Алан Стерн - За новыми горизонтами. Первый полет к Плутону

Для Шоуолтера обнаружение двух новых спутников само по себе было волнующим и интересным, но также оно означало бо́льшую вероятность находки его неуловимого кольца. Как ученые уже выяснили на опыте планет-гигантов, маленькие спутники могут создать тонкое кольцо, теряя осколки, когда на них налетают другие объекты. Поскольку у маленьких спутников сила притяжения очень невелика, любые отлетающие осколки попадают на орбиту планеты, постепенно образуя кольцо.

Будучи четвертым и пятым спутником Плутона, недавно обнаруженные тела вначале называли просто P4 и P5. Но по прошествии некоторого времени Шоуолтер совместно с Аланом и другими членами команды «Новых горизонтов», а также с NASA организовал публичный, с привлечением широкого круга лиц онлайн-поиск идей названий для новых спутников. С помощью общественности, выбирающей названия и голосующей за них, Стикс (богиня подземной реки около царства Плутона) и Кербер (собака, охраняющая подземное царство) стали официальными названиями четвертого и пятого спутников Плутона.

После открытий Шоуолтера в 2011 и 2012 гг. стало ясно, что система Плутона богата спутниками, имеющими орбитальное взаимодействие друг с другом. Вырисовывающаяся картина системы с множеством крошечных тел и, потенциально, с тонкими кольцами вызывала интерес ученых, но она же была кошмаром для команды космического аппарата, так как повышалась вероятность наличия осколков, которые могут попасться на пути «Новых горизонтов» через систему Плутона. Не стоит забывать, что на скорости почти 16 км / с, с которой автоматическая станция будет пролетать мимо Плутона, столкновение с чем-то, что имеет даже меньший размер, чем зерно риса, может стать катастрофой, поскольку этот крошечный осколок ударит аппарат с энергией снаряда орудия большого калибра и немедленно прекратит экспедицию — даже до того, как уникальная информация о Плутоне будет передана на Землю.

Алан провел некоторые ориентировочные расчеты возможной плотности кольца, созданного некими еще не открытыми спутниками. Если его простые прикидки были правильными, то космический аппарат действительно мог попасть в беду у Плутона. Стерн показал свои результаты научной команде, и они привлекли внимание ученых, призвав взглянуть на ситуацию более внимательно, используя тщательное компьютерное моделирование. Все дело было в том, что аппарат летел в неизвестность. Это, разумеется, делало экспедицию такой увлекательной с точки зрения новых научных открытий, но также и означало, что зонд летит к неизведанным опасностям.

Участвующий в коллективной научной работе Генри Троп создал другую модель, и его расчеты подтвердили результаты Алана. Глен Фонтейн вспоминает всеобщую реакцию: «Это до чертиков всех перепугало. Принципиально важное значение имело то, что при проходе через систему аппарат мог получить до 30 ударов, каждый из которых мог оказаться фатальным».

Не окажется ли Плутон, планета, вызывающая их восхищение и так много лет требующая приложения всех сил, в действительности смертельной ловушкой для «Новых горизонтов»? Как однажды Алан емко отметил, обращаясь к команде: «А что, если объект, к которому нас так тянет, в действительности паук черная вдова?»

Итак, все сосредоточились на попытке определить, может ли система Плутона оказаться потенциально опасной для «Новых горизонтов». Это исследование началось с гораздо более сложного компьютерного моделирования того, какой может быть эта опасность, а затем, по мере приближения космического аппарата к Плутону, перешло в долгий и тщательный поиск колец, спутников или других осколков, обращающихся по орбите планеты.

Член научной команды Джон Спенсер был назначен главой «кампании по оценке опасности» и сделал ее своим любимым детищем. Отчасти Джон получил эту должность, потому что имел большой опыт как в наблюдениях с помощью телескопа, так и в методах получения изображений с помощью космического аппарата.

Джон и Алан составили план поэтапных действий для того, чтобы определить масштабы риска и уменьшить его. В качестве первого шага следовало еще раз тщательно проанализировать все имеющиеся данные, которые могли пролить свет на возможную опасность. Джон вспоминает:

Во-первых, нам нужно было собрать всю информацию, которой мы располагали, чтобы минимизировать риск. Это означало еще более тщательное изучение снимков с «Хаббла», чтобы увидеть, есть ли на них какие-то прямые указания на распределение осколков вокруг Плутона в районе спутников и, если их нет, то предположить, какие границы мы можем определить для них. Затем мы изучали информацию, полученную благодаря покрытию звезд. Для изучения атмосферы планеты планетологи наблюдали прохождение Плутона через множество звезд. Эти звезды также должны были проходить позади любых, даже самых узких колец, которые могли быть в системе. А если эти кольца действительно там были, то при прохождении звезды за ними она должна была стать тусклее. Поэтому мы снова пересмотрели всю совокупность данных по этой теме в поисках каких-либо свидетельств, указывающих на существование тусклых колец.

Примерно в то же время Алан дал команде космического аппарата задание проанализировать, насколько «Новые горизонты» защищены от ударов частиц. Космический аппарат не был беззащитным: он покрыт слоем алюминиевых панелей. Но куда важнее то, что его теплозащитное покрытие, которое закрывает эти панели, включает слои кевларовой брони — того же материала, который используется для изготовления бронежилетов. Это сделано для того, чтобы обезопасить «Новые горизонты» от ударов межпланетных метеороидов по пути через Солнечную систему.

Чтобы оценить, насколько хорошо эти меры защищают «Новые горизонты», в 2012 и 2013 гг. команда космического аппарата, использовав специальную высокоскоростную пушку, обстреливала потоками тел различных типов копии пластин и термоизоляции. Результаты получились обнадеживающие: кевларовая броня во время столкновений оказалась куда более эффективной, чем показывал анализ конструкции. Используя результаты этих исследований, инженеры-механики Лаборатории прикладной физики промоделировали, какова вероятность того, что частицы вещества, достаточно крупные, чтобы пробить кевлар и алюминиевую оболочку аппарата, могут повредить каждый отдельно взятый компонент автоматической станции, каждый прибор, каждую топливную линию, каждую связку кабелей и каждый электронный блок. Из этого они установили, какой именно вред может нанести столкновение и какие оно может причинить разрушения в зависимости от размера и скорости тела. Решение было однозначным: летальный ущерб был вполне реален.