7 февраля 1999 г. в 21:04:15.238 UTC (16:04:15 EST), с задержкой на сутки, со стартовой площадки SLC-17A Станции ВВС 'Мыс-Канаверал' стартовала РН Delta 2 (модель 7426) с американской АМС Stardust на борту.
    Аппарат запущен для встречи с кометой Вильда-2 и сбора кометной пыли в ее коме. Во время перелета к комете КА соберет образцы межзвездной и межпланетной пыли. Если все пройдет нормально, образцы будут возвращены на Землю в посадочной капсуле 15 января 2006 г. Образцы будут исследованы в лабораторных условиях, где ученые проведут детальный химический, изотопный и биологический анализ пыли.
    Запуск межпланетного аппарата был выполнен с промежуточным выведением на орбиту ИСЗ. Отделение КА от третьей ступени произошло через 28 мин после старта. Затем КА погасил вращение включением бортовых ДУ, и через 4 мин были развернуты и ориентированы на Солнце солнечные батареи. Сигнал с КА был принят 34-метровой антенной Сети дальней связи DSN в Канберре через 51 мин после запуска.

СТАРТ МИССИИ STARDUST

    В каталоге Космического командования США Stardust получил международное регистрационное обозначение 1999-003A и номер 25618. Вторая ступень осталась после четвертого включения на орбите с наклонением 22.48њ, высотой 292x6817 км и периодом 163.8 мин, третья вышла на межпланетную траекторию.
    Проект Stardust был выбран для реализации в 1995 г. и осуществляется в рамках программы NASA Discovery.
    Это первая американская АМС, созданная специально для исследования кометы, и первая, предназначенная для автоматической доставки внеземного вещества. Аппарат изготовлен компанией Lockheed Martin Astronautics (LMA).
    Стоимость разработки и изготовления КА - 128.4 млн $, управления - 37.2 млн $.
    Управление КА ведется из центра управления LMA при поддержке Лаборатории реактивного движения (JPL). 8 февраля в 17:16 UTC Stardust прошел в 53400 км от Луны, а к 11 февраля удалился от Земли на 1.6 млн км. Все системы аппарата работают нормально. В течение следующих двух недель на борту КА будут включены приборы DFMI и CIDA.
    Первая коррекция траектории запланирована на 22 февраля.


    Межзвездная пыль - одна из основных форм вещества в Галактике - конечный результат развития звездных систем и одновременно - строительный материал новых звезд. Тяжелые элементы, из которых состоят Земля и наши тела, пять миллиардов лет назад существовали в виде звездной пыли.

STARDUST И ЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ

Подготовка и запуск     Астрономическое окно для запуска КА Stardust продолжалось с 6 по 25 февраля 1999. Сборка носителя началась прямо на старте еще в декабре; вторую ступень привезли на старт 14 января, а 20 января в Корпус опасных операций с ПН (PHSF) прибыла 3-я ступень РН с твердотопливным двигателем Star 37FM. 18 января КА Stardust был заправлен, 25 января взвешен и 26 января состыкован с 3-й ступенью. 28 января всю связку перевезли в 'чистую комнату' на старте и поставили на поворотный стол. На аппарат было подано питание и заложено программное обеспечение. Ко 2 февраля головной блок был пристыкован ко 2-й ступени и закрыт обтекателем.     Дата запуска - 6 февраля в 21:06:42 UTC - оставалась неизменной до последней минуты. За 1 мин 42 сек до расчетного момента пуска старт был прекращен из-за нестабильного сигнала радиолокационного ответчика диапазона C на ракете, необходимого для слежения за ней во время выведения на опорную орбиту.     Стартовое окно длилось всего одну секунду, так что перенос на сутки был предрешен.     Старт состоялся 7 февраля, во время следующего стартового окна, причем была организована прямая трансляция с телекамеры, установленной на 3-й ступени. Это был 4-й пуск в рамках исполняемого компанией The Boeing Co. контракта Med-Lite и 78-й с 1961 г. запуск научного аппарата носителем семейства Delta.

STARDUST И ЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ

    Для астрономов главным свойством пыли является ее способность к поглощению и рассеиванию радиоизлучения. Следствием непрозрачности для радиоизлучения является эффект охлаждения пыли, способствующий сжатию пылевого скопления и формированию новых поколений звезд и планетных систем. Так около 5 млрд лет назад образовалась Солнечная система.
    На свойстве рассеивать и поглощать радиоизлучение основан 'дистанционный' метод изучения межзвездной пыли. Второй способ - исследование метеоритов, в которых присутствуют вкрапления межзвездных частиц. Некоторое количество оплавленных частиц космической пыли найдено также в океанических осадках и на большой высоте в атмосфере.
    В 1993 г. во время полета АМС Ulysses за пределами орбиты Марса был обнаружен и наблюдениями с АМС Galileo подтвержден поток частиц межзвездной пыли микронного размера, приходящий со стороны созвездия Стрельца. Поскольку именно туда движется Солнце, логично считать, что в действительности мы перемещаемся относительно более или менее неподвижной межзвездной пыли.
    К настоящему времени выяснено, что частицы звездной пыли:

    - имеют в основном размер порядка 0.01 мкм, но могут быть и больше 0.1 мкм;
    - содержат углерод (в скоплениях пыли обнаружено до 60 химических соединений, в состав которых входит углерод);
    - могут представлять собой небольшие аморфные силикатные частицы;
    - могут содержать молекулы NH₃, H₂O, CH₂O, HCN и HC₃CN.

    В составе метеоритов методами изотопного анализа найдены углеродосодержащие частицы: карбид углерода, графит, алмазы.

Комета Вильда-2 на звездном небе. Справа - снимок кометы, сделанный 17 декабря 1990 г. телескопом на горе Мауна-Кеа (Гавайи).

STARDUST И ЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ

    Наиболее актуальные вопросы, стоящие сейчас перед учеными:

    - не ясно точно, откуда в частицах межзвездной пыли столько углерода;
    - не до конца известны возраст частиц, не ясны процессы, которым они подверглись при формировании;
    - не известен состав ядра и периферии того скопления пыли (первичное облако), из которого сформировалась Солнечная система.

    Источниками кометной и межпланетной пыли являются кометы и астероиды. Кометы, по мнению ученых, сохранили в своем составе вещество в том виде, в котором оно находилось при формировании Солнечной системы: они, по-видимому, образовались на периферии первичного облака. Температура ам была и остается низкой, и частицы межзвездной пыли, попав в состав кометы, должны были остаться нетронутыми до наших дней. Тем не менее наблюдения показывают, что некоторые спектральные характеристики кометной и звездной пыли различаются. Было бы заманчиво 'заполучить' ее образцы для детального анализа.
    Большой интерес для ученых представляют летучие вещества, входящие в состав кометного ядра, органические соединения, а также микрочастицы субмикронного размера различных типов - силикаты, сульфиды и их смеси. Органические примеси в кометном веществе можно разбить на несколько групп, в зависимости от наличия ключевых элементов: H+C+N, H+C+O, H+C, H+C+N+О. Доказано, что из пяти соединений, найденных в межзвездной пыли (NH₃, H₂O, CH₂O, HCN и HC₃CN), первые четыре есть и в составе кометных ядер.
    Учитывая большие площади распространения кометной пыли, ее легкую переносимость, непредсказуемое воздействие радиации, можно предположить, что она сыграла важную роль в возникновении жизни на Земле и молекулярном синтезе.


    Stardust должен доставить на Землю около 1 мг пыли (любопытный читатель с калькулятором может подсчитать стоимость одного ее грамма). Это около 1000 кометных частиц размером более 15 микрон и более 100 частиц звездной пыли размерами от 0.1 до 1 микрона. Для анализа такого количества пыли будет достаточно. Как говорит научный руководитель проекта Stardust д-р Дональд Браунли (Donald C. Brownlee) из Университета Вашингтона, 'доставьте на Землю хоть тонну космической пыли - все равно основная необходимая нам информация находится на микронном и субмикронном уровне; так что для анализа нужно одно зернышко...'. Микроскопическое количество пыли будет изучаться не один десяток лет с применением всех вновь разрабатываемых методик - так же, как сейчас продолжаются исследования лунного грунта.
    Конечные цели исследования образцов кометной и межзвездной пыли:

    - определить элементный, химический состав и строение комет;
    - оценить количество строительного материала для комет, находящегося в межпланетной пыли и метеоритах;
    - оценить наличие воды в кометном веществе;
    - определить распределение и состав вещества первичного облака пыли, из которого впоследствии сформировались Солнце, планеты Солнечной системы и кометы;
    - определить, какие процессы происходили в первичном облаке до формирования Солнечной системы;
    - определить состав вещества межзвездной пыли.

    Целью сбора летучих веществ, испарившихся с поверхности кометы, является определение их элементного и изотопного состава и поиск элементов, обычно входящих в состав органических соединений - С, Н, N, O, P, S, Si.


    Комета Вильда-2 была выбрана в качестве цели не случайно. Выбор был обоснован удобством формирования перелетной траектории к ней и малой относительной скоростью встречи, возможностью попутного пролета потоков межзвездных частиц, а также 'послужным списком' самой кометы. До 1974 г. ее орбита вокруг Солнца была долгопериодичной, с перигелием 5 а.е. и афелием 24.7 а.е. Большую часть своей жизни комета проводила на значительном удалении от Солнца, что обеспечивало 'соранность' материала ее ядра. Однако 10 сентября 1974 г. комета сблизилась с Юпитером до расстояния 0.006 а.е. (0.9 млн км), вследствие чего форма орбиты резко изменилась, а период обращения уменьшился до 6 лет. Комета была открыта Паулем Вильдом из Астрономического института Бернского университета 6 января 1978 г. на орбите с наклонением 3.3њ, периодом обращения 6.17 года и эксцентриситетом 0.56.

STARDUST И ЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ

Исследования комет межпланетными станциями     Еще в 1980 г. Дональд Браунли и NASA прорабатывали вариант доставки вещества кометы Галлея, но этому проекту, а десятью годами позже проекту CRAF, не суждено было осуществиться. Первым аппаратом, встретившимся с кометой, стал КА ISEE-3 (International SunEarth Explorer). Названный после изменения первоначального задания ICE (International Comet Explorer), 11 сентября 1985 г. он прошел в 7862 км от ядра кометы Джиакобини-Циннера.     Весной 1986 г. исследования кометы Галлея с различных расстояний провели советские межпланетные станции 'Вега-1' и 'Вега-2', европейский Giotto, японские Sakigake (MS-T5, 'Пионер') и Suisei (Planet-A, 'Комета'). В 1992 г. Giotto исследовал также комету Григга-Скьеллерупа.     В 1994 г. за падением кометы Шумейкеров-Леви 9 на Юпитер наблюдали АМС Galileo, Ulysses, а также телескоп Хаббла.

STARDUST И ЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ

    Перигелий и афелий составляли 1.48 и 5.25 а.е. соответственно. (Вильд проводил станцию в полет и рассчитывает дождаться ее возвращения в 2006 г. - ему будет 80 лет.) Таким образом, это дальняя и 'свежая' комета, совсем недавно оказавшаяся в пределах досягаемости. Последующие наблюдения позволили оценить диаметр ядра кометы в 4 км, а его плотность в 0.5 г/см³.


    КА, который в шутку называют 'самым сложным пылесосом в мире', создан на базе платформы SpaceProbe компании Lockheed Martin Astronautics. (Производство началось 6 января 1998 г., и уже 11 ноября аппарат был отправлен на космодром.)
    Шасси в форме параллелепипеда имеет габариты 1.70х0.66х0.66 м (каркас алюминиевый, панели композитные). Полная масса КА на старте - 384.9 кг, в т.ч. собственно аппарата - 254 кг, возвращаемой капсулы - 45.7 кг, топлива - 85.0 кг.

Конструкция аппарата Stardust: 1 - солнечные батареи; 2 - антенна высокого усиления; 3 - коллектор с аэрогелем; 4 - возвращаемая капсула; 5 - блок двигателей; 6 -анализатор кометной и межзвездной пыли; 7 - адаптер стыковки с РН; 8 - противопылевая защита; 9 - навигационная камера; 10 - звездные камеры; 11 - перископ

STARDUST И ЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ

    Аппарат имеет трехосную стабилизацию. Определение текущей ориентации осуществляется с помощью звездной камеры и одного из двух инерциальных измерительных блоков, в резерве - два солнечных датчика. Инерциальный блок, имеющий в своем составе три кольцевых лазерных гироскопа и три акселерометра, используется для коррекций и во время пролета мимо кометы.
    Две солнечных панели общей площадью 6.6 м² и размахом 4.8 м оснащены кремниевыми солнечными элементами. Снимаемая мощность от 170 до 800 Вт (в зависимости от расстояния от Солнца). Имеется одна никель-водородная аккумуляторная батарея на 16 Ач. Силовое электрооборудование взято с КА серии SSTI.
    Система терморегулирования использует жалюзи для поддержания теплового режима инерциальных измерительных блоков, аккумулятора и твердотельных усилителей системы связи. Аппарат укрыт ЭВТИ; термостатирование некоторых систем выполняется с помощью радиаторов и управляемых ЭВМ нагревателей.

STARDUST И ЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ

Компания Motorola разработала также более совершенный, легкий и компактный вариант приемопередатчика - SDST (Small Deep Space Transponder). Этот приемопередатчик, работающий в диапазонах X и Ka, проходит испытания на экспериментальном КА Deep Space 1 и планируется к использованию в нескольких будущих проектах, включая обсерваторию SIRTF и станции Mars Surveyor 2001.

STARDUST И ЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ

    Неподвижно установленная приемопередающая антенна высокого усиления HGA (диаметр 0.6 м) работает в Х-диапазоне и используется главным образом при встрече с кометой. На борту имеется также передающая антенна MGA и три антенны низкого усиления для связи вблизи Земли и для приема команд. Два приемопередатчика диапазона X были первоначально разработаны компанией Motorola Systems Solutions Group для КА Cassini и используют 15-ваттные твердотельные усилители. Они служат для контроля положения КА, получения команд и передачи телеметрии. Сходные приемопередатчики используются на АМС NEAR, Mars Pathfinder, Cassini, Mars Polar Lander, Mars Climate Orbiter. Пропускная способность радиолинии:

    HGA/34-метровая антенна - 1975 бит/с;
    HGA/70-метровая антенна - 7900 бит/с;
    MGA/34-метровая антенна - 100 бит/с.

    В двигательную систему входят восемь двигателей тягой по 4.4 Н (0.45 кгс, 1 фунт) и восемь тягой по 0.9 Н (0.091 кгс, 0.2 фунта), смонтированные в четырех блоках по четыре в каждом. Все используют однокомпонентное топливо - гидразин N₂H₄.

Элемент противопылевой защиты аппарата, т.н. уиппловского щита

STARDUST И ЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ

    Система управления и обработки данных выполнена на базе 32-битного процессора RAD 6000 (самый популярный процессор для последних из запущенных АМС - радиационностойкий вариант процессора PowerPC). Рабочие частоты синхронизации: 5, 10 и 20 МГц. Память: программируемое ПЗУ - 3 Мбайт, оперативная - 128 Мбайт, из нее 20% занимают служебные программы; 75 Мбайт предусмотрены для снимков; 13 Мбайт - для прибора CIDA и 2 Мбайт - для DFMI. Аппарат не имеет специального бортового записывающего устройства.
    Противопылевая защита аппарата - одна из самых сложных задач при исследовании комет. Stardust имеет три 'щита', которые прикрывают края развернутых по потоку солнечных батарей и корпус аппарата. Так называемый уиппловский щит (название свое он получил в честь американского астронома Фреда Уиппла (Fred L. Whipple), в 1950 г. предложившего современную теорию строения кометного ядра) должен защитить корпус КА от столкновений с частицами размером до 1 см. От более крупных частиц защиты нет, но встреча с ними маловероятна.
    Уиппловский щит состоит из нескольких слоев. Первый слой ('бампер') выполнен из композитного материала. Сталкивающаяся с ним частица разрушается. Под композитной панелью находится многослойный 'пирог' из керамического материала некстел (Nextel). Защита корпуса имеет три некстеловых 'одеяла', защита батарей - два.
    Здесь осколки частицы рассеиваются. Третий композитный слой-ловушка окончательно тормозит и задерживает все осколки.
    Возвращаемая капсула SRC (Sample Return Capsule) имеет форму затупленного конуса с углом полураствора 60њ. Диаметр капсулы 0.81 м; высота - 0.5 м; масса - 45.7 кг. В ее состав входят алюминиевый контейнер образцов (содержит аэрогелевые ловушки с механизмом разворачивания), аэродинамический обтекатель, бортовая авионика (УВЧ-радиомаяк), парашютная система с вытяжным и основным парашютами.
    Конический носовой обтекатель выполнен на основе графитоэпоксидного материала, покрытого легкой абляционной теплозащитой (фенольно-углеродный материал PICA). Сзади капсула закрыта хвостовым обтекателем, защищенным от рециркуляции потока пробковым материалом SLA-561V, похожим на теплоизоляцию внешнего бака шаттла. Капсула выкрашена в белый и коричневый цвета.


    Состав научной аппаратуры КА был предопределен выполняемой задачей - сбор межзвездной и кометной пыли, наблюдение за динамикой пылевых потоков, фотографирование ядра кометы, проведение радиоизмерений параметров движения КА для определения массовых характеристик кометы. Собственно научных приборов на борту три: коллектор пыли, анализатор пыли и монитор потока пыли.
    Навигационная камера используется также для научной съемки, а штатная радиосистема - для допплеровских измерений.
    1. Коллектор пыли
    Сбор пыли осуществляет коллектор, включающий две группы ловушек на основе аэрогеля. Коллектор находится в возвращаемой капсуле, которая может открываться подобно раковине. После этого коллектор выдвигается на петлях нужной стороной кверху, экспонируется и убирается обратно. Аэрогель способен задерживать частицы пыли, ударяющиеся в него со скоростью порядка 6-7 км/с, с минимальными разрушениями и изменениями их внутренней структуры.

Коллектор всевозможной пыли, летающей в космосе. Ячейки заполнены аэрогелем

STARDUST И ЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ

    Коллектор имеет две стороны, одна из которых (сторона B) будет экспонироваться при сборе межзвездной пыли, вторая (сторона А) - при сборе кометной пыли и летучих веществ в коме. Экспонируемая площадь - с каждой из сторон по 1225 см² - состоит из 130 прямоугольных ячеек размером 2x4 см и двух ромбовидных ячеек поменьше. Толщина аэрогеля на стороне A составляет 3 см при постоянной по объему плотности. Для звездной пыли используется аэрогель толщиной 1 см с возрастающей по глубине плотностью. Почему сделано по-разному? Известно, что частицы межзвездной пыли имеют меньшие размеры, скорости их будут выше, но свойства материала почти не известны.
    Условия столкновения были смоделированы математически, и такая конструкция было признана оптимальной.

STARDUST И ЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ

Лимонное желе, апельсиновое желе, воздушное желе...     Аэрогель - это самое фантастическое твердое вещество в мире. Он состоит из двуокиси кремния и обладает тонкой волокнисто-пустотной физической структурой. С виду кусок аэрогеля похож на синеватый застывший дым и при этом является твердым на ощупь. Твердое вещество в составе аэрогеля занимает только 0.2% от ограниченного поверхностями образца объема, остальное - воздух. Аэрогель обладает в 39 раз лучшим показателем теплоизоляции, чем фиберглас, имея при этом плотность 0.002 г/см3 - в 1000 раз меньше, чем стекло, и всего в полтора раза больше, чем у воздуха!     О происхождении аэрогеля рассказывают следующую историю. Поспорили както два доктора, Стивен Кистлер (Steven Kistler) и Чарлз Лернд (Charles Learned) из Стэнфордского университета - кто из них сможет заменить воду в желеобразном образце газом без усадки образца в объеме.     Победил Кистлер, который опубликовал свою работу по созданию 'воздушного желе' в журнале Nature в 1931 г. Долгое время идея создать подобный материал не встречала особого энтузиазма и не привлекала внимания. Однако в 60-70 годах с развитием авиационно-космической техники срочно потребовались новые материалы - легкие и термостойкие. К идее создания аэрогеля вернулись.     Для КА Stardust технологию изготовления аэрогеля разработали в JPL под руководством д-ра Питера Цоу (Peter Tsou), заместителя научного руководителя Stardust. Берется жидкий раствор воды, спирта и кремния и сгущается до желеобразной субстанции. Затем с помощью неких 'хитростей' желе лишают воды. Это может быть выполнено заменой спирта жидким углекислым газом с последующим удалением CO2 под высоким давлением. 'Процесс чем-то похож на технологию удаления кофеина из кофе', - говорит д-р Дэвид Ноуэвер (David Noever), один из разработчиков аэрогеля из Космического центра имени Маршалла.     В результате получается тот самый 'замороженный дым' - твердый материал, обладающий самой низкой плотностью из всех твердых веществ на Земле, являющийся почти идеальным тепловым, электрическим, акустическим изолятором. (В качестве теплоизолятора он использовался в проекте Mars Pathfinder, на марсоходе Sojourner.) Подсчитано, что одно оконное 'стекло' из аэрогеля толщиной в 2.5 см по качеству теплоизоляции эквивалентно 20 простым оконным стеклам. Правда, аэрогель будет не столь прозрачен - ведь это пористый материал...     Возможность сбора частиц пыли аэрогелем была смоделирована под руководством д-ра Цоу в 1993 г. Для оценки механических свойств пыли послужили частицы, найденные в стратосфере Земли, которые, возможно, являются частицами кометной или межпланетной пыли. Некоторые из них - твердые частицы, в то время как другие - пористые.     Аэрогель прошел тестирование обстрелом частицами размером от микрона до сантиметра на газовых ударных трубах в Космическом центре имени Джонсона и Исследовательском центре имени Эймса. В результате оказалось, что время движения частицы размером 10 мкм в аэрогеле меньше микросекунды. Проникая на глубину, которая примерно в 200 раз большее ее размера, частица нагревается до 600њC и выше. Так как это длится очень короткое время, расплавления или даже изменения структуры силикатов не происходит, зато микроорганизмы (если они, как считают некоторые ученые, существуют на частицах кометной пыли) погибают. В то же время вещество ловушки разогревается до температуры не менее 10000 градусов, при этом силикатные нити плавятся и происходит инкапсуляция пылинки - она 'обволакивается' стеклянной оболочкой. Конические следы в аэрогеле легко обнаруживаются с помощью стереомикроскопа.     Частица, однако, может раскрошиться при столкновении. Такая ситуация нежелательна, так как будут затруднены извлечение из аэрогеля и анализ обломков частиц пыли. Были проведены и тесты на соударение аэрогелем частиц органических веществ при скорости 6 км/с. Они показали, что, хотя некоторые соединения могут остаться целыми, это скорее исключение, чем правило. В настоящее время в NASA разрабатывают технологию создания прозрачного аэрогеля в условиях микрогравитации (на STS-95 эксперимент проводил Джон Гленн, следующий планируется в полете STS-93). Аэрогель в качестве ловушки использовался как минимум в восьми полетах шаттлов, а также на станции 'Мир'.

STARDUST И ЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ

    2. Анализатор кометной и межзвездной пыли (CIDA - Cometary and Interstellar Dust Analyzer) - это масс-спектрометр, представляющий собой дальнейшее развитие конструкции прибора, разработанного для европейского КА Giotto и советских КА 'Вега-1' и 'Вега-2'. Его задача - получить распределение ионов по массе. Когда частица пыли сталкивается с серебряной мишенью прибора, появляется облако ионов, которые извлекаются с помощью статического электрического поля, проходят сквозь прибор и попадают на детектор ионов. По скорости пролета определяется масса ионов (в диапазоне от 1 до 150 атомных единиц). Помимо прочего, CIDA может определять состав органических частиц, которые при столкновении с коллектором разрушились бы. Прибор был разработан в Институте внеземной физики имени Макса Планка (Гархинг, ФРГ), программное обеспечение написано специалистами Финского метеорологического института.

STARDUST И ЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ

    3. Монитор потока космической пыли (DFMS - Dust Flux Monitor Subsystem).
    Прибор предназначен для регистрации соударений с крупными частицами пыли. Он состоит из сенсорного блока (два пленочных датчика) и блока электроники (вместе они называются DFMI, Dust Flux Monitor Instrument) и двух отдельных акустических датчиков.

STARDUST И ЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ

    DFMI фиксирует время соударения и обеспечивает определение суммарного и дифференциального потока частиц в диапазоне от 1x10^-11 до 2x10^-4 г (диаметр частиц от 2 мкм до 518 мкм), а также суммарного потока частиц большего размера. Данные поступают на Землю в реальном времени, и при прохождении аппаратом комы ученые могут судить о степени опасности частиц пыли для аппарата.
    DFMI будет также использоваться для регистрации метеорных потоков. Первый такой шанс представится 20 апреля 1999 г., когда Stardust пройдет в 5.5 млн км от порожденного кометой Галлея потока Орионид. Сенсорный блок расположен на щите Уиппла (см. ниже) и представляет собой два независимых датчика, выполненных из поляризуемого пластика поливинилиденфторид (PVDF). Общая площадь экспозиции - 10000 см². При соударении частицы с пластиком в нем возбуждается электрический импульс, поступающий по 1.4-метровому кабелю на блок электроники (расположена в корпусе КА). Два датчика имеют различную площадь и толщину, что позволяет получить восемь уровней градаций частиц по массе.
    Акустические (вибрационные) датчики выполнены на основе пьезоэлементов и рассчитаны на регистрацию более крупных частиц (1 мм и более). Один датчик установлен на 'бамперной' панели уиппловского щита, а второй - на специальной акустической плате - натянутой полоске из композита, пришитой к первому слою некстеловой 'брони'.
    Интересно, что сначала на Stardust'е прибора DFMS не было. Он был добавлен в последний момент по предложению вице-президента LMA Ноэла Хиннерса, в свое время - руководителя Управления космической науки NASA. Прибор разработали почетный профессор Джон Симпсон и д-р Энтони Туззолино из Университета Чикаго. 'Послужной список' этих исследователей включает приборы на 34 научных КА, начиная с Pioneer 2 (1958). Их пылевой прибор DUCMA, разработанный в 1983-1984 гг., был установлен на советские АМС 'Вега' и показал, что пылевые частицы, покидающие ядро в виде конгломерата, достигают затем границ комы.
    Приборы на основе PVDF-датчиков установлены также на станции Cassini (высокоскоростной детектор в составе анализатора CDA) и на спутнике ARGOS (прибор SPADUS), который будет запущен в ближайшие дни.
    Стоит также упомянуть разработанный компанией Lockheed с использованием PVDF-датчиков инструмент ERIS Observer; полученные им данные пока не рассекречены.
    4. Навигационная камера
    Бортовая цифровая камера КА предназначена для выполнения навигационных снимков и научных наблюдений комы и ядра кометы. Оптическая часть - это широкоугольная камера с фокусным расстоянием 200 мм, относительным отверстием 1:3.5 и спектральным диапазоном 380-1100 нм.

STARDUST И ЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ

    Поле зрения составляет 3.5x3.5њ, разрешение 60 микрорадиан/пиксел (6 м/пиксел на расстоянии 100 км). Восемь сменных светофильтров делятся на три 'газовых' фильтра (предназначены для поиска газов в пылевых джетах), три пылевых, один поляризационный (для регистрации цвета и отражающей способности пыли) и один прозрачный. Камера, блок фильтров и затвор были изготовлены для проекта Voyager.
    Сенсорная часть 'унаследована' от проекта Galileo, а ПЗС-матрица 1024х1024 пикселов с размером пиксела 12х12 мкм аналогична ПЗС-матрице камеры ISS КА Cassini. Можно установить любое время экспозиции в пределах от 5 мс до 20 сек с шагом 5 мс.
    Камера имеет собственную электронику, в частности аппаратную логику сжатия изображения (с 12- до 8-битного). Потребляемая мощность - 8 Вт. Специально для камеры разработан механизм сканирующего зеркала (для непрерывных наблюдений во время пролета кометы), а также перископ с двумя алюминиевыми зеркалами, который позволяет 'спрятать' сканирующее зеркало за уиппловским щитом и защитить его от пыли при входе в кому.
    План полета Stardust Выход на траекторию встречи с кометой выполняется за счет однократного гравитационного маневра у Земли и коррекций с использованием бортовой ДУ. Сейчас станция выведена на гелиоцентрическую орбиту с периодом обращения около двух лет. В марте 2000 г. в афелии КА выполнит корректирующий маневр (приращение скорости порядка 171 м/с), который увеличит период до 2.5 лет и обеспечит встречу с Землей 15 января 2001 г.
    В этот день Stardust пройдет на расстоянии 5964 км от земной поверхности. (За счет этого маневра удалось использовать более легкую ракету-носитель и сэкономить 8 млн $.)
    Циклы сбора межзвездной пыли запланированы в период с марта по май 2000 г. и с июля по декабрь 2002 г. Ловушки стороны B коллектора будут ориентированы перпендикулярно к потоку, чтобы, с одной стороны, собрать максимальное число частиц, с другой - по трекам отличить их от частиц иного происхождения (треки последних будут не совсем перпендикулярны поверхности коллектора). Ожидаемая скорость соударения пылинок с ловушкой - около 25 км/с. Операторы будут избегать ориентации коллектора на Солнце, чтобы не набрать межпланетных частиц вместо межзвездных.
    Встреча с кометой Вильда-2 произойдет 2 января 2004 г. на расстоянии 1.86 а.е. от Солнца и 389 млн км от Земли, через 97 суток после прохождения кометой перигелия. За 160 суток до встречи с кометой КА выполнит 'коррекцию прицеливания' с импульсом около 66 м/с. В это же время камера Stardust сможет увидеть кому кометы.
    Исследования кометы начнутся за 100 суток до пролета (далее обозначается E) и завершатся через 150 суток после него.

STARDUST И ЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ

    Весь этот период делится на пять этапов:
    1. От E-100 сут до E-1 сут (сближение). Навигационные съемки планируются раз в неделю. Научные съемки с использованием навигационной камеры и восьми светофильтров будут выполняться в темпе, соответствующем пропускной способности радиолинии. Будут получены снимки комы с разрешением от 6000 до 32 км/пиксел. Ожидаемый поток данных с аппарата будет на 50% состоять из снимков, на 25% - телеметрии реального времени и на 25% - записанной телеметрии и научных данных с CIDA/DFMI. Ловушки стороны A открываются за 9 суток до встречи с кометой, а за сутки загружается ПО для работы во время пролета.
    2. От E-24 час до E-5 час. Вводится в работу антенна DSN диаметром 70 м. Выполняются последние уточнения по параметрам движения КА, по результатам съемок рассчитывается и исполняется необходимый финальный корректирующий импульс. На снимках можно будет видеть детали комы (разрешение 5-32 км); самого ядра на снимках пока видно не будет из-за его слишком малых размеров.
    3. От E-5 час до E+5 час (пролет). Условное начало этого этапа - момент входа КА в кому на расстоянии 100000 км от ядра. В это время размер ядра для бортовой камеры составит один пиксел, затем будет расти. Начинается передача данных в реальном времени.
    4. Четвертый этап - это 4 минуты до и 4 минуты после наибольшего сближения. Станция будет подходить к комете 'сверху' и со стороны Солнца. За 4 минуты до пролета размер ядра достигнет 60х60 пикселов; его черно-белое изображение будет передано в реальном времени (не более 27 секунд). Снимки, сделанные после этого, будут сохраняться на бортовом ЗУ. Эти 8 минут будут периодом наиболее опасной бомбардировки аппарата - правда, комета не должна быть особенно активна. Навигационная камера закреплена на корпусе неподвижно и будет направлена перпендикулярно набегающему потоку частиц. Для съемки ядра она использует изображение в подвижном зеркале, обеспечивающем также и компенсацию сдвига. Смещение по второй оси обеспечивается разворотом аппарата. Из-за этого в период E±3 мин может иметь место временная потеря ориентации направленной антенны высокого усиления HGA на Землю.
    В это время предполагается использовать бортовую антенну среднего усиления (MGA). При наибольшем сближении с кометой (расстояние около 150 км, относительная скорость 6.1 км/с) разрешение снимков должно составить 30 м, а в лучшем случае 5-10 м/пиксел. Съемка будет вестись в разных спектральных диапазонах для изучения распределения пыли и газа в коме и газопылевых джетов с поверхности ядра.
    Одновременно с пролетом кометы будет проведен сбор кометной пыли. Ожидаемый размер пойманных частиц пыли - от 1 до 100 мкм. Кроме того, группа радиосвязи с КА проведет исследования движения КА с использованием эффекта Допплера. По анализу допплеровского смещения сигнала с КА предполагается определить распределение плотности пыли в коме, уточнить массу и плотность ядра кометы.
    5. От E+5 час до E+150 сут. Выполнятся сворачивание пылевого коллектора и герметизация образцов в возвращаемой капсуле. Непрерывное воспроизведение полученных данных на скорости 7950 бит/с через HGA и 70-метровую наземную антенну изображений и данных с CIDA и DFMI потребует около суток.
    Возвращение капсулы с образцами на Землю запланировано на 15 января 2006 г. Подготовка к нему начнется за две недели прилета. 2 января будет проведена коррекция подлетной траектории.
    За трое суток будет выполнена коррекция для подготовки входа в атмосферу Земли, а за сутки - последняя коррекция. За 4 часа до входа в атмосферу капсула будет отделена от КА (с закруткой для стабилизации со скоростью 14-20 об/мин). За 3 часа на высоте 110728 км будет проведен маневр увода КА от Земли. Станция останется на орбите спутника Солнца. На борту аппарата останутся две кремниевые микросхемы, на одну из которых занесены имена более 1 млн людей, приславших сведения о себе со всего света по глобальной компьютерной сети Internet, а на второй - имена 58214 американских солдат, погибших во Вьетнаме.
    Угол входа капсулы в атмосферу составит -8њ; скорость входа в атмосферу на высоте 125 км - 12.8 км/с. Коридор входа имеет ширину всего 0.08њ. Предельные нагрузки при посадке достигают 100g. Стабилизация на траектории - аэродинамическая. На высоте 30 км (скорость порядка M=1.4) раскрывается вытяжной парашют диаметром 0.8 м. По сигналу таймера (или резервному с датчика давления) на высоте 3 км выводится основной парашют диаметром 8.2 м. Посадочная скорость капсулы - 4.5 м/с.
    Расчетный район приземления, определенный с учетом всех возможных погрешностей, имеет размеры 30х84 км и находится на Учебно-тренировочном полигоне Юта (западнее г.Солт-Лейк-Сити). Капсула садится в направлении с северо-запада на юго-восток (азимут 122њ). Посадка запланирована на три часа утра по местному времени. После приземления капсулу по сигналу УВЧ-маяка найдет вертолет поисковой службы. Заряда батареи для работы маяка должно хватить не менее чем на 40 часов. Контейнер с образцами будет извлечен из капсулы и отправлен в специализированную лабораторию планетного материала Центра космических полетов имени Джонсона. Что делать с космической пылью на Земле


    Основная работа с образцами пройдет в лаборатории на Земле. Вскрытие капсулы будет происходить в помещении с контролируемой атмосферой, чтобы проследить за всеми испарениями из ее объема. Газ подвергнется масс-спекрометрии, хроматографии и инфракрасной спектроскопии. На анализ образцов будет брошена вся мощь современной техники. Пылинки размером около 15 мкм будут исследовать с помощью электронных микроскопов, ионных микрозондов, атомных силовых микроскопов, синхротронных микрозондов, лазерных масс-спектрометров. Анализ будет проводиться на микронном и субмикронном уровне, вплоть до масштабов атома. Будут проведены следующие исследования:

Частицы космической пыли

STARDUST И ЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ

    - Сравнение состава кометной пыли с составами метеоритов и межзвездной пыли. Это даст возможность сравнить строение тел, вовлеченных в ядро первичного облака при формировании Солнечной системы, и тел, существовавших во внешних областях облака, где формировались кометы. Тогда будут определены материалы, процессы и среда, имевшие место во время первых этапов формирования Солнечной системы, на различных расстояниях от ее центра;
    - Определение минералов, аморфных фаз и их связанных структур в пыли. Для этого применят метод электронной микроскопии - наиболее простой и обладающий высоким разрешением.
    - Анализ летучих компонентов кометной комы.