Європейська космічна агенція (ESA) займається дослідженням космосу і Землі в різних напрямах та фінансує безліч проєктів. Для чіткого визначення напряму розвитку агенції створюються космічні програми з певними цілями та завданнями. У цій статті описані важливі програми ESA, їхні частини та місії.
Дослідження космосу
Започаткована ще у 80-х роках минулого століття, Science Programme є основною програмою Європейської космічної агенції з дослідження Сонячної системи та космосу.
Science Programme розпочалася з програми Horizon 2000, що тривала з 1985 до 2005 року. Частиною Horizon 2000 була розробка космічної місії Rosetta для дослідження комети Чурюмова — Герасименко, відкритої українськими астрономами. Завдяки цій програмі також були створені космічні обсерваторії Planck та Herschel, що досліджували реліктове випромінювання та еволюцію зір і галактик.
Наступною програмою в історії Science Programme стала Horizon 2000+, у межах якої впродовж десяти років розроблялися місії Gaia, Lisa Pathfinder та BepiColombo. Космічна обсерваторія Gaia допомагає вченим складати детальну мапу нашої Галактики, завершення її роботи очікується у 2025 році. Крім того, наприкінці 2025-го планується вихід станції BepiColombo на орбіту навколо Меркурія, що дасть можливість науковим інструментам на борту космічного апарата ретельно дослідити поверхню, екзосферу та магнітосферу планети. Апарат Lisa Pathfinder вже успішно завершив свою місію, яка полягала у демонстрації технології спостереження гравітаційних хвиль у космосі.
Наразі активною частиною Science Programme є програма Cosmic Vision, що триватиме до 2025 року. Її метою є глибше вивчення процесів народження Всесвіту і Сонячної системи.
Для астрономічних досліджень на навколоземну орбіту виведені дві космічні обсерваторії: Cheops, призначена для спостереження за екзопланетами, та Euclid, що займається вивченням темної матерії та темної енергії. У 2035 році очікується запуск телескопа рентгенівського діапазону Athena та космічного апарата для виявлення гравітаційних хвиль Lisa.
Друге завдання програми Cosmic Vision — дослідження Сонячної системи — виконують космічні апарати Solar Orbiter і JUICE. Метою місії Solar Orbiter є спостереження Сонця та його полярних регіонів, що можливо завдяки навколосонячній орбіті з високим нахилом. Об’єкт дослідження місії Juice перебуває набагато далі від Сонця — станція вивчатиме супутники Юпітера.
Після завершення Cosmic Vision Європейська космічна агенція працюватиме над реалізацією програми Voyage 2050. Основні заплановані місії: посадка на крижаний супутник Сатурна Енцелад, дослідження атмосфер екзопланет і подальше вивчення народження Всесвіту та перших космічних структур.
Паралельно до Science Programme в ESA існувала програма Aurora. Її метою було формування та розвиток стратегії дослідження Сонячної системи за допомогою не лише автоматичних, а й пілотованих місій для майбутнього опанування людством космічного простору.
У 2001 році у межах програми Aurora розпочалася розробка програми ExoMars. Вона складається з двох місій, присвячених питанню існування у минулому життя на Марсі. Перша місія відправилася до Червоної планети у 2016 році та складалася з космічного апарата TGO, призначеного для дослідження атмосфери Марса, та демонстраційного посадкового апарата Schiaparelli, що розбився під час посадки. Запуск другої місії програми ExoMars у вигляді марсохода Rosalind Franklin запланований на 2028 рік.
Наступниця програми Aurora називається Terra Novae. Її три головні цілі — низька навколоземна орбіта, Місяць і Марс. До 2035 року, згідно з програмою, мають відбутися нові довгострокові місії на МКС, перші пілотовані польоти на космічному кораблі Orion, а також побудовані два житлові модулі для станції Lunar Gateway на орбіті Місяця та доставлені на місячну поверхню дослідницькі космічні апарати.
Партнерство з NASA у розробці та керуванні космічним телескопом імені Джеймса Вебба є не менш важливим проєктом ESA, хоча воно й існує поза основними науковими програмами. Європейське космічне агентство розробило кілька інструментів для обсерваторії, надало ракету-носій Ariane 5 для запуску і 15 вчених для участі в керуванні телескопом.
Спостереження за Землею
Програма Living Planet зосереджена на вивченні Землі та спостереженні за планетою для передбачення погодних умов і керування ресурсами. За цими завданнями космічні апарати програми діляться на два класи: Earth Explorers і Earth Watch відповідно.
Останнім на сьогодні запущеним космічним апаратом серед Earth Explorers є EarthCARE, розроблений у партнерстві з Японією для дослідження хмар та аерозолів, а також відбитого і створеного поверхнею та атмосферою Землі випромінювання. Єдина місія класу Earth Watch мала назву PROBA-V. Її завдання зі спостереження за рослинністю завершилося 2021 року.
Космічна безпека
Для відстеження можливих загроз із космосу в ESA створена програма Space Safety. Її завдання полягає у спостереженні за космічною погодою і потенційно небезпечними астероїдами, відхиленні таких астероїдів від траєкторії зіткнення із Землею, а також у зменшенні кількості космічного сміття та розробці більш екологічних космічних технологій.
Головними місіями програми Space Safety є Vigil, Hera і ClearSpace-1. Запуск апарата Hera очікується уже цього року. Мета місії — дослідити подвійну систему астероїдів Дідим і Діморф після зіткнення апарата DART з Діморфом і зміни орбіти системи внаслідок цього. Майбутня місія Vigil буде зосереджена на спостереженні за Сонцем та попередженні про небезпечну його активність. Місія ClearSpace-1, що розробляється у партнерстві з компанією ClearSpace SA, призначена для демонстраційного зведення з орбіти супутника PROBA-1.
Супутникова навігація
Європейська космічна агенція оперує власною системою супутникової навігації під назвою Galileo. Супутники угруповання Galileo надають наземним пристроям інформацію про місцеперебування на рівні з американською системою GPS.
Система складається з 30 космічних апаратів на навколоземній орбіті висотою 23 тис. км. Нахил орбіт супутників становить 56 градусів, що дає Galileo покриття користувачів на Землі до широти 75 градусів, яка відповідає найпівнічнішій точці Європи, й навіть далі. Galileo здатна визначати місцеперебування з точністю менше метра, у порівнянні з точністю три метри системи GPS.
Супутниковий зв’язок
За розвиток супутникового зв’язку в ESA відповідає програма ARTES (Advanced Research in Telecommunications Systems). Вона поділяється на три напрями: створення нових технологій супутникового зв’язку, розробка застосувань таких технологій і створення проєктів у партнерстві з супутниковими операторами та виробниками.
Частиною програми ARTES є система European Data Relay System (EDRS) — угруповання супутників на геостаціонарній орбіті для передачі інформації між космічними апаратами, безпілотниками та наземними станціями. EDRS може надавати зв’язок користувачам за відсутності зв’язку з наземними станціями або супутниками на низькій орбіті. Система EDRS схожа на американську TDRSS, проте має більшу швидкість передачі даних завдяки використанню лазерного зв’язку. На сьогодні система складається з двох геостаціонарних супутників і багатьох наземних станцій.
Міжнародна космічна станція
Європейська космічна агенція є одним із членів проєкту Міжнародної космічної станції. Основний внесок ESA у розвиток МКС: лабораторія Columbus, вантажні космічні кораблі ATV, ракети-носії, програмне забезпечення та 8 млрд євро фінансування.
На борту модуля Columbus проводять наукові дослідження у межах програми ESA SciSpace. Вони стосуються гідродинаміки, матеріалознавства, фундаментальної фізики, фізіології, біології та екзобіології. Окрім Columbus, ESA розробила для МКС з’єднувальні модулі Harmony і Tranquility зі стикувальними вузлами для космічних кораблів, а також модуль Cupola з панорамним видом на Землю й околиці станції. У 2021 році до станції приєднався європейський роботизований маніпулятор ERA.
З 2008 до 2015 року відбулося п’ять запусків вантажних кораблів ATV до МКС, кожен з яких міг містити до 6,6 тонни корисного навантаження та був здатний до автоматичного стикування. Технології, створені для корабля ATV, сьогодні використовуються у розробленому ESA службовому відсіку корабля Orion.
Ракети-носії
Для розробки технологій, що використовуватимуться у нових європейських ракетах-носіях, ESA створила програму Future Launchers Preparatory (FLPP). Вона розпочалася 2004 року з роботи над технологіями для наступника ракети-носія Ariane 5. Сьогодні завдання FLPP є ширшим та покриває усі майбутні ракети-носії Європи.
Розроблений у межах FLPP ракетний двигун Prometheus має низьку вартість і використовує рідкий метан як пальне. Його застосування можливе у майбутньому на ракеті Ariane 6. Іншим результатом програми стала розробка та випробування експериментального двигуна Expander-cycle Technology Integrated Demonstrator (ETID). Цей досвід став важливим у створенні двигуна Vinci для другого ступеня Ariane 6.
За програмою FLPP відбувається дослідження альтернативних матеріалів для полегшення конструкції ракет-носіїв, технологій теплоізоляції кріогенних ступенів, вдосконалених методів виготовлення конструкцій ракет та нових матеріалів і систем відділення для зменшення рівня вібрацій корисного навантаження під час запуску. Крім того, у межах FLPP розробляються технології для багаторазових ракет-носіїв та створюються нові системи автоматичного керування польотом, зокрема для посадки ступенів.
