Продовження.
Початок: Історія ESA: народження агентства та перші космічні місії
В античній міфології є легенда, за якою Зевс (в римській традиції — Юпітер) перетворився на білого бика, аби викрасти дочку фінікійського царя на ім’я Європа, яка звабила його своєю красою. За сюжетом міфу, Європа була сповнена жаху та зневаги до свого викрадача, проте в реальності ХХ сторіччя все сталося зовсім інакше. Космічна програма Європи мріяла дослідити Юпітер.
Про низку планетарних місій Європейського космічного агентства розповідає стаття. яку публікує видання MaxPolyakov.space.
Титанічна симфонія Cassini–Huygens
Утім, повноформатні планетарні місії для ESA розпочалися не з Юпітера. 15 жовтня 1997 року на ракеті Titan IVB/Centaur стартувала Cassini–Huygens — спільна місія NASA та ESA. Вона була спрямована на дослідження планетарної системи Сатурна і навіть передбачала посадку роботизованої посадкової платформи на його супутник — Титан. Американці розробили концепцію орбітального космічного корабля Cassini, а європейці сконструювали посадковий модуль, який назвали Huygens на честь нідерландського астронома XVII століття Християна Гюйгенса, що вперше відкрив супутник Сатурна у 1655 році.
Huygens складався з двох частин: захисного теплового екрана діаметром 2,7 м, який призначався для входження в атмосферу Титана, та основного посадкового модуля діаметром 1,3 м.
Від початку фахівці ЕSА проєктували Huygens з огляду на його нетривале життя. Планувалося, що активна робота модуля, яка охоплювала збір та відправку наукових даних на Землю (через системи зворотного зв’язку з Cassini), триватиме всього 153 хвилини. За цей час зонд мав застосувати увесь свій науковий арсенал з шістьох інструментів:
- HASI (Huygens Atmospheric Structure Instrument) — прилад для збору інформації про атмосферу Титана під час приземлення Huygens. Він складався з акселерометра, датчика атмосферного тиску і температури й аналізатора діелектричної проникності, який дозволив отримати дані щодо імпульсу електронів та іонів у атмосфері супутника. На HASI містився навіть мікрофон, скориставшись яким, ESA зробило перший в історії запис звуків, що лунали на іншій планеті.
- DWE (Doppler Wind Experiment) — експеримент за допомогою ефекту Доплера допоміг визначити швидкість Huygens відносно Cassini, що залишився на орбіті. Працював на базі стабільного осцилятора, що забезпечував рівну частоту сигналу у S-діапазоні.
- DISR (Descent Imager/Spectral Radiometer) — спускова камера та спектральний радіометр. Експеримент дозволив задокументувати процес приземлення Huygens на Титан. Спектральний радіометр був націлений на вимірювання радіаційного балансу в атмосфері Титана. Під час спуску DI-камера зробила понад 3500 знімків, які потім увійшли у п’ятихвилинний фільм ESA.
- GC/MS (Gas Chromatograph Mass Spectrometer) — газохімічний аналізатор, що допоміг ученим визначити вміст хімічних речовин в атмосфері супутника Сатурна.
- ACP (Aerosol Collector and Pyrolyser) — колектор аерозольних частинок, який збирав мікрокраплі рідини під час посадки зонда та нагрівав їх у спеціальній камері. Шляхом процесу піролізу вдалося випарити летючі речовини та визначити вміст аерозольних частинок.
- SSP (Surface Science Package) — прилад для вимірювання властивостей поверхні Титана після приземлення Huygens. Складався з акустичного ехолота, акселерометра для фіксації профілю уповільнення під час зіткнення зонда з поверхнею супутника (таким чином вдалося дослідити щільність його кам’янистої поверхні). Для цих же цілей на SSP використовувався допоміжний інструмент — пенетрометр.
На Різдво, 25 грудня 2004 року, Huygens назавжди відстикувався від орбітального Cassini та попрямував на зустріч із Титаном, поверхні якого досяг 14 січня 2005 року. Посадка модуля відбулася за три етапи: вхід в атмосферу Титана, маневр гальмування зі скидом теплового щита та приземлення за допомогою парашутної системи, розробленої американською компанією Martin-Baker Aircraft Company Limited.
Вдала посадка на Титан зробила ESA першим у світі агентством, якому вдалося посадити безпілотний космічний апарат у межах Зовнішньої Сонячної системи, та ще й уперше — на супутник іншої планети. Навіть попри деякі труднощі — передусім часткову втрату отриманих даних через помилку в одному з двох каналів зв’язку Huygens–Cassini — космічна місія мала колосальний успіх. Саме вона відкрила вікно можливостей для втілення ще двох амбітних проєктів з дослідження Венери та Марса.
Венера/Марс
Після підкорення планетарної системи Сатурна ESA спрямувало свої зусилля на інші планети Сонячної системи. У перші роки нового тисячоліття було реалізовано одразу дві амбітні програми: одна з дослідження Марса, що отримала назву Mars Express, а інша — з вивчення Венери, Venus Express.
Спершу черга дійшла до Марса. За планом космічної місії, на Марс мали намір відправити орбітальний апарат, що отримав назву Mars Express Orbiter. Зонд був оснащений посадковим модулем європейського виробництва Beagle-2, за допомогою якого ESA сподівалося здійснити низку екзобіологічних, мінералогічних та геохімічних досліджень Червоної планети. Щодо орбітального модуля — головним чином він призначався для отримання зображень Марса у високій роздільній здатності, картографування насиченості марсіанського ґрунту мінералами, вивчення атмосфери та радіолокаційного мапування поверхні Марса.
Фахівцям, що працювали над Mars Express, неабияк пощастило — запуск місії був призначений на час, коли орбіти Землі та Марса наблизилися на найкоротшу за 60 000 років відстань одна до одної.
Mars Express стартував 2 червня 2003 року на борту російської ракети “Союз-ФГ” з космодрому Байконур. До речі, співпраця між космічними агентствами Європи та росії є показовим прикладом недалекоглядності як представників NASA, так і ESA. Взаємодія між двома західними агенціями ослабла наприкінці 1990-х років, коли США на законодавчому рівні жорстко обмежили NASA у обміні науковими даними, оскільки, на думку американських сенаторів, це загрожувало національній безпеці країни. Непередбачливе рішення впродовж кількох десятиріч небезпечно зблизило ESA та роскосмос, що призвело до планування низки спільних проєктів з росіянами, край яким поклало лише повномасштабне вторгнення москвитів до України. Сюди потрапив і спільний проєкт ExoMars, метою якого була доставка та розгортання на поверхні Марса роботизованого ровера Rosalind Franklin.
Втім, повернемося до Mars Express. Після запуску його подорож тривала п’ять місяців, наприкінці яких на Різдво, 25 грудня (22:00, 24 грудня EST) 2003 року, зонд досяг атмосфери Червоної планети та почав свою дослідницьку місію, яка досі триває. За тиждень до цієї події, 19 грудня 2003 року, у напрямку Марса було випущено посадковий модуль Beagle-2, але, на жаль, він зник під час спроби спуститися на поверхню планети. Доля посадкового модуля залишалася невідомою майже 12 років, аж поки космічний апарат NASA Mars Reconnaissance Orbiter не зафіксував його присутність на поверхні Марса за допомогою системи HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment). З’ясувалося, що зонд здійснив посадку вдало, однак через аномалію не зміг розгорнути свої сонячні панелі, що завадило йому встановити надійний зв’язок із Землею.
Відтак, після втрати Beagle-2 свої завдання на орбіті Марса успішно продовжує виконувати Mars Express Orbiter. За цей час зонд зафіксував крижані шапки на південному полюсі планети, виявив вміст метану в марсіанській атмосфері, зміг встановити наявність гідратованих сульфатів, силікатів і різних породоутворювальних мінералів у марсіанському ґрунті. З огляду на великий внесок, який робить Mars Express Orbiter у науку, у березні 2023 року ESA пролонгувало місію космічного апарата до кінця 2026 року.
Венеріанська місія Venus Express (скорочено VEX) стартувала 9 листопада 2005 року. Теж на борту ракети “Союз ФГ”. Це була перша космічна місія ESA, спрямована на дослідження Венери.
Трансвенеріанська ін’єкція тривала 153 дні. 11 квітня 2006 року космічний апарат VEX досяг полярної орбіти Венери і розпочав свою дослідницьку місію. Протягом майже дев’яти років Venus Express передусім зосереджував свої зусилля на ретельному вивченні атмосфери Венери, аби відстежити динаміку її змін. Іншим завданням VEX було спробувати виявити життя на екзопланетах, схожих на Землю. В процесі спостереження за нашою планетою з орбіти Венери розроблено багато методик, спрямованих на визначення з великої відстані потенційних кандидатів у населені світи.
Що ж до вивчення самої Венери, зонд спромігся знайти докази існування на планеті великих океанів у минулому. VEX також зафіксував наявність подвійних атмосферних вихорів та блискавок на Венері (на розпеченій планеті вони спостерігалися навіть частіше, ніж на Землі). Зонд відкрив і молекули гідроксилу (утворені атомами кисню та водню — OH) у венеріанській атмосфері, що було першим підтвердженням їхньої наявності на інших планетах Сонячної системи, окрім Землі. Виявлення цих молекул надзвичайно важливе, оскільки вони дуже схильні до хімічних реакцій. Присутність гідроксилу в земній атмосфері тісно пов’язана з великою кількістю озону, і згідно з дослідженнями, які зміг здійснити VEX, те ж саме стосувалося і Венери. Атмосфера планети містила залишки озону. Великий обсяг даних, отриманих за допомогою VEX, представлений у циклі наукових статей журналу Nature, що публікувалися впродовж 2007 року.
Багато в чому орбітальний зонд VEX був подібний конструкцією до Mars Express Orbiter. Нечисленні зміни стосувалися лише систем зв’язку, енергетики та теплового контролю, оскільки зонд мав перебувати значно ближче до Сонця. Венеріанська місія остаточно закінчилася 28 листопада 2014 року, коли ESA втратило зв’язок з VEX, імовірно, через брак палива. Venus Express усе ще ідентифікувався на орбіті планети, проте не мав жодної можливості здійснювати зворотний зв’язок із Землею. Востаннє ESA отримало сигнал від VEX 18 січня 2015 року.
Втілені та майбутні космічні програми
Починаючи з 1985 року, ESA втілило у життя дві послідовні космічні програми, які охоплювали десяти та двадцятирічний періоди — Horizon 2000 та Horizon 2000+ відповідно.
Horizon 2000 (1985-1995) — перша глобальна космічна програма Європи, що базувалася на чотирьох наріжних каменях, космічних місіях, які були візитівкою десятирічної кампанії ESA. Передусім Horizon 2000 стикався зі значним браком фінансування. Так, замість запропонованого ESA щорічного збільшення бюджетів програми на 7% включно до 1991 року, агентство спромоглося отримати всього 5% збільшення, та й то тільки включно з 1989-м. Брак коштів призвів до того, що майже 50% запропонованих космічних місій опинилися під загрозою скасування. Лише повторний бюджетний розгляд у 1990 році і ухвалення остаточного рішення щодо збільшення фінансування на 5% до 1994 року надали необхідний фінансовий імпульс, щоб усі космічні місії програми змогли втілитися у життя.
Отже, за час програми Horizon 2000 ESA виконало п’ять великих космічних місій, а також три місії середнього класу:
- SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) — спільна з американським NASA космічна місія з розгортання сонячної та геліосферної обсерваторії у точці Лагранжа (L1). Була запущена 2 грудня 1995 року на борту ракети-носія Lockheed Martin Atlas IIAS. Дотепер в активному статусі та надає актуальні дані про космічну погоду і загальний стан Сонця (є частиною Наріжного каменю 1).
- Cluster 1 та Cluster 2 — космічна місія ESA (також за підтримки NASA) з дослідження магнітосфери Землі протягом двох сонячних циклів за допомогою сузір’я з чотирьох космічних кораблів. Cluster 1 спіткала сумна доля — космічні апарати було втрачено через критичну помилку, що виникла під час старту ракети Ariane 5 у 1996 році. Проте вже у період з лютого до серпня 2000 року було виведено на орбіту чотири нових апарати резервної місії Cluster 2, які досі виконують завдання зі спостереження за магнітосферою (теж є частиною Наріжного каменю 1).
- XMM-Newton (X-ray Multi Mirror) — запуск сучасної рентгенівської обсерваторії з виявлення та дослідження джерел точкового гамма-випромінювання у Всесвіті. Місія була запущена у грудні 1999 року і дотепер перебуває в активному статусі (є частиною Наріжного каменю 2).
- Rosetta — дивовижна місія, втілена зусиллями ESA з дослідження комети Чурюмова–Герасименко/67Р. Запуск відбувся 2 березня 2004 року. Безпілотний космічний апарат Rosetta був оснащений посадковим модулем Philae, який 12 листопада 2014 року з третьої спроби таки здійснив першу в історії людства м’яку посадку на ядро комети (є частиною Наріжного каменю 3).
- HSO (Herschel Space Observatory) — космічна місія ESA, за результатами якої у травні 2009 року у точці Лагранжа (L2) було розгорнуто інфрачервоний телескоп, що пропрацював з 2009 до 2013 року. До введення в експлуатацію інфрачервоного James Webb саме HSO був найбільшим ІЧ-телескопом космічного базування (є частиною Наріжного каменю 4).
Джерело: Pline — власна робота
Щодо трьох допоміжних місій, втілених у межах програми Horizon 2000, це були: успішна посадка апарата Huygens на Титан, розгортання у 2002 році рентгенівської обсерваторії INTEGRAL (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory, перебуває в активному статусі) та розгортання обсерваторії Planck, основною метою якої було складання мапи космічного мікрохвильового фону (обсерваторія була активна в 2009-2013 роки).
Як бачимо, усі запропоновані місії у межах програми Horizon 2000 були успішними для Європи (до активу можна віднести навіть своєчасну заміну Cluster 1 на Cluster 2, що відбулася впродовж чотирьох років). Та поки космічні місії ще перебували на стадії планування, ESA вирішило розширити Horizon 2000 — саме так з’явився концепт Horizon 2000+, який охоплював уже двадцятирічний період: 1995-2015 роки.
Програма зосередилася на виконанні лише трьох, але дуже амбітних космічних місій:
- Космічна обсерваторія Gaia — запущена 2013 року “Гея” (саме так слід вимовляти цю назву, оскільки вона присвячена давньогрецькій богині Геї) працюватиме включно до другого кварталу 2025 року. Провідним завданням обсерваторії стала астрометрія — вимір відстаней до більш ніж мільярда об’єктів у галактиці Чумацький шлях за допомогою різноманітних порівнювальних методик, що передусім ґрунтувалися на рівні світності та кольору досліджуваних об’єктів. Обсерваторія також спроможна ідентифікувати понад пів мільйона квазарів, що розташовані поза межами Сонячної системи.
- LISA Pathfinder (Laser Interferometer Space Antenna) — астрономічна обсерваторія, орієнтована на пошук гравітаційних хвиль. Обсерваторія була запущена ESA 3 грудня 2015 року та працювала на гало-орбіті у точці Лагранжа (L1). Місія космічного апарата розпочалася 8 березня 2016 року (їй передував тримісячний етап подорожі, розгортання наукових приладів та їхнє тестування). LISA Pathfinder була активною впродовж 576 днів, остаточно її деактивовано наприкінці червня 2017 року. За результатами експерименту LISA Pathfinder співробітники ESA отримали цінний досвід з організації процесу знаходження гравітаційних хвиль, який планується задіяти у майбутніх версіях LISA.
- BepiColombo — космічна місія двох агентств, європейського ESA та японського JAXA, з дослідження планетарної системи Меркурія. Складається з двох супутників, MPO (Mercury Planetary Orbiter) та Mio (Mercury Magnetospheric Orbiter), запущених 20 жовтня 2018 року на європейській ракеті Ariane 5. Перебуває в активному статусі, постійно оновлюючи дані щодо стану магнітосфери, а також внутрішньої і поверхневої структури Меркурія.
Поточна велика космічна програма ESA, що отримала назву Cosmic Vision: Space Science for Europe, охоплює період 2015-2025 років. Станом на сьогодні Cosmic Vision запустила тільки чотири з 12 запланованих місій. Наразі дві з них вже мають активний статус, а ще дві (Solar Orbiter та JUICE) на шляху до зони своєї активності. Для зручності ESA розбило космічні місії програми Cosmic Vision на чотири основних класи: S (місії малого класу), M (середнього класу), L (великого) та F (швидкого).
Запуск космічного телескопа CHEOPS 18 грудня 2019 року став першим успіхом європейської Cosmic Vision. Телескоп масою 273 кг був віднесений до S-класу, а його основною метою стало виявлення та класифікація розміру і складу транзитних екзопланет поза межами Сонячної системи. Космічна обсерваторія CHEOPS проводить свої дослідження на сонячно-синхронній орбіті, висота якої становить 700 км.
Черговий тріумф відбувся у липні 2023 року, коли була запущена друга місія М-класу — Euclid (першою стала місія зонда Solar Orbiter, що вирушив у подорож у лютому 2020 року).
Euclid, оснащений потужним телескопом із камерою з роздільною здатністю у 600 мегапікселів, зайняв свою робочу орбіту в зоні другої точки Лагранжа (L2) та почав виконувати завдання, спрямовані на розгадку таємниці утворення темної матерії і темної енергії. Йдеться про невидимі форми матерії та енергії, які не взаємодіють зі світлом та електромагнітним полем, проте, на думку вчених, обидві складають до 95% від загального вмісту матерії у нашому Всесвіті (за попередніми розрахунками, 68,2% має припадати на темну енергію та 26,8% — на темну матерію). Для фіксації бодай якоїсь присутності цих структур у Всесвіті Euclid має спектрометр ближнього інфрачервоного діапазону та фотометр для визначення червоного зсуву, що надходить від виявлених галактик. Космічна обсерваторія працює у зв’язці з обсерваторією Gaia та нещодавно запущеним телескопом James Webb.
Першою ж із запущених місій L-класу стала космічна лабораторія з дослідження планетарної системи Юпітера — JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer). Старт величезного зонда вагою майже 6 тонн відбувся 14 квітня 2023 року та став передостаннім запуском для ракети Ariane 5. Довгих вісім років триватиме транзит JUICE до системи Юпітера, після завершення яких він розпочне свою наукову місію з дослідження трьох головних юпітеріанських супутників: Ганімеда, Каллісто та Європи. Так, ви не помилилися, Європа досягне Юпітера, щоб досліджувати Європу — такий от каламбур космічних масштабів від Європейського космічного агентства.
Ще вісім космічних місій програми Cosmic Vision розплановані включно до 2037 року. Серед них запуск наступника XMM-Newton — рентгенівської космічної обсерваторії Athena (вірогідний старт у 2035-му), запуск чергового експерименту LISA (2037 рік), розгортання наступника космічної обсерваторії Planck з вивчення атмосфер виявлених екзопланет — ARIEL (намічено на 2029-й), місія з картографування Венери (EnVision, запуск у 2031-му).
Іще одна велика космічна програма ESA під назвою Living Planet Programme (LPP) зосередить свою увагу суто на дослідженні та моніторингу Землі. Вона складається з дев’яти Earth Explorer (п’ять основних та чотири додаткові місії можливостей), які планується запустити до 2027 року. Програма націлена на отримання інформації щодо динаміки зміни клімату, рівня вод світового океану, прогнозування погодних явищ та розробку методик розумного використання планетарних ресурсів з огляду на поточний аналіз.
Сьогоднішні амбіції ESA спрямовані на підкорення космосу і справді не мають меж. Проте багато з цих проєктів ніколи б не втілилися у життя без ракетної техніки та космічних кораблів європейського виробництва. Саме вони відкрили вікно можливостей і певною мірою гарантували Європі незалежність у питанні автономної доставки своїх наукових корисних вантажів та супутників на орбіту як для наукових, так і для комерційних цілей. Читайте про розвиток власної ракетної програми Європейського космічного агентства у заключному матеріалі циклу, присвяченого історії утворення ESA.
Читайте також:
Історія ESA: народження агентства та перші космічні місії
Дослідження Марса на сучасному етапі
На супутнику Юпітера підтвердили важливий біомаркер
