Это вам не на Луну сесть

24 сентября в 17:53 мск на испытательном и тренировочном полигоне штата Юта министерства обороны США приземлилась спускаемая капсула космического аппарата OSIRIS-REx. В ней на Землю доставлен грунт с околоземного астероида Бенну. Аппарат отправили к астероиду в 2016 году, забор грунта роботической рукой осуществлен 21 октября 2020 года. Российский рекордсмен-первооткрыватель астероидов и комет, научный сотрудник Института прикладной математики им. М. В. Келдыша Леонид Еленин рассказал «Стимулу», чем отличается посадка на Луну и на астероид и почему забор грунта с астероида Бенну — это работа максимального уровня сложности на сегодняшний день. 

Ученые вскрыли спускаемую капсулу аппарата OSIRIS-REx и подтвердили наличие астероидного вещества

NASA/JPL

Птица владыки загробного мира

Астероид Бенну открыт сравнительно недавно, 25 апреля 2013 года. Открытие произошло в рамках проекта по поиску астероидов LINEAR в обсерватории Сокорро (штат Нью-Мексико, США).

Первоначально он получил обозначение 1999 RQ36, но затем был назван в честь древнеегипетского божества — птицы Бенну, символа воскресения бога Осириса — бога возрождения, царя загробного мира в древнеегипетской мифологии, судьи душ усопших. Космическому зонду, разработанному корпорацией Lockheed Martin Space Systems и отправленному NASA к астероиду Бенну всего через три года, в сентябре 2016-го, дали соответствующее название — OSIRIS-REx. В задачу миссии входило сближение с астероидом, забор образцов грунта и уточнение орбиты астероида до 2300 года. Расчеты ученых показывают, что максимальный риск столкновения астероида с Землей может произойти 24 сентября 2182 года с вероятностью 0,04%.

Запуск зонда OSIRIS-REx состоялся 8 сентября 2016 года. 31 декабря 2018-го аппарат прибыл к астероиду Бенну и вышел на круговую орбиту вокруг астероида. Это был рекорд: Бенну стал самым маленьким небесным телом с космическим аппаратом, находящимся на его орбите. 

21 октября 2020 года космический зонд OSIRIS-REx сблизился с астероидом и взял образцы грунта, 24 сентября 2023-го, строго в соответствии с изначальным планом, образцы грунта были доставлены на Землю. А космический зонд OSIRIS-REx, завершив миссию по исследованию астероида Бенну, отправился к новой цели — астероиду Апофис. Встреча должна состояться в апреле 2029 года, когда тот экстремально сблизится с Землей.

«Хобот» космического аппарата OSIRIS-REx собирает вещество с поверхности астероида (101955) Бенну 21 октября 2020 года

NASA/JPL

Сблизиться, но не удариться

На фоне разворачивающейся лунной гонки исследование астероида Бенну с помощью космического зонда OSIRIS-REx прошло почти незамеченным. А между тем эксперты считают этот проект рекордным по уровню сложности выполненных в космосе работ. 

Посадку на астероид посадкой в привычном смысле слова назвать нельзя. Скорее это сближение, касание. «Это буквально просто касание, касание “пылесосом” — вакуумным рукавом, который всасывает в себя все, что получится всосать с поверхности астероида. После этого космический аппарат уходит на безопасную орбиту, — пояснил в беседе со “Стимулом” Леонид Еленин. — Эти работы считаются посадкой, но посадкой не в обычном понимании, когда космический аппарат садится на Марс, на Луну, выпускает луноходы, марсоходы, роверы. Его задача — взять вещество и улететь».

При выполнении этих действий не выключаются двигатели. Вначале они работают на снижение скорости, а в нужный момент, после того как производится выстрел для отделения крупиц грунта от поверхности астероида, вакуумный манипулятор отработал, подается команда двигателям на импульс, и аппарат уходит на безопасную орбиту над космическим телом. После этого руководители миссии анализируют состоявшееся касание с астероидом и его результативность, пытаются понять, что получилось. Для такого анализа в распоряжении ученых на Земле имеются только внутренние датчики, кадры с камер. Причем они пересылаются на Землю не мгновенно, для этого нужно время. «Если данные показывают, что все сработало, то космический аппарат уходит в сторону Земли, если попытка касания признана неудачной или недостаточной — ее повторяют, — рассказывает Леонид Еленин. — Это такая многоразовая возможность: снова сблизиться, снова выстрелить и снова еще раз собрать вещество». 

Он привел пример двух аналогичных японских миссий «Хаябуса-1» и «Хаябуса-2». «У первой “Хаябусы” было несколько попыток касания астероида Итокава. Не получалось. Несколько раз аппарат пытался сблизиться с астероидом, в итоге сблизился, но сильно ударился», — говорит наш собеседник.

Основная проблема при выполнении таких работ связана с тем, что выйти на орбиту астероида непросто: у него практически отсутствует свое гравитационное поле, сопоставимое с тем, что имеют массивные планеты. «Космическому аппарату сложно затормозиться, сложно выйти на орбиту астероида. Нужно понимать скорость вращения астероида. Это небольшие тела, они делают оборот за несколько часов. Это тела неправильной формы, поэтому прежде, чем пытаться совершить посадку, нужно составить модель гравитационного поля астероида, а оно неравномерно, нужно картографировать поверхность, понять, куда можно попробовать сесть, чтобы не разбиться о какие-то скалы, — комментирует Леонид Еленин. — Все это происходит удаленно, это нужно делать там. Мы не можем подготовиться к этому на Земле, потому что видим астероид при подлете с такой детализацией впервые, с Земли мы видим просто точку, пиксели на цифровом снимке. Когда космический аппарат находится на орбите вокруг астероида, нужно в дистанционном режиме провести все расчеты и, опираясь на них, выполнить программу исследований».

Реголит астероида Бенну

NASA/JPL

Девять из десяти

В ответ на просьбу «Стимула» оценить уровень сложности посадки на астероид, Леонид Еленин сказал: «Я думаю, это максимальная сложность, максимальная виртуозность небесной механики, всех расчетов». Он пояснил, что сложность складывается из необходимости дистанционно управлять роботами, задержек передачи информации, необходимости очень точной работы двигателей и качества программного обеспечения. «Сесть на такое маломассивное тело гораздо сложнее, чем совершить посадку на Луну. Я считаю, что это высший пилотаж», — отметил эксперт. 

Еще больший уровень сложности был заложен в первоначальный план полета межпланетной автоматической станции «Розетта» Европейского космического агентства, который заключался в посадке на ядро кометы Чурюмова — Герасименко, заборе грунта с его поверхности и последующей его доставки на Землю. Но выход NASA из проекта привел к необходимости сократить программу исследований из-за нехватки средств. От забора и доставки грунта пришлось отказаться. Планировалась же посадка, закрепление на поверхности, бурение грунта, а не просто подскок и добыча грунта выстрелом и «пылесосом». 

Оценивая сложность этих проектов по десятибалльной шкале, наш собеседник дал межпланетной космической станции «Розетта» 10 баллов, миссии OSIRIS-REx 9 баллов, а лунным программам разных стран, предусматривающим посадку на Луне, 6 баллов, подчеркнув, что это исключительно его личное мнение. 

Доставленный с астероида Бенну грунт поступил в научные лаборатории. Поначалу предполагалось, что доставлено 250 граммов, позже выяснилось, что меньше — 60 граммов. Но в любом случае это самый крупный забор грунта с астероидов в истории покорения космоса. Миссия «Хаябуса» доставила на Землю всего два грамма грунта.