Лишние годы могут оказаться особенно ценными.
Космический телескоп Nancy Grace Roman, который NASA запустила в конце августа, еще не добрался до своей рабочей орбиты, а его расчетный срок научной работы уже неожиданно увеличился более чем вдвое. Вместо заложенных в проект десяти лет аппарат теперь может получить запас топлива как минимум на 22 года наблюдений.
Об этом NASA сообщила после анализа первого маневра коррекции траектории. По оценке специалистов агентства, точность запуска и последующих расчетов позволила сохранить значительно больше топлива, чем предполагалось изначально.
При этом речь идет именно о потенциальном сроке работы, а не о гарантированных 22 годах. Топливо является одним из главных ограничивающих ресурсов Roman, но на продолжительность миссии влияют и другие факторы - состояние электроники, детекторов, механизмов и других систем, которые десятилетиями будут находиться в космической среде.
Откуда взялись лишние 12 лет
Изначально Roman проектировали с пятилетней основной миссией и возможностью продления еще на пять лет. Таким образом, общий топливный бюджет рассчитывали на десять лет эксплуатации.
Однако реальный аппарат оказался легче, чем тот максимальный вес, который инженеры использовали при планировании. Для расчетов закладывали массу до 9800 килограммов, тогда как фактическая масса Roman составила около 8056 килограммов - почти на 1,75 тонны меньше. Благодаря этому перед запуском в баки удалось залить дополнительное количество топлива.
Но самый интересный момент произошел уже после выхода в космос. 31 августа Roman выполнил первый маневр коррекции траектории, который потребовался для того, чтобы направить аппарат к его будущему месту работы. Маневр продолжался около трех минут и оказался выполнен более чем на 99% от расчетной точности.
На него ушло примерно 18 килограммов топлива. И это особенно важно: первоначально инженеры закладывали на этот маневр около 200 килограммов. То есть фактический расход составил менее 10% от предусмотренного бюджета.
Для космического аппарата это не просто приятная экономия. Roman использует топливо не только для полета к месту назначения, но и для последующей коррекции своей орбиты. Поэтому каждый килограмм, который удалось сохранить сейчас, потенциально превращается в дополнительные месяцы и годы научных наблюдений.
Почему аппарат вообще нужно заправлять
Roman не будет находиться на обычной орбите вокруг Земли. Его конечная точка находится в районе второй точки Лагранжа системы Солнце-Земля, или L2, примерно в 1,5 миллиона километров от нашей планеты - примерно в четыре раза дальше Луны.
Это особая область космоса, где гравитационное взаимодействие Солнца и Земли позволяет космическому аппарату двигаться по относительно стабильной орбите. Но полностью "зависнуть" в одной точке Roman не сможет - для поддержания нужной траектории ему придется периодически выполнять корректирующие маневры.
После выхода на рабочую орбиту такие включения двигателей будут происходить примерно раз в 28 дней. Именно поэтому топливо для Roman фактически является своеобразным космическим счетчиком его будущей жизни.
Для маневров аппарат использует гидразин. Перед запуском NASA загрузила в Roman около 290 галлонов топлива, то есть примерно 1100 литров.
Откуда NASA взяла цифру 22 года
В новой оценке NASA учитываются сразу несколько факторов. Первый - точность первого коррекционного маневра, второй - дополнительное топливо, которое удалось взять благодаря меньшей фактической массе аппарата, а третий - ожидаемая экономия во время следующих маневров, включая выход на рабочую орбиту.
По расчетам NASA, уже первый фактор может дать примерно четыре дополнительных года потенциальной работы. Еще около четырех лет связывают с дополнительным запасом топлива, загруженным перед стартом, а очередная экономия во время второго маневра и выхода на орбиту потенциально добавит еще около четырех лет. В сумме и получается оценка как минимум в 22 года.
Особенно важно слово "потенциальной". NASA пока не говорит, что Roman гарантированно проработает до 2048 года. Агентство оценивает прежде всего запас топлива, а не полную техническую продолжительность жизни телескопа.
Это принципиальное различие хорошо видно на примере самого Hubble. Космический телескоп был рассчитан на гораздо более короткую первоначальную миссию, но благодаря техническому обслуживанию и замене оборудования продолжил работу спустя десятилетия. Roman, в отличие от Hubble, находится слишком далеко от Земли для обычных пилотируемых ремонтных экспедиций, поэтому его долговечность особенно сильно зависит от надежности бортовых систем.
Телескоп построен не ради одного открытия
Даже если Roman проработает только первоначально запланированные десять лет, объем его будущих наблюдений будет огромным. Главная особенность аппарата - не рекордный размер зеркала, а исключительно широкое поле зрения.
Диаметр основного зеркала Roman составляет 2,4 метра - примерно столько же, сколько у Hubble. Но его широкоугольный инструмент WFI за один снимок охватывает участок неба примерно в 100 раз больше, сохраняя сопоставимую пространственную детализацию.
Камера WFI имеет 18 детекторов с разрешением 4096 на 4096 пикселей каждый. В сумме это около 300 миллионов пикселей, а поле зрения составляет примерно 0,281 квадратного градуса без учета промежутков между детекторами.
NASA сравнивает возможности Roman с Hubble особенно наглядно: за первые пять лет работы Roman должен обследовать более чем в 50 раз большую площадь неба, чем Hubble успел покрыть за первые 30 лет наблюдений. При этом по чувствительности и инфракрасному разрешению новый телескоп будет сопоставим с Hubble.
Именно поэтому Roman называют не столько "новым Hubble", сколько его дополнением. Hubble и James Webb способны получать очень детальные изображения относительно небольших участков космоса, тогда как Roman предназначен прежде всего для гигантских обзоров, где важны миллионы и миллиарды объектов.
Что он будет искать в темной Вселенной
Одной из главных задач Roman станет изучение темной энергии - загадочного компонента Вселенной, связанного с ускоренным расширением космоса. Телескоп будет наблюдать огромные массивы галактик и сверхновых, чтобы точнее проследить, как менялось расширение Вселенной на протяжении космической истории.
В запланированных обзорах речь идет о сотнях миллионов галактик. Один из вариантов космологических исследований предполагает наблюдения примерно 2000 квадратных градусов неба, которые позволят получить информацию о формах сотен миллионов галактик и примерно 23 тысячах массивных скоплений.
Особенно важна здесь слабая гравитационная линзировка. Масса галактик и скоплений немного искривляет пространство-время и тем самым изменяет вид далеких галактик. Измеряя эти крошечные искажения в огромном количестве объектов, ученые смогут восстановить распределение материи и проверить различные модели эволюции Вселенной.
По прогнозам NASA, такие исследования способны значительно повысить точность космологических измерений. Для 2000-квадратноградусного обзора некоторые расчеты дают улучшение точности измерений слабого линзирования примерно на порядок по сравнению с современными результатами.
Охота за тысячами планет
Вторая большая задача Roman - поиск экзопланет. Причем телескоп будет искать миры, которые трудно обнаруживать другими методами. Основным инструментом станет гравитационное микролинзирование. Когда планета проходит между наблюдателем и далекой звездой, ее гравитация слегка изменяет траекторию света звезды и на короткое время усиливает ее блеск. Такое событие может продолжаться всего несколько часов или дней, поэтому необходимы постоянные наблюдения огромного количества звезд.
Roman будет наблюдать центральную область Млечного Пути, где звезды расположены особенно плотно. NASA ожидает, что программа позволит обнаружить около 2500 планет методом микролинзирования, причем среди них могут оказаться небольшие каменистые миры и планеты, находящиеся далеко от своих звезд.
Другие оценки для конкретной программы микролинзирования дают около 1400 планет. Разница объясняется различиями в сценариях наблюдений и моделях расчета, поэтому эти цифры правильнее воспринимать как прогнозируемый диапазон, а не как заранее известное число будущих открытий.
Кроме того, Roman может обнаружить около 100 тысяч планет транзитным методом - когда планета проходит перед своей звездой и на короткое время уменьшает ее видимую яркость. Это будет фактически огромная перепись планетных систем, хотя значительная часть таких объектов будет обнаружена именно как кандидаты, требующие дальнейшего изучения.
Почему лишние годы могут оказаться особенно ценными
Для Roman дополнительные 12 лет - это не просто еще один десяток лет работы той же программы. Долгая жизнь позволит повторять наблюдения одних и тех же участков неба и строить своего рода космические "фильмы", фиксируя взрывы звезд, изменения яркости и движение объектов.
Это особенно важно для микролинзирования, где событие может быть очень коротким, и для изучения переменных и транзитных объектов. Чем дольше телескоп способен наблюдать, тем больше редких явлений он имеет шанс застать.
Есть и еще один фактор - научные открытия редко полностью совпадают с первоначальным планом миссии. Hubble, Webb и другие космические обсерватории неоднократно использовались для задач, которые невозможно было полностью предусмотреть на этапе проектирования. Дополнительные годы наблюдений дают ученым возможность возвращаться к уже открытым объектам и задавать новые вопросы.
Roman должен прибыть к L2 примерно через 100 дней после запуска, то есть ориентировочно в начале декабря 2026 года. До начала полноценной научной программы ему предстоит пройти настройку и проверку приборов; первые научные изображения NASA ожидает получить в 2027 году.
Таким образом, нынешняя новость заключается не в том, что NASA внезапно "продлила" миссию с десяти до 22 лет. Скорее инженеры обнаружили, что благодаря точности запуска, меньшей массе аппарата и исключительно экономному расходу топлива Roman получил гораздо больший запас, чем требовалось для первоначального десятилетнего плана.
Если дальнейшие маневры пройдут так же эффективно, а сам телескоп и его приборы сохранят работоспособность, Roman потенциально сможет исследовать Вселенную еще в 2040-х годах. Для миссии, которая еще только летит к своему рабочему месту, это необычно большой запас времени - и одновременно редкая возможность получить научный результат, рассчитанный уже не на одно поколение исследователей.
комментарии