Алан Стерн - За новыми горизонтами. Первый полет к Плутону

В комплект приборов входило гораздо больше, чем требовалось для соответствия минимальным требованиям NASA, но участие в конкурсе также предполагало некоторую степень умения выгодно преподнести материал. Команда «Новых горизонтов» должна была одновременно представить полезную нагрузку, в которой приборов было гораздо больше, чем минимальный комплект, и в то же время уложиться в бюджет и расписание — в противном случае посчитали бы, что команда берет на себя непосильную задачу.

Чтобы достичь этого, в предложении «Новых горизонтов» тщательно демонстрировалась простота каждого прибора и их снижающее риск «происхождение». Иными словами, указывалось, как можно сделать каждый из них по проектам космических инструментов, использованных в прошлых экспедициях, с работой по которым у команды есть непосредственный опыт и которые уже успешно показали себя в космосе.

В то же время в предложении было указано, что существует еще множество приборов, которые обогатили бы научную программу, но команда решила их не включать. Среди них был, к примеру, магнитометр для поиска магнитного поля Плутона. Эта часть победной стратегии — заявить, что они отказали себе в реализации многих хороших идей — производила впечатление партии в покер с высокими ставками, где команда пыталась разгадать намерения соперников и переиграть их, предлагая сделать больше с меньшими ресурсами.

Вдобавок к этому впечатляющему набору инструментов «Новые горизонты» также предлагали несколько нововведений, благодаря которым их предложение было труднее обойти.

Во-первых, предполагалось очень быстро добраться до Плутона. Каким образом? Вдобавок к гравитационному маневру около Юпитера, который должен был сэкономить почти четыре года полетного времени, команда добавила простой, но надежный твердотопливный разгонный блок к гигантской ракете-носителю «Атлас-5», что также должно было сократить время в пути до Плутона. В целом «Новые горизонты» предполагали совершить все путешествие за восемь лет и прибыть на место в середине 2012 г., если смогут запустить аппарат к декабрю 2004 г. и уложиться в стартовое окно для гравитационного маневра около Юпитера. Вторым вариантом были девять лет пути, если пуск состоится в 2006 г. — запасное стартовое окно, которое давало последний, на много лет вперед, шанс для гравитационного маневра у Юпитера. Команда «Новых горизонтов» утверждала, что эта более быстрая траектория также снижает риски, поскольку чем короче продолжительность экспедиции, тем меньше шансов на то, что что-то пойдет не так. Они указывали, что более быстрый полет означает: аппарат прибудет раньше, что также уменьшает дополнительный риск вымерзания атмосферы Плутона до того, как прилетит АМС.

Кроме того, команда предложила несколько способов сделать работу аппарата около Плутона особенно эффективной. Пролет должен был быть быстрым, обойти это условие невозможно. Космический аппарат промчится мимо Плутона со скоростью более 48 000 км/ч, и все самые важные наблюдения должны быть сделаны буквально за несколько часов. Поэтому конструкция зонда предполагала возможность во время пролета включить до пяти инструментов одновременно, а также у него был значительно увеличен объем бортового твердотельного запоминающего устройства, способного сохранить огромное количество данных, в 32 раза превосходящее то, которое, как обещали, соберет «Плутон — Койпер экспресс». Вместе с тем конструкция позволяла аппарату выполнять очень быстрые повороты от Плутона к Харону и обратно, что давало возможность включить еще больше научных наблюдений в тщательно срежиссированный план дня максимального сближения с планетой.

Ради обеспечения всего этого нужно было очень тщательно компенсировать расходы экономией затрат в других частях космического аппарата и всей экспедиции в целом, чтобы вместить предложение в финансовые рамки NASA. Самым оригинальным решением был план держать аппарат в «спящем режиме» для экономии энергии на протяжении большей части полета. Это означало, что АМС «заглушит» почти все свои системы на годы, которые займет путь от Юпитера до Плутона, а активными останутся только те, которые необходимы для поддержания минимальной связи и решения навигационных задач. Такой «спящий режим» не практиковался ни в одной из предыдущих экспедиций NASA (хотя в некоторых проектах полета к Плутону он предполагался), но — что очень важно — обещал значительно сократить расходы на персонал, осуществляющий управление полетом, поскольку для того, чтобы обеспечить контакт с аппаратом в таком режиме, требовалась минимальная команда. Благодаря этому и другим нововведениям в управлении полетными операциями команда планировала добраться до Плутона со штатом сотрудников менее чем из 50 человек, что было огромным достижением по сравнению с 450 людьми, которые управляли «Вояджером». Также команда «Новых горизонтов» решила целенаправленно понизить телекоммуникационные возможности аппарата: у Плутона он должен был передавать информацию в десять раз медленнее, чем «Вояджер» у Нептуна. Это позволяло обойтись меньшей антенной, с малым весом и меньшей стоимости, а также радиопередатчиком небольшой мощности. Таким образом, аппарату достаточно было одного радиоизотопного термоэлектрического генератора вместо двух. Все это давало экономию энергии, массы и средств. Идея появилась, когда удалось увеличить количество данных, собираемых у Плутона, безопасно сохранить их на борту космического аппарата и, таким образом, получить достаточно времени, чтобы передать информацию на Землю. Команда, работающая над предложением, взяла на вооружение магическое заклинание: «Если вы можете потратить почти десять лет, чтобы добраться до Плутона, то, конечно, у вас найдется еще годик, чтобы передать все данные на Землю».

Команда «Новых горизонтов» также нашла несколько значительных способов снизить риски низкобюджетной экспедиции на край нашей планетной системы. Послать только один аппарат вместо двух, как это делалось во время всех предыдущих межпланетных экспедиций, — это уже само по себе было рискованным предприятием, но двух АМС они не могли себе позволить. Поэтому авторы предложения рассчитывали сделать все активные системы космического аппарата с избыточным резервированием. Каждый жизненно важный компонент — от ракетного двигателя до бортового запоминающего устройства, от управляющих полетом и ориентацией компьютеров до продублированных систем энергоснабжения, приемников и передатчиков — имел полный функциональный резерв, который можно было использовать в случае неисправности.

Некоторые проекты полета к Плутону в прошлом жертвовали таким резервированием ради экономии веса или средств. Команда «Новых горизонтов» сделала его выигрышным качеством, фактически заверяя NASA в том, что если космическое агентство собирается лететь к Плутону, то «Новые горизонты» приложат все силы для того, чтобы быть уверенными: их аппарат способен извлечь из этой экспедиции пользу, даже если по пути произойдут отказы оборудования. Научная полезная нагрузка «Новых горизонтов» также имела резервы. При наличии восьми отдельных камер, двух различных спектрометров, которые могут исследовать химический состав, двух независимых детекторов плазмы и двух радиоспектрометров REX повышался шанс на то, что аппарат сможет выполнить все ключевые научные цели даже в том случае, если какой-то инструмент откажет перед одним-единственным пролетом мимо Плутона или во время него.