Касси́ни-Гю́йгенс ( англ. Cassini–Huygens ) — автоматическая межпланетная станция (АМС), созданная совместно НАСА , Европейским космическим агентством и Итальянским космическим агентством для исследования планеты Сатурн , его колец и спутников . Комплекс состоял из орбитальной станции « Кассини » и спускаемого аппарата с автоматической станцией « Гюйгенс », предназначенной для посадки на Титан .

«Кассини-Гюйгенс» была запущена 15 октября 1997 года . 1 июля 2004 года после торможения вышла на орбиту спутника Сатурна. 25 декабря того же года спускаемый аппарат отделился от орбитальной станции и 14 января 2005 года вошёл в атмосферу Титана, обеспечив мягкую посадку автоматической станции на его поверхность. Первоначально миссия была запланирована до 2008 года , однако впоследствии продлена до лета 2010 года . 3 февраля 2010 года было объявлено о дальнейшем продлении программы до 2017 года .

4 апреля 2017 года Лаборатория реактивного движения объявила о грядущем завершении миссии «Кассини» 15 сентября 2017 года. Завершающий этап программы начался 26 апреля. Космический аппарат выполнил несколько коррекций своей орбиты вокруг Сатурна и 15 сентября 2017 года вошёл в его атмосферу .

Орбитальная станция «Кассини» — первый искусственный спутник Сатурна. Автоматическая станция «Гюйгенс» — первый космический аппарат, который совершил мягкую посадку во Внешней Солнечной системе .

В итоге деятельности проекта на Землю было передано 635 ГБ данных, 453 048 снимков, выполнено 162 пролёта около спутников Сатурна, опубликовано 3948 научных публикаций .

Задачи

Основными целями миссии являлись:

1. Определение структуры и поведения колец Сатурна ;
2. Определение геологической структуры и истории поверхности спутников;
3. Определение природы и происхождения тёмного материала на одном из полушарий Япета ;
4. Исследование структуры и поведения магнитосферы ;
5. Исследование поведения атмосферы Сатурна и структуры облачного покрова;
6. Исследование облаков и тумана в атмосфере Титана ;
7. Определение характера поверхности Титана.

История создания

Космический зонд стал результатом сотрудничества трёх организаций; в процессе создания аппарата принимали участие 17 государств. Станция «Кассини» была построена усилиями НАСА . Зонд «Гюйгенс» был создан Европейским космическим агентством . Итальянское космическое агентство сконструировало антенну дальней связи и радарный высотометр (RADAR).

Общие затраты на миссию превышают 3,26 млрд долларов США , что включает в себя 1,4 млрд на предстартовую подготовку, 704 млн на обслуживание, 54 млн на поддержку связи с аппаратом и 422 млн на ракету-носитель Titan-401B/Центавр . Правительство США выделило 2,6 млрд долларов, Европейское космическое агентство — 500 млн, и Итальянское космическое агентство — 160 млн.

Конструкция

Станция «Кассини» вместе с зондом «Гюйгенс» стали самым большим функционирующим межпланетным комплексом, а также самым тяжёлым межпланетным аппаратом, когда-либо успешно покидавшим околоземную орбиту. Орбитальный аппарат без зонда имел массу 2150 килограммов . Вместе с Гюйгенсом, имевшим массу 350 килограммов, 3132 килограммами топлива и разгонным блоком , аппарат имел массу 5600 кг (только три станции за всю историю космических исследований имели большую массу — запущенные СССР зонды « Фобос-1 », « Фобос-2 » и российская АМС « Марс-96 » — однако все они не выполнили возлагавшихся на них задач).

Орбитальный блок « Кассини » нёс 12 научных приборов : радар для построения подробных карт поверхности Титана и спутников с 4-метровой остронаправленной антенной и парой широконаправленных антенн, спектрометр для исследования частиц космической плазмы, инфракрасный спектрометр для удалённых измерений температуры, масс-спектрометр для изучения состава микрочастиц, спектрометры видимого и инфракрасного излучения, спектрометр ультрафиолетового излучения, анализатор космической пыли, магнитосферная камера, магнитометр и прочее.

Двигательная установка состояла из основного и дублирующего двухкомпонентных двигателей с тягой по 490 Н , работавших на метилгидразине и тетраоксиде диазота . В системе ориентации использовались 16 однокомпонентных маневровых двигателей на гидразине с тягой по 1 Н .

Электроэнергией станцию обеспечивали 3 радиоизотопных термоэлектрических генератора , сообща генерировавших 885 Ватт при старте в 1997 и 633 Вт в конце миссии в 2017 году. .

Зонд « Гюйгенс » нёс 6 научных инструментов: для определения атмосферной структуры, доплеровский измеритель скорости и сноса, спектральный радиометр, газовый хроматограф/масс-спектрометр, коллектор аэрозолей и пиролизёр, пакет для научного исследования поверхности.

Хроника полёта

Траектория

1997

15 октября — старт аппарата (08:43 UTC ), с мыса Канаверал (Флорида, США) ракетой-носителем Titan 4B / Centaur .

1998

26 апреля — первый манёвр в гравитационном поле Венеры , для набора необходимой скорости.

1999

• 24 июня — второй манёвр в гравитационном поле Венеры.
• 18 августа — (03:28 UTC) манёвр в гравитационном поле Земли (мимо Земли корабль прошел со скоростью 69 тысяч км/час). За час и 20 минут до наибольшего приближения, «Кассини» приблизился на минимальное расстояние к Луне (377 000 км) и сделал серию снимков.

2000

• 23 января — пролёт мимо астероида (2685) Мазурский (10:00 UTC). Кассини сфотографировал астероид с расстояния 1,6 млн км и оценил его диаметр как 15—20 км.
• 30 декабря — гравитационный манёвр в гравитационном поле Юпитера . В этот день Кассини приблизился к планете на минимальное расстояние и провёл ряд научных измерений. Также зонд сделал множество цветных изображений Юпитера, наименьшие видимые детали имеют размер примерно 60 километров в поперечнике .

2001

• 30 мая — во время перелёта от Юпитера к Сатурну, была замечена «дымка» в изображениях узкоугольной камеры Кассини (подобное впервые было отмечено на фотографиях звезды Майя из звёздного скопления Плеяд ) .

2004

• 11 июня сблизился с Фебой — одной из крупнейших лун Сатурна.
• 8 октября при близком прохождении возле Титана с помощью инфракрасной камеры был получен снимок образования на Титане, которое по всей видимости является криовулканом . С помощью спектрометра было установлено, что в истекающих потоках не преобладает водяной лёд. По некоторым версиям купол образован прорывом азотного льда на поверхность.
• В ночь с 24 на 25 декабря зонд «Гюйгенс» отделился и начал своё движение к Титану.

2005

14 января зонд Гюйгенс успешно вошёл в атмосферу Титана и совершил мягкую посадку на его поверхность.

2017

22 апреля космическая станция в последний раз облетела Титан и начала сближение с Сатурном, чтобы, совершив 22 оборота по спирали между планетой и её кольцами, 15 сентября войти в атмосферу и на этом завершить свою миссию . Последний сигнал от Кассини на Земле был получен 15 сентября в 14:55:46 московского времени (11:55:46 UTC ) . В действительности вхождение в плотные слои атмосферы и разрушение аппарата произошло на 83 минуты раньше, в 13:31:46 московского времени (10:31:46 UTC), в соответствии с расстоянием между Сатурном и Землёй на этот момент .

Сближения со спутниками Сатурна

Направления полета
Титан	Рея	Япет	Диона	Тефия	Энцелад
Мимас	Гиперион	Феба	Янус	Эпиметей	Прометей	Пандора
Елена	Атлас	Пан	Телесто	Калипсо	Мефона

Основная часть

До 31 июля 2008 года было запланировано 45 сближений с Титаном , 4 сближения с Энцеладом , по 2 сближения с Япетом , Тефией и Реей , а также по одному сближению с Фебой , Дионой , Гиперионом и Мимасом .

№	Спутник	Дата пролёта	Расстояние, км
1.	Феба	11 июня 2004	2068
2.	Титан	26 октября 2004	1200
3.	Титан	13 декабря 2004	2358
4.	Япет	1 января 2005	65000
5.	Титан	14 января 2005	60000
6.	Титан	15 февраля 2005	950
7.	Энцелад	17 февраля 2005	1179
8.	Энцелад	9 марта 2005	500
9.	Титан	31 марта 2005	2523
10.	Титан	16 апреля 2005	950
11.	Энцелад	14 июля 2005	1000
12.	Мимас	2 августа 2005	45100
13.	Титан	22 августа 2005	4015
14.	Титан	7 сентября 2005	950
15.	Тефия	24 сентября 2005	33000
16.	Гиперион	26 сентября 2005	990
17.	Диона	11 октября 2005	500
18.	Титан	28 октября 2005	1446
19.	Рея	26 ноября 2005	500
20.	Титан	26 декабря 2005	10429
21.	Титан	15 января 2006	2042
22.	Титан	27 февраля 2006	1812
23.	Титан	18 марта 2006	1947
24.	Титан	30 апреля 2006	1853
25.	Титан	20 мая 2006	1879
26.	Титан	2 июля 2006	1911
27.	Титан	22 июля 2006	950
28.	Титан	7 сентября 2006	950
29.	Титан	23 сентября 2006	950
30.	Титан	9 октября 2006	950
31.	Титан	25 октября 2006	950
32.	Титан	12 декабря 2006	950
33.	Титан	28 декабря 2006	1500
34.	Титан	13 января 2007	950
35.	Титан	29 января 2007	2776
36.	Титан	22 февраля 2007	953
36.	Титан	10 марта 2007	956
37.	Титан	26 марта 2007	953
38.	Титан	10 апреля 2007	951
39.	Титан	26 апреля 2007	951
40.	Титан	12 мая 2007	950
41.	Титан	28 мая 2007	2425
42.	Титан	13 июня 2007	950
43.	Тефия	27 июня 2007	16200
44.	Титан	29 июня 2007	1942
45.	Титан	19 июля 2007	1302
46.	Рея	30 августа 2007	5100
47.	Титан	31 августа 2007	3227
48.	Япет	10 сентября 2007	1000
49.	Титан	2 октября 2007	950
50.	Титан	19 ноября 2007	950
51.	Титан	5 декабря 2007	1300
52.	Титан	20 декабря 2007	953
53.	Титан	5 января 2008	949
53.	Титан	22 февраля 2008	959
54.	Энцелад	12 марта 2008	995
55.	Титан	25 марта 2008	959
56.	Титан	12 мая 2008	959
57.	Титан	28 мая 2008	959
58.	Энцелад	30 июня 2008	101317
59.	Титан	31 июля 2008	3980

Продлённый план пролётов

В рамках расширенной миссии, продлённой до 10 июля 2010 года , предусматривался 21 пролёт Титана , 8 пролётов Тефии , 7 пролётов Энцелада , 6 пролётов Мимаса , 5 пролётов Реи и 3 пролёта Дионы . Также предусматривалось несколько сближений с малыми спутниками, среди которых одно с Еленой .

№	Название спутника	Дата	Расстояние, км
1.	Титан	31 июля 2008 02:13	1613
2.	Энцелад	11 августа 2008 21:06	54
3.	Энцелад	9 октября 2008 19:07	25
4.	Энцелад	31 октября 2008 17:15	197
5.	Титан	3 ноября 2008 17:35	1100
6.	Титан	19 ноября 2008 15:56	1023
7.	Титан	5 декабря 2008 14:26	960
8.	Титан	21 декабря 2008 13:00	970
9.	Титан	7 февраля 2009 08:51	960
10.	Титан	27 марта 2009 04:44	960
11.	Титан	4 апреля 2009 01:48	4150
12.	Титан	20 апреля 2009 00:21	3600
13.	Титан	5 мая 2009 22:54	3244
14.	Титан	21 мая 2009 21:27	965
15.	Титан	6 июня 2009 20:00	965
16.	Титан	22 июня 2009 18:33	955
17.	Титан	8 июля 2009 17:04	965
18.	Титан	24 июля 2009 15:34	955
19.	Титан	9 августа 2009 9 14:04	970
20.	Титан	25 августа 2009 12:52	970
21.	Титан	12 октября 2009 08:36	1 300
22.	Энцелад	2 ноября 2009 07:42	103
23.	Энцелад	21 ноября 2009 02:10	1 607
24.	Титан	12 декабря 2009 01:03	4 850
25.	Титан	28 декабря 2009 00:17	955
26.	Титан	12 января 2010 23:11	1 073
27.	Рея	2 марта 2010 17:41	100
28.	Елена	3 марта 2010 13:41	1803
29.	Диона	7 апреля 2010 05:16	504
30.	Энцелад	28 апреля 2010 00:11	103
31.	Энцелад	28 апреля 2010 00:11	201
32.	Титан	28 апреля 2010 00:11	1400
33.	Титан	5 июня 2010 02:26	2044
34.	Титан	21 июня 2010 01:27	955

Продление миссии

Первое продление

15 апреля 2008 года NASA объявило о продлении миссии на 2 года (до июля 2010 года ). Старт новой миссии, получившей название «Кассини Равноденствие» ( англ. Cassini Equinox Mission ), был запланирован на 1 июля 2008 года. Эта миссия включала 60 дополнительных облётов вокруг Сатурна, 26 сближений с Титаном, 7 с Энцеладом и по одному с Дионой, Реей и Еленой. С научной точки зрения Кассини также предстояло изучить кольца Сатурна, его магнитосферу и саму планету.

Второе продление

3 февраля 2010 года было объявлено о дальнейшем продлении программы до сентября 2017 года . Первоначальное название продлённой миссии было «Продлённая-продлённая миссия» ( англ. extended-extended mission ), но затем оно было изменено на «Кассини Солнцестояние» ( англ. Cassini Solstice Mission ). Продлённая миссия включала в себя 155 дополнительных витков вокруг Сатурна, 54 сближения с Титаном и 11 с Энцеладом.

Первоначально предлагалось несколько вариантов того, что делать с аппаратом после окончания основной миссии:

• перевод аппарата на вытянутую орбиту, где аппарат не столкнётся ни с одним из спутников Сатурна;
• направить аппарат в атмосферу Сатурна (как это было сделано с зондом « Галилео », исследовавшем Юпитер). Однако, для выполнения этого манёвра аппарату предстояло пройти сквозь кольца планеты, что грозило потерей контроля над ним;
• аппарат можно увести с орбиты Сатурна и направить в другие области Солнечной системы (аппарат предлагали использовать для исследований Урана , Нептуна или каких-либо объектов пояса Койпера );
• также рассматривался вариант вывода аппарата на траекторию столкновения с Меркурием . В этом варианте было бы использовано гравитационное поле Юпитера. Это гипотетическое столкновение произошло бы примерно в 2021 году на относительной скорости 20 км/с, что позволило бы изучить состав пород этой планеты.

Результаты миссии

Проверка общей теории относительности

10 октября 2003 года были объявлены результаты эксперимента по проверке общей теории относительности , проведённые с помощью «Кассини». Наблюдался частотный сдвиг и задержка сигнала, приходящего от аппарата, в то время находившегося по другую сторону от Солнца , в соответствии с предсказаниями теории.

«Спицы» в кольцах Сатурна

Изображения, полученные 5 сентября 2005 года , изображали «спицы» в кольцах, впервые обнаруженные в 1977 году при помощи наземных наблюдений и затем подтверждённые « Вояджерами » в 1980-x годах. Механизм образования «спиц» всё ещё не ясен.

Новые спутники

В 2004 году на изображениях, полученных «Кассини», были найдены новые спутники. Они очень малы и получили временные названия S/2004 S 1, S/2004 S 2 и S/2004 S 5. В начале 2005 года им присвоили названия Метона ( англ. Methone ), Паллена ( англ. Pallene ) и Полидевк ( англ. Polydeuces ).

1 мая 2005 года в был обнаружен спутник S/2005 S 1, впоследствии получивший название Дафнис ( англ. Daphnis ). Это второй спутник Сатурна (после Пана ), орбита которого лежит внутри колец.

Также «Кассини» обнаружил спутники Анфа , Эгеон и « S/2009 S 1 » .

Пролёт около Фебы

11 июня 2004 года «Кассини» пролетел мимо спутника Фебы . Это была первая возможность изучить спутник с такого близкого расстояния после пролёта Вояджера-2 . Из-за особенностей движения Фебы вокруг Сатурна данное сближение является для «Кассини» единственным возможным.

Первые изображения спутника, полученные 12 июня 2004 года, показали, что спутник мало похож на обычный астероид . Некоторые участки сильно кратерированной поверхности были очень светлыми, предполагается, что под поверхностью находится водяной лёд .

Озёра на Титане

На радарных изображениях, полученных 21 июля 2006 года были обнаружены «бассейны», заполненные жидкими углеводородами ( метаном или этаном ), расположенные в северном полушарии Титана. Это первый случай обнаружения существующих в настоящее время озёр вне Земли. Размеры озёр — от километра до сотен километров в поперечнике.

13 марта 2007 года руководство миссии объявило об обнаружении большого скопления «морей» в северном полушарии Титана. Одно из морей по размерам несколько больше земного Каспийского моря .

Шестиугольный шторм

В ноябре 2006 года на северном полюсе Сатурна была открыта атмосферная структура, представляющая собой шестиугольный шторм. Эта структура расположена на северном полюсе Сатурна и имеет в поперечнике более 25 тысяч километров .

Жизнь на Титане

Кассини — Гюйгенс обнаружили несколько химических аномалий на поверхности Титана.

Под действием солнечных лучей в атмосфере постоянно образуются водород и ацетилен , которые должны были наблюдаться в том числе на поверхности Титана. Однако следов ацетилена на поверхности не обнаружено, а количество водорода близко к поверхности уменьшается, что некоторые специалисты трактуют как косвенные признаки наличия жизни. По их предположениям, на Титане могут существовать формы жизни, отличающиеся от земных, основанные на метане (вместо воды), дышащие водородом и питающиеся ацетиленом . Предположения выдвигались ещё в 2005 году .

Однако другие специалисты склонны рассматривать биологические причины потери водорода и ацетилена в последнюю очередь, а в первую очередь будут искать возможные небиологические объяснения обнаруженного явления. Сам Крис Маккей заявил, что результаты исследований открывают «очень необычную и в настоящее время необъяснимую химию… Возможно, не признаки жизни, но очень интересно».

Примечания

Литература

• Ralph Lorenz. NASA/ESA/ASI Cassini-Huygens: 1997 onwards (Cassini orbiter, Huygens probe and future exploration concepts) (Owners' Workshop Manual) (англ.) . — Haynes Manuals, UK, 2017. — ISBN 978-1785211119 .
• (англ.) ( . (англ.) . — Common Courage Press, 1997. — ISBN 1-56751-125-2 .
• David M. Harland. (англ.) . — Springer-Verlag , 2002. — ISBN 1-85233-656-0 .
• Ralph Lorenz; Jacqueline Mitton. (англ.) . — Cambridge University Press , 2002. — ISBN 0-521-79348-3 .
• Meltzer, Michael. The Cassini-Huygens Visit to Saturn: A Historic Mission to the Ringed Planet (англ.) . — Cham: Springer International Publishing Switzerland , 2015. — ISBN 978-3-319-07608-9 .
• Irene Klotz (2017-08-31). . Aviation Week & Space Technology . An epic journey of discovery at Saturn ends, leaving mysteries for future explorers. из оригинала 18 октября 2018 . Дата обращения: 3 января 2019 .

Ссылки

• (англ.) . Архивировано из 22 июня 2005 года. на сайте НАСА
• (англ.) . 23 июня 2005 года. на сайте ЕКА
• (англ.) . Архивировано из 25 августа 2009 года.
• (неопр.) . 5 октября 2009 года. // « Вокруг света »
• (англ.) . 22 июля 2010 года. // boston.com