Непридуманные космические истории - Нэнси Аткинсон

Kepler-186f – пятая, самая далекая от светила планета, обнаруженная в системе карликовой красной звезды Kepler-186, расположенной в 490 световых годах от Земли. Планета совершает один виток по орбите вокруг звезды за 130 земных суток и находится сразу за внешним краем обитаемой зоны этой системы.

Больше прочих открытий Баркли ценит находку самой маленькой известной на данный момент экзопланеты.

– Это моя личная гордость, – хвалится он, – потому что обнаружить ее было крайне непросто. Мы нашли планету по размеру меньше Меркурия и тем самым доказали, что мы можем открывать не только эти громадные горячие Юпитеры; нам удалось заметить объект меньший, чем самые маленькие планеты в Солнечной системе. Эта находка хорошо демонстрирует многообразие далеких планетарных систем.

Kepler-37b находится на расстоянии 210 световых лет от Земли, и эта планета лишь чуть больше нашей земной Луны, ее диаметр составляет примерно треть от земного.

Каждое из этих открытий вызывало всеобщий восторг, как говорит Баркли:

– Мы собрали большую команду. Мы разработали замечательную программу регулярной работы, и она приносила невероятное количество удивительных научных плодов. А потом вдруг наш аппарат сломался.

14 мая 2013 года один из силовых маховиков «Кеплера» отказал. Это функционирующие по принципу гироскопа устройства, которые удерживают космический аппарат в заданном положении и позволяют наводить телескоп очень точно в сторону требуемого центра поля зрения. Отказ вызвал большую тревогу, потому что за год до этого еще один силовой маховик «Кеплера» перестал работать. Всего на его борту стояло четыре силовых маховика, но теперь из них остались в строю только два. А такому аппарату необходимо минимум три прибора ориентации, чтобы стабилизироваться достаточно точно для охоты на экзопланеты.

– Мы уже шесть месяцев ожидали, что это, возможно, произойдет, – говорит Томас Баркли. – Было очевидно, что дни второго силового маховика сочтены. Но то, что случилось, все равно стало для нас ударом, и мы все ходили удрученными. Но мы не переставали искать, что еще можно сделать, ведь в нашем распоряжении такой замечательный космический телескоп.

Инженеры изобрели новый способ стабилизации и управления космическим телескопом. В этом методе Солнце используется как «третий маховик», и это позволило «Кеплеру» не только возобновить прерванный поиск планет, но и сделать новые открытия о природе молодых звезд и сверхновых. Источник: NASA / Научно-исследовательский центр имени Эймса / В. Штенцель

Отчасти утешало то обстоятельство, что, хотя «Кеплер» и не мог вести новые съемки, в результате его работы уже были накоплены терабайты данных для изучения и в них наверняка имелись следы присутствия новых экзопланет. Но был шанс и на то, что обсерватория «Кеплер» пригодилась бы для чего-то иного и ее новые задачи не потребовали бы такой, как прежде, точности наведения. NASA решило организовать конкурс идей путем рассмотрения оформленных технических предложений.

Тем временем инженер по имени Даг Ваймер из компании Ball Aerospace, построившей «Кеплер», занимался проблемами других спутников, у которых отказали силовые маховики. Это касалось на самом деле нескольких проектов, особенно таких космических аппаратов, которые уже отработали свой гарантийный срок.

Ваймер разработал теорию, в которой одним из действующих факторов было так называемое давление солнечного излучения. Когда Солнце освещает аппарат, в особенности когда свет падает на солнечные батареи с их большой площадью, составляющие его фотоны оказывают маленькое, но измеримое силовое воздействие, которое называется давлением излучения. Все, кто занимается управлением полетами спутников и других космических аппаратов, должны учитывать эту силу при вычислении траекторий полета, потому что она действительно влияет на движение аппаратов. Действие этой силы лежит в основе концепции использования солнечного паруса в качестве движителя для небольших искусственных космических тел.

Идея Ваймера заключалась в том, чтобы сориентировать «Кеплер» так, чтобы давление излучения равномерно распределялось бы по поверхности панелей солнечных батарей и работало бы вместо третьего силового маховика. Таким образом, одна из тех сил, которым противостоит система ориентации при нормальной работе космического аппарата, теперь помогала стабилизировать аппарат.

Группа инженеров из Ball Aerospace проверила идею на практике, и она оказалась работающей.

– Это было блистательное решение! – восклицает Уэсли Трауб. – Я должен заявить, что как руководитель научных работ по программе исследования экзопланет я целыми днями толковал с умнейшими инженерами в мире, но никому другому такая идея в голову не пришла. Это было прямо как в книжке или в кино, когда внезапно случается чудо и все оказываются спасены.

Несмотря на то что телескоп теперь не может нацеливаться так же точно, как раньше, стабильность его ориентации близка к требуемой. Платой за продолжение работы стала потеря возможности постоянно наблюдать за одним и тем же участком неба. Вместо этого околосолнечную орбиту «Кеплера» разделили на отдельные «сезоны», в течение которых он наблюдает определенный участок небесной сферы 83 дня, а затем, когда телескоп улетит достаточно далеко вдоль своего орбитального пути вокруг Солнца и направление давления солнечного света на него изменится, космический аппарат надо повернуть в другое положение, чтобы восстановить равновесие. Затем следующие 83 дня он наблюдает новый участок неба.

Различные расположенные вдоль эклиптики цели наблюдений, смена которых происходит каждые 83 дня во время работы по программе K2. Источник: NASA / Научно-исследовательский центр имени Эймса

– Это оказалось фантастически прекрасным решением – первоклассная идея об уравновешивании спутника по отношению к давлению солнечного света, чтобы обеспечить его стабилизацию, – говорит Баркли, – и она сработала даже лучше, чем мы ожидали.

График показывает изменение яркости сверхновой по отношению к светимости Солнца по мере развития катастрофического события. NASA / Научно-исследовательский центр имени Эймса / В. Штенцель

Но «Кеплер» больше не мог наблюдать за той областью неба, которую он изучал раньше, и поэтому родился новый этап проекта, обозначенный K2.

Проект «Кеплер» имел очень узконаправленную научную специфику, но K2 – это уже «совсем другая история», утверждает Баркли.

– Мы не просто используем старый «Кеплер» с чуть сбитым прицелом, мы ведем совершенно иной проект.