Введение
Европейский орбитальный аппарат, отправленный для изучения кометы, "Розетта" был космическим зондом, построенным Европейским космическим агентством и запущенным 2 марта 2004 года. Вместе с посадочным модулем "Филы", "Розетта" провела детальное исследование кометы 67P/Чурюмова–Герасименко (67P). Во время своего путешествия к комете космический аппарат совершил пролёты мимо Земли, Марса и астероидов 21 Лютеция и 2867 Штейнс. 30 сентября 2016 года космический аппарат "Розетта" завершил свою миссию, совершив контролируемое столкновение с поверхностью кометы в регионе Маат. Зонд был назван в честь Розеттского камня – египетской стелы с текстом, написанным на трех языках. Посадочный модуль был назван в честь обелиска из Филы, на котором выгравирована двуязычная греческая и египетская иероглифическая надпись.
Rosetta was a space probe built by the European Space Agency launched on 2 March 2004. Along with Philae, its lander module, Rosetta performed a detailed study of comet 67P/Churyumov–Gerasimenko (67P). During its journey to the comet, the spacecraft performed flybys of Earth, Mars, and the asteroids 21 Lutetia and 2867 Šteins. On 30 September 2016, the Rosetta spacecraft ended its mission by hard landing on the comet in its Ma'at region. The probe was named after the Rosetta Stone, a stele of Egyptian origin featuring a decree in three scripts. The lander was named after the Philae obelisk, which bears a bilingual Greek and Egyptian hieroglyphic inscription.
Обзор миссии
Rosetta была запущена 2 марта 2004 года с Космического центра Гвианы в Куру, Французская Гвиана, ракетой Ariane 5 и достигла кометы Чурюмова — Герасименко 7 мая 2014 года. С этого момента и до 6 августа 2014 года был выполнен ряд маневров для выхода на орбиту вокруг кометы (предыдущие миссии успешно совершили пролеты мимо семи других комет). Это была одна из ключевых миссий ЕКА программы «Горизонт 2000». Космический аппарат состоял из орбитального модуля «Розетта» с 12 приборами и посадочного модуля «Филе» с девятью дополнительными приборами. Миссия «Розетта» находилась на орбите кометы Чурюмова — Герасименко в течение 17 месяцев и была разработана для проведения наиболее детального исследования кометы, которое когда-либо предпринималось. Управление космическим аппаратом осуществлялось из Европейского центра космических операций (ESOC) в Дармштадте, Германия. Планирование работы научной аппаратуры, а также получение, калибровка, архивирование и распространение данных выполнялись в Европейском космическом астрономическом центре (ESAC) в Вильянуэва-де-ла-Канада, недалеко от Мадрида, Испания. По оценкам, в течение десятилетия, предшествовавшего 2014 году, около 2000 человек в той или иной степени участвовали в реализации миссии. Космический аппарат также совершил два пролета мимо астероидов. Он завершил пролет мимо астероида 2867 Штейнс в сентябре 2008 года и мимо 21 Лютеции в июле 2010 года. Позднее, 20 января 2014 года, «Розетта» была выведена из 31-месячного режима ожидания по мере приближения к комете Чурюмова — Герасименко. Посадочный модуль «Филе» успешно совершил первую мягкую посадку на ядро кометы, коснувшись поверхности кометы Чурюмова — Герасименко 12 ноября 2014 года. 5 сентября 2016 года ESA объявила, что посадочный модуль был обнаружен узкоугольной камерой на борту «Розетты» во время низкого пролета орбитального аппарата над кометой. Модуль находится на боку, заклинив в темной расщелине кометы, что объясняет отсутствие электроэнергии, необходимой для установления надежной связи с орбитальным аппаратом.
Предыстория
Во время сближения кометы Галлея в 1986 году для изучения кометы были отправлены международные космические аппараты, наиболее заметным из которых был «Джотто» ESA. После того, как аппараты вернули ценную научную информацию, стало очевидно, что необходимы дальнейшие исследования, которые прольют свет на состав комет и ответят на новые вопросы. И ESA, и NASA начали совместную разработку новых аппаратов. Проект NASA — миссия Comet Rendezvous Asteroid Flyby (CRAF). Проект ESA — последующая миссия по возвращению образцов ядра кометы (CNSR). Обе миссии должны были использовать конструкцию космического аппарата Mariner Mark II, что позволило бы минимизировать затраты. В 1992 году, после отмены CRAF NASA из-за бюджетных ограничений, ESA приняло решение разработать проект в стиле CRAF самостоятельно. К 1993 году стало ясно, что амбициозная миссия по возвращению образцов нереализуема в рамках существующего бюджета ESA, поэтому миссию перепроектировали и впоследствии одобрили в ESA, итоговый план полета напоминал отмененную миссию CRAF: пролет мимо астероида, за которым следовала встреча с кометой с проведением исследований на месте, включая посадочный модуль. Миссия «Розетта» предусматривала преемственность поколений в управлении; это обеспечивало непрерывность миссии на протяжении длительного периода и сохранение специальных знаний, которые передавались будущим членам команды. В частности, несколько молодых ученых были привлечены в качестве ведущих научных исследователей и регулярно проводились учебные сессии. Стела египетского происхождения с указом, написанным на трех языках. Посадочный модуль был назван в честь обелиска Филе, на котором находится двуязычная греческая и египетская иероглифическая надпись. Сравнение его иероглифов с иероглифами на Розеттском камне послужило катализатором для расшифровки египетской письменности. Аналогично, надеялись, что эти космические аппараты приведут к лучшему пониманию комет и ранней Солнечной системы. В более прямой аналогии со своим тезкой, космический аппарат «Розетта» также нес микрогравированный прототип диска «Розетта» из чистого никеля, предоставленный Фондом Long Now. На диске было записано 6500 страниц переводов на различные языки.
Миссия первая
Миссия "Розетта" совершила множество исторических первопроходных достижений. На пути к комете 67P, "Розетта" прошла через главный пояс астероидов и впервые для Европы совершила близкое сближение с несколькими из этих примитивных объектов. "Розетта" стала первым космическим аппаратом, пролетевшим вблизи орбиты Юпитера, используя солнечные батареи в качестве основного источника энергии. "Розетта" была первым космическим аппаратом, вышедшим на орбиту вокруг ядра кометы, и первым космическим аппаратом, пролетевшим рядом с кометой по мере её движения к внутренней Солнечной системе. Она стала первым аппаратом, исследовавшим с близкого расстояния активность замороженной кометы при её нагревании Солнцем. Вскоре после прибытия к 67P, орбитальный аппарат "Розетта" спустил посадочный модуль "Филе" для первой контролируемой посадки на ядро кометы. Приборы роботизированного посадочного модуля получили первые изображения с поверхности кометы и провели первый анализ её состава непосредственно на месте.
Дизайн и строительство
Автобус "Розетта" представлял собой центральную раму и платформу из алюминиевого сотового материала. Его общая масса составляла приблизительно , включая посадочный модуль Philae и научные инструменты. Модуль поддержки полезной нагрузки был установлен на верхней части космического аппарата и содержал научные инструменты, а модуль поддержки автобуса находился в нижней части и содержал подсистемы обеспечения работы космического аппарата. Нагреватели, расположенные по периметру космического аппарата, поддерживали тепло его систем, пока он находился на большом расстоянии от Солнца. Комплекс связи "Розетта" включал в себя поворотную высокоусиленную параболическую антенну, антенну средней направленности с фиксированным положением и две всенаправленные антенны с низким усилением. Электрическая энергия для космического аппарата поступала от двух солнечных батарей общей мощностью каждый из которых был разделен на пять солнечных панелей, каждая из которых состояла из кремниевых элементов толщиной 200 мкм. Солнечные батареи генерировали максимум около 1500 Вт в перигелии, и эта энергия накапливалась в четырех 10 А·ч [литий-ионных] батареях, обеспечивающих напряжение 28 В для автобуса. "Розетта" была построена в чистой комнате в соответствии с правилами COSPAR, но, по словам Герхарда Швехма, научного сотрудника проекта "Розетта", "стерилизация обычно не была критически важна, поскольку кометы обычно рассматриваются как объекты, где можно найти пребиотические молекулы, то есть молекулы, являющиеся предшественниками жизни, но не живые микроорганизмы". Общая стоимость миссии составила около 1,3 миллиарда евро (1,8 миллиарда долларов США).
Запуск
Запуск Rosetta был запланирован на 12 января 2003 года для сближения с кометой 46P/Wirtanen в 2011 году. В мае 2003 года был разработан новый план, предусматривающий сближение с кометой 67P/Чурюмова–Герасименко, с перенесенной датой запуска на 26 февраля 2004 года и сближением с кометой в 2014 году. Большая масса и, как следствие, возросшая скорость сближения потребовали модификации посадочного оборудования. После двух отмененных попыток запуска, Rosetta была запущена 2 марта 2004 года в 07:17 UTC с Космического центра Гвианы во Французской Гвиане с помощью ракеты-носителя Ariane 5 G+.
Космические маневры
Для достижения необходимой скорости для сближения с 67P, "Розетта" использовала гравитационные маневры для ускорения на протяжении всей внутренней Солнечной системы. Орбита кометы была известна до запуска "Розетты" по данным наземных измерений с точностью приблизительно. Информация, собранная бортовыми камерами, начиная с расстояния в 100 км, была обработана в Операционном центре ESA для уточнения положения кометы на ее орбите до нескольких километров. Первый пролет Земли состоялся 4 марта 2005 года. Во время этого сближения солнечные панели не могли быть использованы, так как аппарат находился в тени планеты, где он не получал солнечного света в течение 15 минут, что создавало опасный дефицит энергии. Поэтому аппарат был переведен в режим ожидания, без возможности связи, работая от батарей, которые изначально не были рассчитаны на такую задачу. Этот марсианский маневр получил прозвище "Игра в миллиард евро". Пролет был успешным, и "Розетта" даже вернула детальные изображения поверхности и атмосферы планеты, после чего миссия продолжалась по плану. В ходе наблюдений 7 и 8 ноября "Розетта" была ненадолго ошибочно принята астрономом из Catalina Sky Survey за околоземный астероид диаметром около 100 м и получила предварительное обозначение. Расчеты показали, что она пройдет очень близко к Земле, что вызвало предположения о возможном столкновении. Однако астроном Денис Денисенко установил, что траектория соответствует траектории "Розетты", что было подтверждено Центром малых планет в редакционной публикации 9 ноября. Космический аппарат совершил близкий пролет астероида 2867 Šteins 5 сентября 2008 года. Бортовые камеры были использованы для точной настройки траектории, достигнув минимального расстояния менее чем. Бортовые приборы измеряли астероид с 4 августа по 10 сентября. Максимальная относительная скорость между двумя объектами во время пролета составила. Третий и последний пролет "Розетты" мимо Земли произошел 12 ноября 2009 года на расстоянии около 100 км. 10 июля 2010 года "Розетта" пролетела мимо 21 Lutetia, крупного астероида главного пояса, на минимальном расстоянии 3168 км (1969 миль) со скоростью около 100 км/ч. Пролет обеспечил получение изображений с разрешением до одного пикселя и охватил около 50% поверхности, преимущественно в северном полушарии. 462 изображения были получены в 21 узко- и широкополосном фильтре в диапазоне от 0,24 до 1 мкм. Перед началом периода глубокой космической спячки "Розетты" два из четырех реакционных колес аппарата начали демонстрировать повышенный уровень "шума трения". Увеличение уровня трения в реакционной колесной сборке (RWA) B было зафиксировано после сближения с астероидом Šteins в сентябре 2008 года. Было предпринято две попытки смазать RWA с использованием бортового резервуара масла, но в обоих случаях уровень шума лишь временно снижался, и RWA был выключен в середине 2010 года после пролета астероида Lutetia, чтобы избежать возможного отказа. Вскоре после этого RWA C также начал проявлять признаки повышенного трения. На этом RWA также была проведена повторная смазка, и были найдены способы временно повысить его рабочую температуру для улучшения подачи масла из резервуара. Кроме того, диапазон скоростей реакционного колеса был уменьшен для ограничения общего количества оборотов за время эксплуатации. Эти изменения привели к стабилизации работы RWA C. Во время фазы глубокой космической спячки аппарата инженеры провели наземные испытания запасного RWA в Европейском центре космических операций. После выхода "Розетты" из спячки в январе 2014 года уроки, извлеченные из наземных испытаний, были применены ко всем четырем RWA, например, путем повышения их рабочей температуры и ограничения скорости вращения колес до 1000 об/мин. После этих исправлений RWA показали практически идентичные характеристики. Эти изменения позволили четырем RWA работать на протяжении всей миссии "Розетты" на 67P/Churyumov–Gerasimenko, несмотря на случайные аномалии в графиках трения и высокую нагрузку, вызванную многочисленными изменениями орбиты. К 25 августа 2014 года было определено пять потенциальных мест посадки. 15 сентября 2014 года ESA объявила о выборе площадки J, названной Agilkia в честь острова Agilkia по результатам публичного конкурса ESA, расположенной на "голове" кометы, в качестве места посадки спускаемого аппарата.
Rosetta third and final flyby of Earth happened on 12 November 2009 at a distance of
On 10 July 2010, Rosetta flew by 21 Lutetia, a large main belt asteroid, at a minimum distance of 3168 km (1969 mi) at a velocity of The flyby provided images of up to per pixel resolution and covered about 50% of the surface, mostly in the northern hemisphere. The 462 images were obtained in 21 narrow and broad band filters extending from 0.24 to 1 μm. Prior to Rosetta deep space hibernation period, two of the spacecraft's four reaction wheels began exhibiting increased levels of "bearing friction noise". Increased friction levels in Reaction Wheel Assembly (RWA) B were noted after its September 2008 encounter with asteroid Šteins. Two attempts were made to relubricate the RWA using an on board oil reservoir, but in each case noise levels were only temporarily lowered, and the RWA was turned off in mid 2010 after the flyby of asteroid Lutetia to avoid possible failure. Shortly after this, RWA C also began showing evidence of elevated friction. Relubrication was also performed on this RWA, and methods were found to temporarily increase its operating temperature to better improve the transfer of oil from its reservoir. In addition, the reaction wheel's speed range was decreased to limit lifetime accumulated rotations. These changes resulted in RWA C performance stabilising. During the spacecraft's Deep Space Hibernation flight phase, engineers performed ground testing on a flight spare RWA at the European Space Operations Centre. After Rosetta exited hibernation in January 2014, lessons learned from the ground testing were applied to all four RWAs, such as increasing their operating temperatures and limiting their wheel speeds to below 1000 rpm. After these fixes, the RWAs showed nearly identical performance data. These changes allowed the four RWAs to operate throughout Rosetta mission at 67P/Churyumov–Gerasimenko despite occasional anomalies in their friction plots and a heavy workload imposed by numerous orbital changes. By 25 August 2014, five potential landing sites had been determined. On 15 September 2014, ESA announced Site J, named Agilkia in honour of Agilkia Island by an ESA public contest and located on the "head" of the comet, as the lander's destination.
Конец миссии
По мере того, как орбита кометы 67P удалялась от Солнца, количество солнечного света, достигающего солнечных панелей "Розетты", уменьшалось. Хотя было бы возможно поместить "Розетту" во вторую фазу зимней спячки во время афелия кометы, не было никакой гарантии, что будет достаточно энергии для работы нагревателей космического аппарата и предотвращения его замерзания. Чтобы обеспечить максимальную научную отдачу, руководители миссии приняли решение направить "Розетту" на поверхность кометы и завершить миссию столкновением, собирая фотографии и показания приборов по пути. 23 июня 2015 года, одновременно с подтверждением продления миссии, ESA объявило, что завершение миссии произойдет в конце сентября 2016 года после двух лет работы у кометы. Все станции и комната для брифингов, у нас зафиксирована потеря сигнала в расчетное время. Это еще одно выдающееся достижение группы динамики полета. Мы будем прослушивать сигнал от "Розетты" еще 24 часа, но не ожидаем его. Это конец миссии "Розетта". Спасибо и до свидания. Сильвен Лодио, менеджер по операциям космического аппарата "Розетта", Европейский центр космических операций. Траектория была нацелена на участок в регионе Маат, рядом с областью пыли и газа, формирующей активные углубления. Столкновение с поверхностью кометы произошло через 14,5 часов после начала маневра спуска; последний пакет данных от "Розетты" был передан в 10:39:28.895 UTC (SCET) инструментом OSIRIS и получен в Европейском центре космических операций в Дармштадте, Германия, в 11:19:36.541 UTC. Оценочная скорость космического аппарата в момент столкновения составляла , компьютер "Розетты" содержал команды для перевода аппарата в безопасный режим при обнаружении контакта с поверхностью кометы, отключив радиопередатчик и приведя его в неактивное состояние в соответствии с правилами Международного союза электросвязи.
Газы и частицы
ROSINA (Розеттский орбитальный спектрометр для ионного и нейтрального анализа). Прибор состоял из магнитно-секторного масс-спектрометра с двойной фокусировкой (DFMS) и рефлекторного масс-спектрометра со временем пролета (RTOF). DFMS обладал высоким разрешением (мог разделять N2 и CO) для молекул с массой до 300 а.е.м. RTOF был высокочувствителен к нейтральным молекулам и ионам. Институт исследований Солнечной системы имени Макса Планка (MPS) участвовал в разработке и создании прибора. ROSINA была разработана в Бернском университете (Швейцария). MIDAS (Микро-изобразительная система анализа пыли). Атомно-силовой микроскоп высокого разрешения исследовал различные физические характеристики частиц пыли, оседающих на кремниевой пластине. COSIMA (Анализатор масс вторичных ионов кометной пыли). COSIMA анализировал состав частиц пыли методом вторичной ионной масс-спектрометрии, используя ионы индия. Он мог детектировать ионы с массой до 6500 а.е.м. COSIMA был создан Институтом физики внеземных тел имени Макса Планка (MPE, Германия) при международном участии. Руководством команды COSIMA является Институт исследований Солнечной системы имени Макса Планка (MPS, Германия). GIADA (Анализатор столкновений пылинок и накопитель пыли). GIADA анализировал пылевую среду кометной комы, измеряя оптическое сечение, импульс, скорость и массу каждой пылинки, попадающей внутрь прибора.
Взаимодействие солнечного ветра
RPC (Консорциум плазмы Rosetta).
Когда-то давно... мультфильм
В рамках медийной кампании Европейского космического агентства в поддержку миссии "Розетта", космическим аппаратам "Розетта" и "Филе" были приписаны антропоморфные личности в анимационном веб-сериале под названием "Однажды в далеком прошлом". Сериал изображает различные этапы миссии "Розетта", с участием персонифицированных "Розетты" и "Филе" в "классической истории о путешествии в глубины нашей Вселенной", дополненной различными визуальными гэгами, представленными в образовательном контексте. Произведенный анимационной студией Design & Data GmbH, сериал изначально задумывался ESA как четырехсерийный фантастический проект в духе "Спящей красавицы", призванный привлечь общественность к пробуждению "Розетты" от зимней спячки в январе 2014 года. Однако, после успеха сериала, ESA поручила студии продолжать производство новых эпизодов на протяжении всей миссии. В 2019 году Design & Data адаптировали сериал в 26-минутное планетарное шоу, заказанное Швейцарским музеем транспорта и предложенное для показа в восемнадцати планетариях по всей Европе с целью "вдохновить молодое поколение на исследование Вселенной". Персонажи "Розетты" и "Филе" из сериала "Однажды", разработанные сотрудником ЕКА и карикатуристом Карло Палацзари, стали центральной частью публичного имиджа миссии "Розетта", появляясь в рекламных материалах, таких как плакаты и сувенирная продукция, и часто рассматривались как ключевой фактор популярности миссии среди широкой публики. Сотрудники ЕКА также разыгрывали роли этих персонажей в Twitter на протяжении всей миссии. Вдохновением для создания персонажей послужили "кавайные" персонажи JAXA, представлявшие ряд их космических аппаратов, таких как Hayabusa2 и Akatsuki, с ярко выраженными аниме-подобными личностями. Сценарий для каждого эпизода сериала написан специалистами по научной коммуникации из Европейского центра космических исследований и технологий, которые тесно сотрудничали с операторами миссии и продюсерами из Design & Data. Действие фильма "Ambition" разворачивается в далеком будущем и строится вокруг беседы между мастером, которого играет Гиллен, и его учеником, которого играет Франсиози, где миссия "Розетта" используется в качестве примера важности целеустремленности. Премьера фильма состоялась на кинофестивале Sci Fi: Days of Fear and Wonder Британского института кино в Лондоне 24 октября 2014 года, за три недели до посадки "Филе" на 67P/Чурюмова–Герасименко. Британский писатель-фантаст и бывший сотрудник ЕКА Аластер Рейнольдс на премьере высказался о послании фильма, заявив зрителям, что "наши далекие потомки, возможно, будут вспоминать о "Розетте" с тем же восхищением, которое мы испытываем к Колумбу или Магеллану". Критики в целом положительно оценили фильм. Тим Рейес из Universe Today отметил центральную тему амбиций в фильме, заявив, что он "показывает силы, действующие внутри и вокруг ЕКА", и что он "может добиться большего за 7 минут, чем "Гравитация" за 90".
Освещение в СМИ
Вся миссия широко освещалась в социальных сетях: у миссии была страница в Facebook, а спутник и посадочный модуль имели официальные аккаунты в Twitter, представляющие собой персонификацию обоих космических аппаратов. Хештег "#CometLanding" получил широкое распространение. Была организована прямая трансляция из центров управления, а также множество официальных и неофициальных мероприятий по всему миру, посвященных посадке Philae на 67P. 23 сентября 2016 года Вангелис выпустил студийный альбом "Rosetta" в честь миссии, который 30 сентября был использован в видео "Последний час Rosetta" во время прямой трансляции ESA "Rosetta Grand Finale".