Последняя орбита: как и почему НАСА убивает собственный космический корабль
Уже более десяти лет миссия НАСА по широкоугольному инфракрасному исследованию околоземных объектов (NEOWISE) занимается поиском в небе объектов, сближающихся с Землей. Используя свое инфракрасное зрение, космический корабль, находящийся на орбите над поверхностью Земли, отслеживает астероиды и кометы по всей Солнечной системе и используется для идентификации тех, которые могут приблизиться к Земле.
Возможно, вы узнали это название, потому что оно было использовано для одного из открытий миссии — кометы NEOWISE , которая была самой яркой кометой за более чем 20 лет, когда она пролетела мимо Земли в 2020 году.
Но миссия NEOWISE скоро подойдет к концу, поскольку космический корабль упадет в атмосферу Земли и сгорит. Команда готовится к этому концу в начале следующего года и получает последние научные данные с космического корабля, прежде чем он станет непригодным для использования.
Миссия может завершиться несколькими способами. Если космический корабль, как и многие другие, зависит от солнечной энергии, то он может выйти из строя, поскольку его панели теряют эффективность. Именно это случилось с посадочным модулем InSight на Марсе , поскольку его солнечные панели были покрыты пылью, переносимой ветрами, которая накапливалась с течением времени, пока в конечном итоге не перестала вырабатывать достаточно энергии для продолжения работы. Или у космического корабля, находящегося на орбите, может закончиться топливо, и он больше не сможет ориентироваться и возвращать информацию на Землю, как это произошло с космическим телескопом Кеплер .
Иногда миссия больше не нужна, потому что ее заменили более новые и лучшие технологии. Космический телескоп «Спитцер» , например, был пионером в области инфракрасной астрономии, но с появлением на горизонте более мощного космического телескопа Джеймса Уэбба необходимость в нем отпала.
Но что происходит с космическим кораблем после завершения его миссии? Как вы собираетесь отключить эти вещи? Чтобы выяснить это, мы поговорили с членами команды NEOWISE, миссии НАСА, которая готовится выйти из строя в следующем году.
Грандиозный конец
Некоторые космические корабли можно оставить в безопасном дрейфе в космосе до тех пор, пока они не заденут что-нибудь или причинят какой-либо ущерб. Именно это произошло со Спитцером, который будет мягко уплывать от планеты в течение следующих 50 лет или около того, вращаясь вокруг Солнца и следуя за Землей.
Однако от космических кораблей, находящихся на орбитах вокруг планет, необходимо тщательно избавляться. Когда миссия Кассини к Сатурну подошла к концу , его резко погрузили в атмосферу планеты или свели с орбиты, чтобы намеренно расколоть и уничтожить. Это гарантировало отсутствие шансов загрязнить какой-либо из спутников Сатурна, которые могли быть потенциально обитаемы. Последний спуск также позволил провести ряд невероятных новых исследований атмосферы Сатурна.
Космический корабль NEOWISE находится на орбите Земли, поэтому от него тоже необходимо безопасно избавиться. Опасения заключаются в том, что космический корабль не должен превращаться в космический мусор, что становится растущей проблемой на некоторых орбитах, и что его сход с орбиты не должен представлять опасности для кого-либо на земле.
Последний пункт не является данностью. Были случаи, когда части сведенных с орбиты кораблей приземлялись на землю, например, космическая станция «Скайлэб», упавшая с орбиты в 1979 году, части которой приземлились в Австралии .
Сегодня миссиям приходится планировать, как они будут выводиться с орбиты, еще до запуска.
Специализированная группа JPL (Лаборатории реактивного движения НАСА) анализирует, как будут выглядеть распады, основываясь на таких факторах космического корабля, как его масса и скорость. Это делает последствия схода с орбиты предсказуемыми.
«Вероятность того, что какой-либо обломок упадет и кого-нибудь поранит, очень минимальна, если таковая имеется», — сказал Джозеф Хант, руководитель проекта NEOWISE в Лаборатории реактивного движения. Орбита космического корабля упадет, и в начале следующего года он сгорит в атмосфере Земли.
«Мы хотим достойно завершить эту миссию», — сказал Хант.
Почему NEOWISE закрывается
У NEOWISE не кончается топливо — на его борту нет топлива — и он не стал антиквариатом. Но активность Солнца приводит к его гибели.
Космический корабль находится на низкой околоземной орбите, примерно в 300 милях от поверхности планеты, а это означает, что на него влияет атмосфера планеты.
«Солнце постоянно излучает заряженные частицы и излучение на разных длинах волн. Когда он попадает в атмосферу Земли, он может вызвать ее раздувание. Это может привести к тому, что атмосфера выйдет за пределы своей нормальной высоты», — объяснила Эми Мейнцер, главный исследователь миссии NEOWISE.
Солнце имеет примерно 11-летний цикл активности, иногда более активный, иногда менее. NEOWISE повезло: он начал свою расширенную миссию в период, называемый солнечным минимумом, когда солнечная активность была низкой. И это был особенно тихий солнечный минимум, поэтому атмосфера была менее протяженной, чем обычно. Все это позволило космическому кораблю просуществовать дольше.
Но такая низкая солнечная активность не будет длиться вечно, и сейчас мы вступаем в период повышенной солнечной активности, когда на атмосферу воздействует большее количество радиации от таких явлений, как солнечные вспышки. И это означает конец космического корабля.
«Можно подумать, что мы в космосе, на высоте около 500 километров на орбите, можно подумать, что там совершенно нет атмосферы. Но не совсем», — сказал Майнцер. «Осталось совсем немного, и этого достаточно, чтобы вызвать силы сопротивления, которые притягивают космический корабль и в конечном итоге втягивают его в атмосферу».
Без бортовой двигательной установки космический корабль не сможет оттолкнуться назад или перейти на другую орбиту. Он может вращаться только на месте, так что это «битва, которую мы не сможем выиграть», сказал Майнцер.
Зная, что конец близок, команда NEOWISE назначает дату, когда они будут готовы завершить миссию. Проблема в том, что по мере увеличения сопротивления атмосферы управлять космическим кораблем становится все сложнее, а возможность управления им резко и быстро падает.
«Законы физики, в конце концов, всегда диктуют то, что происходит», — сказал Майнцер. «Это действительно в конечном итоге зависит от матери-природы».
Вторая жизнь
NEOWISE работает с 2013 года, то есть за его успешный опыт работы — 11 лет. Но на самом деле у него уже вторая жизнь. Это потому, что раньше это была совершенно другая миссия под названием WISE.
WISE, или Wide-field Infrared Survey Explorer, был запущен в 2009 году и предназначен для изучения объектов внутри Солнечной системы и за ее пределами, включая Млечный Путь и более отдаленные галактики. В свое время миссия обнаружила тысячи небольших объектов, называемых малыми планетами, а также обнаружила множество звездных скоплений. Он также обнаружил первого земного трояна — астероид, который делит орбиту с Землей.
В миссии использовались инфракрасные детекторы, которые для работы необходимо охладить до очень низких температур. Первоначальная температура составляла всего 8 Кельвинов, что было достигнуто с использованием твердого водорода в качестве теплоносителя.
Но охлаждающая жидкость расходуется. К 2011 году его миссия была завершена, а охлаждающая жидкость закончилась, поэтому космический корабль был переведен в режим гибернации. «Я думал, что это конец истории», — сказал Майнцер.
Но позже, в 2013 году, НАСА заинтересовалось использованием космического корабля для поиска околоземных объектов, и команда поняла, что космический корабль WISE может это сделать. Его повторно активировали и охладили до новой рабочей температуры в течение нескольких месяцев. Космический корабль стабилизировался на уровне 75 Кельвинов, «что для ученого-криогенника похоже на теплый летний день», — сказал Майнцер.
При такой более высокой температуре два из четырех каналов не будут работать корректно, но оставшиеся два канала все равно можно будет использовать для науки. За последнее десятилетие космический корабль обследовал небо, разыскивая и находя тысячи околоземных объектов, используя миллионы инфракрасных измерений.
«Это был невероятный космический джекпот — провести столько времени на космическом корабле», — сказал Майнцер. «Это не должно было случиться».
Прощаться
Хотя деятельность NEOWISE сейчас подходит к концу, вскоре у нее появится преемник. Миссия NEO Surveyor, запуск которой запланирован на 2027 год, также представляет собой инфракрасный космический корабль, вдохновленный успехом NEOWISE. Он будет иметь преимущества усовершенствования ИК-детекторов, которые за последние десятилетия стали намного мощнее, отчасти благодаря технологиям, основанным на камерах мобильных телефонов.
Майнцер также будет руководителем NEO Surveyor и уже занят наблюдением за поставкой оборудования для космического корабля перед интеграцией.
Однако до этого запуска команда все еще работает над завершением миссии NEOWISE и всего, что с ней связано. НАСА не любит демонстрировать завершение миссий, сказал Хант, предпочитая сосредотачиваться на новых запусках или недавно полученных данных. Но они хотят, чтобы миссия завершилась с соответствующей помпой, а это включает в себя общение со средствами массовой информации и празднование достижений миссии, а также подготовку отчетов и внутренних документов.
Не говоря уже о том, что космический корабль все еще занимается наукой до самой последней минуты, поэтому операции миссии необходимо поддерживать. «В ходе этих миссий никогда не знаешь, когда может быть обнародовано величайшее достижение науки или когда произойдет величайшее наблюдение», — сказал Хант. «Это может быть день до того, как мы его выключим!»
Когда наступит последний день миссии, для команды это будет горько-сладкий опыт. NEOWISE за время своего существования добился гораздо большего, чем когда-либо ожидалось, но все равно будет грустно видеть, как это происходит.
«В каком-то смысле эти космические корабли являются небольшим продолжением вас самих. Это как твои глаза в небе. Вы можете видеть то, что он видит», — сказал Майнцер. Но она добавила, что к следующей миссии ее побуждает то, насколько весело она и ее команда получили удовольствие от работы с NEOWISE. Теперь пришло следующее приключение, сказала она: «Пойдем посмотрим еще что-нибудь хорошее!»