4 грудня з території Космічного центру імені Сатіша Дхавана відбудеться запуск ракети PSLV-XL. Вона виведе на орбіту Proba-3 — одну з найцікавіших і технічно найсміливіших космічних місій останнього часу, яка розроблялася ESA протягом майже двох десятиліть. Розповідаємо про її влаштування та основні завдання.
Як побачити сонячну корону
У відблисках Сонця прихована його корона. Це зовнішній, найбільш розріджений і гарячий шар зоряної атмосфери, чия температура становить мільйони градусів. Він є джерелом сонячного вітру та викидів маси. Коли останні досягають Землі, то призводять до виникнення геомагнітних бур і полярних сяйв.
Не дивно, що корона становить величезний інтерес для вчених. Ми можемо побачити цей ключовий елемент Сонячної системи завдяки дивовижному космічному збігу. Річ у тім, що Сонце не тільки в 400 разів більше за Місяць, а й розташоване приблизно в 400 разів далі за нього, тому їхні видимі розміри на небі практично однакові. Це дозволяє Місяцю повністю закривати сонячний диск під час затемнень, роблячи видимою корону.
Проблема в тому, що сонячні затемнення рідкісні та їхня повна фаза триває всього кілька хвилин, чого недостатньо для повноцінних спостережень корони. Тому, для створення штучних затемнень вчені зазвичай встановлюють у фокусі телескопа заслінку, звану коронографом. Вона виконує роль штучного Місяця, закриваючи сонячний диск.
Але не все так просто. Світло, розсіяне на елементах оптичної системи, створює яскравий ореол навколо диска коронографа. Через це виникає сліпа зона, що не дає розглянути внутрішню частину корони. Виведення інструменту з коронографом у космос дає змогу поліпшити якість зображень, але все одно, внутрішня частина корони залишається невидимою для астрономів.
Найкращий спосіб подолати дифракцію — перемістити диск, що закриває, якомога далі від телескопа. Однак через обмеження розмірів космічних телескопів можливості вчених досить обмежені. Наприклад, відстань між диском і телескопом всередині апарата SOHO становить лише 70 см.
Вирішенням проблеми є використання самого космічного апарата як «заслінки». Подібний експеримент був проведений ще під час польоту «Союз-Apollo» в 1975 році. Тоді роль коронографа виконав Apollo, що мав циліндричну форму. Щоправда, через яскраві відблиски, що виникали на парах палива від працюючих двигунів корабля, він виявився не найвдалішим.
Але відтоді технологія зробила значний крок уперед, що дало змогу повернутися до ідеї створення штучного затемнення за допомогою космічного апарата. Саме цим і займеться Proba-3.
Технічний влаштування Proba-3
Дослідження, що лягли в основу проєкту Proba-3, стартували 2005 року. У 2014 році ESA схвалила попереднє розроблення проєкту. Остаточне зелене світло було отримано 2018 року. Реалізацією проєкту займався консорціум, що складається з 14 держав (крім країн-членів ESA, до нього також входить Канада) і більш ніж 40 компаній. Загалом проєктування та створення Proba-3 обійшлося ESA у 200 млн євро.
Дизайн проєкту є компромісом між тим, що теоретично може забезпечити сучасна технологія, і тим, чого можна практично досягти в космосі. Proba-3 складається з двох космічних апаратів: Coronagraph і Occulter. Перший вестиме спостереження за сонячною короною, другий — відіграватиме роль штучного Місяця і закриватиме Сонце.
Маса Coronagraph становить 314 кг. Крім коронографа ASPIICS, він також оснащений радіометром для вимірювання загального потоку сонячного випромінювання та інструментом для вивчення електронів із радіаційних поясів Землі.
Маса Occulter становить 231 кг. Він являє собою куб, зі встановленим 1,4-метровим зовнішнім диском, який і буде закривати Сонце. Він зроблений зі спеціально термостійкого полімеру, що має звести до мінімуму зміни його форми внаслідок температурних коливань.
Після виходу на орбіту, апарати розгорнуться у формацію з відстанню в 150 метрів між ними. Така дистанція була визнана оптимальною, оскільки дає змогу збалансувати оптичні характеристики, ефективність стеження, а також знизити до мінімуму витрату палива.
Ключем до успіху є точність. Щоб успішно затьмарити Сонце і побачити корону, максимальна похибка у відстані між Coronagraph і Occulter не повинна перевищувати кількох міліметрів. Це завдання покладено на лазерну систему. Вона буде постійно вимірювати дистанцію між апаратами, що дасть їм змогу зберігати стрій. Для зміни свого положення Occulter оснащений набором високоточних двигунів, здатних здійснювати мікрокорекцію курсу з тягою, яку можна порівняти з силою падаючого пера.
Дата запуску Proba-3
Запуск Proba-3 має відбутися 4 грудня о 12:38 за Київським часом. Для нього буде залучена індійська ракета PSLV-XL. Вона має вивести пару апаратів на високу еліптичну орбіту навколо Землі. У перигеї вони наближатимуться до неї на 600 км, в апогеї — віддалятимуться на 60 тисяч км.
Спостереження вестимуться, коли супутники перебуватимуть в апогеї. За прогнозами фахівців, тривалість штучного затемнення протягом одного витка зможе скласти до 6 годин. Якщо все спрацює, як задумано інженерами, Coronagraph зможе спостерігати сонячну корону на відстані до 1,1 диска Сонця. Для порівняння — у стандартного коронографа цей показник становить 2,5 сонячног диска.
Proba-3 має статус місії-демонстратора. Її успіх відкриє дорогу для нових, складніших і амбітніших проєктів, які дадуть змогу астрономам дізнатися ще більше про Сонце, процеси, що відбуваються в його атмосфері, і те, як вони впливають на Землю.
