Победа над Солнцем

На специальной пресс-конференции в среду 31 мая руководство NASA планирует официально раскрыть детали нового амбициозного проекта по отправке в верхние слои солнечной атмосферы (корону) роботизированного космического аппарата Solar Probe Plus.

Проект Solar Probe Plus агентство впервые представило еще в мае 2008 года. Предполагалось, что этот космический зонд будет запущен в 2015 году, однако затем сроки его старта несколько раз переносились, и, согласно текущей информации, начало миссии намечено на конец лета 2018-го (на сайте проекта пока значится промежуток между 31 июля и 19 августа).

Для того чтобы «потрогать Солнце» (touch the Sun — такое образное выражение используют сами идеологи этого проекта), NASA в общей сложности планирует раскошелиться на полтора миллиарда долларов. Для агентства, переживающего сегодня не самые звездные времена, такая сумма, безусловно, далеко не пустячная, однако, судя по последним вестям с бюджетного фронта, миссия Solar Probe Plus успешно выдержала все финансовые бури и должна наконец перейти в финальную фазу практической реализации.

Всего неделю назад, 23 мая, администрация президента США представила развернутую бюджетную заявку на 2018-й финансовый год, и на фоне предложенного командой Дональда Трампа весьма ощутимого сокращения научно-исследовательских бюджетов подавляющего большинства федеральных министерств и ведомств NASA почти не пострадало, отделавшись легким испугом: на его долю в общей сложности приходится 19,1 млрд долларов, всего на 2,8% меньше, чем годом ранее, причем финансирование фундаментальных научных исследований (Basic science) даже может вырасти на 3%. Иными словами, у исполняющего обязанности директора NASA Роберта Лайтфута были все основания бодро заявить в ходе видеоконференции: «Этот бюджет говорит нам, что мы должны продолжать делать все то, что наметили».

И анонс предстоящей солнечной миссии, последовавший почти сразу же (26 мая), по всей видимости, можно рассматривать как наглядную демонстрацию твердой уверенности руководства NASA как в собственных силах, так и в силе космического лобби в Конгрессе США.

Причем в случае с флагманским проектом Solar Probe Plus для ознакомления с основными научно-исследовательскими задачами миссии и ее техническими характеристиками совсем не обязательно дожидаться пресс-конференции, поскольку информация уже довольно давно представлена в открытом доступе (прежде всего на официальном сайте миссии).

Как планируют разработчики NASA, общая продолжительность космического полета зонда должна составить около семи земных лет (точнее, шесть лет и одиннадцать месяцев). Solar Probe Plus должен быть выведен в ближний космос тяжелой ракетой-носителем Delta IV Heavy (средняя стоимость одного ее запуска составляет, по данным на 2016 год, порядка 375 млн долларов).

Тремя главными научно-исследовательскими задачами миссии Solar Probe Plus, заявлены:

• отслеживание и измерение электромагнитных свойств энергетических потоков, которые сильно разогревают солнечную корону (одной из самых больших загадок нашего светила до сих пор остается проблема нагрева короны), то есть выявление физических механизмов, за счет которых ее температура поднимается до 1–2 млн градусов Кельвина, тогда как температура видимой поверхности Солнца составляет «скромные» 6000 °K;

• глубокое исследование процессов, обусловливающих возникновение так называемого солнечного ветра (мощных потоков ионизированных частиц, исходящих из солнечной короны: электронов, протонов, ядер гелия и др.), прежде всего причин периодических резких ускорений скорости его движения;

• исследование источников и механизмов возникновения солнечных вспышек (на поверхности светила) и выбросов коронального вещества.

В практическом же плане успешное решение этих исследовательских головоломок должно серьезно повысить эффективность механизмов оперативного предупреждения (и предсказания) различных вспышек солнечной активности и уровень защиты многочисленных телекоммуникационных спутников, систем наземной связи, сетей электропередачи и прочей технологической инфраструктуры.

Предполагаемая траектория движения зонда Solar Probe Plus

Источник: Johns Hopkins University Applied 

Важнейшая и самая сложная с технической точки зрения проблема — сближение зонда с видимой поверхностью Солнца, фотосферой, на минимальное расстояние 6,2 млн километров (3,9 млн миль) в ходе финальной стадии проекта (она запланирована на декабрь 2024 года). Разумеется, речь в данном случае идет не столько о самой возможности такого рекордного сближения — хотя, между прочим, это расстояние примерно на порядок меньше, чем перигелий (ближайшая к Солнцу точка орбиты) Меркурия, и лишь в девять раз больше радиуса самого Солнца.

Куда больше беспокойства у инженеров и разработчиков миссии вызывают очень высокая температура в зоне плотного контакта с солнечной короной (ориентировочно около 1400 °C) и возможное негативное воздействие на работу аппаратуры со стороны различных высокоэнергетичных частиц — общая интенсивность солнечного излучения на пике сближения Solar Probe Plus будет в 475 раз выше той, с которой сталкиваются космические аппараты, вращающиеся вокруг Земли.

Главная надежда специалистов NASA и сотрудничающих с ним в рамках этого проекта ведущих научных центров США связана с новейшей системой тепловой защиты, которую планируется установить поверх зонда: толщина этого инновационного термощита из углекомпозитных материалов (в том числе высокоэластичной пены, carbon foam) должна составить 4,5 дюйма, то есть около 11,5 сантиметров. Но помимо углекомпозитной «обшивки» в конструкции зонда также, конечно, предусмотрена и система активного водного охлаждения для дополнительной защиты чувствительных научных инструментов и приборов, а также панели солнечных батарей (последняя к тому же будет оснащена механизмом динамического развертывания/свертывания в зависимости от внешних температурных условий).

Двумя космическими аппаратами, которые ранее сумели осуществить успешный облет Солнца на относительно близком расстоянии, были немецко-американские зонды-близнецы Helios 1 и Helios 2 (основным их разработчиком был немецкий Messerschmitt-Bölkow-Blohm). Helios 1 вышел на солнечную орбиту в феврале 1975 года, а Helios 2, запущенный годом позже, достиг ее в апреле 1976-го. В перигелии достигнутое Helios 2 расстояние от фотосферы, составило 43,4 млн километров (у Helios 1 — 46,5 млн километров). Этот рекорд до сих пор никем не побит, как, впрочем, не побито и еще одно малоизвестное, но очень яркое его достижение, максимальная космическая скорость — 252 792 км/ч (давно забытые труженики космоса Helios 1 и Helios 2, к слову, до сих пор продолжают наматывать круги вокруг Солнца).

Нетрудно догадаться, что в планах NASA помимо рекорда близости к Солнцу значится и установление Solar Probe Plus нового рекорда скорости — предположительно в конце своего полета зонд должен разогнаться примерно до 725 тыс. км/ч.

Но до того, как Solar Probe Plus при благоприятном стечении обстоятельств сможет установить эти рекорды, ему еще потребуется совершить много другой работы, связанной с выполнением сложной серии гравитационных маневров, в том числе семь раз воспользоваться помощью Венеры для постепенного сближения с

Солнцем. Что же касается собственно облетов Солнца, то в полной программе Solar Probe Plus пока значится совершение 24 циклов вращения вокруг него по различным эллиптическим орбитам. Причем на минимальном расстоянии планируется осуществить лишь три последних облета. Вся полезная информация, которую должен добыть зонд, будет сохраняться на твердотельных регистраторах и периодически отправляться при помощи остронаправленной антенны на Землю.