4 декабря с территории Космического центра имени Сатиша Дхавана состоится запуск ракеты PSLV-XL. Она выведет на орбиту Proba-3 — одну из наиболее интересных и технически смелых космических миссий последнего времени, которая разрабатывалась ESA в течение почти двух десятилетий. Рассказываем о ее устройстве и основных задачах.
Как увидеть солнечную корону
В бликах Солнца скрыта его корона. Это внешний, самый разреженный и горячий слой звездной атмосферы, чья температура составляет миллионы градусов. Он является источником солнечного ветра и выбросов массы. Когда последние достигают Земли, то приводят к возникновению геомагнитых бурь и полярных сияний.
Неудивительно, что корона представляет огромный интерес для ученых. Мы можем увидеть этот ключевой элемент Солнечной системы благодаря удивительному космическому совпадению. Дело в том, что Солнце не только в 400 раз больше Луны, но и находится примерно в 400 раз дальше нее, поэтому их видимые размеры на небе практически одинаковы. Это позволяет Луне полностью закрывать солнечный диск во время затмений, делая видимой корону.
Проблема в том, что солнечные затмения редки и их полная фаза длится всего несколько минут, чего недостаточно для полноценных наблюдений короны. Поэтому, для создания искусственных затмений ученые обычно устанавливают в фокусе телескопа заслонку, называемую коронографом. Она выполняет роль искусственной Луны, закрывая солнечный диск.
Но не все так просто. Свет, рассеянный на элементах оптической системы, создает яркий ореол вокруг диска коронографа. Из-за этого возникает слепая зона, не дающая рассмотреть внутреннюю часть короны. Вывод инструмента с коронографом в космос позволяет улучшить качество изображений, но все равно, внутренняя часть короны остается невидимой для астрономов.
Лучший способ преодолеть дифракцию — переместить закрывающий диск как можно дальше от телескопа. Однако из-за ограничений размеров космических телескопов возможности ученых довольно ограничены. Например, расстояние между диском и телескопом внутри аппарата SOHO составляет всего 70 см.
Решением проблемы является использование самого космического аппарата в качестве «заслонки». Подобный эксперимент был проведен еще во время полета «Союз-Apollo» в 1975 году. Тогда роль коронографа исполнил имевший цилиндрическую форму Apollo. Правда, из-за ярких бликов, возникавших на парах топлива от работавших двигателей корабля, он оказался не самым удачным.
Но с тех пор технология сделала значительный шаг вперед, что позволило вернуться к идее создания искусственного затмения с помощью космического аппарата. Именно этим и займется Proba-3.
Техническое устройство Proba-3
Исследования, легшие в основу проекта Proba-3, стартовали в 2005 году. В 2014 году ESA одобрило предварительную разработку проекта. Окончательный зеленый свет был получен в 2018 году. Реализацией проекта занимался консорциум, состоящий из 14 государств (помимо стран-членов ESA в него также входит Канада) и более чем 40 компаний. В общей сложности, проектирование и создание Proba-3 обошлось ESA в 200 млн евро.
Дизайн проекта является компромиссом между тем, что теоретически может обеспечить современная технология, и тем, чего можно практически достичь в космосе. Proba-3 состоит из двух космических аппаратов: Coronagraph и Occulter. Первый будет вести наблюдения за солнечной короной, второй — играть роль искусственной Луны и закрывать Солнце.
Масса Coronagraph составляет 314 кг. Помимо коронографа ASPIICS, он также оснащен радиометром для измерения общего потока солнечного излучения и инструментом для изучения электронов из радиационных поясов Земли.
Масса Occulter составляет 231 кг. Он представляет собой куб, с установленным 1,4-метровым внешним диском, который и будет закрывать Солнце. Он сделан из специально термостойкого полимера, что должно свести к минимуму изменения его формы вследствие температурных колебаний.
После выхода на орбиту, аппараты развернутся в формацию с расстоянием в 150 метров между ними. Такая дистанция была сочтена оптимальной, поскольку позволяет сбалансировать оптические характеристики, эффективность слежения, а также снизить до минимума расход топлива.
Ключом к успеху является точность. Чтобы успешно затмить Солнце и увидеть корону, максимальная погрешность в расстоянии между Coronagraph и Occulter не должна превысить нескольких миллиметров. Эта задача возложена на лазерную систему. Она будет постоянно измерять дистанцию между аппаратами, что позволит им сохранять строй. Для изменения своего положения Occulter оснащен набором высокоточных двигателей, способных осуществлять микрокоррекции курса с тягой, сопоставимой с силой падающего пера.
Дата запуска Proba-3
Запуск Proba-3 должен состояться 4 декабря в 12:38 по Киевскому времени. Для него будет задействована индийская ракета PSLV-XL. Она должна вывести пару аппаратов на высокую эллиптическую орбиту вокруг Земли. В перигее они будут приближаться к ней на 600 км, в апогее — удаляться на 60 тысяч км.
Наблюдения будут вестись, когда спутники будут находиться в апогее. По прогнозам специалистов, продолжительность искусственного затмения в течение одного витка сможет составить до 6 часов. Если все сработает, как задумано инженерами, Coronagraph сможет наблюдать солнечную корону на расстоянии до 1,1 диска Солнца. Для сравнения — у стандартного коронографа этот показатель составляет 2,5 солнечных диска.
Proba-3 имеет статус миссии-демонстратора. Ее успех откроет дорогу для новых, более сложных и амбициозных проектов, которые позволят астрономам узнать еще больше о Солнце, проходящих в его атмосфере процессах и том, как они влияют на Землю.
