США запустили важнейшую за 10 лет миссию Europa Clipper — автоматическую станцию для изучения возможных условий для жизни на спутнике Юпитера Европе. Зачем на аппарате в последний момент установили «клетку для канарейки», и почему без нее историческая миссия бы не состоялась, RTVI рассказал ведущий научный сотрудник Лаборатории реактивного движения NASA Вячеслав Турышев.

С 39-й площадки Космического центра имени Кеннеди во Флориде стартовала тяжелая ракета Falcon Heavy, она вывела в космическое пространство аппарат Europa Clipper — научную миссию, запуска которой научный мир ждал несколько последних лет, и следить за которой ученые будут еще не один год. Экспедиция, которая обошлась американским налогоплательщикам в $5,2 млрд, отправилась в долгое путешествие к Европе, — шестому спутнику Юпитера, под ледяной коркой которого ученые не исключают наличия примитивных форм жизни.

История этой экспедиции начиналась несколько десятков лет назад. После того как два американских аппарата Voyager облетели Юпитер в 1979 году, в 90-е годы NASA отправило к этой планете-гиганту зонд Galileo. За 8 лет изучения системы Юпитера он несколько раз облетел Европу, и полученные данные указали на вероятное присутствие воды под ее ледяной коркой.

Сразу после этого тогдашний администратор NASA Дэн Голдин предложил отправить к Европе как можно быстрее небольшой аппарат с научной аппаратурой массой всего 27 кг для изучения состава льда, подледного океана Европы и возможных струй, вырывающихся с ее поверхности. Однако вскоре проект вышел за пределы бюджета и его закрыли. Тем не менее ученые продолжали мечтать о миссии, и в 2003 году Национальный исследовательский совет США рекомендовал NASA отправку к Европе миссию большого класса. Бюджет проекта Jupiter Icy Moons Orbiter по изучению ледяных спутников Юпитера оценили в неподъемные $20 млрд, и снова положили его полку. К идее вновь вернулись в 2012 году, отказавшись от проекта летающего вокруг Европы орбитера — вместо этого аппарат должен совершать десятки сближений со путником Юпитера.

NASA / JPL-Caltech

Старт ракеты Falcon Heavy — лишь начало долгого пути Clipper к системе Юпитера длиной в 5,5 лет, за которые аппарат по разу вернется к Земле и Марсу для совершения гравитационных маневров. За все время зонд пролетит 2,9 млрд километров. Достигнув Юпитера в 203о году, он совершит 80 оборотов вокруг планеты, за время которых 49 раз пролетит рядом с Европой — в некоторых случаях на высоте всего 25 километров. Это позволит его приборам детально изучить состав льда и гейзеров. На изучение спутника аппарату отведено три года.

Clipper — крупнейший из космических аппаратов, когда-либо запущенных человечеством в дальний космос. Поскольку от ядерного источника питания на борту в определенный момент пришлось отказаться, для снабжения миссии энергией на большом удалении от Солнца ее пришлось оснастить гигантскими солнечными батареями — их размах составляет 30 метров.

Прикрепление пятипанельных солнечных батарей к космическому аппарату Europa Clipper в космическом центре имени Кеннеди во Флориде
NASA / JPL-Caltech

Сам зонд состоит из служебного модуля, радиопередающего модуля и двигательного отсека. На момент старта масса аппарата составляет 6 тонн, при этом почти половина (2750 кг) — топливо. Clipper имеет на борту 24 реактивных двигателя, а изучать Европу и ее окрестности он будет с помощью девяти приборов. Среди них радар, способный «просвечивать» ледяную корку, анализаторы пыли и газа, магнетометр и датчик плазмы.

Ученые не надеются, что приборы зонда смогут найти на Европе жизнь, но они верят, что они позволят узнать, что она там в принципе возможна. Ранее ведущий научный сотрудник Лаборатории реактивного движения NASA Вячеслав Турышев в интервью RTVI предположил, что до возможного обнаружения простейших форм жизни на ближайших экзопланетах она может быть обнаружена на ледяных спутниках Юпитера и Сатурна — Европе или Энцеладе. Считается, что, несмотря на то, что Европа сравнима по размеру с Луной, ее подледные океаны могут хранить в два раза больше воды, чем земные. «Европа, мы считаем, имеет все необходимые ингредиенты для жизни, которые мы знаем, — заявила в сентябре специалист по планетарной геологии Лаборатории реактивного движения NASA Синтия Филлипс. — Эти элементы распространены в Солнечной системе, и наши модели показывают, что скорее всего они есть в изобилии на Европе».

Ультрафиолетовый спектрограф, один из девяти научных приборов на борту космического аппарата
NASA / JPL-Caltech

Несмотря на совершенство приборов и количество вложенных в миссию средств помешать ее успеху могут технические проблемы, о которых стало известно лишь в последние месяцы, уже после сборке зонда. Инженеры NASA в мае сообщили, что в электрических цепях зонда присутствуют так называемые полевые транзисторы, МОП-транзисторы (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor, сокращённо «MOSFET»), которые не прошли проверку. Проблема в том, что магнитное поле Юпитера в 20 тыс. раз сильнее земного, он быстро вращается, из-за чего Clipper предстоит работать три года в условиях высокой радиации, постоянно подвергаясь бомбардировке заряженными частицами.

Поэтому электронные компоненты зонда должны обладать высокой радиационной стойкостью. Однако транзисторы производства компании Infineon Technologies не прошли проверку — они отказывают при уровнях космического излучения куда ниже расчетного. Проблема усугублялась тем, что было не известно точное число проблемных транзисторов, да и заменить их за считанные месяцы до старта не представлялось возможным — все электрические схемы были опечатаны еще в октябре 2023 года.

Позднее выяснилось, что таких транзисторов на борту порядка 1500, а их замена обошлась бы в миллиард долларов, кроме того, проблемных полупроводников были не один тип, а целое семейство, и произведены они были в разное время.

В сентябре, менее, чем за месяц до запуска, газета New York Times назвала этот просчет «потенциально фатальным» для миссии. Несмотря на то, что, как выяснилось, транзисторы способны восстанавливать свою работоспособность после повреждения космическими частицами, например, при нагреве, выполнение всей миссии оказалось под угрозой.

Space X

Изящное решение предложил один из инженеров — к зонду прикрепить небольшой ящик, в котором собрать и запитать все типы проблемных транзисторов, и по мере выполнения миссии на Земле постоянно следить за их работоспособностью. Если какой-то тип транзисторов вблизи Юпитера начнет отказывать, или работать хуже, ученые смогут отключать бортовые системы, где задействованы такие транзисторы, или пытаться их «восстановить».

«Критических транзисторов на борту около 400, использование «клетки с канарейкой» позволит что-то отключать, что-то просто знать и ждать, когда транзисторы восстановят свои рабочие характеристики, — рассказал RTVI Турышев, знакомый с ситуацией.— Эта клетка с канарейкой и определила решение о пуске. Ее ведь сделали за рекордные сроки в 3 недели, когда корабль уже был на мысе Канаверал».