Но на борту не одна лишь фотокамера. «Кассини» оснащен двенадцатью инструментами, которые в сумме выполняют двадцать семь видов наблюдений и регистрации параметров.
Схема, иллюстрирующая межпланетный перелет АМС «Кассини» по траектории «Венера – Венера – Земля – Гравитационный маневр у Юпитера». «Кассини» потребовалось 6,7 года, чтобы достичь Сатурна. Источник: лаборатория реактивного движения Калифорнийского технологического института
– Иной раз группа радарного инструмента заказывает одно положение аппарата, тогда как группа получения изображений желает совсем другой ориентации, – говорит Мейзи. – А потом ребята по полям и элементарным частицам просят его повернуть еще куда-нибудь, а специалисты по космической пыли – совсем в другую сторону. Ах да, и еще мы раз в сутки должны развернуть станцию так, чтобы ее антенна большого усиления была направлена на Землю. Все начинают драться за наиболее выгодную для себя ориентацию.
Мейзи сказал, что ученые «Кассини» разработали особый процесс – теперь этой практике следуют и в других межпланетных проектах, потому что она работает, как видно, хорошо, – когда группы отдельных научных приборов собираются вместе и занимаются «нарезкой и разделом» каждого этапа полета с точностью до минуты. Они проектируют и выстраивают в деталях оптимизированные сценарии действий на месяцы вперед, находя моменты, когда каждый инструмент окажется в наилучшей позиции для проведения наблюдений. Когда план операций проходит утверждение и тестирование на Земле, десятинедельная программа необходимых для его выполнения команд отправляется на борт «Кассини», после чего его бортовой компьютер управляет каждым маневром и полетной операцией.
– Это очень сложный процесс, похожий на изготовление швейцарских часов – все части должны подойти идеально, – говорит Эрл. – Но это работает. И мы занимаемся этим делом с 2002 года.
Проблемы с Титаном
В 1999 году орбитальный аппарат «Кассини» и укрепленный на нем снаружи посадочный модуль «Гюйгенс» путешествовали по своему извилистому маршруту, конечной точкой которого была система Сатурна. Этот космический дуэт стартовал в 1997 году, но, вместо того чтобы сразу же устремиться к шестой планете от Солнца, пара аппаратов начала двигаться по траектории «Венера – Венера – Земля – Гравитационный маневр у Юпитера», дважды совершив пролет Венеры и один раз – Земли спустя два года после начала полета.
При том что все эти пролеты помогли станции набрать дополнительную скорость, нужную, чтобы достичь Сатурна, пролет Земли также позволил всем занятым в управлении полетом командам устроить проверку различных систем и приборов и сразу же получить отклик.
– Европейская группа хотела протестировать приемник «Гюйгенса» путем проверки приема передаваемых с Земли данных, – говорит Мейзи. – Это замечательный способ провести испытание в полете, поскольку есть старое изречение авиационных бортинженеров: «Проверяй, когда летишь, и лети, когда проверяешь».
Посадка модуля «Гюйгенс» на Титан в изображении художника. Источник: Европейское космическое агентство
По прибытию в систему Сатурна «Гюйгенсу» предстояло отделиться от «Кассини» и пройти сквозь плотную и непрозрачную атмосферу Титана наподобие парашютиста в свободном падении, передавая данные на всех этапах спуска. У модуля «Гюйгенс» не было достаточно энергии и большой антенны, пригодной для прямой передачи собранных данных на Землю, поэтому «Кассини» предстояло в это время служить ретранслятором. Было необходимо убедиться, что этот способ передачи данных сработает, иначе критически важная часть программы осталась бы не выполнена.
Титан, по размеру намного превосходящий земную Луну и уступающий только спутнику Юпитера Ганимеду, настоящая кладезь загадок. В 1655 году астроном Христиан Гюйгенс работал над улучшением новомодного технического изобретения под названием «телескоп». Применив новые линзы, Гюйгенс обнаружил, что по соседству с Сатурном есть большой, выглядящий слегка размыто спутник. Много веков астрономы спорили, обладает ли Титан атмосферой, подобной земной. Ни одна другая луна в Солнечной системе не наделена атмосферой, так, может быть, на Титане есть жизнь?
Когда Voyager 1 совершил пролет Титана в 1980 году, он обнаружил богатую азотом атмосферу, действительно напоминающую земную. Но она была заполнена настолько плотным органическим смогом оранжевого цвета, что станции Voyager не удалось заснять ни одной детали на поверхности луны. Что же там служило источником этой плотно окутывающей спутник атмосферы? Некоторые ученые предсказывали наличие океанов, но Титан настолько холоден – средняя температура на нем составляет –180 °C, – что моря и океаны на нем могут состоять только из жидких углеводородов, таких как метан и этан. Как может выглядеть поверхность Титана в этих условиях, никто не мог себе даже вообразить.
Посадочный аппарат «Гюйгенс» готовился к спуску на поверхность Титана, чтобы наконец позволить людям заглянуть в этот чуждый мир.
– По плану должно было происходить так: «Гюйгенс» двигался бы впереди в сторону Титана, а «Кассини» следовал бы сразу позади него, принимая данные, – рассказывает Мейзи. – Поэтому, чтобы проверить такую последовательность во время пролета Земли, «Гюйгенс», «Кассини» и Голдстоунский комплекс дальней космической связи были совместно запрограммированы на имитацию спуска модуля на Титан. Все прошло замечательно.
Кроме одной маленькой детали: «Кассини» не получил практически ничего из имитационных данных, а то, что им было получено, не поддавалось расшифровке. И никто не мог понять почему.
После шести месяцев скрупулезного расследования источник проблемы удалось найти. Разница в скоростях двух космических аппаратов была принята в расчет неправильно, из-за этого возникал сбой связи. Похоже на то, как если бы оба космических аппарата пытались связываться друг с другом на разных частотах.
– Европейцы пришли к нам и сказали, что у нас ничего не получится с Титаном, – рассказывает Мейзи. – Но мы стали собирать команды для мозгового штурма, чтобы найти какой-то выход.
Если говорить коротко, «болячка» системы связи была задана самим физическим устройством оборудования. Теперь межпланетная станция находилась за много миллионов миль, и ничего нельзя было изменить. Но инженерам пришла в голову остроумная идея, как можно использовать известный в физике эффект Доплера.
Эрл Мейзи предпочитает описывать это в виде метафоры: представьте себе, что вы сидите на берегу моря и видите катер, мчащийся вдоль берега близко к вам. Для вас он будет двигаться быстро. Но если бы тот же самый катер с той же самой скоростью шел бы вдоль горизонта, то казалось бы, что он еле ползет.
– Так как мы не могли изменить сигнал «Гюйгенса», единственное, на что можно было повлиять, – это траектория полета «Кассини», – говорит Мейзи. – Если бы нам удалось удалить «Кассини» на большое расстояние и сделать так, чтобы с его точки зрения «Гюйгенс» перемещался бы медленно, он бы начал принимать радиоволны с посадочного модуля на более низкой частоте, что решало проблему.
