Введение
Отмененный план миссии NASA «Встреча с кометой и пролет мимо астероида» (CRAF) — это отмененный план исследовательской миссии под руководством NASA, разработанной Лабораторией реактивного движения в середине – конце 1980-х и начале 1990-х годов. Миссия предусматривала отправку космического аппарата для сближения с астероидом, а затем для выхода на орбиту вокруг кометы и сопровождения её в течение почти трех лет. Проект был окончательно отменен из-за превышения бюджета; большая часть оставшихся средств была перенаправлена на его аппарат-двойник «Кассини — Гюйгенс», предназначенный для Сатурна, чтобы обеспечить его выживание в условиях сокращения бюджетных ассигнований Конгресса. Большинство научных целей, которые ставились перед CRAF, впоследствии были достигнуты более компактными космическими аппаратами NASA «Стардаст» и «Дип Импакт», а также флагманской миссией ESA «Розетта».
The Comet Rendezvous Asteroid Flyby (CRAF) was a cancelled plan for a NASA led exploratory mission designed by the Jet Propulsion Laboratory during the mid to late 1980s and early 1990s, that planned to send a spacecraft to encounter an asteroid, and then to rendezvous with a comet and fly alongside it for nearly three years. The project was eventually canceled when it went over budget; most of the money still left was redirected to its twin spacecraft, Cassini–Huygens, destined for Saturn, so it could survive Congressional budget cutbacks. Most of CRAF's scientific objectives were later accomplished by the smaller NASA spacecraft Stardust and Deep Impact, and by ESA's flagship Rosetta mission.
Обзор
Предназначенный как первый из запланированных серий космических аппаратов Mariner Mark II, CRAF должен был детально изучить комету во время части её орбиты вокруг Солнца. Он должен был запустить хорошо оснащенный зонд-проникатель/посадочный модуль в ядро кометы для измерения температуры и химического состава. Другие приборы CRAF собирали бы данные о ядре кометы, её коме, а также об облаке пыли и ионов и хвосте. CRAF также должен был обеспечить первое детальное наблюдение за тем, как формируется комета и её хвост из пыли и ионов. Миссии CRAF и Cassini были совместным проектом NASA, Европейского космического агентства и федеральных космических агентств Германии и Италии, а также ВВС США и Министерства энергетики США. Запуск CRAF планировался на борту ракеты Titan IV Centaur в августе 1995 года, но с февраля 1991 года дата запуска была перенесена на Cassini, а запуск CRAF – на февраль 1996 года. Новый профиль запуска включал гравитационный маневр у Венеры, который добавил восемь месяцев к запланированному времени полета, но обеспечил увеличение полезной нагрузки и лучшие альтернативы в случае просрочки окна запуска в феврале 1996 года. Траектория должна была вывести CRAF в пояс астероидов, где двигательный маневр отправил бы космический аппарат обратно к Земле для гравитационного ускорения. CRAF должен был пролететь мимо Земли в июле 1997 года, чтобы выйти на финальную траекторию полета. Используя гравитационные маневры, NASA может запускать космические аппараты на ракетах с меньшей тягой, чем потребовалось бы для прямого полета. Космический аппарат должен был встретиться с астероидом 449 Гамбурга в январе 1998 года по пути к комете. CRAF должен был сделать фотографии и провести другие научные измерения в период сближения. Астероид 449 Hamburga имеет диаметр около и считается углеродистым типом астероида. Планируемой целью CRAF была комета Копфа. Она была названа в честь Августа Копфа, который открыл её 22 августа 1906 года во время наблюдений в обсерватории Кенигстуль возле Гейдельберга, Германия. Спустя девяносто четыре года после открытия Копфа, CRAF должен был прибыть в точку встречи с кометой Копфа в августе 2000 года. Комета и космический аппарат находились бы на расстоянии орбиты Юпитера, за 850 дней до ближайшего приближения к Солнцу, или перигелия. В августе 2001 года CRAF должен был выпустить свой зонд-проникатель/посадочный модуль на комету, а затем продолжить полет рядом с Копфом. Космический аппарат должен был собирать данные в общей сложности в течение двух с двумя третями лет, примерно до 109 дней после прохождения ближайшей к Солнцу точки и начала движения обратно. Это был бы первый случай, когда космический аппарат летел бы в формации с кометой, хотя американский космический аппарат International Cometary Explorer (ICE) пролетел мимо кометы Джакобини-Циннера в 1985 году, космические аппараты из нескольких стран встретились с кометой Галлея в 1986 году, а космический аппарат Giotto пролетел мимо кометы Григга-Скьеллерупа в 1992 году. Сближение с кометой позволило бы изучить вещество, которое, по мнению ученых, является первоначальным, относительно неизменным материалом, оставшимся после того, как облако пыли и газа сколлапсировало, образовав Солнечную систему 4,6 миллиарда лет назад. Ученые считают, что кометы сейчас находятся в отдаленной области Солнечной системы, называемой облаком Оорта. Современная теория утверждает, что гравитационные возмущения от звезд в окрестностях Солнца заставляют некоторые кометы из облака Оорта падать к Солнцу. Космический аппарат CRAF должен был пролететь очень близко к ядру кометы, в пределах которого должно было произойти детальное исследование до начала формирования комы и хвоста. Он наблюдал бы за ядром, когда оно становится активным в растущем солнечном свете и начинает испарять более легкие элементы, формируя кому и хвосты. Позже космический аппарат должен был двигаться внутрь и наружу комы и вниз по хвосту, чтобы изучить их свойства и сложные процессы, происходящие в них, а также собрать образцы пыли для детального анализа на борту космического аппарата. В декабре 2002 года космический аппарат и комета достигли бы максимального сближения с Солнцем. Затем они снова двинулись бы наружу к афелию, близкому к орбите Юпитера. 31 марта 2003 года завершилась первая основная миссия "Comet Rendezvous Asteroid Flyby" (CRAF), первого аппарата серии Mariner Mark II. В то время миссия Cassini, со вторым космическим аппаратом Mariner Mark II, находилась на этапе своего турне по Сатурну.
dust and ion cloud and tail. CRAF was also to provide the first close up look at how a comet's coma and its tail of dust and ions form. CRAF and Cassini missions were a collaborative project of NASA, the European Space Agency and the federal space agencies of Germany and Italy, as well as the United States Air Force and the United States Department of Energy. CRAF was to be launched aboard a Titan IV Centaur rocket in August 1995, but as of February 1991 the launch date was swapped with Cassini and CRAF's launch was moved back to February 1996. The new launch profile included a Venus gravity assist, that added eight months to the planned flight time but offered an increase in payload and better alternatives if the February 1996 launch window were missed. The trajectory would carry CRAF out to the asteroid belt, where a propulsion maneuver would send the spacecraft back toward Earth for a gravity assist boost. CRAF would fly past the Earth in July 1997 to take up its final flight path. By using gravity assist, NASA can launch spacecraft aboard rockets that have less thrust than would be needed for a direct flight. The spacecraft was to encounter an asteroid named 449 Hamburga in January 1998 en route to the comet. CRAF would take photographs and deploy other scientific measurements during the encounter period. Asteroid 449 Hamburga is about in diameter and is thought to be a carbonaceous type asteroid. CRAF's planned cometary target was Comet Kopff. This was named for August Kopff, who discovered it on August 22, 1906, during an observing session at Koenigstuhl Observatory near Heidelberg, Germany. Ninety four years after Kopff's discovery, CRAF would arrive at the rendezvous point with Comet Kopff — in August 2000. Comet and spacecraft would be at the distance of Jupiter's orbit, and 850 days before closest approach to the Sun, or perihelion. CRAF would fire its penetrator/lander at the comet in August 2001, then would continue to fly beside Kopff. The spacecraft would take data for a total of two and two thirds years, until about 109 days after they pass closest to the Sun and are outward bound again. It was to be the first time a spacecraft would have flown in formation with a comet, though a U. S. spacecraft, International Cometary Explorer (ICE), flew by Comet Giacobini Zinner in 1985, spacecraft from several countries encountered Comet Halley in 1986, and the Giotto spacecraft flew past Comet Grigg Skjellerup in 1992. The comet rendezvous would allow study of matter that scientists think is the original, relatively unchanged material left behind when a cloud of dust and gas collapsed to form the Solar System 4.6 billion years ago. Scientists believe comets now reside in a distant region of the Solar System called the Oort cloud. Current theory holds that gravitational nudges from stars in the Sun's neighborhood send some comets from the Oort cloud falling toward the Sun. The CRAF spacecraft would fly extremely close to the comet's nucleus, within The close up exploration would take place before the coma and tail begin to build, it would observe the nucleus as it becomes active in the growing sunlight and begins to have its lighter elements boil off and form a coma and tails. Later the spacecraft would move in and out through the coma and down the tail to study their properties and the complex processes occurring in them, and to collect samples of dust for detailed analysis on board the spacecraft. In December 2002 the spacecraft and the comet would make their closest approach to the Sun. They would then head outward again toward aphelion near Jupiter's orbit. On March 31, 2003, the Comet Rendezvous Asteroid Flyby, first primary mission of Mariner Mark II, would end. At that time the Cassini mission, with the second Mariner Mark II spacecraft, would be in its Saturnian tour phase.
Конструкция космических аппаратов
Космические аппараты класса Mariner Mark II, разработанные для NASA центром JPL, представляли собой новый подход к проектированию, рекомендованный Комитетом NASA по исследованию Солнечной системы, и предназначались для полетов в 1990-х годах к внешним планетам и к примитивным телам, таким как кометы и астероиды. Миссия CRAF должна была стать первой миссией Mariner Mark II. Вторая миссия, получившая название Saturn Orbiter Titan Probe или SOTP (впоследствии Cassini–Huygens), представляла собой орбитальный аппарат Сатурна с зондом, предназначенным для погружения в атмосферу самого большого спутника Сатурна – Титана. Для миссий CRAF и SOTP планировалось использовать идентичные космические аппараты Mariner Mark II, однако каждый из них должен был нести уникальный набор научных приборов.
Инструментовка
Все явления, связанные с кометами, должны были быть изучены приборами CRAF. И благодаря долгой продолжительности запланированного сближения — почти три года — ожидалось, что это позволит заполнить многие ключевые пробелы в научном понимании этих странных объектов. Научная аппаратура миссии была выбрана в октябре 1986 года и должна была включать в себя: камеры для фотографирования ядра, комы и хвоста, а также изменений, происходящих по мере обращения Копфа вокруг Солнца. Фотографии также помогут ученым определить размер и структуру кометы, положение ее полюсов, скорость вращения и геологическое строение. Поверхностный зонд-проникатель для запуска в ядро Копфа. Приборы на борту зонда должны были собрать образцы кометарного льда, изучить изменения, происходящие при его нагревании, и провести химический анализ газов, выделяющихся из льда. Проникатель должен был углубить наконечник, содержащий гамма-спектрометр для измерения концентрации до 20 химических элементов, на глубину до одного метра (трех футов) под поверхностью кометы. Проникатель также должен был нести акселерометры для определения прочности поверхности Копфа и его сопротивления пробиванию, а также термометры для измерения температуры под поверхностью. Зонд-проникатель передавал бы полученные данные на космический аппарат, который затем ретранслировал бы их на Землю. Масс-спектрометры для изучения состава газов, выделяемых ядром, и облака плазмы (ионизированного газа), окружающего ядро. Счетчики, коллекторы и анализаторы пыли для сбора образцов пыли кометы и их изучения на борту. Эта информация поможет ученым определить химические элементы, составляющие пыль и лед, а также измерить массу, размер, форму и состав отдельных пылинок. Визуальный и инфракрасный спектрометр для изучения изменения химического состава комы и поверхности ядра со временем. Магнетометр и анализатор плазменных волн для измерения взаимодействия между комой и потоком электрически заряженных частиц, испускаемых Солнцем. Магнетометр также должен был измерить внутреннее магнитное поле кометы, если оно существует.
Cameras to photograph the nucleus, coma and tail, and changes that occur as Kopff orbits the Sun. Photos also would help scientists determine the comet's size and structure, the location of its poles, its rotation rate and geological structure. A surface penetrator lander to be fired into Kopff's nucleus. The instruments aboard the penetrator lander would collect a sample of cometary ices, study how they change when heated, and perform a chemical analysis of the gases released from the ice. The penetrator would bury its tip, which will contain a gamma ray spectrometer measuring abundances of as many as 20 chemical elements, up to one meter (three feet) below the comet's surface. The penetrator was to carry accelerometers to determine Kopff's surface strength and its resistance to puncture, and thermometers to measure temperatures beneath the surface. The penetrator/lander would radio its findings to the spacecraft, which will then relay them to Earth. Mass spectrometers to study composition of gases released by the nucleus and the cloud of plasma (ionized gas) surrounding the nucleus. Dust counters, collectors and analyzers to capture samples of the comet's dust and study them on board. The information would help scientists determine the chemical elements that make up the dust and ice. In addition, the mass, size, shape and composition of individual dust grains will be measured. A visual and infrared mapping spectrometer to study chemical composition of the coma and the surface of the nucleus as they change with time. A magnetometer and a plasma wave analyzer to measure interactions between the coma and electrically charged particles streaming from the Sun. The magnetometer was also to measure the comet's intrinsic magnetic field, if it has one.