Введение
Космический зонд НАСА, запущенный в 2005 году.
Научные цели
Миссия Deep Impact была запланирована для ответа на фундаментальные вопросы о кометах, включая состав ядра кометы, глубину кратера, образовавшегося в результате столкновения, и место формирования кометы. Наблюдая за составом кометы, астрономы надеялись понять, как формируются кометы, основываясь на различиях между ее внутренним и внешним строением. Наблюдения за ударом и его последствиями должны были помочь астрономам найти ответы на эти вопросы. Главным исследователем миссии был Майкл А'Херн, астроном из Университета Мэриленда, возглавлявший научную группу, в которую входили представители Корнелльского университета, Университета Мэриленда, Университета Аризоны, Университета Брауна, Belton Space Exploration Initiatives, JPL, Университета Гавайев, SAIC, Ball Aerospace и Института внеземной физики имени Макса Планка.
Конструкция и приборостроение космических аппаратов
Космический аппарат состоит из двух основных секций: медного ядра "Умный импактор", который столкнулся с кометой, и секции "Flyby", которая вела съемку кометы с безопасного расстояния во время сближения с Tempel 1. Размеры космического аппарата "Flyby" составляют в длину, в ширину и в высоту. Полезная нагрузка импактора, получившая название "Кратерная масса", была изготовлена полностью из меди и весила 100 кг. С учетом этой кратерной массы, медь составляла 49% от общей массы импактора (алюминий – 24% от общей массы); это было сделано для минимизации влияния на научные измерения. Поскольку наличие меди на комете не ожидалось, ученые могли исключить ее сигнатуру из показаний любого спектрометра. Название миссии случайно совпало с названием фильма 1998 года "Армагеддон", в котором комета сталкивается с Землей.
Профиль миссии
После запуска с космодрома Кейп-Канаверал с площадки SLC 17B в 18:47 UTC 12 января 2005 года космический аппарат Deep Impact потребовал 174 дня, чтобы достичь кометы Темпеля 1, двигаясь с крейсерской скоростью.
Перед запуском
Впервые миссия по столкновению с кометой была предложена NASA в 1996 году, но в то время инженеры NASA сомневались, что можно поразить цель. В 1999 году пересмотренное и технологически усовершенствованное предложение миссии, получившее название Deep Impact, было принято и профинансировано в рамках программы NASA Discovery по созданию недорогих космических аппаратов. Два космических аппарата (Impactor и Flyby) и три основных прибора были построены и интегрированы компанией Ball Aerospace & Technologies в Боулдере, штат Колорадо. Разработка программного обеспечения для космического аппарата заняла 18 месяцев, а прикладной код состоял из 20 000 строк и 19 различных потоков. Он был успешно запущен с мыса Канаверал 12 января 2005 года в 13:47 по восточному времени (18:47 UTC) ракетой Delta II. Состояние Deep Impact оставалось неопределенным в течение первых суток после запуска. Вскоре после выхода на орбиту вокруг Солнца и развертывания солнечных панелей, зонд перешел в безопасный режим. Причиной проблемы оказался некорректный температурный предел в логике защиты от сбоев для каталитических блоков двигателей RCS космического аппарата. Двигатели космического аппарата были использованы для стабилизации аппарата после отделения третьей ступени. 13 января 2005 года NASA объявило, что зонд вышел из безопасного режима и функционирует нормально. 11 февраля 2005 года ракетные двигатели Deep Impact были запущены в соответствии с планом для коррекции траектории космического аппарата. Эта коррекция оказалась настолько точной, что следующий запланированный коррекционный маневр 31 марта 2005 года был признан ненужным и отменен. На этапе ввода в эксплуатацию была проверена активация и работоспособность всех приборов. В ходе этих испытаний было обнаружено, что изображения, полученные HRI, были не в фокусе после проведения термообработки. После изучения проблемы членами миссии, 9 июня 2005 года было объявлено, что с помощью программного обеспечения для обработки изображений и математического метода деконволюции изображения HRI можно скорректировать, восстановив значительную часть ожидаемого разрешения.
Круизный этап
"Фаза круиза" началась 25 марта 2005 года, сразу после завершения фазы ввода в эксплуатацию. Эта фаза продолжалась примерно до 60 дней до сближения с кометой Темпель 1. 25 апреля 2005 года зонд получил первое изображение своей цели на расстоянии. 4 мая 2005 года космический аппарат выполнил второй маневр коррекции траектории. Включив ракетный двигатель на 95 секунд, скорость аппарата была изменена. Рик Граммиер, руководитель проекта миссии в Лаборатории реактивного движения НАСА, прокомментировал маневр, заявив: "Производительность аппарата была отличной, и этот запуск не стал исключением – это был безупречный маневр, который позволил нам точно выйти на заданный курс". Космический аппарат изучал изображения далеких звезд для определения своей текущей траектории и местоположения. 23 июня 2005 года был успешно выполнен первый из двух финальных маневров коррекции траектории (маневр нацеливания). Для корректировки траектории полета к комете и нацеливания импактора в область пространства шириной около, требовалось изменение скорости.
On May 4, 2005, the spacecraft executed its second trajectory correction maneuver. Burning its rocket engine for 95 seconds, the spacecraft speed was changed by Rick Grammier, the project manager for the mission at NASA's Jet Propulsion Laboratory, reacted to the maneuver stating that "spacecraft performance has been excellent, and this burn was no different it was a textbook maneuver that placed us right on the money." The spacecraft studied the images of various distant stars to determine its current trajectory and position. On June 23, 2005, the first of the two final trajectory correct maneuvers (targeting maneuver) was successfully executed. A velocity change was needed to adjust the flight path towards the comet and target the Impactor at a window in space about wide.
Фаза удара
Фаза столкновения началась номинально 29 июня 2005 года, за пять дней до столкновения. Импактор успешно отделился от аппарата Flyby 3 июля в 6:00 UTC (6:07 UTC ERT). Первые изображения с оснащенного приборами Импактора были получены через два часа после отделения. Аппарат Flyby выполнил один из двух уклоняющих маневров, чтобы избежать повреждений. Был осуществлен 14-минутный импульс, замедливший аппарат. Также сообщалось, что канал связи между Flyby и Импактором функционировал в штатном режиме. Импактор был направлен так, чтобы занять позицию на пути кометы, чтобы комета Tempel 1 столкнулась с ним. Энергия, выделившаяся при столкновении, была эквивалентна взрыву пяти тонн динамита, и комета засветилась в шесть раз ярче обычного. Расписание миссии доступно по ссылке: Временная шкала фазы столкновения (NASA).
Результаты
Контроль за полетом узнал об успехе ударного аппарата только через пять минут, в 05:57 UTC. Дон Йеоманс подтвердил результаты для прессы: "Мы попали точно в намеченную точку", а директор JPL Чарльз Элачи заявил: "Успех превзошел все наши ожидания". На брифинге после столкновения 4 июля 2005 года в 08:00 UTC первые обработанные изображения показали наличие существующих кратеров на комете. Ученые NASA заявили, что не видят нового кратера, образовавшегося в результате удара аппарата, но позже было установлено, что его ширина составляет около 100 метров, а глубина – до 100 метров. Анализ данных, полученных с рентгеновского телескопа Swift, показал, что комета продолжала выделять газы в течение 13 дней после удара, с пиком через пять дней. В результате удара было потеряно в общей сложности около 100 тонн воды и от 100 тонн пыли. Первоначальные результаты оказались неожиданными, так как материал, выброшенный в результате удара, содержал больше пыли и меньше льда, чем предполагалось. Единственными моделями строения комет, которые астрономы смогли однозначно исключить, были модели, предполагающие очень пористую структуру, где кометы представляли собой рыхлые скопления материала. Кроме того, материал оказался мельче, чем ожидалось; ученые сравнили его с тальком, а не с песком. Среди других веществ, обнаруженных при изучении удара, были глины, карбонаты, натрий и кристаллические силикаты, идентифицированные с помощью спектроскопического анализа. Для образования глин и карбонатов обычно требуется жидкая вода, а натрий – редкий элемент в космосе. Наблюдения также показали, что комета на 75% состоит из пустого пространства, и один из астрономов сравнил ее внешние слои с составом снежного наноса. На основании химического состава недр кометы астрономы предположили, что она сформировалась в облаке Оорта в области Урана и Нептуна Солнечной системы. Кометы, формирующиеся на большем расстоянии от Солнца, как ожидается, содержат больше льда с низкой температурой замерзания, например, этан, который был обнаружен в Tempel 1. Астрономы полагают, что другие кометы с составом, схожим с Tempel 1, вероятно, также сформировались в этом регионе.
Кратер
Поскольку качество изображений кратера, образованного в результате столкновения с Deep Impact, оказалось неудовлетворительным, 3 июля 2007 года НАСА одобрило миссию New Exploration of Tempel 1 (или NExT). В рамках миссии был использован уже существующий космический аппарат Stardust, который изучал комету Wild 2 в 2004 году. Stardust был выведен на новую орбиту, чтобы 15 февраля 2011 года в 04:42 UTC пройти мимо Tempel 1 на расстоянии. Это был первый случай, когда комету посетили два аппарата в разное время (комету 1P/Halley посетили несколько аппаратов в течение нескольких недель в 1986 году), что позволило более детально изучить кратер, образованный Deep Impact, а также изменения, вызванные последним сближением кометы с Солнцем. 15 февраля ученые НАСА идентифицировали на изображениях, полученных с Stardust, кратер, образованный Deep Impact. Диаметр кратера оценивается в, а в его центре находится яркий выступ, вероятно, образовавшийся при падении выброшенного при столкновении материала обратно в кратер.
Освещение в СМИ
Это событие стало значительным новостным событием, о котором сообщалось и обсуждалось в интернете, в печати и на телевидении. Наблюдалась настоящая неопределенность, поскольку эксперты придерживались существенно различающихся мнений относительно результата столкновения. Различные эксперты спорили о том, пройдет ли зонд сквозь комету насквозь, создаст ли ударный кратер, откроет ли отверстие внутри кометы, и выдвигали другие теории. Однако за двадцать четыре часа до столкновения летная команда JPL начала тайно выражать высокую уверенность в том, что, при отсутствии непредвиденных технических неполадок, космический аппарат перехватит Tempel 1. Один из старших сотрудников заявил: «Все, что мы можем сделать сейчас – это сидеть и ждать. Все, что технически возможно для обеспечения столкновения, уже сделано». В последние минуты, когда зонд врезался в комету, более 10 000 человек наблюдали за столкновением на огромном экране на пляже Вайкики на Гавайях. На следующий день после столкновения Марина Бей, российский астролог, подала в суд на НАСА, обвиняя агентство в том, что столкновение «нарушило естественный баланс сил во Вселенной». Ее адвокат обратился к общественности с просьбой помочь в иске, заявив: «Столкновение изменило магнитные свойства кометы, и это могло повлиять на мобильную связь на Земле. Если ваш телефон сегодня утром не работал, спросите себя: «Почему?» и свяжитесь с нами». 9 августа 2005 года Пресненский суд Москвы отклонил иск Бей, хотя она и пыталась обжаловать это решение. Один российский физик заявил, что столкновение не оказало никакого влияния на Землю, и «изменение орбиты кометы после столкновения составило всего около 10 см».
Отправь свое имя в комету
Миссия была примечательна одной из своих рекламных кампаний – "Отправь свое имя к комете!". Посетителям сайта Лаборатории реактивного движения предлагалось отправить свои имена в период с мая 2003 года по январь 2004 года, и собранные имена – около 625 000 всего – были затем выгравированы на мини-CD, который был прикреплен к аппарату-импактору. Доктор Дон Йеоманс, член научной группы космического аппарата, заявил: "Это возможность стать частью экстраординарной космической миссии. Когда аппарат будет запущен в декабре 2004 года, ваше имя и имена ваших близких смогут "попутешествовать" вместе с ним и стать частью, возможно, самого зрелищного космического фейерверка в истории". Считается, что эта идея способствовала повышению интереса к миссии.
Реакция Китая
Китайские исследователи использовали миссию Deep Impact как возможность подчеркнуть эффективность американской науки, поскольку общественная поддержка обеспечивала возможность финансирования долгосрочных исследований. В отличие от этого, "в Китае общественность обычно не осведомлена о том, чем занимаются наши ученые, а недостаточное финансирование популяризации науки ослабляет энтузиазм людей к исследованиям". Спустя два дня после успешного столкновения американского зонда с кометой, Китай представил план: посадить зонд на небольшую комету или астероид, чтобы изменить его траекторию. Китай заявил, что приступит к реализации этой миссии после отправки зонда на Луну.
Вклад астрономов-любителей
Поскольку время наблюдений на крупных профессиональных телескопах, таких как Кека или Хаббл, всегда ограничено, ученые проекта Deep Impact обратились к "опытным астрономам-любителям, студентам и профессионалам" с просьбой использовать небольшие телескопы для проведения длительных наблюдений за кометой-мишенью до и после столкновения. Целью этих наблюдений было изучение "выделения летучих веществ, формирования пылевой комы и интенсивности образования пыли, развития пылевого хвоста, а также активности струй и вспышек". К середине 2007 года астрономы-любители предоставили более тысячи CCD-изображений кометы. Одним из заметных наблюдений, выполненных любителями, стало наблюдение студентов из школ Гавайев, работавших совместно с учеными из США и Великобритании, которые во время пресс-конференции получили изображения в реальном времени, используя автоматический телескоп Фаулкса на Гавайях (управление телескопом осуществлялось студентами через Интернет), и стали одной из первых групп, получивших изображения столкновения. Один астроном-любитель сообщил об обнаружении бесструктурного яркого облака вокруг кометы и оценил увеличение яркости примерно в 2 звездные величины после столкновения. Другой астроном-любитель опубликовал карту области удара, составленную на основе изображений NASA.
Музыкальная дань
Миссия Deep Impact совпала с празднованием в районе Лос-Анджелеса 50-й годовщины выхода песни "Rock Around the Clock" в исполнении Билла Хейли и его кометы, ставшей первым рок-н-ролльным синглом, достигшим первого места в чартах продаж. В течение 24 часов после успешного завершения миссии Мартином Льюисом был создан двухминутный музыкальный клип, в котором использовались изображения самого столкновения в сочетании с компьютерной анимацией зонда Deep Impact в полете, перемежаемой кадрами выступления Билла Хейли и его кометы в 1955 году и выступлениями сохранившихся оригинальных участников The Comets в марте 2005 года. В течение нескольких недель видео было размещено на сайте NASA. 5 июля 2005 года сохранившиеся оригинальные участники The Comets (в возрасте от 71 до 84 лет) дали бесплатный концерт для сотен сотрудников Лаборатории реактивного движения, чтобы отметить успех миссии. Это событие получило широкое освещение в прессе по всему миру. В феврале 2006 года в официальном наименовании астероида 79896 Billhaley, присвоенном Международным астрономическим союзом, была сделана ссылка на концерт, прошедший в JPL.
Расширенная миссия
Deep Impact приступил к расширенной миссии EPOXI (Extrasolar Planet Observation and Deep Impact Extended Investigation) для посещения других комет, после того как был переведен в режим ожидания в 2005 году после завершения миссии Tempel 1.
План кометы Боэтин
Его первым длительным визитом был пролет кометы Боэтина, но с некоторыми осложнениями. 21 июля 2005 года Deep Impact выполнил маневр коррекции траектории, который позволил космическому аппарату использовать гравитацию Земли для начала новой миссии по направлению к другой комете. Первоначальный план предусматривал пролет кометы Боэтина 5 декабря 2008 года с приближением на расстояние до кометы. Майкл А'Херн, руководитель группы Deep Impact, объяснил: «Мы предлагаем направить космический аппарат для пролета мимо кометы Боэтина, чтобы выяснить, являются ли результаты, полученные на комете Темпель 1, уникальными или наблюдаются и на других кометах». Эта миссия стоимостью 40 миллионов долларов должна была предоставить примерно половину информации, полученной при столкновении с Темпель 1, но при значительно меньших затратах. Deep Impact использовал свой спектрометр для изучения состава поверхности кометы и свой телескоп для наблюдения за особенностями рельефа. 28 мая 2010 года был проведен двигательный импульс длительностью 11,3 секунды, чтобы оптимизировать пролет Земли 27 июня для перехода к Хартли 2 и пролета мимо нее 4 ноября. Изменение скорости составило . 4 ноября 2010 года в рамках расширенной миссии Deep Impact (EPOXI) были получены изображения кометы Хартли 2.
On November 4, 2010, the Deep Impact extended mission (EPOXI) returned images from comet Hartley 2.
Возможная миссия к астероиду (163249) 2002 GT
В конце 2011 года Deep Impact был перенаправлен к астероиду (163249) 2002 GT, к которому он должен был приблизиться 4 января 2020 года. На момент перенаправления еще не было решено, будет ли проведена сопутствующая научная миссия в 2020 году, что зависело от бюджета NASA и состояния аппарата. 71-секундный импульс двигателя 4 октября 2012 года изменил скорость аппарата, чтобы удержать миссию на заданном курсе. Также 24 ноября 2011 года был выполнен 140-секундный импульс. Расстояние сближения не превысит 400 километров.
Комета C/2012 S1 (ISON)
В феврале 2013 года Deep Impact наблюдал комету ISON. Комета оставалась видимой до марта 2013 года.
Контакт потерян и миссия окончена
3 сентября 2013 года на веб-сайте миссии EPOXI было опубликовано обновление статуса, в котором сообщалось: "Связь с космическим аппаратом была потеряна в период между 11 и 14 августа. Последняя связь была установлена 8 августа. 30 августа команда установила причину проблемы и сейчас пытается определить наилучший способ восстановления связи". 20 сентября 2013 года NASA прекратила дальнейшие попытки связаться с аппаратом. По словам главного научного сотрудника Э'Херна, причиной программного сбоя стала проблема, аналогичная проблеме 2000 года. 11 августа 2013 года, 00:38:49.6, прошло 232 десятых доли секунды (десятисекунды) с 1 января 2000 года, что позволило предположить, что одна из систем аппарата отсчитывала время с точностью до десятой доли секунды, начиная с 1 января 2000 года, и сохраняла его в 32-битном беззнаковом целом числе, которое в этот момент переполнилось, подобно проблеме 2038 года.