Введение

Седьмая миссия программы Discovery; орбитальная разведка планеты Меркурий (2004–2015)

MESSENGER – роботизированческий космический зонд NASA, который обращался вокруг планеты Меркурий с 2011 по 2015 год, изучая её химический состав, геологию и магнитное поле. Название является акронимом от "Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry, and Ranging" (Поверхность Меркурия, космическая среда, геохимия и дальнометрия), а также отсылкой к римскому богу-вестнику Меркурию. MESSENGER был запущен в августе 2004 года ракетой-носителем Delta II. Его траектория включала сложную серию гравитационных манёвров – аппарат совершил один пролёт мимо Земли, два мимо Венеры и три мимо самого Меркурия, что позволило ему снизить скорость относительно Меркурия, используя минимальное количество топлива. Во время первого пролёта мимо Меркурия в январе 2008 года MESSENGER стал второй миссией, после Mariner 10 в 1975 году, достигшей планеты. 18 марта 2011 года MESSENGER впервые в истории вышел на орбиту вокруг Меркурия.

Обзор миссии

Официальная миссия MESSENGER по сбору данных началась 4 апреля 2011 года. Основная миссия была завершена 17 марта 2012 года, в ходе которой было собрано около 100 000 изображений. MESSENGER достиг 100% картографирования Меркурия 6 марта 2013 года и завершил свою первую годовую продленную миссию 17 марта 2013 года. Вторая продленная миссия зонда длилась более двух лет, но из-за снижения орбиты требовались корректирующие маневры для предотвращения столкновения с планетой. Последние корректирующие маневры были выполнены 24 октября 2014 года и 21 января 2015 года, после чего 30 апреля 2015 года зонд завершил свою работу, столкнувшись с поверхностью Меркурия. Находясь на орбите Меркурия, приборы зонда предоставили значительный объем данных, включая характеристику магнитного поля Меркурия, существование которого ранее предполагалось на основе радиолокационных данных, полученных с Земли.

Предыдущие миссии

В 1973 году NASA запустила "Маринер-10" для выполнения серии гравитационных маневров вблизи Венеры и Меркурия. "Маринер-10" предоставил первые детальные данные о Меркурии, составив карту 40–45% его поверхности. Последний пролёт "Маринер-10" мимо Меркурия произошёл 16 марта 1975 года. После этого с близкого расстояния планета не исследовалась более 30 лет.

Предложения для миссии

В 1998 году в исследовании подробно описывалась предлагаемая миссия по отправке орбитального космического аппарата к Меркурию, поскольку к тому моменту эта планета была наименее изученной из планет земной группы. В годы, последовавшие за миссией "Маринер-10", последующие предложения по повторному посещению Меркурия оказывались слишком дорогостоящими, требуя больших запасов топлива и мощной ракеты-носителя. Кроме того, вывод космического аппарата на орбиту вокруг Меркурия затруднен, поскольку зонд, приближающийся к планете по прямой траектории с Земли, будет ускорен гравитацией Солнца и пролетит мимо Меркурия слишком быстро для выхода на орбиту. Однако, используя траекторию, разработанную Чэнь Ван Йеном в 1985 году, исследование показало, что возможно реализовать миссию класса Discovery, используя несколько последовательных гравитационных маневров, "гравитационных рогаток" вокруг Венеры и Меркурия, в сочетании с незначительными импульсными коррекциями траектории, чтобы постепенно снизить скорость аппарата и тем самым минимизировать расход топлива.

Цели

Миссия MESSENGER была разработана для изучения характеристик и окружающей среды Меркурия с орбиты. Научные цели миссии заключались в следующем:
определить химический состав поверхности Меркурия; изучить геологическую историю планеты; выяснить природу глобального магнитного поля (магнетосферы); определить размер и состояние ядра; установить состав летучих веществ на полюсах; изучить природу экзосферы Меркурия.

Конструкция космических аппаратов

Космический аппарат MESSENGER был спроектирован и построен в Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса. Научными операциями руководил Шон Соломон в качестве главного исследователя, а операции миссии также осуществлялись в JHU/APL. На момент запуска вес космического аппарата составлял примерно [вставить вес] с полным запасом топлива. Общая стоимость миссии MESSENGER, включая стоимость постройки космического аппарата, оценивалась менее чем в 450 миллионов долларов США.

Контроль положения и движение

Основным двигателем являлся жидкостный ракетный двигатель большой тяги (LVA) с тягой 645 Н и удельным импульсом 317 с, работающий на двукомпонентном топливе (гидразин и тетроксид азота). Использовалась модель LEROS 1b, разработанная и произведенная компанией AMPAC-ISP на заводе в Весткотте, Великобритания. Космический аппарат был спроектирован для перевозки запаса топлива и гелиевой системы наддува для LVA.