Как да се приземим на комета

Като ръководител на мисията Розета, Фред Янсен е отговорен за успешното приземяване през 2014 на сонда върху кометата, известна като
67P/Чурюмов-Герасименко. В тази вълнуваща и забавна беседа Янсен разкрива някои от сложните изчисления, свързани с приземяването на сондата Филе на комета на 500 милиона километра от Земята и споделя няколко невероятни снимки, направени по пътя.

Бих искал да ви взема на епичното
пътешествие на космическия апарат Розета.

Да ескортираме и приземим сондата
на комета -

това беше мечтата ми
през последните две години.

За да го направим,

трябва да ви обясня нещо
за произхода на Слънчевата система.

Преди четири и половина
милиарда години

е имало облак от газ и прах.

В центъра на облака се формирало и
възпламенило Слънцето ни.

Заедно с него възникнало всичко, което днес
познаваме като планети, комети и астероиди.

После, според теорията,

когато Земята се охладила,
малко след образуването ѝ,

много комети се блъскали в нея
и донесли вода.

Те вероятно са донесли на Земята
и сложен органичен материал

и с него може би е започнало
възникването на живота.

Все едно да трябва да наредим
пъзел от 250 парчета,

вместо пъзел от 2000 парчета.

После, големите планети
като Юпитер и Сатурн

не били на сегашните си места,

взаимодействали гравитационно

и помели целия интериор
на Слънчевата система

и кометите, които днес познаваме

се озовали в нещо, наречено
Пояс на Куйпер -

това е пояс от обекти
отвъд орбитата на Нептун.

Понякога тези обекти
се сблъскват един с друг

и гравитационно се отклоняват

и после гравитацията на Юпитер
ги привлича обратно в Слънчевата система.

Тогава те стават кометите,
които виждаме в небето.

Тук е важно да отбележим,
че междувременно,

четири и половина милиарда години,

тези комети са били извън
Слънчевата система

и не са се променили –

потайни, замръзнали версии
на Слънчевата ни система.

В небето те изглеждат така.

Познаваме ги по опашките.

Всъщност, опашките са две.

Едната е опашка от прах,
издухван от слънчевия вятър.

Другата е опашка от йони,
които са заредени частици,

които следват магнитното поле
в Слънчевата система.

Това е главата,

а това е ядрото, което тук
е твърде малко, за да го видите

и трябва да запомните,
че при Розета

космическият кораб е в
този централен пиксел.

Намираме се само на 20, 30, 40 километра
от кометата.

Какво е важно да запомним?

Кометите съдържат първоначалния материал,
от който е образувана Слънчевата система,

затова са идеални за изследване
на елементите,

които са присъствали по времето,
когато Земята и животът са се появили.

За кометите се предполага също,

че са донесли елементите, които
може би са дали начало на живота.

През 1983 ЕКА започна
дългосрочната си програма Хоризонт 2000,

която съдържаше един важен елемент –
мисия до комета.

Междувременно започна една малка мисия
до кометата, която виждате тук, Джото

и през 1986 прелетя край Халеевата комета
заедно с армада други космически апарати.

От резултатите на тази мисия
веднага стана ясно,

че кометите са идеалните тела за изучаване,
за да разберем нашата Слънчева система.

И така, мисията Розета
бе одобрена през 1993

и първоначално трябваше
да бъде изстреляна през 2003,

но се появи проблем
с една ракета Ариана.

Нашият отдел за връзки с обществеността, обаче,
в ентусиазма си

вече бе направил 1000 синьо-бели
керамични чинии

с имената на грешните комети.

Оттогава не ми се е налагало да купувам
порцелан. Това е хубавата част.

(Смях)

Щом проблемът бе решен,

излетяхме от Земята през 2004

към новоизбраната комета
Чурюмов-Герасименко.

Тази комета трябваше да бъде
специално избрана,

защото а) трябваше да можем да я достигнем

и б) не трябваше да е била твърде дълго
в Слънчевата система.

Точно тази комета е в Слънчевата система
от 1959.

Това е първият път, когато
бе отклонена от Юпитер

и се приближи до Слънцето достатъчно,
за да започне да се променя.

Това е една много млада комета.

Розета постигна
няколко исторически успеха.

Тя е първият сателит, навлязъл
в орбитата на комета

и ескортирал кометата по време на
цялата ѝ обиколка през Слънчевата система-

най-голямо приближаване до Слънцето,
както ще видим през август

и после отново навън.

Първото приземяване на комета някога.

На практика ние обикаляме кометата,
използвайки нещо, което

обикновено не се прави
с космически апарат.

Обикновено поглеждаме небето и знаем
накъде сме насочени и къде се намираме.

В този случай това не е достатъчно.

Управлявахме като се ориентирахме
по точки върху кометата.

Разпознавахме детайли –
скални блокове, кратери –

и така знаехме къде сме
по отношение на кометата.

И, разбира се, това е първият сателит,
който отива отвъд орбитата на Юпитер

със слънчеви батерии.

Това звучи по-героично,
отколкото е на практика,

защото технологията за
използване на термогенератори

не беше достъпна в Европа по онова време,
така че нямахме избор.

Но слънчевите панели са големи.

Това е едното крило, а това не са
специално подбрани ниски хора.

Те са като вас и мен.

(Смях)

Имаме две такива крила,
65 кв. метра.

Разбира се, по-късно,
когато стигнете кометата,

разбирате, че тези 65 кв. метра платна

в близост до тяло, което отделя газове,
не винаги са много удобен избор.

Е, как стигнахме до кометата?

Заради научните цели на Розета
трябваше да отидем

много далече – четири пъти разстоянието
от Земята до Слънцето,

а също и с много по-висока скорост
от тази, която можем да постигнем с гориво,

защото трябваше да вземем гориво шест пъти
колкото тежестта на космическия апарат.

Какво да правим?

Използваме гравитационни прелитания,
"прашки",

при които минаваме край планета
на много малка височина,

няколко хиляди километра

и тогава получаваме наготово
скоростта на тази планета около Слънцето.

Направихме това няколко пъти.

Със Земята, с Марс,
отново два пъти със Земята,

прелетяхме също край два астероида,
Лутеция и Стейнс.

През 2011 толкова се отдалечихме от
Слънцето, че ако възникнеше проблем с апарата,

на практика нямаше да можем да го спасим,

затова го оставихме да бездейства.

Всичко беше изключено,
освен един часовник.

Тук виждате траекторията в бяло
и как работи.

Виждате, че от кръгчето,
където стартирахме

бялата линия става
все по- и по-елипсовидна

и накрая доближихме кометата

през май 2014 и трябваше да започнем
манeврите за срещата.

По пътя прелетяхме край Земята и направихме
няколко снимки, за да пробваме камерите си.

Това е Луната, изгряваща над Земята,

а това сега наричаме селфи,

между другото, тогава тази дума
не съществуваше. (Смях)

Това е на Марс.
Сниман е от CIVA камерата.

Това е една от камерите на
спускателния апарат,

тя снима под соларните панели

и виждате Марс и соларния панел
в далечината.

Когато излязохме от периода на
бездействие през януари 2014,

започнахме да навлизаме
на разстояние

два милиона км от кометата през май.

Обаче скоростта на космическия апарат
беше прекалено висока.

Движехме се с 2,800 км в час повече
от кометата и трябваше да намалим.

Трябваше да направим осем маневри

и тук виждате, че някои от тях
бяха наистина големи.

Трябваше да забавим първата
с няколкостотин км в час

и на практика тя продължи седем часа

и използва 218 килограма гориво,

а седемте часа ни скъсаха нервите,
защото през 2007

имаше теч в двигателната система
на Розета

и трябваше да затворим една част,

така че системата работеше
под налягане,

за каквото не беше проектирана,
нито подготвена.

После стигнахме близо до кометата
и това са първите картини, които видяхме.

Действителният период на завъртане
на кометата е 12 часа и половина,

това е ускорено,

но разбирате защо инженерите по
динамика на полета ни мислеха,

че приземяването няма да е лесно.

Бяхме си представяли нещо като картоф,

на който лесно можеш да се приземиш.

Имахме една надежда - да е гладък.

Не. И това не се сбъдна. (Смях)

И така, в този момент
просто стана неизбежно -

трябваше да направим карта на това тяло
с всички възможни детайли,

защото трябваше да открием област
от 500 метра в диаметър и равна.

Защо 500 метра? Това е грешката
при приземяване на сондата.

Затова минахме през процеса
и направихме карта на кометата.

Използвахме техника,
наречена фотоклинометрия.

Тя използва сенките, хвърлени
от Слънцето.

Тук виждате скала върху
повърхността на кометата

и Слънцето свети отгоре.

От сянката, ние, чрез мозъка си,

можем веднага да определим
приблизително формата на скалата.

Това може да се програмира
с компютър,

после да се приложи към цялата комета
и да се създаде нейна карта.

Заради това ние летяхме по
специални траектории от август.

Първо, триъгълник от 100 километра
отстрани,

на разстояние 100 километра

и повторихме всичко на 50 км.

В този момент бяхме видели
кометата от всички ъгли

и можехме да използваме тази техника,
за да създадем карта.

Това доведе до селекция
на площадки за приземяване.

Целият процес – от картографирането

до самото намиране на окончателната
площадка за приземяване, отне 60 дни.

Не разполагахме с повече.

За да получите представа,
средностатистическата мисия до Марс

отнема на стотици учени години,
за да се срещнат

по повод на това къде да отидем.

Ние имахме 60 дни и толкова.

Най-накрая избрахме окончателната
площадка за приземяване

и командите за Розета да изстреля Филe
бяха готови.

За да стане това, Розета трябва да бъде
на точното място в пространството

и да е насочена към кометата, защото
спускаемият апарат е пасивен.

Тогава се изстрелва спускаемия апарат
и той се придвижва към кометата.

Розета трябва да се обърне,

за да насочи камерите си към Филе,
докато той се отдалечава

и да може да комуникира с него.

Продължителността на кацането
по цялата траектория беше седем часа.

Да направим проста сметка -

ако скоростта на Розета се забави
с един сантиметър в секунда,

седем часа имат 25,000 секунди.

Това означава 252 метра неточност
при кацането на кометата.

Затова трябваше да знаем
скоростта на Розета

много по-точно от
един сантиметър в секунда

и разположението ѝ в пространството
по-точно от 100 метра

на 500 милиона километра от Земята.

Това е голяма работа.

Нека набързо ви покажа част от
науката и инструментите.

Няма да ви отегчавам с всички подробности
за всички инструменти,

но си имаме всичко.

Можем да подушим газ,
можем да измерим частици прах,

формата им, състава,

имаме магнитометри, всичко.

Това е резултат на инструмент,
който измерва плътността на газовете

в позицията на Розета,

така че това е газ, отделен от кометата.

Долната графика е септември
миналата година.

Има дългосрочна вариация,
която не е изненадваща сама по себе си,

но виждате острите върхове.

На кометата е ден.

Виждате ефекта на Слънцето
върху изпарението на газ

и факта, че кометата се върти.

Така че, очевидно има едно място,

откъдето идват много газове,

то се нагрява на слънце
и после изстива на обратната страна.

И можем да видим вариациите
в плътността на газовете.

Това са газовете и органичните компоненти,

които вече сме измерили.

Ще видите, че списъкът е внушителен

и има още наистина много,

защото има още измервания.

В момента в Хюстън тече конференция,

на която се представят
много от тези резултати.

Ние изследвахме и частиците прах.

Сега, това за вас няма
да е много впечатляващо,

но учените се развълнуваха
като го видяха.

Две частици прах:

наричат дясната Борис и
я обстреляха с тантал,

за да могат да я анализират.

Открихме натрий и магнезий.

Този факт показва, че това е
концентрацията на тези два елемента

по времето, когато се е образувала
Слънчевата система,

така че научихме кои
материали са съществували,

когато планетата се е образувала.

Разбира се, едно от важните неща
е заснемането.

Това е една от камерите на Розета,
OSIRIS,

а това беше корицата на
списание Science

на 23 януари тази година.

Никой не очакваше това тяло
да изглежда така.

Големи скални блокове, канари - прилича
по-скоро на Half Dome в Йосемити,

отколкото на нещо друго.

Видяхме и такива неща:

дюни и от дясната страна нещо като
следи, образувани от вятъра.

Познаваме ги от Марс, но
кометата няма атмосфера,

затова е малко трудно да се образува
следа от вятър.

Може да е локално отделяне на газ,

който се издига и се връща.

Не знаем, има много за проучване.

Тук виждате един и същ образ два пъти.

Отляво виждате яма по средата.

Отдясно, ако гледате внимателно,

има три струи, които излизат от
дъното на тази яма.

Това е активността на кометата.

Очевидно активните области
са на дъното на тези ями

и там материята се изпарява в космоса.

Има много интригуваща цепнатина
на "гърлото" на кометата.

Виждате я отдясно.

Дълга е един километър и
е широка два и половина метра.

Някои хора предполагат, че

когато доближим Слънцето,

кометата може да се разцепи на две

и тогава ще трябва да избираме

с коя комета да пътуваме.

Спускателният апарат –
също много инструменти,

основно познати, освен тези, които
заковават в земята, пробиват и т.н.

Много прилича на Розета и това е,
защото искаме да са съпоставими

нещата, с които разполагаме в космоса
и тези на кометата.

Тези се наричат измервания на място.

Това са снимките от спускането
преди приземяването,

направени от камерата OSIRIS.

Виждате как спускателният апарат
се отдалечава все повече от Розета.

Най-горе вдясно виждате кадър,
заснет на 60 метра от спускателния апарат.

60 метра над повърхността на кометата.

Скалният блок там е около 10 метра.

Това е една от последните снимки,
направени преди да се приземим.

Ето тук виждате цялата последователност
отново, но от друга гледна точка,

виждате три издутини от ляво долу
до средата

на спускателния апарат, който пътува
над повърхността на кометата.

Най-отгоре има снимки преди
и след кацането.

Единственият проблем със снимката "след"
е, че няма спускателен апарат.

Но ако гледате внимателно
вдясно на снимката,

ще видите, че спускателният апарат
все още е там, но е отскочил.

Излетял е отново.

Ще вметна нещо комично тук –

по принцип Розета бе проектирана
да има спускателен апарат, който отскача.

Но се отказахме от това, защото
беше доста скъпо.

И сега ние бяхме забравили, но
спускателният апарат - не.

(Смях)

По време на първия отскок,
магнитометрите,

тук виждате данните от тях,
от трите оси x, y и z.

По средата виждате червена линия.

На тази червена линия има промяна.

Както изглежда, по време на първия отскок

сме ударили ръба на кратер някъде
с един от краката на спускателния апарат

и скоростта му на въртене се с променила.

Имали сме голям късмет

да сме там, където сме.

Това е един от най-познатите
кадри на Розета.

Предмет, направен от човек,
крак на спускателен апарат

стои на комета.

Това, според мен, е една от най-добрите
снимки на космическата наука.

(Аплодисменти)

Едно от нещата, които трябва да направим,
е да намерим спускателния апарат.

Синята зона тук е мястото, където
знаем, че трябва да бъде.

Все още не сме го намерили,
но търсенето продължава,

както и усилията ни да накараме
спускателния апарат да заработи отново.

Всеки ден слушаме

и се надяваме, че до април

спускателният апарат ще се събуди.

Откритията ни на кометата:

Това нещо плува във вода.

Има наполовина плътността на водата.

Изглежда като много голяма скала, но не е.

Повишената активност, която видяхме
през юни, юли, август миналата година

беше четири-измерна.

Докато стигнем до Слънцето,

100 килограма в секунда
ще се отделят от кометата -

газ, прах и т.н.

Това прави 100 милиона килограма дневно.

И накрая - денят на приземяването.

Никога няма да го забравя – пълна лудост,
250 телевизионни екипа в Германия.

BBC ме интервюираха,

а друг телевизионен екип,
който ме следваше цял ден,

снимаше как ме интервюират

и така продължи целият ден.

Екипът на Канала Дискавъри

ме хвана, когато излизах от
стаята за контрол

и ми зададоха точния въпрос

и хора, аз се просълзих
и още се чувствам така.

От месец и половина

не мога да помисля за деня
на приземяването без да плача

и още нося емоцията в себе си.

С тази снимка на кометата
бих искал да ви оставя.

Благодаря ви.

(Аплодисменти)