"Галилео" - межпланетный аппарат НАСА, запущенный к Юпитеру в октябре 1989г. для изучения планеты и ее спутников. Предполагалсь работа на орбите в течение двух лет, начиная с декабря 1995. Реально аппарат проработал до 2003 г. Это был первый аппарат, вышедший на орбиту Юпитера, изучавший планету длительное время и сбросивший в ее атмосферу спускаемый зонд. Станция передала свыше 30 гигабайт информации, включая 14 тыс. фото планеты и спутников, а также информацию об атмосфере Юпитера. Название станции связано с тем, что именно Галилей открыл четыре спутника Юпитера в 1610г. в свой первый в истории телескоп.

    Проектирование аппарата началось еще в 1977 г., когда было принято решение об изучении атмосферы Юпитера с помощью спускаемого аппарата. Целью миссии было изучение атмосферы Юпитера, спутников и их геологии, магнитосферы, передача изображений планеты и ее спутников и пр. Предполагалось, что "Галилео" будет выведен на земную орбиту с помощью "шатла", а затем разогнан с помощью ракеты "Кентавр" в сторону Юпитера. Однако после гибели "Челенджера" доставка "Кентавра" на орбиту с помощью "шатла" была запрещена. После длительного анализа была найдена траектория полета, значительно экономившая топливо и позволявшая обойтись без "Кентавра". Эта траектория, которую назвали VEEGA (Venus-Earth-Earth Gravity Assist), использовала притяжение Венеры и Земли для грави маневров.
    В результате аппарат полетел сначала к Венере и 2 раза прошел мимо Земли прежде чем выйти на траекторию к Юпитеру, а длительность полета до планеты составила почти 6 лет. Тем не менее, это время не было потеряно даром: "Галилео" провел исследования Венеры и двух астероидов. В результате изменения первоначальной траектории аппарату потребовалась дополнительная солнцезащита. Кроме того, поскольку вблизи Солнца аппарат должен был быть повернут определенным образом (чтобы находится в тени солнцезащиты), то использование основной антенны было невозможно. Поэтому решено было не раскрывать ее, пока аппарат не улетит от Солнца на безопасное расстояние, а для поддержания связи была установлена дополнительная антенна (маломощная).
    Предполагалось, что после прибытия к Юпитеру "Галилео" проработает два года, переходя с одной орбиты на другую с целью сближения с каждым из крупных спутников. Всего было разработано 11 орбит. В действительности "Галилео" "освоил" гораздо большее число орбит, сделав 35 витков вокруг Юпитера в течение 8 лет.
    До "Галилео" мимо Юпитера пролетали 5 аппаратов: "Пионеры-10,11", "Вояджеры-1,2", а также "Улисс". "Улисс", пролетавший мимо Юпитера в 1991 г. и 2004 г., предназначался для изучения Солнца и не имел фотокамер. В 2000 мимо Юпитера прошел "Кассини".
    Вес "Галилео" составлял 2223 кг, в т.ч. 118 кг научных приборов, он нес спускаемый аппарат весом 339 кг и был заправлен ракетным топливом массой 925 кг. Высота от антенны до нижней части аппарата - 5,3 метра, длина выносной конструкции (с магнитометром) - 11 метров. Аппарат разделен на вращающуюся и стабилизированную части.
    На аппарате было установлено 4 антенны - основная, 2 маломощных и приемная для связи со спускаемым аппартом. К несчастью основная антенна не раскрылась и связь с Землей осуществлялась с помощью маломощных антенн (главным образом, за счет антенны, расположенной над основной антенной). Скорость связи составила 160 бит/с вместо 134 Кбит/с. Были разработаны методы сжатия информации (включая обрезание темного космического фона снимков), однако качество некоторых снимков пришлось уменьшить. Нагрузка на основной компьютер резко возросла и частично алгоритмы сжатия выполнялись на компьютере, ответственном за систему ориентации "Галилео". Ленточное устройство хранения информации имело емкость 900 мегабит, однако с ним также возникли проблемы.

Межпланетная станция Галилео исследовавшая Юпитер и его спутники. Это была самая сложная миссия к Юпитеру. На представленой схеме показано строение КА Галилео. Вес "Галилео" составлял 2223 кг, в т.ч. 118 кг научных приборов, он нес спускаемый аппарат весом 339 кг и был заправлен ракетным топливом массой 925 кг.

Космический аппарат "Galileo" - NASA и Юпитер

Проектирование аппарата началось еще в 1977 г., когда было принято решение об изучении атмосферы Юпитера с помощью спускаемого аппарата. Целью миссии было изучение атмосферы Юпитера, спутников и их геологии, магнитосферы, передача изображений планеты и ее спутников. Запуск по траектории VEEGA.

    Энергию для аппарата вырабатывали две радиоизотопные установки общей мощностью 570 ватт (490 ватт при прибытии к Юпитеру).
    Аппарат был оснащен ракетным двигателем мощностью 400 ньютонов (сделанным в ФРГ) и 12-ю малыми двигателями ориентации по 10Н. Торможение при заходе на юпитерианскую орбиту осуществлялось с помощью основного двигателя, а переходы с одной орбиты на другую, как правило, с помощью двигателей ориентации, хотя в двух переходах использовался и основной двигатель.
    "Галилео" нес 11 научных инструментов и еще 7 находились на спускаемом зонде.
    Аппарат был оборудован камерой, дающей изображения 800х800 пикселей. Камера сделана по принципу телескопа-рефлектора, работала с помощью кремниевых сенсоров и была оборудована различными фильтрами для съемки в том или ином диапазоне. Спектральное разрешение камеры составляло от 0,4 до 1,1 микрометра (видимый диапазон 0,4-0,7 мкм). Радиационную защиту камеры выполняло 1-сантиметровое танталовое покрытие. Разрешение камеры, установленной на "Галилео", в 20 раз превышало показатель камер "Вояджеров", а для некоторых снимков - до 1000 раз.
    Спектрометр для картирования в ближней инфракрасной области (NIMS) позволял получать картинку высокого разрешения в инфракрасном диапазоне. С его помощью можно было составлять "температурные карты" , делать выводы о химическом составе поверхности спутников Юпитера, а также опредедять тепловые и химические характеристики атмосферы планеты, включая внутренние слои. Диапазон волн, регистрируемых NIMS, составлял от 0,7 до 5,2 мкм.
    Фотополяриметр был призван измерять интенсивность и поляризацию света, отраженного/рассеянного от Юпитера и поверхности его спутников. Прибор одновременно выполнял функции поляриметра, фотометра и радиометра. С помощью фотополяриметра делались оценки, касающиеся как состава и структуры атмосферы, так и потоков теплового и отраженного излучения. Поляриметр регистрировал электромагнитные волны длиной до 110 мкм.
    Ультрафиолетовый спектрометр работал в диапазоне волн от 54 до 128 нанометров, а дополнительный ультрафиолетовый спектрометр - от 113 до 438 нанометров. С помощью этих приборов определялись характеристики атмосферных газов, полярных сияний, атмосферных свечений и ионизированной плазмы вокруг Юпитера и Ио. Кроме того, ультрафиолетовые спектрометры позволяли определять физическое состояние веществ на поверхности спутников: иней, лед, пескообразная субстанция и т.п.
    Ряд приборов (детектор частиц высоких энергий и др.) использовались, главным образом, для изучения плазмы, входящей в магнитосферу Юпитера. Детектор пылевых частиц регистрировал частицы массой от 10^-7 до 10^-16 грамма в космическом пространстве и на орбите Юпитера. Проводились также небесномеханические и радиоэксперименты (по прохождению радиосигнала через ионосферу и атмосферу).
    Спускаемый аппарат, массой 339 кг и размером около метра, был оборудован парашютной системой, радиопередатчиком для связи с "Галилео" и семью научными приборами. На нем не было приемной антенны и собственных двигателей. В комплект приборов входили:
    - прибор для определения структуры атмосферы (измерение температуры, давления и плотности в течение спуска); - масс-спектрометр (определение химического состава атмосферы); - нефелометр (изучение структуры облаков и характера составляющих их частиц); - прибор для регистрации молний, измерения радиоэмиссий и регистрации заряженных частиц; - прибор для точного измерения доли гелия в атмосфере; - прибор для регистрации потоков излучения и энергии в атмосфере; - использование радиопередатчика для измерения скорости ветра по доплеровскому эффекту. Суммарные расходы на миссию "Галилео" составили 1,5 млрд. долларов.
Полет к Юпитеру и его исследование
    В октябре 1989 г. "Галилео" был выведен на земную орбиту с помощью корабля многоразового использования "Атлантис" и затем взял курс на Венеру. В феврале 1990 станция пролетела на расстоянии 16 тыс. км от Венеры, передав 81 изображение планеты, что позволило получить новую информацию о структуре и динамике атмосферы планеты. В декабре 1990 г. и декабре 1992 г. "Галилео" пролетал мимо Земли на расстоянии 960 км и 303 км соответственно. Были сделаны снимки нашей планеты и проведена дополнительная калибровка приборов.
    В октябре 1991 г. "Галилео" пролетел мимо астероида Гаспра на расстоянии 1600 км, определив его точные размеры - 20х12х11 км. В августе 1993 г. станция прошла мимо астероида Ида (55х20х24 км) на расстоянии 2400 км. Неожиданно обнаружилось, что Ида имеет собственный спутник - тело размером 1,5 км, вращающееся на расстоянии 100 км от центра Иды. Еще одним сюрпризом стало получение данных, указывающих на возможное существование собственного магнитного поля у Гаспры и Иды.
    В июле 1994 г. "Галилео" стал единственным наблюдателем крупного катаклизма: развалившаяся комета Шумейкера-Леви-9 врезалась в Юпитер. Эта сторона Юпитера в тот момент не была видна с Земли. Фотографии были сделаны с расстояния 238 млн. км. Аппарат измерил температуру в момент удара, а также зарегистрировал "брызги" вещества, извергаемого при входе осколков кометы в атмосферу.
    В апреле 1991 г., когда "Галилео" улетел достаточно далеко от Солнца, было решено раскрыть основную антенну (с помощью механизма, подобного зонтику), но она раскрылась лишь частично и ее практически невозможно было использовать. В дальнейшем связь осуществлялась с помощью маломощной антенны. Одна сжатая картинка передавалась около двух часов, однако зачастую условия связи вынуждали работать на более низкой скорости.
    При подлете к Юпитеру неожиданно отказал магнитофон. Это могло стать фатальной проблемой, т.к. лента использовалась для хранения изображений и научных данных перед отправкой на Землю. Оказалось, что при прокрутке ленты назад магнитофон проигнорировал команду "стоп" и его механизмы работали в течение 15 часов, что могло повредить ленту. Было принято решение при сближении с Юпитером записать на ленту только информацию от спускаемого аппарата и некоторые научные данные, но не изображения. Был потерян снимок участка Юпитера, в который должен был войти спускаемый аппарат, кроме того, решено было отказаться от фотографирования Ио при сближении с ним (900 км). Но в дальнейшем функциональность магнитофона удалось восстановить. А за счет продления службы "Галилео" в 1999-2002 гг. удалось получить подробные снимки Ио с близкого расстояния.
    Спускаемый аппарат отделился от "Галилео" в июле 1995 г. В декабре оба аппарата прибыли к Юпитеру. 8 декабря спускаемый аппарат вошел в атмосферу Юпитера со скоростью 170 тыс. км/ч, но был заторможен с помощью парашютной системы в верхних слоях атмосферы. При входе в атмосферу Юпитера температура на защитном экране спускаемого аппарата достигала 14 тыс. градусов (для сравнения: на поверхности Солнца - 6 тыс. градусов).
    Cпускаемый аппарат передавал информацию в течение часа, опустившись на 130 км ниже верхней кромки облаков Юпитера. На уровне верхних облаков давление составляло 1,6 атмосферы, температура - минус 80 градусов. На глубине 130 км температура составила плюс 150 градусов Цельсия, давление - 24 атмосферы. Температура верхних слоев оказалась выше ожидавшейся, что не может быть объяснено нагревом со стороны Солнца. Кроме того, активность внутренних слоев оказалась довольно высокой.

после гибели "Челенджера" доставка "Кентавра" на орбиту с помощью "шатла" была запрещена. После длительного анализа была найдена траектория полета, значительно экономившая топливо и позволявшая обойтись без "Кентавра". Эта траектория, которую назвали VEEGA, использовала притяжение Венеры и Земли.

Космический аппарат "Galileo" - NASA и Юпитер

Изображение показываект земные испытания спускаемого зонда в аэродинамической трубе. Спускаемый аппарат отделился от "Галилео" в июле 1995 г. В декабре оба аппарата прибыли к Юпитеру. 8 декабря спускаемый аппарат вошел в атмосферу Юпитера со V 170 тыс. км/ч.

    Доля гелия в составе атмосферы оказалась равна 13,6% - столько же, сколько на Солнце (почти все остальное - водород). Это означает, что концентрация гелия в атмосфере Юпитера не сильно изменилась с момента образования Солнечной системы (в отличие от Сатурна, где доля гелия снизилась). Кроме того, было обнаружено присутствие углерода, азота и серы, источником которых ученые считают астероиды и кометы. Обнаруженные (в крайне малом количестве) органические соединения состоят из углерода и азота, возникновение органической жизни на этой основе представляется маловероятным. Содержание водяного пара оказалось на порядок меньше ожидавшегося, однако, возможно, аппарат опустился в одно из "сухих пятен", обнаруженных позднее.
    Данные нефелометра поразили ученых - ничего похожего на плотные, вязкие облака обнаружено не было. Концентрация облачных частиц (по крайней мере около спускаемого аппарата) оказалась минимальной. Лазерный луч нефелометра зарегистрировал лишь одну облачную структуру, состоящую из гидросульфида аммония. Ученые исходили из существования как минимум трех слоев облаков: верхний - из кристалликов аммиака, средний - из гидросульфида аммония и толстый нижний слой из водяного пара и кристалликов льда. Возможно, аппарат оказался в "нетипичном месте".
    Спускаемый аппарат не зарегистрировал вспышек света, что означало отсутсвите молний в непосредственной близости. В то же время, были зарегистрированы радиосигналы, указывающие на мощные (но весьма далекие) грозовые разряды, происходящие на расстоянии, равном диметру Земли. Перед входом в атмосферу спускаемый аппарат зарегистрировал высокоэнергетические альфа-частицы и новый радиационный пояс мощностью в 10 раз больше земного пояса Ван Аллена. Эти данные заставили ученых по-новому взглянуть на высокочастотные радиоэмиссии Юпитера и других планет, обладающих магнитосферой.
    Скорости ветров на уровне облаков достигали 540 км/ч, а в более глубоких слоях - свыше 700 км/час. Скорости ветров измерялись по доплеровскому эффекту. Через 80 минут после получения последних данных от спускаемого аппарата "Галилео" включил основной двигатель. Он работал (с целью торможения аппарата) 49 минут, и в результате станция вышла на орбиту вокруг Юпитера. При сближении с Юпитером "Галилео" получил дозу радиации, в 25 раз превышающую смертельную дозу для человека. В дальнейшем, переходя с орбиты на орбиту, "Галилео" изучал Юпитер и сближался с его спутниками.
    "Галилео" обнаружил, что атмосфера Юпитера имеет "мокрые" и "сухие" области. В некоторых "сухих пятнах" содержание водяного пара было в 100 раз меньше, чем в атмосфере в целом. Эти "сухие пятна" могли увеличиваться и уменьшаться, однако они постоянно оказывались на одних и тех же местах, что говорит о системности циркуляции атмосферы Юпитера. "Галилео" зарегистрировал многочисленные грозы с молниями в 1000 раз мощнее земных. Грозы происходят в результате циркуляции воды в атмосфере. Водяной пар перетекает из одних областей (которые полностью высушиваются) в другие, где высокая концентрация воды формирует грозы. "Галилео" передал множество снимков Большого Красного Пятна - гигантского шторма (размером превышающего диаметр Земли), который наблюдают уже 300 лет. Ветры вокруг пятна достигают 400 км/ч, в то время как его внутренние части почти спокойны. "Галилео" также обнаружил "горячие пятна" вдоль экватора. По-видимому, в этих местах cлой внешних облаков тонок и можно видеть более горячие внутренние области.
    Долгое время находясь на орбите, "Галилео" полностью изучил структуру и динамику магнитного поля планеты. Станция также обнаружила, что кольца Юпитера формируются за счет пылевых частиц, мигрирующих с ряда небольших близких к планете спутников. "Несмотря на успехи "Галилео", пока мы можем лишь строить предположения о внутренней структуре Юпитера. Юпитер, возможно, имеет ядро из твердого материала, масса которого составляет примерно от 10 до 15 масс Земли. Выше ядра находится основной объем планеты в форме жидкого металлического водорода. Эта экзотическая форма возможна только при давлениях, превышающих 4 миллиона атмосфер.

Наиболее удаленный от ядра слой состоит, в основном, из обычного молекулярного водорода и гелия, которые находятся в жидком состоянии внутри и постепенно переходят в газообразное снаружи. Атмосфера, которую можно видеть - только самая верхняя часть этого глубокого уровня. Яркие цвета, видимые в облаках Юпитера, являются результатом протекания различных химических реакций элементов, присутствующих в атмосфере, возможно, включая серу, наличие которой может давать широкий спектр цветов, но подробности пока не известны. Цвета соотносятся с высотой облаков: синие - самые низкие, самые высокие - красные.

---