Читать книгу "За новыми горизонтами - Дэвид Гринспун"

Поиск нужного расстояния и времени для пролета

До того как команда «Новых горизонтов» могла приступить к составлению какого-либо подробного плана, ее членам предстояло принять два очень важных решения: когда именно космический аппарат должен пролететь через систему Плутона и на каком точно расстоянии он должен находиться. Приступив к работе в начале 2008 г., Лесли возглавила детальные исследования того, какой день и какое расстояние до Плутона лучше всего выбрать.

На борту «Новых горизонтов» было достаточно топлива, чтобы изменить дату пролета на срок вплоть до нескольких недель от заданной даты в июле 2015 г., и Алан хотел выжать максимум, найдя самое оптимальное время. Поэтому Лесли и команда PEP оценили все возможные факторы, начиная с того, какие территории Плутона будут видны космическому аппарату в тот или иной возможный день пролета (принимая во внимание то, что планета совершает один оборот вокруг своей оси за 6,4 земных суток), и заканчивая расстоянием до спутников Плутона в разные дни, а также тем, какая станция слежения на Земле будет находиться в нужном месте, чтобы проводить радиотехнические эксперименты для измерения атмосферного давления Плутона и его радиоотражательной способности. В целом для оценки дня прибытия, которой занималась Лесли, рассматривался десяток факторов, с помощью которых нужно было выбрать, какой день в конце июня или июле 2015 г. лучше всего подходит для проведения пролета. Выбрать идеальную дату по всем из них было невозможно, поэтому принятие решения предполагало сложный ряд дилемм и компромиссов. В конце концов команда Лесли рекомендовала, а Алан одобрил 14 июля; отчасти такой выбор был сделан из-за того, что в этот день космический аппарат должен был пролететь мимо самого яркого пятна на поверхности Плутона (причем было известно, что это пятно имеет очень необычный состав). Но 14 июля также давало наилучшую комбинацию наблюдений за спутниками и требовало меньшего расхода топлива, потому что первоначально для пролета предполагалась именно эта дата. Это было приятным бонусом, поскольку Алан хотел сэкономить топливо для пролета других тел пояса Койпера после Плутона.

Установив дату пролета на 14 июля, команда Лесли начала рассматривать расстояние для максимального сближения во время пролета. Самые важные научные наблюдения затрагивали сам Плутон, поэтому главным было именно расстояние до планеты, но дистанция до спутников также имела значение. Четыре научные команды начали с того, что оценили, насколько хорошо будут проходить их детальные наблюдения Плутона в зависимости от возможного расстояния максимального сближения в диапазоне от 3000 до 12 000 км, при этом расстояние до спутников должно было составлять примерно от 28 000 до 80 000 км. Самый близкий подход помогал детекторам плазмы засечь больше заряженных частиц, но появлялись проблемы при работе камер. (Вы можете подумать, что именно команда, работающая с камерами, настаивала на максимально возможном сближении, но при скорости пролета, составляющей более 48 000 км/ч, слишком маленькое расстояние до цели означало, что сделанные чересчур близко фотографии будут нерезкими из-за головокружительной скорости корабля.) При принятии решения учитывали десятки факторов. В конце концов лучшим вариантом для того, чтобы удовлетворить зачастую противоположные желания четырех научных команд, стал пролет на расстоянии 12 500 км, глубоко внутри орбит всех спутников Плутона.

Расчеты показали, что для того, чтобы работать при пролете на таком расстоянии — чтобы все цели находились точно в центре фотографий, — космический аппарат должен был прибыть во временно́м промежутке не более девяти минут от назначенного времени и сделать это после путешествия в течение 9,5 года. Это то же самое, что для самолета, пролетевшего через всю страну от Лос-Анджелеса до Нью-Йорка, приземлиться с погрешностью не более четырех миллисекунд от запланированного времени! Также «Новые горизонты» должны были добраться до контрольной точки около Плутона, отклонившись от курса не более чем на 96 км, преодолев 4,8 млрд км от Земли. Протяженность линий метрополитена в Вашингтоне составляет примерно 96 км, а космический аппарат должен был попасть в эту цель, проделав весь путь от Земли до Плутона. Это равносильно тому, чтобы запустить мяч для гольфа из Лос-Анджелеса в Нью-Йорк и при этом попасть в цель размером с суповую миску. Задача была нелегкая.

Планирование пролета начинается

Чтобы начать планирование многомесячного пролета, встреча с Плутоном была разбита на несколько этапов. Пролет должен был начаться в январе 2015 г., за шесть месяцев и почти 320 млн км от Плутона. Этот этап был обозначен как «Фаза сближения 1» (Approach Phase, AP1). Главной его целью был сбор навигационной информации, чтобы нацелиться на Плутон, но также этап включал в себя измерения обстановки на орбите Плутона с использованием детекторов плазмы SWAP и PEPSSI и детектора пыли SDC. На таком большом расстоянии Плутон все еще оставался точкой. С началом «Фазы сближения 2» (Approach Phase 2, AP2) в апреле 2015 г. расстояние до Плутона должно было сократиться наполовину по сравнению с началом первого этапа. Поэтому помимо выполнения предыдущих заданий с этого момента космический аппарат уже мог разглядеть Плутон так же, как его видел с Земли космический телескоп «Хаббл». Теперь фотографии становились значительно лучше с каждой последующей неделей, поэтому первые ценные для науки наблюдения Плутона планировались на AP2.

Этап AP3 должен был начаться гораздо ближе к Плутону, в середине июня. Он продолжался всего три недели, но предусматривал тщательное фотографирование Плутона и его спутников, обращающихся вокруг планеты, а также первые наблюдения для определения химического состава Плутона и Харона и интенсивный поиск новых спутников и даже колец. После AP3 начиналось так называемое ядро (или основная часть) программы, за семь дней до максимального сближения. Этот этап продолжался еще два дня после подхода на кратчайшее расстояние. За ним следовало три фазы расхождения (Departure Phases, DP), которые должны были продолжаться до октября 2015 г.

Три фазы сближения, три фазы расхождения и основная часть пролета должны были планироваться отдельно и с разным уровнем строгости. Ближайшие к Плутону этапы следовало подготовить намного раньше, чтобы провести больше тестов, что отражало их огромную важность для общего научного результата.

Каждый из этапов пролета, в свою очередь, разбивался на некоторое количество последовательностей, каждая из которых состоит из тысяч машинных команд, необходимых, чтобы управлять космическим аппаратом, направлять его на различные цели в системе Плутона, осуществлять работу приборов и сохранять каждый блок данных. Но прежде чем программировать эти последовательности команд, группа PEP разработала более сотни методов проведения измерений, чтобы выполнить все научные цели пролета. В каждом методе содержалась информация о том, куда нацеливается аппарат, какой прибор и с какими настройками используется, на каком расстоянии от цели, на каком накопителе данных будут сохраняться результаты, и так далее. На каждый метод назначался «куратор» — разбирающийся в данном вопросе эксперт из научной команды, ответственный за разработку. Алан настаивал на том, чтобы после разработки каждый метод тщательно проверялся командой PEP для выявления слабых мест и возможности улучшения.