Як приземлитися на комету

Керівник місії "Розетта" Фред Дженсен відповідав за успішне приземлення на комету 67P/Чурюмова-Герасименка. Під час захопливого й цікавого виступу Дженсен розкриває деякі складні розрахунки, що їх його команда розробила, щоб приземлити зонд "Філе" на комету за 500 мільйонів кілометрів від Землі -- та показує неймовірні фото, зняті на шляху до комети.

Я радий запросити вас у легендарну подорож
на космічному кораблі "Розетта".

Супроводжувати та посадити зонд на комету

було моєю мрією
протягом останніх двох років.

Щоб зробити це,

мені потрібно пояснити вам дещо
про походження Сонячної Системи.

Повернімось у минуле
на 4.5 мільярдів років -

тоді існувала лише хмара
з газу та пилу.

В центрі цієї хмари
сформувалось та запалилось наше Сонце.

А разом з ним і те, що нам сьогодні відоме
як планети, комети та астероїди.

А потім, згідно з теорією,

коли Земля охолонула
після утворення,

комети почали масово падати на Землю
і доставили на неї воду.

Вони, ймовірно, доставили на Землю
і складний органічний матеріал

і, можливо, сприяли
зародженню життя.

Це можна порівняти
зі складанням пазлу із 250-ти шматочків

замість 2 тисяч шматочків.

Після цього, великі планети,
як-от Юпітер та Сатурн -

вони не були там, де зараз,

і гравітаційно взаємодіяли -

вичистили всю внутрішню частину
Сонячної Систему,

і комети, як їх ми сьогодні називаємо,

опинились у так званому поясі Койпера,

поясом об‘єктів
за орбітою Нептуна.

Іноді ці об'єкти
стикаються одне з одним

і гравітаційно відхиляються,

а тоді гравітація Юпітера
відштовхує їх назад до Сонячної Системи.

А потім вони стають кометами,
такими, як ми бачимо їх у небі.

Потрібно зауважити,
що весь той час,

4.5 мільярди років,

ці комети знаходились
поза Сонячною Системою

і зовсім не змінились --

глибокі, заморожені версії
нашої Сонячної Системи.

В небі вони виглядають ось так.

Ми впізнаємо їх по хвостах.

Власне в комет є два хвости.

Це хвіст із пилу,
що його здуває сонячний вітер.

А це - іонний хвіст,
заряджені частинки,

які рухаються слідом за магнітним полем
в Сонячній Системі.

Це кома,

а це ядро,
занадто маленьке, щоб його побачити,

і запам'ятайте,
що в випадку з Розетттою,

космічний корабель -
це центральний піксель.

Ми лише за 20, 30, 40 кілометрів
від комети.

Що нам потрібно запам'ятати?

У кометах міститься початковий матеріал,
із якого була утворена Сонячна Система,

тому вони просто ідеальні
для вивчення компонентів,

які існували в той час,
коли утворилась Земля та виникло життя.

Існують припущення,

що комети принесли елементи,
які допомогли зародитися життю.

В 1983, ЄКА запустило
довгострокову програму Горизонт-2000,

що її головною метою
було запустити місію на комету.

Паралельно запустили невелику місію
на комету, ось цього "Джотто",

і в 1986 цей апарат разом із армадою інших шатлів
пролетів повз комету Галлея.

За результатами тієї місії
стало чітко зрозуміло,

що комети - ідеальні об'єкти
для дослідження нашої Сонячної Системи.

Таким чином, місію "Розетти"
було затверджено в 1993,

і спочатку планувалось запустити її
в 2004,

але тут виникла проблема
з ракетою "Аріан",

Проте наш відділ зі зв'язків із громадськістю
на ентузіазмі

вже зробив 1000 тарілок
із дельфтського блакитног фаянсу

із назвами неправильних комет.

Відтоді мені вже ніколи не довелося
купувати тарілок. Приємно, що не кажіть.

(Сміх)

Як тільки проблему розв'язали,

ми покинули Землю в 2004 році

та полетіли на новообрану комету
Чурюмова-Герасименка.

Цю комету вибрали спеціально:

по-перше,
ми повинні бути в змозі туди дістатись,

по-друге, вона не має надто довго
перебувати в нашій системі.

Ця комета востаннє була
в Сонячній Системі 1959 року.

Юпітер уперше змінив її напрям,

і вона достатньо наблизилася до Сонця,
щоб почати змінюватись.

Це була дуже свіжа комета.

"Розетта" мала кілька історичних титулів
першості.

Це був перший супутник, який рухався
по орбіті довкола комети

й супроводжував її протягом
усієї подорожі по Сонячній Системі --

в серпня вона найближче
підлетіла до Сонця,

а потім знову рушила за межі системи.

Це перша в історії посадка на комету.

Власне, рухаючись по орбіті
довкола комети, ми використовуємо щось,

чого зазвичай не роблять шатли.

Коли ви дивитесь на небо, то знаєте,
де ви і на що ви дивитесь.

В цьому випадку
цього не достатньо.

Ми орієнтувались
за позначками на кометі.

Ми розпізнавали топографічні елементи --
валуни, кратери --

і саме так знали, де знаходимось
відносно комети.

І звичайно, це перший супутник,
який вийшов за межі орбіти Юпітера

на сонячних батареях.

Це звучить більш героїчно,
ніж воно є насправді,

бо технологія радіоізотопного
термоелектричного генератора

в той час не була доступна в Європі,
тож у нас не було вибору.

Та ці сонячні батареї великі.

Це одне крило, а це - не відібрані
навмисно маленькі люди.

Вони такі ж на зріст як я чи ви.

(Сміх)

У нас було два таких крила,
56 квадратних метрів.

Пізніше,
коли ми дістались до комети,

ми побачили, що 65 кв.м. вітрил

поруч із об'єктом, який виділяє гази -
не зовсім вдалий вибір.

Як же ми дістались до комети?

Щоб "Розетта" досягнула своїх наукових цілей,
ми мали дістатися дуже далеко

-- в чотири рази далі
за відстань від Землі до Сонця --

і на набагато більшій швидкості,
ніж можна було досягти з паливом,

бо палива ми мали взяти
в шість разів більше, ніж важив сам шатл.

Що ж робити?

Ми використовували гравітаційні зонди,
рогатки:

ви пролітаєте повз планету
на низькій висоті,

кілька тисяч кілометрів,

а потім без зусиль набираєте швидкість
руху тієї планети навколо Сонця.

Ми так робили кілька разів.

Ми пролетіли так Землю, Марс,
знову двічі Землю,

а ще пролетіли за двома астероїдами
Лютецією і Штейнсом.

Потім, у 2011, ми були так далеко від Сонця,
що якби в корабля сталась проблема,

ми б його не врятували,

тож ми перейшли
в сплячий режим.

Все були вимкнено,
крім одного годинника.

Білим тут позначено траєкторію,
і як це працює.

Ви бачите коло, з якого ми почали,

білу лінію, яка стає все більш
еліптичною,

і ось ми нарешті дістались до комети

в травні 2014 і мали почати
виконувати маневри наближення.

На шляху туди, пролітаючи повз Землю,
зробили кілька фото для перевірки камер.

Це Місяць піднімається над Землею,

а це те, що зараз ми звемо селфі,

в той час, до речі,
такого слова не існувало. (Сміх)

Це Марс. Фото було зроблено
спеціальною камерою CIVA.

Це одна з камер на спусковому апараті,

вона знімає прямо під сонячними батареями,

перед вами - Марс
і сонячні батареї на відстані.

Коли ми перейшли в сплячий режим
у січні 2014,

ми почали наближатись до відстані

2 млн. кілометрів
від комети в травні,

Тим не менше, швидкість корабля
була занадто великою.

Ми рухались зі швидкістю 2.8 км./год.
швидше за комету, тому треба було гальмувати.

Ми мали зробити вісім маневрів,

і, як ви бачите тут,
деякі з них були справді великі.

Нам довелось гальмувати
зі швидкістю кілька сотень км./год.,

це тривало сім годин

і вимагало 218 кілограмів палива,

і то були сім нервових годин,
бо в 2001 році

стався витік в системі
руху "Розетти",

і нам довелось закрити відділення,

тож система працювала під тиском,

для якого вона не була розрахована.

Тоді ми опинилися близько до комети,
і це перші зображення.

Реальний період обертання комет -
12 з половиною годин,

тож це прискорення,

та ви зрозумієте, що наші інженери
механіки польоту подумали,

що приземлитися буде не так легко.

Ми сподівались, що вони придумають
щось на кшталт мотики,

щоб ми могли легко приземлитись.

Але в нас була одна надія: можливо,
поверхня була гладка.

Ні. Так теж не вийшло. (Сміх)

Тоді на нас чекало
неминуче завдання:

скласти карту цього об'єкту
в усіх деталях,

тому що треба було знайти площу
500 метрів у діаметрі, ще й плоску.

Чому 500 метрів? Це похибка, яку ми
можемо собі дозволити при приземлення зонда.

Ми з цим справились
і склали карту комети.

Використали прийом під назвою
фотоклінометрія.

Використали тінь від Сонця.

Тут ви бачите скелю
на поверхні комети,

і сонце сяє зверху.

Дивлячись на тінь, ми помізкували,

що зможемо негайно визначити,
приблизно якої форми скеля.

Можна запрограмувати комп'ютер,

просканувати всю комету
й скласти її карту.

Для цього, починаючи з серпня,
ми пролітали по спеціальній траєкторії.

По-перше, трикутник зі стороною
100 кілометрів,

на відстані 100 кілометрів,

і знову повторили те саме,
але вже з 50 кілометрів.

Тоді ми побачили комету з усіх кутів

і змогли використати цей прийом,
щоб скласти повноцінну карту.

Це допомогло вибрати
місця приземлення.

Весь процес нашої роботи -
від складання карти комети

до пошуку
місця приземлення - зайняв 60 днів.

Більше в нас не було.

Щоб ви розуміли,
місія на Марс

вимагає, щоб сотні науковців
роками працювали над тим,

як дістатися до потрібного місця.

У нас було 60 днів і все.

Врешті, ми вибрали місце приземлення,

"Розетта" отримав команду
запустити космічний апарат "Філе".

"Розетта" мусив опинитися
в правильній точці в космосі

і націлитись на комету,
бо посадковий модуль - пасивний.

Посадковий модуль дістає поштовх
і рухається прямо до комети.

Розетта має розвернутись,

щоб камери дивились прямо на "Філе",
поки той вилітає,

щоб тримати зв'язок.

Приземлення по всій траєкторії
тривало сім годин.

Зробимо простий підрахунок:

якщо швидкість "Розетти"
1см/сек.,

то 7 годин - це 25,000 см.

Це значить, що похибка комети -
252 метри.

Ми мали знати швидкість "Розетти"

точніше ніж до сантиметра за секунду,

а також її розташування в космосі
точніше за 100 метрів

на відстані 500 млн. кілометрів від Землі.

Це беззаперечна майстерність.

Зараз я вас швидко ознайомлю
з деякими поняттями та інструментами.

Не втомлюватиму вас всіма деталями
всіх інструментів,

та це пояснить все.

Ми можемо понюхати газ,
можемо виміряти всі частинки пилу,

їхню форму, склад,

магнітометри, все.

Ось один із результатів приладу,
котрий вимірює щільність газу

на "Розетті".

Це газ, який залишає комету.

На нижній діаграмі -
торішній вересень.

Це довгострокова змінна,
котра сама по собі не є дивною,

але ви бачите гострі піки.

Це кометний день.

Ви бачите, як Сонце впливає
на випаровування газу,

і бачите, як комета обертається.

Ось це точка,

від якої походить багато матеріалу,

вона розігрівається Сонцем
та охолоджується на холодній стороні.

Тут ми бачимо
зміну в щільності газу.

Це гази та органічні сполуки,

які ми вже виміряли.

Чималий список,

а буде ще більший,

бо вимірювань є сила-силенна.

На даний момент у Г'юстоні
відбувається конференція,

де представлено багато результатів.

Також ми виміряли частинки пилу.

Ви не надто вражені,

та вчені були в захваті,
коли це побачили.

Дві частинки пилу:

праву звуть Борисом,
в неї стріляли танталом,

щоб її проаналізувати.

Ми виявили натрій і магній.

Це свідчить про концентрацію
цих двох матеріалів

у момент формування Сонячної Системи.

Тож ми дізнались,
які речовини існували,

коли утворювалась наша планета.

Звичайно, один із головних елементів
- уява.

Це одна з камер на "Розетті",
камера "Озіріс",

яка потрапила на обкладинку
журналу "Наука"

23 січня цього року.

Ніхто не очікував, що цей об'єкт
так виглядатиме.

Валуни й скелі найбільше схожі на
гранітний купол

Гаф Доум у Йосеміті,

Ми бачили ще й таке:

дюни і надуті вітром тіні праворуч.

Ми бачили такі на Марсі,
але в цієї комети немає атмосфери,

тож тіні, надуті вітром,
дуже важко створити.

Це напевно місцеві гази,

які виходять і знову повертаються.

Ми не знаємо точно,
чимало всього ще треба дослідити.

Ви бачите те ж саме зображенні двічі.

Ліворуч посередині
ви бачите яму.

Праворуч,
якщо уважно поглянете,

побачите, як із тієї ями
виходять три струмені.

Це і є активність комети.

Очевидно, на дні цих ям
є активні ділянки,

де речовини
випаровуються в космос.

Це інтригуючий розлом
в "шиї" комети.

Ви бачите його праворуч.

Кілометр завдовжки
і два з половиною кілометри завширшки.

Деякі люди припускають,

що коли ми дістанемось до сонця,

комета розірветься навпіл,

і тоді нам доведеться вибирати,

до якої комети летіти?

Посадковий модуль, знову
багато інструментів,

схожих на ті,
що забивають щось у землю та свердлять.

Більшість таких же, як на "Розетті",
бо те, що ми знайдемо в космосі,

треба порівняти з тим, що
знайдемо на кометі.

Це називається
підсупутникові вимірювання.

Це фотографії посадки,

зняті камерами "Озіріс".

Ви бачите, як модуль відлітає
все далі і далі від "Розетти".

У правому верхньому куті - фото,
зняте на висоті 60 метрів,

60 метрів над кометою.

Валун приблизно 10 метрів.

Це одне з останніх наших зображень
перед приземленням на комету.

Ось ви бачите все знову,
але з іншого кута,

бачите вибухи
знизу ліворуч до середини

посадкового модуля, котрий мандрує
по поверхні планети.

А вгорі - зображення, зняті
перед приземленням і після.

Єдина проблема в зображенні після спуску
в тому, що тут нема посадкового модуля.

Та якщо ви уважно поглянете
на праву сторону фото,

то побачите, що модуль "відскочив".

Його опустили знову.

Цікаво, що спочатку

"Розетту" планували оснастити
модулем, який би "відскакував".

Але цю ідею відкинули,
бо це занадто дорого.

Ми забули про це,
а от посадковий модуль - ні.

(Сміх)

Під час першого стрибка,
на магнітометрі:

дані з трьох осей x, y та z.

Посередині ви бачите червону лінію.

А на ній видно зміну.

Вона сталась, напевно,
під час першого стрибка,

котрась із ніжок модуля
втрапила на край кратеру,

і швидкість апарату змінилась.

Тож нам пощастило,

що ми були там, де були.

Це одне з легендарних фото "Розетти".

Це об'єкт, створений людьми,
ніжка посадкового модуля,

яка стоїть на кометі.

Для мене це найкраще фото космосу,
яке я бачив у своєму житті.

(Оплески)

Ми ще маємо виконати одне завдання -
знайти посадковий модуль.

Блакитна зона -
місце, де він має бути.

Нам ще не вдалося його знайти,
та пошуки продовжуються,

як і наші зусилля в спробі дістатись
до модуля, щоб заново працювати.

Ми щодня слухаємо

і сподіваємось що десь до квітня

модуль знову прокинеться.

Наші знахідки на кометі:

ця річ триматиметься на поверхні води.

Її густина наполовину менша
за густину води.

Вона схожа на великий камінь,
але це не так.

Підвищення активності, яке ми бачили
торік у червні, липні й серпні -

це активність, що збільшилася
в чотири рази.

До того часу, як ми опинимося біля сонця,

цю комету покидатимуть за секунду
сто кілограмів

газу, пилу, інших речовин.

Це 100 мільйонів кілограмів на день.

І ось, врешті, день приземлення.

Я ніколи не забуду -- абсолютне божевілля,
250 телевізійних команд у Німеччині.

В мене брало інтерв'ю BBC,

інші телевізійні команди,
ходили за мною весь день,

знімали мої інтерв'ю,

і це тривало до самого вечора.

Команда каналу Discovery

спіймала мене
на виході з диспетчерської,

вони поставили мені правильне питання,

чесно, я аж просльозився,
і досі так почуваюся.

Півтора місяці

я не міг без сліз
думати про день приземлення,

я досі відчуваю ті емоції.

І ось на цьому фото комети
я б хотів закінчити свій виступ.

Дякую.

(Оплески)