Солнечный зонд Parker Solar Probe ставит рекорды скорости

Год назад американский зонд New Horizons исследовал самый дальний объект Солнечной системы из числа достигнутых - астероид Ultima Thule, находящийся на расстоянии 44 а.е. (астрономических единиц) от Солнца. А пять дней назад, 29 января 2020 года, был поставлен рекорд противоположного свойства - зонд Parker Solar Probe приблизился к Солнцу на минимальное расстояние 18.6 млн. км от поверхности, что соответствует расстоянию около 19.3 млн. км от его центра, или 0.129 а.е. Одновременно был поставлен рекорд скорости, когда-либо достигавшийся объектом искусственного происхождения - в нижней точке орбиты зонд разогнался до скорости 393 тыс. км/час. Сообщение об этих достижениях было получено от зонда 1 февраля.

Зонд Parker Solar Probe

Зонд Parker Solar Probe был запущен 12 августа 2018 года c помощью самой мощной водородной ракеты-носителя Delta IV Heavy. На его старте присутствовал 91-летний астрофизик Юджин Паркер - исследователь солнечного ветра, в честь которого и был назван новый зонд. Основная цель зонда собственно и заключается в продолжении исследований известного ученого - изучение происхождения солнечного ветра во внутренних областях солнечной короны.

О значении научной программы зонда "Паркер" немного погодя, а пока о рекорде. Вызывает некоторое удивление, что рекорд поставил не улетевший дальше всех зонд New Horizons, а "Паркер", который все время находится внутри земной орбиты. Однако такова небесная механика. New Horizons - это действительно самый быстрый дальний зонд в мире. Но не настолько быстрый, как "Паркер". Ведь для того, чтобы разогнать полутонный зонд до скорости 393 тыс. км/час, т.е. 109 км/сек, потребуется построить водородную ракету весом в сотни миллионов тонн.

Поэтому рекорд скорости ставится по другому принципу - зонд отправляется к Солнцу и оно само разгоняет его своим мощным гравитационным полем. Для этого зонд надо предварительно затормозить относительно орбитальной скорости Земли (около 30 км/сек). Здесь тоже есть техническое затруднение. Чтобы затормозить зонд так, чтобы он отправился к Солнцу, надо при старте с поверхности Земли набрать скорость около 41 км/сек, с учетом необходимости преодоления земного притяжения. Для решения этой задачи потребуется многоступенчатая водородная ракета массой более 5 тыс. тонн. Что уже ближе к возможностям ракетных технологий, но все еще многовато (Delta IV Heavy весит всего 733 тонны). Поэтому АМС Parker направили не к Солнцу, а к Венере для выполнения тормозящего гравитационного маневра.

Гравитационный маневр около Венеры выполняется не один, а семь раз - до конца 2024 года, и каждый раз АМС будет походить все ближе и ближе к Солнцу. Нынешний гравитационный маневр - второй, он прошел 26 декабря 2019 года. А все маневры, минимальное расстояние от зонда до Венеры и Солнца и его максимальная скорость приведены в следующей расчетной таблице (реальный график и цифры могут немного отличаться от расчетных):

Как видно из таблицы будущих достижений, зонд Parker собирается еще 5 раз улучить свое нынешнее достижение и следующий раз - уже осенью 2020 года. Новый рекорд не произойдет автоматически, поскольку перед каждым новым рекордным сближением с Солнцем проводится гравитационный маневр около Венеры, а это требует точного прицеливания с предварительной реактивной коррекцией траектории. Для проведения коррекции траектории зонд должен быть работоспособен.

Зонд "Паркер" летом 2020 года

Перед очередным решающим маневром прошел еще один экстремально близкий пролет Солнца 7 июня 2020 года, от успеха которого зависело - будет ли поставлен следующий рекорд минимального расстояния и максимальной скорости. А 11 июля 2020 года состоялся очередной гравитационный маневр около Венеры, который впервые прошел на восходящей части траектории. В ходе этого и последующих гравитационных маневров апогелий орбиты зонда будет уменьшаться вплоть до орбиты Венеры (~0.73 а.е.), а перигелий будет становиться все ближе и ближе с Солнцу. НАСА сообщило о готовящемся пролете Венеры, но пока не уведомило о его успешном завершении. Надо полагать, что с "Паркером" все в порядке и 27 сентября он поставит свой очередной рекорд расстояния до Солнца и скорости в нижней части траектории.

Как зонду Parker удается уцелеть около Солнца?

На достигнутом минимальном расстоянии от Солнца солнечная радиация (т.е. электромагнитное излучение и потоки заряженных частиц) в 470 раз сильнее, чем на орбите Земли. Чтобы аппарат не превратился от нагрева в высокотехнологичное жаркое, он закрывался от Солнца экраном, который во время пролета раскалился до температуры в 612 градусов по Цельсию. Максимальная расчетная температура экрана при последующих более близких сближениях с Солнцем составляет 1370 градусов.

Живучесть "Паркера" зависит от безупречной работы его системы ориентации. В перигелии достаточно даже кратковременного сбоя системы, чтобы аппаратура была выведена из строя. Поэтому после следующих двух коррекций орбиты в 2020 и 2021 году наступит двухлетний этап исследований, во время которого зонд будет 7 раз проходить на расстоянии "всего" 8.5 млн километров от поверхности Солнца (это, однако, в 22 раза больше расстояния от Земли до Луны). После чего попробует подобраться еще поближе. Время работы зонда не ограничено, но понятно, что рано или поздно он, подобно Икару, будет сожжен нашим светилом.

Значение зонда Parker Solar Probe

Подробное изложение открытий, совершаемых зондом "Паркер", выходит за рамки задач нашего автомобильного сайта. Но значение изучения солнечного ветра понятно уже исходя из того, что человечество всерьез собралось осваивать Луну и планеты Солнечной системы.

Размах проектов, как всегда - от великого до смешного, но разносторонняя подготовка идет. Бюрократы и компании ВПК рассматривают ее, как неиссякаемый источник финансирования, частные компании - как способ заработать, энтузиасты - как возможность освоить новый мир. "Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и пространством сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а затем завоюет себе все околосолнечное пространство" (К.Э.Циолковский). Поэтому на Марсе будут цвести яблони и ездить внедорожники! При этом один из главных рисков дальних перелетов заключается в возможности смертоносных солнечных вспышек, от которых космонавты не будут защищены магнитосферой Земли. Поэтому близкое изучение Солнца дает знания, необходимые для обеспечения безопасности будущих космических программ.

Автомалиновка готовит новые статьи, посвященные освоению космоса, а с нашими прежними материалами можно познакомиться уже сейчас:
Беспилотный космический грузовик от ГРЦ Макеева - проект КОРОНА
Новая Зеландия стала 12-ой космической державой благодаря частной компании
Электромобиль Tesla отправился в полет к Марсу
Исследовательский зонд New Horizons достиг самого дальнего объекта Солнечной системы
Китайцы совершили посадку на обратной стороне Луны
Проект колонии Mars One обанкротился
Самая доступная космическая ракета из Обнинска
Первый автомобиль Toyota на Луне