Історія ESA: народження агентства та перші космічні місії

Історія становлення об’єднаної Європи у якості світового космічного гравця сповнена труднощів та перепон. Після Другої світової війни Старий світ полишало багато видатних астрофізиків і конструкторів, які переважною більшістю зробили свою кар’єру по той бік океану — у Сполучених Штатах Америки. Цей колосальний відтік мізків призвів до невизначеності щодо створення Європейського космічного агентства (ESA) — організації, яка мала б забезпечити незалежну присутність Європи у космосі.

Утім, певний відсоток учених залишалися працювати у Європі, вмотивовані мрією про те, що одного дня вона отримає своє власне незалежне космічне агентство. Це історія про втілення їхньої мрії, яку публікує видання MaxPolyakov.space.

Передумови появи Європейського космічного агентства: мрія Едуардо Амальді

Ще до офіційного заснування ESA, 30 травня 1975 року, появу агентства пророкували видатні науковці-візіонери свого часу. У грудні 1958 року італійський фізик Едуардо Амальді, відомий за працями в області дослідження нейтрино (цей термін в науку ввів сам учений) та пошуку гравітаційних хвиль, зустрівся зі своїм давнім колегою, французьким фізиком П’єром Віктором Оже, та кількома вченими з восьми країн Західної Європи, аби обговорити майбутній розвиток європейської космічної програми.

За результатами цієї зустрічі Амальді навіть написав обнадійливий лист, в якому мріяв про появу в Європі власного незалежного космічного агентства, що вестиме свою дослідницьку космічну діяльність на благо континенту та всього світу. Окрім листа, зустріч, що відбулася 1958 року, мала і свої конкретні наслідки — вчені дійшли згоди щодо створення двох відокремлених одна від одної космічних агенцій: Європейської організації з розробки ракет-носіїв (European Launcher Development Organisation, ELDO, 1962 рік заснування) та Європейської організації космічних досліджень (European Space Research Organisation, ESRO, 1964 рік заснування). З назв цих двох структур можна дійти висновку, що ELDO переймалася питаннями побудови нових ракет-носіїв та космічних апаратів, а завданням ESRO було розроблення концепцій космічних місій, у котрих вони будуть задіяні.

Амальді та Оже стояли у витоків заснування Європейської організації космічних досліджень. Ученим були добре знайомі механізми координації наукової співпраці в масштабах усієї Європи, оскільки з 1954 року обидва обіймали керівні посади у Європейській організації ядерних досліджень (CERN). Спочатку до складу новоствореної ESRO увійшли 10 країн: Франція, Велика Британія, ФРН (Західна Німеччина), Швейцарія, Швеція, Іспанія, Італія, Бельгія, Нідерланди та Данія. Її першим генеральним директором став П’єр Оже, а штаб-квартира організації розмістилася у Парижі.

Попри те, що теоретично ESRO та ELDO створювалися як нерозривний тандем двох космічних організацій, подекуди їхня співпраця не була такою жвавою. Механізм взаємодії обох структур (до складу яких, до того ж, входили представники різних країн) гальмував через класичну для Європи бюрократію, нестачу фінансування і розбіжності в інтересах керівництва.

В реальності це проявилося у провалених термінах проєктів. Коли в період з 1968 до 1972 року дослідницька ESRO зуміла запустити аж сім супутників, ракетобудівна ELDO не могла представити жодного дієвого прототипу ракети-носія. Єдина запропонована ELDO ракета — Europa — за роки розробки дійшла тільки до стадії тестових запусків, кожен з яких, утім, закінчився провалом.

Організація явно потребувала реформації, тож 30 травня 1975 року на Конференції повноважних представників, що проходила у Парижі, посланці 10 західноєвропейських країн — учасниць ESRO презентували та підписали конвенцію ESA, фактично об’єднавши ESRO й ELDO у єдине агентство. Цього дня Європейське космічне агентство народилося офіційно.

Перші кроки: рентгенівська обсерваторія Cos-B

Перший успіх новоствореного ESA на примусив на себе довго чекати. 9 серпня 1975 року на американській ракеті Delta 2913 з космодрому бази Космічних сил “Ванденберг” (на той час ще бази Повітряних сил) стартував супутник для відстеження космічного гамма-випромінювання — Cos-B.

Звісно, Cos-B не був побудований з нуля виключно зусиллями новоствореного ESA — запуск супутника відбувся тоді, коли з дати заснування нового агентства не виповнилося й трьох місяців. Розробку Cos-B запропонувала ESRO ще у середині 1960-х років, і навіть сам запуск маркувався NASA як запуск для Європейської організації космічних досліджень. Проте контроль подальшого статусу місії відбувся уже зусиллями співробітників нового космічного агентства.

Головними цілями космічної місії Cos-B було:

• дослідження спектра та розподілу галактичних гамма-променів;
• дослідження природи розподілу позагалактичного гамма-випромінювання;
• картографування і подальше внесення до Другого кембриджського каталогу радіоджерел (2CG) найбільш сильних точкових джерел гамма-випромінювання;
• пошук нових точкових джерел гамма-випромінювання.

Для фіксації гамма-випромінювання супутник Cos-B був оснащений іскристим детектором. Цей прилад дозволяв зафіксувати трек заряджених високоенергетичних частинок у момент їхнього проходження крізь інертний газ, яким був заповнений простір поміж металевих пластин детектора. Гамма-частинки, рухаючись у сповненому інертного газу просторі, лишали за собою слід з іскор, які й фіксувала камера детектора. Це рішення було вкрай популярним у експериментальній ядерній фізиці в середині ХХ сторіччя, тому фахівці, що стояли за розробкою Cos-B, вирішили оснастити подібним детектором і свій супутник.

Рентгенівська лабораторія на орбіті майже утричі перевищила свій розрахунковий експлуатаційний термін, і замість 2,5 року пропрацювала шість років і вісім місяців (остаточно місія Cos-B завершена 25 квітня 1982 року). Дані, отримані супутником, дозволили фахівцям з ESA скласти мапу рентгенівського випромінювання, що надходить з центра нашого Чумацького шляху.

Досвід, отриманий під час піонерської космічної місії ESA Cos-B, відкриє шлях до вдосконалення технології супутникових гамма-телескопів і надалі призведе до запуску нових європейських орбітальних рентгенівських обсерваторій. Наступницею Cos-B стане рентгенівська обсерваторія EXOSAT (початкова назва HELOS), яку ESA запустить 26 травня 1983 року. Супутник пропрацює майже три роки (включно з квітнем 1986-го) та здійснить за час своєї активності понад 1780 спостережень за найбільшими джерелами рентгенівського випромінювання у видимому Всесвіті, відкриваючи багато нових джерел точкового гамма-випромінювання, переважно пульсарів.

Квінтесенцією ж європейських рентгенівських обсерваторій на орбіті став багатодзеркальний XMM-Newton (X-ray Multi-Mirror), який запустили за 24 роки після Cos-B, у грудні 1999-го, в межах реалізації програми ESA — Horizon 2000. Почавши плідну діяльність з дослідження Всесвіту в рентгенівському діапазоні у липні 2000 року, XMM-Newton дотепер перебуває в активному статусі, поповнюючи свій доробок наукових досліджень. За майже двадцятирічний період функціонування на дані, отримані за допомогою XMM-Newton, спиралися понад 5600 наукових праць (станом на 2018 рік) з астрономії. На сьогодні ESA планує продовжити роботу XMM-Newton як мінімум до 2026 року, що для наукового товариства означає ще більше праць, які будуть написані за результатами цих досліджень.

Загалом же вдалий досвід запуску першої космічної рентгенівської обсерваторії Cos-B підвищить упевненість ESA у власних силах і вже у 1980-х роках призведе до появи концепції перших європейських міжпланетних місій. Піонером на цьому шляху стане місія космічного апарата Giotto, який 1985 року вирушить у подорож до комети Галлея.

Таємниці комет: досвід Giotto та Rosetta

Своєю назвою роботизований космічний апарат Giotto зобов’язаний італійському художнику Джотто ді Бондоне, який на початку XIV сторіччя першим художньо зобразив комету Галлея на своїй картині “Поклоніння Волхвів”.

Плани дослідити комету Галлея з’явилися в ESA ще 1980 року. Для повного аналізу космічний апарат Giotto мав на борту цілий арсенал з 10 наукових приладів, серед яких були: магнітометр (MAG), пристрій для вимірювання маси частинок пилу, що осіли на детектор супутника (DID), пара аналізаторів космічної плазми (RPA і JPA), два різновиди спектрометрів маси (нейтральний NMS та іонний IMS), енергетичний аналізатор частинок (EPA), аналізатор розміру та хімічного складу пилу, який лишала по собі комета (PIA), радіохвильовий аналізатор GRE, багатоколірна камера (HMS), закріплена на телескопі діаметром 16 см, та оптичний прилад (OPE), який вимірював коефіцієнт випромінювання газу та пилу, що утворювалися позаду космічного корабля.

Безпілотний космічний корабель Giotto був не єдиним, хто вирушив на зустріч з кометою Галлея. Для більш точного наведення Giotto на його головну ціль — ядро комети, зонду передували ще чотири космічні апарати (два радянських зонди з програми “Вега”, та два зонди від японської JAXA: Sakigake і Suisei). Разом п’ять космічних апаратів утворили так звану Армаду Галлея, головною метою якої стало більш точне визначення місцеположення рухомої комети у просторі під час її прольоту внутрішньою частиною Сонячної системи. Японські зонди разом з активним на той момент американським International Cometary Explorer від NASA проводили вимірювання відстані до комети на значній віддаленості та згодом передали ці дані радянським колегам, завданням яких було встановлення точної відстані до ядра комети за допомогою двох космічних апаратів “Вега”. Місія ж європейського Giotto полягала в тому, щоб, спираючись на попередні дані, отримані від Армади Галлея, оптимально наблизитися до бажаної комети.

2 липня 1985 року Giotto стартував з космодрому ESA у Французькій Гвіані, закріплений у відділені корисного навантаження ракети Ariane 1. Його подорож тривала понад дев’ять місяців і тріумфально завершилася наближенням до ядра комети Галлея 14 березня 1986 року. За 10 і 5 днів до цієї події до комети підлетіли два радянських зонди — “Вега-1” (4 березня 1986) та “Вега-2” (9 березня 1986), проте найменша дистанція до ядра комети становила лише 8889 км. Малюк Giotto скоротив ці показники майже у 15 разів та підійшов максимально близько — 596 км до кометного ядра.

Під час наближення не справдились песимістичні прогнози фахівців ESA, що керували місією. Вчені побоювались, що Giotto не переживе зіткнення з частинками пилу та дрібними космічними уламками, які комета залишила позаду себе. Декілька разів Giotto дійсно зазнав зіткнень, одне з яких навіть вивело з ладу його камеру HMS. На щастя ESA, це сталося вже після того, як зонд з близької відстані зробив перші в історії фотографії ядра комети Галлея.

Після закінчення місії з наближення до комети Галлея траєкторія Giotto була переорієнтована на Землю, і наукове обладнання зонда вимкнулося задля економії енергії. Космічний анабіоз Giotto тривав понад чотири роки, відтак зонд отримав нове завдання — наблизитися до комети Грігга–Шкеллерупа (26P/Grigg–Skjellerup), яка також увійшла у внутрішні межі Сонячної системи. 10 липня 1992 року Giotto підлетів до ядра комети Грігга–Шкеллерупа на відстань 200 км, і так само, як раніше з кометою Галлея, здійснив основні заміри космічного тіла за допомогою свого наукового інструментарію. Наприкінці липня 1992 року обладнання зонда остаточно відключилося, проте він усе ще перебував на своїй витягненій еліптичній орбіті та ще раз оминув Землю у 1999 році.

Як і у випадку з рентгенівською обсерваторією Cos-B, Giotto був лише першою ластівкою космічних місій ESA з дослідження комет Сонячної системи. Мабуть, найбільш вражаючим успіхом цієї наукової роботи стала місія космічного апарата Rosetta з дослідження комети Чурюмова–Герасименко (67Р).

Апарат Rosetta стартував 2 березня 2004 року на борту ракети Ariane 5 та попрямував назустріч об’єкту свого дослідження — загалом шлях до комети Чурюмова–Герасименко тривав понад 10 років. Він завершився історичним наближенням до 67Р, яке сталося 7 травня 2014 року. Зонд понад 17 місяців обертався навколо комети, зробивши безліч високодеталізованих світлин її поверхні та провівши низку дистанційних досліджень за допомогою свого арсеналу з 12 наукових інструментів.

Утім, для Rosetta фотосесія комети була лише початком її дивовижної місії. 12 листопада 2014 року від зонда відокремився посадковий модуль Philae, який здійснив першу в історії людства м’яку посадку на ядро комети. Це був приголомшливий успіх для команди Rosetta (участь в якій у різні часи розвитку програми брали понад 2000 осіб), та для ESA загалом. Попри те, що апарат приземлився у сповнену тіні кам’янисту щілину комети, що заважала йому належним чином отримувати світло для заряду своїх батарей, материнський модуль Rosetta зміг сфотографувати Philae у вересні 2016 року, під час іще одного наближення до комети Чурюмова–Герасименко на відстань 2,7 км.

Після впевненого старту міжпланетних місій, спрямованих на дослідження комет, ESA почне зазіхати на ще більші об’єкти Сонячної системи. На черзі була низка планетарних місій європейського агентства.

Мова про це піде у продовжені цього матеріалу.

Читайте також:

Історія ESA: планетарні місії та космічні програми 

Тенденції космічної галузі 2023 року 

Телескоп «Евклід» у викривленому Всесвіті

Дослідження Марса на сучасному етапі 

Проект Solaris