Два микрометра ценой в миллионы долларов
Космический телескоп имени Эрвина Хаббла, он же просто «Хаббл», пожалуй, самый известный космический телескоп. Вот уже четверть века он передает на Землю завораживающие картинки космоса, которые украшают учебники, книги и даже рекламу. Однако именно эта миссия изначально была провальной. Телескоп был доставлен на орбиту в 1990 году космическим челноком Discovery, и его первые изображения были чудовищно плохого качества: хорошая наземная обсерватория могла сделать не хуже. Оказалось, при изготовлении 2,4-метрового зеркала телескопа была допущена малюсенькая ошибка — дефект размером всего в два микрометра, или две миллионных метра.
Землянам в этот раз повезло. Во-первых, телескоп «Хаббл» работал на околоземной орбите, а во-вторых, космические челноки в те времена летали в космос регулярно. В 1993 году астронавты шаттла «Индевор», который совершил первую ремонтную миссию к телескопу, поставили корректирующую оптическую систему, и картинка стала превосходной. Заодно астронавты заменили три сломавшихся гироскопа и погнутую солнечную батарею. Потом было еще четыре ремонтных полета к телескопу (в 1997, 1999, 2002 и 2009 годах), во время которых астронавты делали мелкий ремонт и меняли научные инструменты на более совершенные.
Космический телескоп имени Эрвина Хаббла, он же просто «Хаббл», пожалуй, самый известный космический телескоп. Вот уже четверть века он передает на Землю завораживающие картинки космоса, которые украшают учебники, книги и даже рекламу. Однако именно эта миссия изначально была провальной. Телескоп был доставлен на орбиту в 1990 году космическим челноком Discovery, и его первые изображения были чудовищно плохого качества: хорошая наземная обсерватория могла сделать не хуже. Оказалось, при изготовлении 2,4-метрового зеркала телескопа была допущена малюсенькая ошибка — дефект размером всего в два микрометра, или две миллионных метра.
Землянам в этот раз повезло. Во-первых, телескоп «Хаббл» работал на околоземной орбите, а во-вторых, космические челноки в те времена летали в космос регулярно. В 1993 году астронавты шаттла «Индевор», который совершил первую ремонтную миссию к телескопу, поставили корректирующую оптическую систему, и картинка стала превосходной. Заодно астронавты заменили три сломавшихся гироскопа и погнутую солнечную батарею. Потом было еще четыре ремонтных полета к телескопу (в 1997, 1999, 2002 и 2009 годах), во время которых астронавты делали мелкий ремонт и меняли научные инструменты на более совершенные.
В результате «Хаббл» побил все рекорды по длительности работы среди космических телескопов. Разработчикам его сменщика, орбитального телескопа имени Джеймса Вебба, придется все просчитывать и строить тщательнее: и шаттлов уже нет, и телескоп с 6,5-метровым зеркалом будет летать за орбитой Луны. Туда с сервисной миссией не добраться, даже если бы космические челноки еще работали.
Ремонт колеса на Марсе
Когда по Луне колесили наши «Луноход-1» и «Луноход-2», они управлялись напрямую с Земли. За «штурвалом» в центре управления сидел оператор и «рулил» лунным транспортом. С колесными аппаратами на Марсе все иначе. Сигнал до красной планеты идет минимум четыре минуты, а обычно еще дольше. Так что роверы должны двигаться сами, пусть и по заданным программам с Земли: быстро послать роботу команду «стоп» или «направо» не получится.
В 2004 году на Марс опустились два крупных марсохода — Spirit и Opportunity. Срок их работы был определен в 90 марсианских суток (сутки на Марсе почти аналогичны земным). При этом Opportunity работает до сих пор. Технические неполадки и поломки случались с роверами достаточно часто. К примеру, в 2014 году на Opportunity вышел из строя фрагмент флеш-памяти, но в марте 2015 года память хитрым образом удалось «перепрошить».
А вот Spirit в 2009 году крупно не повезло. Аппарат забуксовал в дюне из сульфата железа, и его колесо увязло в песке. Чтобы вызволить ровер из западни, на Земле создали макет злосчастной дюны и, управляя полноразмерной копией марсохода, пытались придумать, какие команды передавать, чтобы ровер выехал на твердую поверхность. Но все попытки оказались безуспешными.
Ученые думали превратить марсоход в стационарную платформу и продолжить исследования на месте, однако выяснилось, что ровер застрял так, что наклон солнечных батарей по отношению к Солнцу был крайне неудачным. В итоге зимой марсоходу стало не хватать энергии и он ушел в спящий режим. 30 марта 2010 года «Спирит» не вышел на связь, и уже никогда не выйдет.
Фотографии в сумерках
Что будет, если в сумерки, когда Солнце уже село за горизонт, сделать снимок проносящегося мимо объекта, например поезда? Скорее всего, на фото получится смазанное нечто. Можно взять видеоштатив и провести объективом вслед движущемуся поезду — такая хитрость, которая в фотографии называется «съемка с проводкой», повышает шансы получить четкий снимок. Но в космосе видеоштатив не поставишь.
Когда аппарат «Вояджер-2» пролетал мимо Нептуна, перед командой, которая отвечала за съемки планет в этой уникальной миссии, встала та же проблема, что и перед любителем фотографировать ночные поезда. Освещенность в окрестностях Нептуна в 900 раз ниже, чем на Земле. Чтобы сделать качественные снимки планеты, нужна выдержка в 15 секунд, а чтобы снять ее кольца и темные спутники — от двух до десяти минут. При этом сам «Вояджер» все время качается из-за того, что двигатели ориентации толкают аппарат. Включение магнитофона, на который записываются данные (в 1970-х, когда строили аппараты «Вояджеры», флеш-карт еще не было) тоже дает вибрацию.
Тем не менее знаменитый астроном, фантаст и популяризатор науки Карл Саган, возглавлявший этот участок работы, вместе со своей командой справился с ситуацией. Раскачку аппарата смогли замедлить так, что он крутился в 25 раз медленнее часовой стрелки, а чтобы изображение не размывалось, инженерам удалось медленно поворачивать камеры за Нептуном и его спутниками. В результате Саган и его коллеги получили снимки самой далекой планеты-гиганта Солнечной системы с удивительной детализацией. Ничего подобного в ближайшие десятилетия ждать не стоит: миссий к Нептуну ни одна космическая держава в обозримом будущем не планирует.
Подбитый «Сокол»
Миссия японского зонда «Хаябуса» (Hayabusa) была совершенно уникальной. Он был запущен в 2003 году к астероиду Итокава. Его задачей было спикировать на астероид, высадить там спускаемый аппарат, взять пробу грунта и вернуться домой. Надежды создателей отражены в названии миссии: Hayabusa в переводе с японского означает «сокол-сапсан». В итоге все пошло «не так». Солнечная вспышка нарушила работу систем аппарата, вышли из строя два из трех гироскопов, при пикировании на астероид в 2005 году посадочный аппарат улетел в космос, и было неясно, коснулся или не коснулся аппарат грунта, поскольку связь с «Хаябусой» оказалась потерянной.
Однако японцы не зря потомки самураев. В 2006 году они сумели восстановить связь с аппаратом, в 2009-м — перезапустить ионный двигатель «Сокола», довести его «на честном слове» до Земли и в 2010 году посадить спускаемую капсулу, в которой все же оказалось немного частичек грунта с астероида. Первых в истории, попавших на Землю.
Плутонианский саспенс
В 2006 году с Земли стартовал самый быстрый в истории аппарат New Horizons, который взял курс на Плутон. Совсем недавно он пролетел мимо этого объекта, который находится в поясе Койпера. За 10 дней до даты максимального сближения, 4 июля, бортовой компьютер аппарата дал сбой. Связь с командным центром на Земле прервалась на 81 минуту. Учитывая, что сигнал в одну сторону идет четыре с половиной часа, а ответа нужно ждать все девять, инженеры здорово поволновались. Тем не менее со сбоем справились сами компьютерные системы миссии, и подготовка к сближению продолжилась.
Сам пролет Плутона длился 22 часа, и за это время было собрано 50 гигабайт информации. Однако скорость передачи данных от аппарата едва достигает 1000 бит/с. Так передавать полученную меньше чем за сутки информацию New Horizons будет аж до марта 2017 года.
Перезагрузка «Вояджера»
Завершает мини-хит-парад космических сбоев пока что самая дальняя ремонтная операция из когда-либо проведенных человечеством: заниматься устранением неполадок пришлось на расстоянии почти втрое большем, чем то, на котором сейчас находится New Horizons.
Речь идет об одном из аппаратов выдающейся миссии «Большое путешествие», стартовавшей с Земли в 1977 году, — зонде «Вояджер-2», единственном космическом аппарате, который побывал у всех планет-гигантов. О трудностях, которые «Вояджер» испытывал во время съемок Нептуна, мы писали выше, однако 22 апреля 2010 года с ним случилось совсем странное: аппарат вместо научных данных начал передавать какую-то белиберду. Ситуация усугублялась двумя обстоятельствами. Во-первых, аппарат улетел уже на 92 астрономические единицы или 13,8 миллиарда километров. Сигнал в такую даль идет более 12 часов, и столько же нужно ждать ответ. То есть на один радиообмен с зондом уходит более суток. Во-вторых, скорость передачи данных с такого расстояния — всего 160 бит в секунду (аппарат создан в 1970-х годах, и компьютер на его борту — тоже).
Чтобы выяснить, что случилось с «Вояджером», инженерам потребовалось более 10 дней. Оказалось, что сбоит система обработки полетных данных, FDS. К 17 мая удалось найти и причину — единственный бит памяти, поменявший значение с 0 на 1. Судя по всему, какая-то особо энергичная частичка космических лучей пробила защиту.
Пришлось провести операцию по перезаписи этого бита памяти, что тоже заняло больше суток, но в итоге 23 мая 2010 года «Вояджер-2» заработал в обычном режиме. Итого на поиск и перезапись единственного бита информации суммарно ушел целый месяц.
Алексей Паевский