Алан Стерн - За новыми горизонтами. Первый полет к Плутону

Моя роль состояла в том, чтобы быть правой рукой научного руководителя проекта, держать его в курсе по поводу того, что происходит «на земле», того, как идут разработки, проверки или другие дела, быть голосом науки, чтобы помочь инженерам понять, что от них требуется. Также я выступал в роли ученого, который понимает особенности инженерно-технических работ, чтобы, когда инженеры говорят мне: «Это очень трудно» или «Будет очень дорого, если попытаться это осуществить», я мог помочь им найти такой вариант конструкции, которая не только отвечала бы научным целям, но и соответствовала массе аппарата, его мощности, стоимости, а также требованиям расписания.

Когда люди посылают зонды с датчиками к далеким мирам, можно сказать, что мы запускаем в космос замену нашим глазам и другим органам чувств. Это сравнение особенно применимо к камерам, которые позволяют «увидеть» пейзажи планет, куда не ступала нога человека. Но это также верно и по отношению к приборам, которые позволяют «услышать» колебания далеких магнитных полей и «понюхать» газы инопланетной атмосферы, выяснить, из чего состоят эти ландшафты, что лежит под их поверхностью и какие скрытые силы, потоки и поля могут рассказать нам об истории и основных свойствах других миров.

Главным конструкторским решением, которое было принято, когда проект «Новые горизонты» только начинался, было решение о том, что в космическом аппарате не будет «гиростабилизированной платформы», то есть подвижного, вращающегося стенда, который нацеливает камеры и другие приборы в разных направлениях, не приводя в движение весь космический аппарат. Хотя такая платформа и увеличивает свободу действий при наблюдениях, которые могут быть сделаны во время пролета (иными словами, камеры могут быть нацелены на планету в то время, как антенна смотрит в другом направлении, на Землю), она добавляет аппарату вес, стоимость и усложняет его. «Вояджер» и другие межпланетные экспедиции с большим бюджетом использовали исследовательские платформы, но при том, что «Новые горизонты» были вынуждены уложиться в одну пятую стоимости «Вояджера», они просто не могли позволить себе такой роскоши. То, что такой платформы не будет, в свою очередь, означало, что все приборы на борту «Новых горизонтов» будут устанавливаться на корпус космического аппарата, поэтому придется поворачивать целиком весь зонд, чтобы направить приборы на их цель во время каждого наблюдения.

Все, кто занимался проектированием «Новых горизонтов», знали, что, в отличие от первых пролетов Венеры, Марса и Юпитера, не существует планов продолжить исследование Плутона с помощью орбитальных искусственных спутников или спускаемых аппаратов. Данных, которые они соберут, должно хватить на обозримое будущее, поскольку это будут все знания о Плутоне и его спутниках, которыми будет располагать человечество.

Но к моменту постройки «Новых горизонтов» в 2000-х техника сделала большой шаг вперед, и появилась возможность поместить на аппарат более продвинутые приборы, которые были просто недоступны командам «Маринера» и «Вояджера», работавшим в ХХ в.: в распоряжении «Новых горизонтов» имелись новые сенсоры, возможность быстрее собирать данные, кроме того, чувствительность научного инструментария была гораздо выше. Все семь приборов «Новых горизонтов» были значительно более совершенными по сравнению с теми, которые использовались в предыдущих первых пролетах мимо планет. Далее мы подробно опишем, какие приборы для исследования Плутона нес космический аппарат.

Начнем с ультрафиолетового спектрометра Alice. Представим себе ту часть спектра излучения, которую может видеть человеческий глаз, то есть свет, имеющий длину волны от красного до фиолетового. А что же находится за фиолетовым? Ультрафиолетовое излучение. Волны света этой длины, которые человек видеть не может, могут дать нам сведения о составе атмосферных газов. Некоторые особенности ультрафиолетового спектрометра Alice позволяют нам ощутить, насколько технология изготовления измерительных приборов продвинулась со времен «Вояджеров». На них тоже были ультрафиолетовые спектрометры, которые имели два пикселя — элемента изображения — и, таким образом, могли наблюдать две отдельные ультрафиолетовые волны одновременно. Это означало, что создание полноценной спектральной карты было медленным, требующим больших затрат времени процессом перемещения этих двух пикселей по необходимым длинам волн для построения спектра. Затем следовало тщательное нацеливание оси направленной антенны прибора на следующий объект, и этот процесс повторялся раз за разом, чтобы получить спектральные карты поперек диска каждого объекта, мимо которого пролетал аппарат. В отличие от устаревших спектрометров «Вояджеров», у Alice имеется 32 000 пикселей, таким образом, она может воспринимать 1024 спектра волн в каждом из 32 прилегающих друг к другу участков одновременно, что значительно ускоряет процесс сбора данных в ультрафиолетовых лучах.

Близким родственником Alice был Ralph. Его название произошло от глупой шутки, относящейся к героям старого телевизионного сериала «Новобрачные» Элис и Ральфу Крэмден. Если целью Alice было прежде всего исследование атмосферы Плутона, то Ralph предстояло картографировать его поверхность, а также определить ее состав. Размером со шляпную коробку, Ralph включает в себя две черно-белые камеры, четыре камеры с цветными фильтрами и «инфракрасный картирующий спектрометр», чтобы нанести на карту состав поверхности. Ralph может «видеть» более красные цвета, чем те, которые отличает человеческий глаз, с длиной волны, которую мы называем «инфракрасной». При этом минералы и лед имеют характерные спектральные отличительные черты, которые позволяют выяснить, из какого материала состоит поверхность в любом месте в поле зрения Ralph. Его спектрометр разделяет инфракрасное излучение на 512 спектральных каналов шириной от 1,25 до 2,5 микрона. И вновь очень показательным будет сравнение с историческим стандартом для исследований во время пролета мимо планеты — «Вояджерами». Подобный инструмент на них назывался IRIS и по размеру соответствовал Ralph, но из-за того, что был спроектирован и построен с помощью технических достижений 1970-х гг., содержал только один инфракрасный пиксель. У картирующего же спектрометра Ralph было 64 000 пикселей. Таким образом, на «Вояджерах» телескоп IRIS должен был быть нацелен на каждый участок объекта, чтобы получить спектр этого конкретного места, а затем его предстояло перенацелить на следующий объект, медленно создавая спектральную карту. Но Ralph может получить спектр каждой из 64 000 локаций одновременно и мгновенно заполнить карту всех этих участков. Это на много «световых лет» опережает то, что мог делать «Вояджер».