Солнечный зонд сблизится с Солнцем после семи пролетов Венеры

Недавно НАСА сообщило об успешном завершении испытаний нового двигателя для исследовательского космического зонда Solar Probe Plus, который будет изучать близкие окрестности Солнца.

Новая твердотопливная двигательная установка призвана обеспечить приращение скорости космического аппарата, необходимое для выведения солнечного зонда с околоземной орбиты на траекторию полета к нашему светилу.

Зонд Solar Probe Plus планируется запустить в 2018 году. После более чем семилетнего полета аппарат должен приблизиться к Солнцу на беспрецедентно близкое расстояние около 6 млн км, чтобы провести непосредственные исследования нашей звезды и близкого околосолнечного пространства. При этом космический аппарат должен несколько раз пролететь через внешнюю атмосферу Солнца, (ее еще называют солнечной короной), собрав при этом данные о процессах, происходящих в ней и ускоряющих солнечный ветер. Важнейшей научной задачей экспедиции станет исследование процессов и явлений, происходящих на Солнце и вблизи него, в частности, необъяснимых пока температурных аномалий на Солнце, сложного механизма воздействия этих процессов на нашу планету. Все это позволит ученым глубже понять и оценить солнечно-земные связи, их непосредственное влияние на процессы, протекающие в ее атмосфере, магнитосфере, биосфере нашей планеты.

Надо сказать, что реализация проекта Solar Probe Plus представляет собой далеко не простую техническую задачу. Прежде всего, перед разработчиками стояла проблема, связанная с выбором маршрута и траектории доставки научной аппаратуры в столь близкие окрестности Солнца.

Другая приоритетная и не менее трудная задача связана с обеспечением работоспособности самого зонда в экстремальных условиях вблизи нашей звезды. Ведь чтобы сблизиться на заданное расстояние с огнедышащим гигантом, необходима надёжная тепловая защита аппарата, его научного оборудования от испепеляющего жара светила. Здесь разработчики связывают надежды с использованием в конструкции космического аппарата новых композиционных углеродистых материалов (в частности, в конструкции солнечного щита в передней части аппарата), новых систем охлаждения и др.

Все это, как следствие, ведет к дополнительному увеличению веса самого аппарата, энергетических затрат на выведение зонда на траекторию перелета и, конечно же, стоимости всего проекта.

В настоящее время сформирован маршрут будущей миссии, по которому будет осуществляться доставка ценного научного оборудования и приборов в близкие окрестности центра нашей солнечной системы.

Здесь надо сказать, что доставка зонда по траекториям прямого перелета (по такой траектории, к примеру, двигалась к Солнцу известная комета ISON) в настоящее время технически невозможна. В этом случае пришлось бы погасить слишком высокую орбитальную скорость Земли – почти в 30 км/с, что привело бы к буквально «неподъемной» стартовой массе космического аппарата. Так что без использования попутных гравитационных маневров при выборе маршрута и траектории перелета к Солнцу не обойтись.

Для реализации миссии Solar Probe Plus разработчики приняли один из вариантов маршрута и траектории перелета – с использованием многократных гравитационных маневров в поле тяготения Венеры и постепенным приближением зонда в точках прохождения его орбитального перигелия к Солнцу.

Предполагается, что космический аппарат в течение перелета по своей гелиоцентрической орбите семь раз встретится с планетой Венерой. При этом после выполнения очередного гравитационного тормозного маневра в поле ее тяготения, перигелий орбиты аппарата будет располагаться все ближе и ближе к Солнцу.

В настоящее время заявленная разработчиками траектория перелета к Солнцу выглядит следующим образом. После старта 30 июля 2018 года и почти двухмесячного полета космический аппарат совершит первый пролет Венеры. Второй пролет Венеры состоится более чем через год, 21 декабря 2019 года. Две следующих встречи зонда с утренней планетой Венерой произойдут с интервалами примерно 6,5, 7,5 и 8 месяцев, то есть 5 июля 1920 года, 15 февраля и 10 октября 2021 года соответственно. После шестого (15 августа 2023 года) и седьмого пролета Венеры (31 октября 2024 года) зонд Solar Probe Plus выйдет на конечную гелиоцентрическую орбиту с перигелием 9 радиусов Солнца или около 6 миллионов км над его поверхностью и афелием 0,73 а.е. (соизмерим с радиусом орбиты Венеры). Период обращения зонда по такой орбите составит 88 суток.

Запланированное сближение зонда Solar Probe Plus с солнцем на расстояние в 6 млн км примерно в семь раз меньше перигелия «солнечного рекордсмена» космического аппарата Helios, запущенного еще в 1974 году. В этой точке новому солнечному зонду придется испытать весьма высокие тепловые нагрузки. Температура при прохождении перицентра орбиты составит около 1400° С. Это ставит перед разработчиками весьма сложные задачи выбора высокотемпературных теплостойких материалов конструкции солнечного аппарата, теплозащиты его научного модуля. От практического решения этих непростых задач во многом зависит успешное выполнение научных задач миссии.