От комет до экзопланет. Как ESA исследует космос и Землю

Европейское космическое агентство (ESA) занимается исследованием космоса и Земли в различных направлениях и финансирует множество проектов. Для четкого определения направления развития агентства создаются космические программы с определенными целями и задачами. В этой статье описаны важные программы ESA, их части и миссии.

Исследование космоса

Основанная еще в 80-х годах прошлого века, Science Programme является основной программой Европейского космического агентства по исследованию Солнечной системы и космоса.

Science Programme началась с программы Horizon 2000, которая длилась с 1985 до 2005 года. Частью Horizon 2000 была разработка космической миссии Rosetta для исследования кометы Чурюмова — Герасименко, открытой украинскими астрономами. Благодаря этой программе также были созданы космические обсерватории Planck и Herschel, которые исследовали реликтовое излучение и эволюцию звезд и галактик.

Следующей программой в истории Science Programme стала Horizon 2000+, в рамках которой в течение десяти лет разрабатывались миссии Gaia, Lisa Pathfinder и BepiColombo. Космическая обсерватория Gaia помогает ученым составлять подробную карту нашей Галактики, завершение ее работы ожидается в 2025 году. Кроме того, в конце 2025-го планируется выход станции BepiColombo на орбиту вокруг Меркурия, что позволит научным инструментам на борту космического аппарата тщательно исследовать поверхность, экзосферу и магнитосферу планеты. Аппарат Lisa Pathfinder уже успешно завершил свою миссию, которая заключалась в демонстрации технологии наблюдения гравитационных волн в космосе.

Космические обсерватории ESA. Источник: ESA

Сейчас активной частью Science Programme является программа Cosmic Vision, которая продлится до 2025 года. Ее целью является более глубокое изучение процессов рождения Вселенной и Солнечной системы.

Для астрономических исследований на околоземную орбиту выведены две космические обсерватории: Cheops, предназначенная для наблюдения за экзопланетами, и Euclid, занимающаяся изучением темной материи и темной энергии. В 2035 году ожидается запуск телескопа рентгеновского диапазона Athena и космического аппарата для обнаружения гравитационных волн Lisa.

Вторую задачу программы Cosmic Vision — исследование Солнечной системы — выполняют космические аппараты Solar Orbiter и JUICE. Целью миссии Solar Orbiter является наблюдение Солнца и его полярных регионов, что возможно благодаря околосолнечной орбите с высоким наклоном. Объект исследования миссии Juice находится гораздо дальше от Солнца — станция будет изучать спутники Юпитера.

После завершения Cosmic Vision Европейское космическое агентство будет работать над реализацией программы Voyage 2050. Основные запланированные миссии: посадка на ледяной спутник Сатурна Энцелад, исследование атмосфер экзопланет и дальнейшее изучение рождения Вселенной и первых космических структур.

Параллельно с Science Programme в ESA существовала программа Aurora. Ее целью было формирование и развитие стратегии исследования Солнечной системы с помощью не только автоматических, но и пилотируемых миссий для будущего освоения человечеством космического пространства.

В 2001 году в рамках программы Aurora началась разработка программы ExoMars. Она состоит из двух миссий, посвященных вопросу существования в прошлом жизни на Марсе. Первая миссия отправилась к Красной планете в 2016 году и состояла из космического аппарата TGO, предназначенного для исследования атмосферы Марса, и демонстрационного посадочного аппарата Schiaparelli, который разбился во время посадки. Запуск второй миссии программы ExoMars в виде марсохода Rosalind Franklin запланирован на 2028 год.

Межпланетные станции ESA. Источник: ESA

Преемница программы Aurora называется Terra Novae. Ее три главные цели – низкая околоземная орбита, Луна и Марс. К 2035 году, согласно программе, должны состояться новые долгосрочные миссии на МКС, первые пилотируемые полеты на космическом корабле Orion, а также построены два жилых модуля для станции Lunar Gateway на орбите Луны и доставлены на лунную поверхность исследовательские космические аппараты.

Партнерство с NASA в разработке и управлении космическим телескопом имени Джеймса Уэбба является не менее важным проектом ESA, хотя оно и существует вне основных научных программ. Европейское космическое агентство разработало несколько инструментов для обсерватории, предоставило ракету-носитель Ariane 5 для запуска и 15 ученых для участия в управлении телескопом.

Наблюдение за Землей

Программа Living Planet сосредоточена на изучении Земли и наблюдении за планетой для предсказания погодных условий и управления ресурсами. По этим задачам космические аппараты программы делятся на два класса: Earth Explorers и Earth Watch соответственно.

Изображение Европы, составленное из фотографий PROBA-V. Источник: ESA/Belspo – produced by VITO

Последним на сегодня запущенным космическим аппаратом среди Earth Explorers является EarthCARE, разработанный в партнерстве с Японией для исследования облаков и аэрозолей, а также отраженного и созданного поверхностью и атмосферой Земли излучения. Единственная миссия класса Earth Watch называлась PROBA-V. Ее задача по наблюдению за растительностью завершилась в 2021 году.

Космическая безопасность

Для отслеживания возможных угроз из космоса в ESA создана программа Space Safety. Ее задача заключается в наблюдении за космической погодой и потенциально опасными астероидами, отклонении таких астероидов от траектории столкновения с Землей, а также в уменьшении количества космического мусора и разработке более экологичных космических технологий.

Художественное изображение сближения Hera с астероидом Диморф. Источник: ESA

Главными миссиями программы Space Safety являются Vigil, Hera и ClearSpace-1. Запуск аппарата Hera ожидается уже в этом году. Цель миссии — исследовать двойную систему астероидов Дидим и Диморф после столкновения аппарата DART с Диморфом и изменения орбиты системы вследствие этого. Будущая миссия Vigil будет сосредоточена на наблюдении за Солнцем и предупреждении об опасной его активности. Миссия ClearSpace-1, разрабатываемая в партнерстве с компанией ClearSpace SA, предназначена для демонстрационного сведения с орбиты спутника PROBA-1.

Спутниковая навигация

Европейское космическое агентство оперирует собственной системой спутниковой навигации под названием Galileo. Спутники группировки Galileo предоставляют наземным устройствам информацию о местоположении на уровне с американской системой GPS.

Спутник Galileo готовится к испытаниям перед запуском. Источник: ESA/OHB-S. Bury

Система состоит из 30 космических аппаратов на околоземной орбите высотой 23 тыс. км. Наклон орбит спутников составляет 56 градусов, что дает Galileo покрытие пользователей на Земле до широты 75 градусов, которая соответствует самой северной точке Европы, и даже дальше. Galileo способна определять местоположение с точностью менее метра, по сравнению с точностью три метра системы GPS.

Спутниковая связь

За развитие спутниковой связи в ESA отвечает программа ARTES (Advanced Research in Telecommunications Systems). Она делится на три направления: создание новых технологий спутниковой связи, разработка применений таких технологий и создание проектов в партнерстве со спутниковыми операторами и производителями.

Художественное изображение работы системы EDRS. Источник: ESA

Частью программы ARTES является система European Data Relay System (EDRS) — группировка спутников на геостационарной орбите для передачи информации между космическими аппаратами, беспилотниками и наземными станциями. EDRS может предоставлять связь пользователям при отсутствии связи с наземными станциями или спутниками на низкой орбите. Система EDRS похожа на американскую TDRSS, однако имеет большую скорость передачи данных благодаря использованию лазерной связи. На сегодня система состоит из двух геостационарных спутников и многих наземных станций.

Международная космическая станция

Европейское космическое агентство является одним из членов проекта Международной космической станции. Основной вклад ESA в развитие МКС: лаборатория Columbus, грузовые космические корабли ATV, ракеты-носители, программное обеспечение и 8 млрд евро финансирования.

Лаборатория Columbus. Источник: NASA

На борту модуля Columbus проводят научные исследования в рамках программы ESA SciSpace. Они касаются гидродинамики, материаловедения, фундаментальной физики, физиологии, биологии и экзобиологии. Кроме Columbus, ESA разработала для МКС соединительные модули Harmony и Tranquility со стыковочными узлами для космических кораблей, а также модуль Cupola с панорамным видом на Землю и окрестности станции. В 2021 году к станции присоединился европейский роботизированный манипулятор ERA.

С 2008 по 2015 год состоялось пять запусков грузовых кораблей ATV к МКС, каждый из которых мог содержать до 6,6 тонны полезной нагрузки и был способен к автоматической стыковке. Технологии, созданные для корабля ATV, сегодня используются в разработанном ESA служебном отсеке корабля Orion.

Ракеты-носители

Для разработки технологий, которые будут использоваться в новых европейских ракетах-носителях, ESA создала программу Future Launchers Preparatory (FLPP). Она началась в 2004 году с работы над технологиями для преемника ракеты-носителя Ariane 5. Сегодня задача FLPP является более широкой и покрывает все будущие ракеты-носители Европы.

Шкала уровня готовности технологий FLPP. Источник: ESA

Разработанный в рамках FLPP ракетный двигатель Prometheus имеет низкую стоимость и использует жидкий метан в качестве топлива. Его применение возможно в будущем на ракете Ariane 6. Другим результатом программы стала разработка и испытание экспериментального двигателя Expander-cycle Technology Integrated Demonstrator (ETID). Этот опыт стал важным в создании двигателя Vinci для второй ступени Ariane 6.

По программе FLPP происходит исследование альтернативных материалов для облегчения конструкции ракет-носителей, технологий теплоизоляции криогенных ступеней, усовершенствованных методов изготовления конструкций ракет и новых материалов и систем отделения для уменьшения уровня вибраций полезной нагрузки при запуске. Кроме того, в рамках FLPP разрабатываются технологии для многоразовых ракет-носителей и создаются новые системы автоматического управления полетом, в частности для посадки ступеней.

Juno сделал удивительное фото Юпитера
Новый квантовый компьютер установил рекорд скорости действия
Blue Origin демонстрирует технологию вертикальной посадки ракеты New Glenn: видео
Космическое кольцо: астрономы сфотографировали гиперсветящуюся галактику
Похищение «Луны-2»: как ЦРУ разузнали секреты советской космической программы под носом у КГБ
Ученые обнаружили недалеко от Солнца невероятно быстрый объект
Галактика-конструктор: телескоп Hubble сфотографировал необычного соседа Млечного Пути
Астронавты будут оставаться на борту МКС во время падения в атмосферу Земли
Не замечали 55 лет: пенсионер обнаружил ошибку в старой видеоигре Lunar Lander
Новый солнечный цикл уже мог начаться