно фантастическое предположение: после того как ученые окончательно узнают все тайны Сатурна, провести серию гравитационных маневров среди его лун и, развив достаточную скорость, покинуть систему Властелина Колец, устремившись в пояс астероидов или к объектам пояса Койпера. Но вряд ли... Похоже, тайны Сатурна и его семьи неисчерпаемы, и ученые вряд ли захотят быстро расстаться с Властелином Колец.
    Пролет: После старта с Земли "Кассини" направился к Венере, прошел вблизи от нее в апреле по эллиптической орбите вокруг Солнца, вернулся к ней вновь за дополнительным импульсом уже в июне 1999 года. После этого путь аппарата лежал в сторону от Солнца. Новый гравитационный маневр произошел с использованием поля тяготения Земли. Космический скиталец пронесся со скоростью около 15 километров в секунду на расстоянии 1171 километров от нее 18 августа 1999 года. В это время его можно было разглядеть даже в небольшой бинокль. Далее "Кассини" преодолел Главный пояс астероидов между орбитами Марса и Юпитера. При этом ученые воспользовались возможностью получить хоть какие-то данные об одном из астероидов, известным под именем Мазурки и имеющим порядковый номер 2685. Однако пролет был очень дальний (аппарат прошел в 1,5 миллиона км от малой планеты), и внятных изображений земляне не получили.Следующей целью и местом последнего гравитационного маневра стал гигант - Юпитер. Здесь "Кассини" поджидал к тому времени уже 5 лет несущий у этой планеты свою беспримерную вахту космический ветеран "Галилео". Ученые готовились к встрече с Юпитером не только из-за ответственного маневра, от результата которого зависела сама возможность точного выхода к Сатурну. Были и другие задачи. Именно Юпитер подтвердил готовность научных приборов "Кассини" к их предстоящей работе в системе окольцованной планеты. Кроме этого, ученые использовали уникальный шанс исследовать Юпитер, а заодно взаимодействие его мощной магнитосферы с солнечным ветром сразу двумя удаленными друг от друга аппаратами.
    Встреча с Юпитером стала последним ярким космическим событием ушедшего тысячалетия. Свидание двух автоматических исследователей, произошедшее 30 декабря 2000 года, длилось недолго, и вновь перед "Кассини" легла бездна безвоздушного пространства. Дальнейший его путь очень напоминал тот, который проделали десятелетиями раньше "Пионер-11" и "Вояджеры".

---

Этапы миссии "Кассини-Гюйгенс"     15 октября 1997 года - "Кассини-Гюйгенс" запущен с мыса Канаверал (Флорида, США) ракетоносителем Titan 4B/Centaur.     26 апреля 1998 года - маневр в гравитационном поле Венеры для набора необходимой скорости.     24 июня 1999 года - повторный маневр в гравитационном поле Венеры.     18 августа 1999 года - маневр в гравитационном поле Земли (мимо Земли корабль прошел со скоростью 69 тысяч км/час).     30 декабря 2000 года - последний маневр в гравитационном поле Юпитера. Фотографирование этой планеты-гиганта. "Кассини-Гюйгенс" находился в окрестностях Юпитера вместе с "Галилео" (Galileo), все еще облетающим к тому времени по орбите эту планету (с конца 1995 года), таким образом впервые два космических корабля исследовали газового гиганта одновременно. 30 декабря зонд ближе всего подошел к Юпитеру - он был на расстоянии в 10 миллионов километров от внешних орбит его крупнейших спутников - Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто.     11 июня 2004 года - "Кассини-Гюйгенс" сблизился с Фебой - одной из крупнейших лун Сатурна, добыв доказательства того, что этот спутник может быть замерзшим артефактом времен формирования Солнечной системы (приблизительно четыремиллиарда лет назад).     21:10 (EDT, восточное поясное время), 30 июня 2004 года - поворот антенны космического корабля (с тем, чтобы экранировать аппарат от космической пыли в тот момент, когда он пересекает плоскость колец Сатурна). 22:36, 30 июня 2004 года - запуск двигателя для торможения космического корабля и перехода на вытянутую эллиптическую орбиту. Двигатель работал приблизительно 96 минут.     23:54, 30 июня 2004 года - "Кассини" захвачен гравитацией Сатурна и вышел на заданную орбиту.     12:03, 1 июля 2004 года - наиболее близкий подход к Сатурну за все время экспедиции - 19 980 километров от вершин облачности Сатурна.     12:12 - 12:22, 1 июля 2004 года - окончание работы двигателя; 12:35, 1 июля 2004 года - космический корабль начал съемку колец Сатурна; 26 октября 2004 года - начало экспедиции к Титану; 25 декабря 2004 года - отделение зонда "Гюйгенс" от "Кассини"; 14 января 2005 года - спуск "Гюйгенса" в атмосферу Титана (начало спуска - 5 часов утра (EST)); 1 августа 2005 года - сближение со спутником Сатурна Мимасом;     23 сентября 2005 года - сближение с Тефией; 25 сентября 2005 года - сближение с Гиперионом;     10 октября 2005 года - сближение с Дионой; 25 ноября 2005 года - сближение с Реей;     3 декабря 2007 года - сближение со спутником Сатурна Эпиметием.