Sonda unosi się w lodowatej pustce. Od jego uruchomienia na Bajkonurze minęły trzy lata, a za miliardem kilometrów ciągnie się długa droga. Pas asteroid został bezpiecznie przekroczony, kruche instrumenty przetrwały dotkliwe zimno kosmosu. A dalej? Straszne burze elektromagnetyczne na orbicie Jowisza, śmiertelne promieniowanie i trudne lądowanie na powierzchni Ganimedesa – największego z satelitów gigantycznej planety.
Według współczesnej hipotezy pod powierzchnią Ganimedesa znajduje się ogromny, ciepły ocean, zamieszkany prawdopodobnie przez najprostsze formy życia. Ganimedes jest pięć razy dalej od Ziemi, 100-kilometrowa warstwa lodu niezawodnie chroni „kołyskę” przed kosmicznym zimnem, a potworne pole grawitacyjne Jowisza nieustannie „wstrząsa” rdzeniem satelity, tworząc niewyczerpane źródło ciepła. energia.
Rosyjska sonda ma wykonać miękkie lądowanie w jednym z kanionów na lodowej powierzchni Ganimedesa. Za miesiąc wywierci lód na głębokość kilku metrów i przeanalizuje próbki - naukowcy mają nadzieję ustalić dokładny skład chemiczny zanieczyszczeń lodowych, co da pewne pojęcie o wewnętrznej strukturze satelity. Niektórzy uważają, że będzie można znaleźć ślady życia pozaziemskiego. Ciekawa międzyplanetarna wyprawa – Ganimedes stanie się siódmym ciałem niebieskim*, na powierzchni którego odwiedzą sondy ziemskie!
„Europe-P” czyli techniczna strona projektu
Jeśli słowa wicepremiera Rogozina o „lądowaniu na Księżycu” Międzynarodowej Stacji Kosmicznej można uznać za żart, to zeszłoroczna wypowiedź szefa Roskosmosu Władimira Popowkina o zbliżającej się misji na Jowisz wygląda na poważną decyzję. Słowa Popovkina w pełni pokrywają się z opinią akademika Lwa Zelenego, dyrektora Instytutu Badań Kosmicznych RAS, który już w 2008 roku ogłosił zamiar wysłania ekspedycji naukowej na lodowe księżyce Jowisza - Europę lub Ganimedesa.
Cztery lata temu, w lutym 2009 roku, podpisano międzynarodowe porozumienie o uruchomieniu kompleksowego programu badawczego Europa Jupiter System Mission, w którym oprócz rosyjskiej stacji międzyplanetarnej, do Jowisz. Warto zauważyć, że Roskosmos wybrał dla siebie najdroższą, złożoną i najważniejszą część programu – w przeciwieństwie do innych uczestników, którzy przygotowują tylko orbitery do badania czterech „dużych” satelitów Jowisza (Europa, Ganimedes, Callisto, Io) z kosmosu rosyjska stacja powinna wykonać najtrudniejszy manewr i delikatnie „wylądować” na powierzchni jednego z wybranych satelitów.
Rosyjska kosmonautyka zmierza w kierunku zewnętrznych rejonów Układu Słonecznego. Za wcześnie na wykrzyknik, ale sam nastrój jest zachęcający. Doniesienia z głębi kosmosu wyglądają znacznie ciekawiej niż doniesienia z Riwiery Francuskiej, gdzie na wakacjach bawi się część rosyjskich urzędników.
Jak w każdym ambitnym projekcie, w przypadku rosyjskiej sondy do badania Ganimedesa panuje duży sceptycyzm, od kompetentnych i uzasadnionych ostrzeżeń do jawnego sarkazmu w stylu „uzupełniania rosyjskiej grupy orbitalnej na dno Oceanu Spokojnego”.
Pierwsze i chyba najprostsze pytanie: po co Rosji ta superwyprawa? Odpowiedź: jeśli zawsze kierowały nami takie pytania, ludzkość nadal siedziała w jaskiniach. Poznanie i eksploracja Wszechświata - to być może główny sens naszego istnienia.
Jest za wcześnie, aby oczekiwać konkretnych rezultatów i praktycznych korzyści z wypraw międzyplanetarnych – tak jak wymaga się od trzyletniego dziecka samodzielnego zarabiania na życie. Ale prędzej czy później nastąpi przełom i zgromadzona wiedza o odległych kosmicznych światach na pewno się przyda. Być może jutro rozpocznie się kosmiczna „gorączka złota” (dostosowana do jakiegoś Iridium lub Helium-3) i będziemy mieli potężny bodziec do opanowania Układu Słonecznego. A może zostaniemy na Ziemi przez kolejne 10 000 lat, nie mogąc wkroczyć w kosmos. Nikt nie wie, kiedy to się stanie. Ale jest to nieuniknione, sądząc po furii i niezłomnej energii, z jaką człowiek zmienia nowe, wcześniej niezamieszkane terytoria na naszej planecie.
Drugie pytanie, związane z ucieczką do Ganimedesa, brzmi ostrzej: czy Roskosmos jest w stanie przeprowadzić ekspedycję tej wielkości? W końcu ani rosyjskie, ani sowieckie stacje międzyplanetarne nigdy nie działały w zewnętrznych regionach Układu Słonecznego. Kosmonautyka domowa ograniczała się do badania najbliższych ciał niebieskich. W przeciwieństwie do czterech małych „planet wewnętrznych” o stałej powierzchni – Merkurego, Wenus, Ziemi i Marsa, „planety zewnętrzne” to gazowe olbrzymy, o całkowicie nieodpowiednich rozmiarach i warunkach na ich powierzchniach (i ogólnie, czy mają „powierzchnia”? Według współczesnych koncepcji „powierzchnia” Yuritera to monstrualna warstwa ciekłego wodoru w głębi planety pod ciśnieniem w setkach tysięcy atmosfer ziemskich).
Ale wewnętrzna struktura gazowych gigantów to drobiazg w porównaniu z trudnościami, jakie pojawiają się podczas przygotowań do lotu do „zewnętrznych regionów” Układu Słonecznego. Jeden z kluczowych problemów wiąże się z kolosalnym oddaleniem tych regionów od Słońca – jedynym źródłem energii na pokładzie międzyplanetarnej stacji jest jej własny RTG (radioizotopowy generator termoelektryczny), zasilany dziesiątkami kilogramów plutonu. Gdyby taka „zabawka” znalazła się na pokładzie Fobosa-Grunta, epopeja z upadkiem stacji na Ziemię zamieniłaby się w światową „rosyjską ruletkę”… Kto dostałby „główną nagrodę”?
Jednak w przeciwieństwie do jeszcze bardziej odległego Saturna, promieniowanie słoneczne na orbicie Jowisza jest nadal bardzo wrażliwe - na początku XXI wieku Amerykanom udało się stworzyć bardzo wydajną baterię słoneczną, która została wyposażona w nową międzyplanetarną stację Juno (uruchomioną do Jowisz w 2011). Udało nam się pozbyć drogiego i niebezpiecznego RTG, ale wymiary trzech paneli słonecznych „Juno” są po prostu ogromne – każdy ma 9 metrów długości i 3 metry szerokości. Złożony i kłopotliwy system. Jak dotąd nie pojawiły się żadne oficjalne komentarze na temat decyzji Roskosmosu.
Odległość do Jowisza jest 10 razy większa niż odległość do Wenus czy Marsa – w związku z tym pojawia się pytanie o czas trwania lotu i zapewnienie niezawodności sprzętu na wiele lat pracy w otwartej przestrzeni.
Obecnie prowadzone są badania w zakresie tworzenia wysokowydajnych silników jonowych do dalekodystansowych lotów międzyplanetarnych – mimo fantastycznej nazwy są to zupełnie banalne i raczej proste urządzenia, które były wykorzystywane w systemach kontroli położenia sowieckich satelitów Seria meteorów. Zasada działania - z komory roboczej wypływa strumień zjonizowanego gazu. Siła ciągu „super-silnika” to dziesiąte części Newtona … Jeśli umieścisz „silnik jonowy” na małym samochodzie „Oka”, samochód „Oka” pozostanie na swoim miejscu.
Sekret polega na tym, że w przeciwieństwie do konwencjonalnych chemicznych silników odrzutowych, które rozwijają ogromne moce przez krótki czas, silnik jonowy pracuje cicho na otwartej przestrzeni przez cały lot na odległą planetę. Zbiornik skroplonego ksenonu o masie 100 kg wystarcza na dziesiątki lat eksploatacji. W efekcie po kilku latach urządzenie osiąga dość solidną prędkość, a biorąc pod uwagę fakt, że prędkość wypływu czynnika roboczego z dyszy „silnika jonowego” jest wielokrotnie wyższa niż prędkość wypływu czynnika roboczego z dyszy konwencjonalnego silnika rakietowego na paliwo ciekłe, perspektywy przyspieszenia statków kosmicznych otwierają się przed inżynierami do prędkości setek kilometrów na sekundę! Całe pytanie dotyczy obecności na pokładzie wystarczająco silnego i pojemnego źródła energii elektrycznej, aby wytworzyć pole magnetyczne w komorze silnika.
W 1998 roku NASA eksperymentowała już z systemem napędu jonowego na pokładzie Deep Space-1. W 2003 roku na planetoidę Itokawa poleciała japońska sonda Hayabusa, również wyposażona w silnik jonowy. Czas pokaże, czy przyszła rosyjska sonda otrzyma podobny silnik. W zasadzie odległość do Jowisza nie jest tak duża jak np. do Plutona, dlatego główny problem polega na zapewnieniu niezawodności sprzętu sondy i jego ochronie przed zimnem i strumieniami kosmicznych cząstek. Miejmy nadzieję, że rosyjska nauka poradzi sobie z tym trudnym zadaniem.
Trzeci kluczowy problem na drodze do odległych światów brzmi krótko i zwięźle: łączność
Zapewnienie stabilnego połączenia ze stacją międzyplanetarną – ta kwestia nie ustępuje złożonością budowie „Wieży Babel”. Na przykład sonda międzyplanetarna Voyager 2, która w sierpniu 2012 opuściła Układ Słoneczny i unosi się teraz w przestrzeni międzygwiazdowej, zmierza w kierunku Syriusza, do którego dotrze za 296 000 lat ziemskich. W tej chwili Voyager 2 znajduje się 15 miliardów kilometrów od Ziemi, moc nadajnika sondy międzyplanetarnej wynosi 23 W (jak żarówka w lodówce). Wielu z Was pokręci głową z niedowierzaniem – zobaczyć przyćmione światło 23-watowej żarówki z odległości 15 miliardów kilometrów… to niemożliwe.
Jednak inżynierowie NASA regularnie otrzymują dane telemetryczne z sondy z prędkością 160 bps. Po 14-godzinnym opóźnieniu sygnał nadajnika Voyager 2 dociera do Ziemi z energią 0,3 miliardowych części bilionowej wata! I to wystarczy - 70-metrowe anteny centrów komunikacji kosmicznej dalekiego zasięgu NASA w USA, Australii i Hiszpanii pewnie odbierają i dekodują sygnały kosmicznych wędrowców. Kolejne przerażające porównanie: energia emisji radiowej z gwiazd, przyjęta przez całe istnienie kosmicznej radioastronomii, nie wystarcza do podgrzania szklanki wody o co najmniej jedną milionową stopnia! Czułość tych urządzeń jest po prostu niesamowita. A jeśli odległa sonda międzyplanetarna wybierze odpowiednią częstotliwość i zorientuje swoją antenę w kierunku Ziemi, z pewnością zostanie usłyszana.
Niestety w Rosji nie ma infrastruktury naziemnej do komunikacji kosmicznej na duże odległości. Kompleks ADU-1000 „Pluton” (zbudowany w 1960 roku, Evpatoria, Krym) jest w stanie zapewnić stabilną komunikację ze statkami kosmicznymi w odległości nie większej niż 300 milionów kilometrów - to wystarczy do komunikacji z Wenus i Marsem, ale za mało dla loty na „planety zewnętrzne”.
Jednak brak niezbędnego sprzętu naziemnego nie powinien stać się przeszkodą dla Roskosmosu – do komunikacji z urządzeniem na orbicie Jowisza zostaną wykorzystane potężne anteny NASA. Jednak międzynarodowy status projektu zobowiązuje…
Wreszcie, dlaczego do badań wybrano Ganimedesa, a nie Europę, bardziej obiecującego pod względem poszukiwania podlodowego oceanu? Ponadto projekt był pierwotnie oznaczony jako „Europa-P”. Co sprawiło, że rosyjscy naukowcy ponownie rozważyli swoje zamiary?
Odpowiedź jest prosta i nieco nieprzyjemna. Rzeczywiście, pierwotnie miał wylądować na powierzchni Europy.
W tym przypadku jednym z kluczowych warunków była ochrona statku kosmicznego przed uderzeniem pasów radiacyjnych Jowisza. I nie jest to zbyt daleko idące ostrzeżenie – międzyplanetarna stacja Galileo, która weszła na orbitę Jowisza w 1995 roku, otrzymała na swojej pierwszej orbicie 25 śmiertelnych dawek promieniowania. Stację uratowała jedynie skuteczna ochrona radiologiczna.
W tej chwili NASA dysponuje niezbędnymi technologiami do ochrony przed promieniowaniem i ekranowania wyposażenia statków kosmicznych, ale niestety Pentagon zakazał przekazywania tajemnic technicznych stronie rosyjskiej.
Musieliśmy pilnie zmienić trasę - zamiast Europy wybrano Ganimedesa, położonego w odległości 1 miliona km od Jowisza. Zbliżanie się do planety byłoby niebezpieczne.
