«Люси Насовна Троянская»: всё, что вы хотели узнать о миссии NASA Lucy

Друзья, спасибо всем, кто проголосовал по нашему дайджесту. Победила NASALucy, первая научная миссия Человечества к троянским астероидам Юпитера. Стоимость $1 млрд, 12 лет работы, 3 гравитационных манёвра вокруг Земли и 8 астероидов. Как и обещали, рассказываем подробности.

КА и состав научной аппаратуры

Общий вид космического аппарата миссии NASA Lucy. На рендеринге показано, что левая солнечная батарея раскрылась полностью, но пока до конца не зафиксировалась. Источник: Scitechdaily.com

16 октября 12:34 (мск) с космодрома на мысе Канаверал КА миссии NASA Lucy был выведен ракетой ULA Atlas V 401 на российских двигателях РД-180. Все подсистемы КА работают нормально, но одна из панелей солнечных батарей после раскрытия не зафиксировалась. Угрозу миссии это пока не представляет, — сами солнечные батареи работают штатно.

Специалисты NASA надеются решить проблему с солнечной батареей до конца следующей недели, но раскрытие платформы модуля научной аппаратурой пока отложили. Желательно это сделать сейчас, пока аппарат близко к Земле, потом при ускорениях панель может сложиться и ухудшится снабжение энергией, которой и так будет немного на орбите Юпитера.

Космический аппарат миссии Lucy — сравнительно большой, но только за счёт раскрытых круговых панелей солнечных батарей диаметром по 7,3 м. Последние (при полном раскрытии) обеспечивают мощность в 18 кВт у Земли и 0,5 кВт на орбите Юпитера. Масса КА составляет полторы тонны, примерно половина из которых приходится на топливо — всё-таки летать ему предстоит 12 лет. За это время коммуникацию с Землёй из дальнего космоса будет обеспечивать большая антенна диаметром под 2 м.

Поскольку Lucy предстоит пролететь мимо 8 астероидов, состав её научной аппаратуры максимально «заточен» под их дистанционное зондирование. Аппарат получил камеру высокого разрешения L'LORRI, мультиспектральную камеру L'Ralph с инфракрасным спектрометром LEISA, а также отдельный термоэмиссионный спектрометр L'TES. Ещё одна широкоугольная камера T2CAM будет использоваться для определения формы астероидов. Предполагается её совместная работа с большой двухметровой антенной, имеющей высокий коэффициент усиления. Используя доплеровский сдвиг радиосигнала и данные T2CAM планируется определять массу пролетаемых астероидов. В целом комплекс научной аппаратуры позволит получить детальные снимки как поверхности астероидов (поверхностная геология), так и определить свойства и состав их подповерхностного слоя, включая наличие водяного льда и органических веществ.

Платформа модуля научной аппаратуры Lucy в раскрытом виде. Источник: NASA

Что за троянцы и почему Lucy

Это первая научная миссия к «троянцам» — двум крупным группам астероидов, движущимся вокруг Солнца в окрестностях точек Лагранжа L4 и L5 Юпитера. В этих точках центробежная сила и притяжение Солнца и Юпитера уравновешивают друг друга и астроиды в них могут находиться очень и очень долго. Поэтому ученые предполагают, что троянцы по составу максимально близки к первичному веществу, из которого формировалась Солнечная система более 4 млрд лет назад. Троянские астероиды имеют низкое альбедо (отражающая способность), считается, что они могут содержать больше водяного льда и сложных органических молекул, чем астероиды Главного пояса (между Марсом и Юпитером). Поэтому возможно, изучение троянцев даст ответ на вопрос и о происхождении жизни на Земле.

Траектория миссии была спланирована таким образом, чтобы посетить за миссию максимально возможное число астероидов разных типов (C-, P- и D-типа, их различают по альбедо). Тёмные астероиды P- и D-типов напоминают ледяные транснептунианские астероиды пояса Кеплера на границах Солнечной системы. В то время как C-тип в основном встречаются в Главном поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера. Считается, что все троянцы содержат большое количество соединений из так называемого «тёмного углерода». Под изолирующим слоем пыли они, вероятно, богаты водой и другими летучими веществами.

Миссия названа в честь окаменелых останков женской особи австралопитека афарского, первого известного науке представителя своего вида, получившего имя «Люси». Они были обнаружены при раскопках в Эфиопии в 1972—1974 гг. экспедицией палеоантрополога Дональда Джохансона. И являются самым ранним, известным на сегодня предком человека. По аналогии с Люси троянские астроиды также представляют собой «окаменелости», оставшиеся со времён образования Солнечной системы. Их изучение может раскрыть ранее неизвестные подробности её формирования и эволюции так же, как окаменевший скелет Люси произвёл революцию в нашем понимании эволюции человека.

Сравнительные размеры астероидов, которые планирует пролететь КА миссии NASA Lucy. Источник: NASA

Траектория миссии

Для Lucy на суперкомпьютерах была рассчитана траектория с использованием трёх гравитационных манёвров вокруг Земли для посещения максимального числа «троянцев» разных типов. Таких астероидов более 7640. За 12 лет космический аппарат пролетит 7 из них, а также один астероид Главного пояса.

Первое возвращение КА к Земле для гравитационного манёвра должно произойти в октябре 2022 г., это достаточно ускорит КА для заброса за орбиту Марса. Но он вернётся обратно для ускорения и нового гравитационного манёвра вокруг Земли (пролёт 2024). После чего КА уже сможет набрать необходимую скорость для полёта к Юпитеру. Но перед этим в апреле 2025 г. Lucy пролит мимо ещё одного небольшого астероида DonaldJohanson (52246) главного пояса — таким образом будет отдана дань памяти знаменитому палеоантропологу, в честь которого и назван астероид.

После этого зонд полетит дальше — к пяти астероидам первого «роя» троянцев в районе точки Лагранжа L4 Юпитера: Eurybates и его спутнику Queta/3548 (27 августа 2027), Polymele/15094 (15 сентября 2027), Leucus/11351 (18 апреля 2028) и Orus/21900 (11 ноября 2028). Затем КА направится обратно к Земле для третьего и последнего гравитационного манёвра (2031), после которого полетит уже к точке L5 в системе «Солнце — Юпитер». Там 2 марта 2033 Lucy пролетит мимо финальной цели миссии — двойного астероида Patroclus/Menoetius (617). Далее он выйдет на устойчивую траекторию полёта свозь рой. И если состояние научной аппаратура и запасы топлива позволят, — миссия продолжится. Но учёные в NASA пока не хотят заглядывать так далеко, — выполнить бы сначала задуманное.

Траектория 12-летней миссии Lucy. Источник: NASA

Таким образом, в случае успеха за 12 лет работы межпланетная станция посетит 8 астероидов разных типов, — это абсолютный рекорд. По сложности с задачей может сравниться разве что миссия ОАЭ к главному поясу астероидов, старт которой запланирован на 2028 г. (Pro космос писал о ней).

Последняя научная миссия ULA Atlas V с РД-180

NASA Lucy стала последней научной миссией, которая запущена с помощью российских двигателей РД-180. Напомним, из-за запрета Конгресса США ULA прекратила их закупки, а имеющиеся двигатели использует для оставшихся 16 пусков ракеты Atlas V до 2024 г. Все старты несут коммерческую нагрузку или сделаны в интересах правительства/военных. Отметим, что пять пусков зарезервированы для вывода на орбиту космического корабля Boeing Starliner, старт которого всё время откладывается «вправо» (тут подробнее). О потенциальном уходе с рынка РД-180, заслуженного и надёжного двигателя для носителя Atlas V, можно почитать тут.