28 октября в журнале Science были опубликованы итоги исследования большого астероида Лютеция в ходе пролета у нее европейской межпланетной станции Rosetta 10 июля 2010 г.. На тот момент - до прибытия американского КА Dawn к Весте - это была самая крупная из малых планет, исследованных посланцами Земли.


    Диаметр Лютеции, открытой в 1852 г. и получившей в каталоге астероидов номер 21, составляет 130 км. До нее рекордсменами по размеру и массе были Ида (средний диаметр 31.5 км) и Матильда (53 км). Они и более мелкие тела являются вторичными объектами - фрагментами существовавших ранее астероидов. Лютеция же считалась достаточно крупной для того, чтобы быть настоящей планетезималью - реликтом времен образования планетной системы у Солнца. Так оно в итоге и оказалось.
    Rosetta прошла на расстоянии 3170 км от Лютеции на относительной скорости 15 км/с. Установленная на КА камера OSIRIS осуществила съемку освещенного северного полушария астероида в видимом диапазоне, а со спектрометра VIRTIS были получены данные о ее составе.
    Фотоснимки выявили на небольшом астероиде по крайней мере семь областей, различающихся по морфологическим характеристикам, а также многочисленные кратеры, борозды, оползни и даже горные цепи. Самые крупные кратеры имеют диаметр до 55 км, но количество малых (до 10 км) кратеров на Лютеции невелико.
    Поверхность составлена из участков двух принципиально разных возрастов: очень старых, которым примерно З.б млрд лет, и довольно молодых - от 50 до 80 млн лет. Это удалось установить по количеству кратеров - следов от бомбардировки поверхности метеоритами. Считая этот процесс вероятностным и делая поправку на его интенсивность в различные астрономические эпохи, планетологи научились неплохо определять возраст поверхности малых тел, не имеющих атмосферы. (До поверхности крупных планет, имеющих плотную воздушную оболочку, долетают лишь крупные «гости» - и статистика искажается.)

Астероид 21 Лютеция крупным планом с борта космического аппарата Розетта

Rosetta: пролет астроида 21 Лютеция

    Несмотря на явные различия в топографии и возрасте, поверхность Лютеции оказалась удивительно однородна по своему составу. Команда VIRTIS во главе с Фабрицио Капаччони (Fabrizio Capaccioni, Институт космической астрофизики INAF, Рим) не обнаружила в диапазоне длин волн от 0.4 до 3.5 мкм полос поглощения, характерных для силикатов или гидратированных материалов. Не было найдено и спектральных признаков «выветривания» при контакте с космическим вакуумом.
    Максимальная температура поверхности составила 245 К (-28°С). Тепловая инерция оказалась очень низкой и соответствовала порошкообразному лунному реголиту. Исследователи определили материал Лютеции как первичное вещество хондритного состава, не модифицированное при расплавлении и не подвергавшееся воздействию воды.
    Итак, поверхность Лютеции представляет собой «море» раздробленного материала глубиной до 1 км, среди которого выделяются отдельные очень крупные «камни» диаметром до 300-400 м. Общая ее форма близка к сферической, но искажена несколькими крупными «шрамами».

Карта северного полушария астероида Лютеция, было освещено во время пролета 10.07.2010

Rosetta: пролет астроида 21 Лютеция

    «Мы не думаем, что Лютеция была такой от рождения, - говорит Хольгер Зиркс (Holger Sierks) из Института исследования Солнечной системы в Линдау. - Скорее всего, в момент образования она была круглой». Исследователи группы Зиркса считают, что «молодые» участки поверхности - это зоны оползней, вызванных ударами крупных метеоритов. Во всяком случае, они отличаются не только по концентрации кратеров, но и по отражающей способности.
    Средняя плотность Лютеции оказалась не такой уж маленькой: 3.4±0.3 г/см³ - выше, чем у гранитной плиты. Ее рассчитали исходя из объема, определенного по совокупности фотографий, и массы, которую принесло измерение допплеровского смещения частоты радиосигнала и соответственно возмущения в движении КА со стороны астероида за период от 4 часов перед пролетом и до б часов после него. Эта масса определена гораздо точнее, чем объем и составляет 1.700*10¹⁸ кг плюс-минус 1%.

Детали поверхности Лютеции. Слева - кратер диаметром 21 км в области Бетика (Baetica) со следами многочисленных оползней (обозначены стрелками). На правом верхнем снимке отмечена ясно видимая граница областей Бетика и Норик (Noricum) и глубокие борозды. Еще одна группа борозд видна на фото справа внизу.

Rosetta: пролет астроида 21 Лютеция

    До пролета, имея только данные наблюдений с Земли, ученые полагали, что Лютеция окажется еще тяжелее и плотнее, говорит Мартин Петцольд (Martin Patzold) из Университета Кёльна. Но и измеренная теперь плотность является наибольшей среди всех изученных космическими аппаратами астероидов и говорит о том, что астероид содержит значительную металлическую фракцию и что в ранней истории Лютеции, по-видимому, была попытка дифференциации вещества на железное ядро и силикатную внешнюю оболочку. Источником энергии для этого процесса, очевидно, был распад радиоактивных элементов. Полного расплавления вещества астероида, однако, не произошло, и настоящее ядро могло не сформироваться.
    В общем, Лютеция оказалась исключительно интересным объектом переходного типа. «Мы нашли самого важного представителя пояса астероидов, - отмечает научный руководитель проекта Rosetta Рита Шульц (Rita Schulz). - Все встреченные до сих пор астероиды отличались друг от друга, но Лютеция оказалась единственной сочетающей первичные и дифференцированные черты».


    Пролетные исследования Лютеции - лишь короткий эпизод в программе КА Rosetta, который был запущен в 2004 г. и должен достичь кометы Чурюмова-Герасименко в 2014 г. Такой большой промежуток между стартом и выполнением основной задачи даже сегодня является большой редкостью: с «Розеттой» может поспорить разве что американский зонд New Horizons, запущенный годом позже к Плутону.
    Поэтому программой полета предусмотрен длительный - с июня 2011 по январь 2014 г. - период бездействия аппарата, совпадающий с прохождением афелия орбиты. Уже 12 июля 2010 г. Rosetta стала самым далеким работающим КА с питанием от солнечных батарей, превысив рекорд американской станции Stardust - 2.72 а.е. В афелии расстояние от Солнца будет почти вдвое больше - 5.29 а.е.
    Подготовка к уходу «в глубокий сон» после исследования Лютеции заняла почти год. В течение июля 2010 г. европейская станция Нью-Норсия в Австралии и привлеченные наземные средства американской системы DSN приняли данные по пролету астероида. Все приборы на борту, кроме радиационного монитора SREM, были выключены.
    20 августа были проведены успешные тесты остронаправленной антенны HGA (на передачу «стробирующего» контрольного сигнала) и ненаправленных LGA (на прием). 3 сентября на расстоянии 3.09 а.е. от Солнца проверяли работоспособность солнечных батарей.
    9 сентября была предпринята попытка парировать нештатную ситуацию в системе реактивного управления RCS «Розетты», возникшую еще в августе 2006 г.
    Двухкомпонентные двигатели RCS тягой по 10 Н, объединенные в два контура по 12 ЖРД в каждом, могут использоваться в двух режимах, с наддувом топливных баков или без него. Первый считается необходимым лишь при крупных коррекциях, где крайне желательно иметь больший удельный импульс.
    С учетом выбранной баллистической схемы была предусмотрена возможность двукратного наддува баков, приуроченного к двум коррекциям с выдачей максимальных приращений скорости. Для этого каждый раз подрывалось по шесть пироклапанов. Штатное давление наддува составляло 17 атм и задавалось соответствующим регулятором. Не более чем через 40 суток из соображений безопасности (возможность коррозии элементов регулятора давления парами азотного тетраоксида) подсистема высокого давления отсекалась от баков подрывом новой группы пироклапанов, и после этого давление в системе медленно падало.
    Первый наддув был проведен перед большой коррекцией в мае 2004 г. с расчетным приращением скорости 150 м/с, а второй планировался в 2011 г. Однако в августе 2006 г. датчик РТ2 на участке с регулятором, который в это время оставался отсеченным и от топливных баков, и от баков с гелием наддува, показал внезапное падение давления до нуля. Это говорило об утечке гелия (скорее всего, через клапан) и ставило под сомнение работу еще не задействованных пироклапанов при втором наддуве.
    9 сентября 2010 г. операторы дали «Розетте» команду подорвать пироклапаны и тем самым переключиться на запасной регулятор давления №2. Дальнейшие измерения показали, что утечка газа наддува имеет место на общем для двух регуляторов участке и поэтому не может быть блокирована. Как следствие, решили отказаться от наддува баков RCS до конца полета и смириться с постепенным падением рабочего давления ниже установленного минимума 10.5 атм с соответствующим ухудшением характеристик двигателей. «Это увеличивает оперативную неопределенность, но запасы остаются достаточными», - объявила пресс-служба ЕКА и добавила, что в результате дата прибытия КА к комете может сдвинуться примерно на неделю.


    В период со 2 по 31 октября 2010 г. Rosetta проходила за Солнцем на максимальном удалении от Земли. В середине его, между 10 и 23 октября, возможности наземных станций по мониторингу состояния бортовых систем были ограничены.
    13 ноября был введен запрет на использование маховиков системы ориентации КА в случае перехода в защитный режим. На такую меру пришлось пойти из-за ненормального поведения маховика С начиная с 27 августа: прибор выдавал необходимые управляющие воздействия с большим «шумом» и заметным трением. Одновременно была проведена автоматическая смазка маховика и введено ограничение на его рабочую скорость - не более 1000 об/мин, за исключением периодов программных разворотов КА. Смазка не дала особого эффекта, поэтому 23 ноября устройство прогрели и 24 ноября смазали еще раз. На этот раз получилось лучше - поведение аварийного маховика приблизилось к норме.
    Добавим, что маховик В был выключен еще 15 июля с целью экономии электроэнергии вдали от Солнца. Еще два таких устройства работают без замечаний.
    19 ноября провели еще один тест радиокомплекса с имитацией условий «входа в сон». Сигнал S-диапазона был принят 70-метровой антенной DSN в Канберре и 35-метровой антенной ЕКА в Нью-Норсии. На борту с использованием передней ненаправленной антенны LGA-F приняли команды на скорости 7.8 бит/с, отправленные из Канберры и Нью-Норсии, причем не только с мощностью передатчика 95 кВт, но и на уровне 20 кВт, чего по проекту радиокомплекс не обеспечивал. В итоге вариант с 95-киловатт-ным передатчиком на станции DSS-43 в Канберре был принят как основной.
    В период с 1 по 14 декабря провели ежегодную проверку научной аппаратуры «Розетты» и систем посадочного аппарата Philae. Были выявлены замечания к работе датчика плазмы RPC и специального радиокомплекса RSI для высокоточного измерения частотных сдвигов радиосигнала и измерения массы ядра кометы.
    Первый маневр встречи с целью RDVM-1 (Rendezvous Manoeuvre-1) из-за очень большого расчетного приращения скорости и малой тяги используемых двигателей был разбит на несколько отдельных включений в период с 17 января по 3 марта 2011 г. Шестое включение запланировали «на всякий случай».
    6 января Rosetta построила расчетную ориентацию и подготовилась к первому включению. 17 января аппарат успешно выдал первый импульс, а вот 18 января при выполнении второго отработал лишь 30 м/с, после чего зафиксировал сбой ориентации (вследствие нештатной работы двигателя 9А) и вышел в защитный режим. 19 января операторы ЕКА возвратили «Розетту» в штатное состояние и перепланировали оставшуюся часть маневра. 20 января аппарат переключили на контур В двигательной установки, 21 января был выдан тестовый импульс на 35 м/с, а в период с 22 по 24 января - три включения с номерами 2А, 2В и 2С на 160, 200 и 45 м/с соответственно.
    Несмотря на некоторые «фокусы» КА, в результате было набрано суммарное приращение скорости 770 м/с и осталось «добить» еще 17.3 м/с. Навигационные измерения для уточнения величины импульса были проведены 26 и 31 января и 3 февраля. Попытка выдать «финишный» импульс с использованием ЖРД контура А была предпринята 10 февраля, но «отбита» через несколько секунд после включения из-за ошибки ориентации КА более чем на 4°. Как выяснилось, это был недосмотр группы управления: команда на уточнение ориентации перед включением не была передана на борт.
    Операторы быстро вернули КА из защитного режима и успешно провели коррекцию 17 февраля. Дальнейшие измерения показали, что даже без каких-либо новых маневров Rosetta в июне 2014 г. сблизится с ядром кометы Чурюмова- Герасименко до 50000 км. Кроме того, удалось установить причину сбоя 18 января - два из 12 двигателей показали нестабильные характеристики в зависимости от температуры. С увеличением времени прогрева перед использованием ЖРД пришли в норму.
    В декабре 2010 г. не удалось протестировать камеру OSIRIS, и ее заключительную проверку отложили до весны 2011 г. Тем временем 25/26 марта она была использована «по прямому назначению», то есть для съемки кометы Чурюмова-Герасименко. На протяжении 13 часов была получена серия снимков, совместная обработка которых позволила выявить изображение кометы.
    В оставшиеся перед «спячкой» месяцы прошли пробные сеансы наблюдения кометы по подготовленной программе. В их ходе было зафиксировано неожиданное изменение скорости КА на 6 мм/с, причиной которого оказалось испарение с поверхности -Z летучих веществ, отложившихся во время маневров. Стало ясно, что после коррекции в мае 2014 г. придется провести дегазацию «Розетты», тем более что ряд приборов, таких как масс-спектрометр R0SINA, очень чувствительны к остаточной атмосфере КА.
    К концу марта все проверки научной аппаратуры были завершены - и она была подготовлена к «спячке». Тесты солнечных батарей в апреле и мае на дальности свыше 4 а.е. от Солнца показали, что они все еще будут обеспечивать положительный баланс по питанию во время встречи с кометой.
    8 июня 2011 г. «Розетту» погрузили в 31-месячный сон. В этот день в 08:00 UTC аппарат перевели в закрутку на Солнце, практически все его системы были выключены, и в работе остались лишь бортовой компьютер и несколько нагревателей, которые не дадут станции замерзнуть в долгом полете на расстояниях от 4.4 до 5.3 а.е. от Солнца. В 12:58 UTC с 70-метровой антенны в Канберре на борт была отправлена последняя команда и в 14:13 UTC, через ожидаемый промежуток времени, прекратился прием сигнала с борта. Два с половиной года передатчик станции будет молчать.
    Аппарат должен «проснуться» от долгого сна 20 января 2014 г. в 10:00 UTC по сигналу собственного «будильника» и самостоятельно выйти на связь еще через семь часов. После этого в течение нескольких недель Rosetta будет прогрета и реактивирована, в мае проведет подлетную коррекцию и в июле 2014 г. приблизится к комете.