Кіріспе

Жапондық зонд астероидке және үлгіні қайта әкелу (2003–2010)

Сонымен қатар, «Хаябуса» астероидке қасақана қону және одан қайта ұшып шығу үшін жасалған алғашқы ғарыш кемесі болды (NEAR Shoemaker 2000 жылы 433 Эрос астероидінің бетіне бақыланатын түсу жасады, бірақ ол қонуға арналмаған және келгеннен кейін тоқтатылды). Техникалық тұрғыдан алғанда, «Хаябуса» «қону» үшін жобаланбаған; ол үлгі алу құрылғысымен бетке жанасып, содан кейін қозғалады. Дегенмен, ол астероид бетімен физикалық байланыс жасау үшін бастапқыда жобаланған алғашқы аппарат болды. Ғарыш және астронавтика институтының қызметкері Джуничиро Кавагучи миссия жетекшісі болып тағайындалды. Жобалаушының уақытша байланыс жасау ниетіне қарамастан, «Хаябуса» астероид бетіне қонды және шамамен 30 минут бойы сол жерде тұрды (төменде қараңыз).

MINERVA шағын жер түсіру аппараты

"Хаябуса" өте шағын қондырғышпен (салмағы тек , және диаметрі шамамен , биіктігі ) "MINERVA" (астероид үшін MIcro Nano Experimental Robot Vehicle) аталып келді. Жерге түсіру кезіндегі қателік аппараттың жұмысын тоқтатты. Күн энергиясымен жұмыс істейтін бұл көлік Итокаваның өте төмен гравитациясын пайдаланып, астероид бетімен секіріп өту үшін ішкі дөңгелек жиынтығын қолдануға арналған еді, екі ғарыш кемесінің де бір-бірін көруі мүмкін болғанда камераларынан түсірілген суреттерді "Хаябусаға" жіберіп тұратын еді. MINERVA 2005 жылдың 12 қарашасында жұмысқа кірістірілді. Жерге түсіру командасы Жерден жіберілді, бірақ команда келгенге дейін "Хаябусаның" биіктік өлшегіші Итокаваға дейінгі қашықтықты өлшеп, автоматты биіктік сақтау тізбегін іске қосты. Осының салдарынан, MINERVA-ны босату командасы келгенде, MINERVA зымыран көтеріліп бара жатқанда және жоспарланғаннан артық биіктікте босатылды, нәтижесінде Итокаваның гравитациялық тартылысынан шығып, ғарышқа құлады. Сәтті аяқталған жағдайда, MINERVA бірінші секіретін ғарыш ровері болар еді. Советтік "Фобос-2" миссиясы да секіретін роверді жұмысқа кірістіру кезінде техникалық бұзушылыққа тап болды.

Миссияның ғылыми және инженерлік маңызы

Ғалымдардың астероидтерді түсінуі метеорит үлгілеріне көп байланысты, бірақ метеорит үлгілерін олардан шыққан нақты астероидтермен сәйкестіру өте қиын. "Хаябуса" бұл мәселені шешуге көмектеседі, өйткені ол жақсы сипатталған белгілі бір астероидтен таза үлгілерді әкеледі. "Хаябуса" астероидтарды жерден бақылау деректері мен метеориттер мен ғарыш шаңының зертханалық талдауы арасындағы қатынасты қамтамасыз етті. Сонымен қатар, "Хаябуса" бортындағы құралдардан алынған деректерді NEAR Shoemaker миссиясының деректерімен салыстыру білімді кеңейте түседі. "Хайабуса" миссиясы JAXA үшін де маңызды инженерлік жетістік. Ол JAXA-ға иондық қозғалтқыштар, автономды және оптикалық навигация, терең ғарыш байланысы және төмен гравитациясы бар объектілерде жақын арада жүріп өту сияқты технологияларды одан әрі сынауға мүмкіндік берді. Екіншіден, бұл астероид бетіне жасалған алғашқы жоспарланған жұмсақ қондырғандықтан (NEAR Shoemaker-дің 433 Eros-қа қонғаны жоспарланбаған), ол болашақ астероид миссияларына зор әсер етеді.

Миссия жоспарындағы өзгерістер

"Хаябуса" миссиясының жоспары ұшырылғанға дейін де, одан кейін де бірнеше рет өзгертілді. Ғарыш аппараты бастапқыда 2002 жылдың шілдесінде 4660 Nereus астероидіне ұшырылуға тиіс еді (астероид (10302) 1989 ML балама нысана ретінде қарастырылды). Дегенмен, 2000 жылдың шілдесінде Жапонияның M 5 зымырасының сәтсіздікке ұшырауы ұшырылуды кейінге жылдырды, бұл Nereus және 1989 ML-ді қол жетімділіктен тыс қалдырды. Соның салдарынан, мақсатты астероид өзгертіліп, жапондық ракета жасаушы Хидео Итокаваның құрметіне аталды. "Хаябуса" NASA ұсынған және JPL әзірлеген Muses CN деп аталатын шағын роверді астероид бетіне орналастыруға тиіс еді, бірақ бюджеттік шектеулерге байланысты NASA 2000 жылдың қарашасында роверді жобадан шығарды. 2002 жылы ұшыру 2002 жылдың желтоқсанынан 2003 жылдың мамырына дейін, реакциялық басқару жүйесінің О сақиналарын қайта тексеру үшін кейінге жылдырылды, себебі олардың біреуі көрсетілгеннен өзге материалдан жасалғаны анықталды. 2003 жылы, "Хаябуса" Итокаваға жол тартқанда, тарихқа енген ең ірі күн жарқыны ғарыш аппаратындағы күн батареяларына зақым келтірді. Электр қуатының төмендеуі иондық қозғалтқыштардың тиімділігін азайтты, осылайша Итокаваға жетіп келген мерзім 2005 жылдың маусымынан қыркүйекке дейін ықшамдалды. Орбиталық механика ғарыш аппаратының 2005 жылдың қарашасына дейін астероидтен кетуі керек екенін көрсеткендіктен, Итокава маңында өткізілетін уақыт қысқартылып, астероидке қону саны үштен екіге дейін азайтылды. 2005 жылы "Хаябуса" аппаратының қозғалысын басқаратын екі реакциялық дөңгелек істен шықты: X осі дөңгелегі 31 шілдеде, ал Y осі дөңгелегі 2 қазанда. Соңғы ақаулықтан кейін ғарыш аппараты X және Y осьтерін қозғалтқыштары арқылы бұруға қабілетті болды. JAXA Итокаваның толық картасы жасалғандықтан, бұл үлкен мәселе емес екенін мәлімдеді, бірақ миссия жоспары өзгертілді. Ақаулы реакциялық дөңгелектерді Ithaco Space Systems, Inc (Нью-Йорк) өндірген, кейіннен Goodrich Company оны сатып алды. 2005 жылдың 4 қарашасында Итокаваға жасалған "сынақ" қонуы сәтсіз аяқталып, қайта жоспарланды. Астероидтің екі түрлі жерінен сынама алу туралы бастапқы шешім өзгертілді, себебі бір жер, Вумера шөлі, қауіпсіз қону үшін тым тасты болып шықты. 2005 жылдың 12 қарашасында MINERVA мини-зондының ұшырылуы сәтсіз аяқталды.

Ұшыру кезінде

Астрономия және ғарыш ғылымдары институтының (ISAS) астероидтарды зерттеу миссиясы 1986–1987 жылдары ғалымдар Anteros астероидінен үлгілерді қайтару миссиясының мүмкіндігін зерттеген кезде басталды және технологияның әлі жетілмегендігіне келісті. 1987–1994 жылдар аралығында ISAS/NASA бірлескен тобы бірнеше миссияны қарастырды: астероидпен кездесу миссиясы кейін NEAR болып дамыды, ал кометадан үлгі қайтару миссиясы кейін Stardust аталды. 1995 жылы ISAS инженерлік демонстрациялық миссия ретінде астероидтен үлгілерді қайтаруды, MUSES C жобасын таңдады және MUSES C жобасы 1996 қаржы жылында қолға алынды. Нереус астероиді алғашқы мақсат ретінде, ал 1989 ML екінші мақсат ретінде қарастырылды. Дамудың бастапқы кезеңінде Нереусқа жету мүмкін емес деп есептелді, сондықтан 1989 ML негізгі мақсатқа айналды. 2000 жылдың шілдесіндегі M V зымыранының сәтсіздігі MUSES C-нің ұшырылуын 2002 жылдың шілдесінен қараша/желтоқсанға дейін ықпалдастырды, бұл Нереус пен 1989 ML-ді қолжетімділіктен шығарды. Осының салдарынан, мақсатты астероид 2002 жылы өзгертілді, реакциялық басқару жүйесінің О сақиналарын қайта тексеру үшін ұшыру 2002 жылдың желтоқсанынан 2003 жылдың мамырына дейін кейінге шегерілді, себебі олардың бірі спецификацияда көрсетілгеннен өзге материалдан жасалғаны анықталды. 2003 жылдың қазанында ISAS және Жапониядағы тағы екі ұлттық ғарыш агенттігі JAXA болып бірікті. 2004 жылдың 31 наурызында Жерге жақыннан өтуге дайындалу үшін иондық қозғалтқыштың жұмысы тоқтатылды. 12 мамыздағы жақыннан өтуге дейінгі соңғы маневр. 19 мамызда Хаябуса Жерге жақыннан өтті. 27 мамызда иондық қозғалтқыштың жұмысы қайта басталды. 2005 жылдың 18 ақпанында Хаябуса 1,7 АЕ-дегі афелийден өтті. 31 шілдеде Х ось реакциялық дөңгелегі істен шықты. 14 тамызда Хаябусаның Итокаваның алғашқы суреті жарияланды. Сурет жұлдызды бақылаушымен түсірілген, ол жұлдызды аспан фондық суретінде қозғалып тұрған астероид деп саналатын жарық нүктесін көрсетеді. Басқа суреттер 22–24 тамыз аралығында түсірілді. 28 тамызда Хаябуса орбиталық маневрлер үшін иондық қозғалтқыштардан екі түрлі жанармайлы қозғалтқыштарға ауыстырылды. 4 қыркүйектен бастап Хаябуса камералары Итокаваның сопақта келген пішінін растады. 11 қыркүйектен бастап астероидте жеке төбелер анықталды. 12 қыркүйекте Хаябуса Итокаваға жақындады және JAXA ғалымдары Хаябуса ресми түрде "қонды" деп мәлімдеді.

Итокава қаласының маңында

2005 жылдың 15 қыркүйегінде астероидтің «түсті» суреті жарияланды (дегенмен, ол сұр түсті). 4 қазанда JAXA ғарыш кемесінің Итокавадан 7 км қашықтықтағы «үйіне» сәтті жеткенін хабарлады. Жақыннан түсірілген суреттер жарияланды. Сондай-ақ, ғарыш кемесінің Y осін басқаратын екінші реакциялық дөңгелегінің істен шыққаны және енді кеме айналу қозғалтқыштарымен бағытталатыны хабарланды. 3 қарашада «Хаябуса» Итокавадан 3,0 км қашықтықта орналасты. Содан кейін ол төмен түсіп, мақсатты маркерді орнату және «Минерва» мини-лендерін жіберуді жоспарлады. Бастапқыда түсіру сәтті өтті, кең бұрышты камералармен навигациялық суреттер алынды. Алайда, 4 қараша күні 01:50 UTC (10:50 JST) Go/NoGo шешімі кезінде аномальды сигнал тіркелгендіктен, «Минерва» мен мақсатты маркерді жіберу тоқтатылды. Жоба жетекшісі, Джуничиро Кавагучи, оптикалық навигациялық жүйенің Итокава астероидін дұрыс қадағалай алмағанын, бұл астероидтің күрделі пішініне байланысты болуы мүмкін екенін түсіндірді. Жағдайды бағалау және жаңа жоспар жасау үшін бірнеше күнге кешіктіру қажет болды. 7 қарашада «Хаябуса» Итокавадан 7,5 км қашықтықта болды. 9 қарашада «Хаябуса» 70 метрге түсіріліп, қону навигациясын және лазерлік биіктік өлшегішті сынады. Содан кейін «Хаябуса» жоғарырақ позицияға көтеріліп, қайтадан 500 метрге түсіп, кеменің оны қадағалай алу қабілетін сынау үшін мақсатты маркердің біреуін ғарышқа жіберді (бұл расталды). Жақыннан түсірілген суреттерді талдау көрсеткендей, Вумера шөліндегі жер (B нүктесі) қонуға жарамсыз, тым көп тасты болды. Мюзес теңізіндегі жер (A нүктесі) бірінші және, мүмкін болса, екінші қону үшін таңдалды. 12 қарашада «Хаябуса» астероид бетіне 55 метрге жақындады. «MINERVA» жіберілді, бірақ қатеге байланысты жер бетіне жетпеді. 19 қарашада «Хаябуса» астероидке қонды. Маневр кезінде және одан кейін не болғаны туралы көптеген дүмпулер болды, себебі зондтың жоғары күшейту антеннасын қонудың соңғы кезеңінде, сондай-ақ DSN-нен Усуда станциясына жер станциясының антеннасын беру кезінде қолдануға болмады. Бастапқыда «Хаябуса» жер бетінен 10 метр биіктікте тоқтағандығы, белгісіз себептермен 30 минут бойы қалқып тұрғандығы хабарланды. Жердегі басқару орталығы тоқтату және көтерілу командасын жіберді, және байланыс қалпына келтірілген кезде зонд астероидтен 100 км қашықтықта болды. Зонд қауіпсіз режимге кіріп, тұрақтандыру үшін айнала бастады. Алайда, зондпен байланыс қалпына келтірілгеннен кейін, қону әрекеті туралы деректер жүктелді және талданды, және 23 қарашада JAXA зондтың астероид бетіне қонғанын жариялады. Өкінішке орай, сынама алу тізбегі іске қосылмады, себебі сенсор төмен түсу кезінде кедергіні анықтады; зонд қонуды тоқтатуға тырысты, бірақ оның бағдары көтерілуге қолайсыз болғандықтан, ол қауіпсіз төмен түсу режимін таңдады. Бұл режимде сынама алуға мүмкіндік болмады, бірақ астероидке тиген кезде кейбір шаң сынама алу мүйізіне сорлып кіруі мүмкін, сондықтан сынама алу мүйізіне бекітілген сынама контейнері жабылды. 25 қарашада екінші қонуға тырысылды. Бастапқыда бұл жолы сынама алу құрылғысы іске қосылған деп ойланды, бірақ кейінірек талдау көрсеткендей, бұл тағы бір сәтсіздік болды және ешқандай гранула атылмады. Дүрбелі жүйеде ақау болғандықтан, зонд «қауіпсіз күту режиміне» қойылды. 27 қарашада зондты қайта бағыттауға тырысқанда, ықтимал, отынның ағып кетуінен электр қуаты өшіп қалды. 30 қарашада JAXA «Хаябусамен» байланыс қалпына келтірілгенін мәлімдеді, бірақ кеменің реакциялық басқару жүйесінде, мүмкін, мұздаған құбырға байланысты проблемалар болды. Миссиялық басқару Жерге оралу үшін кеме ұшыру терезесінен бұрын мәселені шешу үшін жұмыс істеді. 2 желтоқсанда бағдарды түзетуге тырысылды, бірақ қозғалтқыш жеткілікті күш шығармады. 3 желтоқсанда зондтың Z осі Күн бағытынан 20-30 градусқа бұрылғаны және көбейіп бара жатқаны анықталды. 4 желтоқсанда шұғыл шара ретінде ионды қозғалтқыштардан ксенон отыны айналуды түзету үшін шығарылды, және бұл сәтті расталды. 5 желтоқсанда бағдарды басқару жеткілікті деңгейде түзетіліп, орташа күшейту антеннасы арқылы байланыс қалпына келтірілді. Телеметрия алынып, талданды. Телеметриялық талдау нәтижесінде 25 қарашада қонған кезде сынаманы алу снаряды енбегендігі анықталды. Электр қуатының өшіп кетуіне байланысты телеметриялық журналдағы деректер бұрмаланған. 6 желтоқсанда «Хаябуса» Итокавадан 550 км қашықтықта болды. JAXA осы уақытқа дейінгі жағдай туралы баспасөз конференциясын өткізді. 8 желтоқсанда кенеттен бағыттың өзгеруі байқалды және «Хаябусамен» байланыс үзілді. Бұл, 8-10 см³ отынның ағып кетуінен туындаған турбуленция салдарынан болды деп есептелді. Бұл «Хаябусаның» прецессияны таза айналуға ауыстыру арқылы тұрақтандырылуын күтуге бір-екі ай қажеттігін білдірді, содан кейін айналу осін Күн мен Жерге белгілі бұрыш шегінде бағыттау қажет болды. 2006 жылдың желтоқсанына қарай бұл мүмкіндік 60%, 2007 жылдың көктеміне қарай 70% деп бағаланды.