Кассини был первым специализированным космическим аппаратом, который изучил Сатурн и его систему. Он был назван в честь Джованни Кассини, астронома 17-го века, который был первым, кто наблюдал четыре луны Сатурна — Япет (1671), Рея (1672), Тефия (1684) и Диона (1684).
До этого космические аппараты совершили несколько полетов к Сатурну на “Пионере-11” (1979), “Вояджере-1” (1980) и “Вояджере-2” (1981). Открытия, которые были сделаны в ходе этих миссий, включали открытие того, что поверхность Титана не может быть видна в видимых длинах волн (из-за его плотной атмосферы), а также обнаружение нескольких колец Сатурна, которые не были видны с помощью наземных телескопов.
В 1982 году, научные комитеты как в Соединенных Штатах, так и в Европе сформировали рабочую группу для обсуждения возможного будущего сотрудничества. Группа предложила флагманскую миссию, которая будет вращаться вокруг Сатурна и отправит атмосферный зонд на Титан.
“Титан является особенно интересной целью для исследования, потому что органическая химия, которая сейчас происходит там, обеспечивает единственную планетарную лабораторию для изучения процессов, которые могут быть важны в пребиотической земной атмосфере”
говорится в докладе, имея в виду, что на Титане химия, которая могла бы быть похожа на то, что было на Земле до возникновения жизни.
Состав участников разработки Кассини
Учасники из 28 стран составили совместную группу, отвечающую за проектирование, строительство, полеты и сбор данных с орбитального аппарата Кассини и зонда Гюйгенс.
Эта миссия осуществлялась под руководством лаборатории реактивного движения НАСА в Соединенных Штатах, где был собран орбитальный аппарат. Гюйгенс был разработан европейским центром космических исследований и технологий ЕКА. Главный подрядчик Центра французкий Thales Alenia Space, собрал зонд с оборудованием и инструментами. Итальянское Космическое Агентство (АКИ) предоставило орбитальному кораблю Кассини радиоантенну с высоким коэффициентом усиления, компактного и легкого радиолокатора, радиовысотомера, радиометра, радионаучной подсистемы (RSS).
Конструкция космического аппарата Кассини
Комбинированный орбитальный аппарат и зонд является третьим по величине беспилотным межпланетным космическим аппаратом, когда-либо успешно запущенным, а также одним из самых сложных. Орбитальный аппарат имел массу 2150 кг, зонд – 350 кг.
Космический аппарат Кассини имел высоту 6,8 метра и ширину 4 метра. Аппарат имел 1 630 соединенных между собой электронных компонентов, 22 000 проводных соединений и 14 км кабеля. Центральный процессор управляющего компьютера был резервной системой MIL-STD-1750A. Основная двигательная установка состояла из одного основного и одного резервного Р-4Д двухтопливного ракетного двигателя. Тяга каждого двигателя составляла 490 ньютонов.
Кассини приводился в действие 32,7 кг плутония 238 — тепло от радиоактивного распада материала превращалось в электричество. Гюйгенс был питался энергией от Кассини во время полета, а потом использовал химические батареи при полете на Титан.
Зонд содержал DVD-диск с более чем 616 400 подписями от граждан из 81 страны, собранных в рамках общественной кампании.
| Технические характеристики | |
|---|---|
| Масса | полная: 5600 кг станция: 2150 кг зонд: 350 кг |
| Размеры | высота: 6,7 м, ширина: 4 м |
| Мощность | ~880 ватт (1997) ~670 ватт (2010) |
| Источники питания | 3 плутониевых термоэлектрических генератора |
Запуск и полет аппарата Кассини
Космический аппарат Кассини не направился прямо к Сатурну. Скорее, его миссия была связана со сложной орбитальной механикой. Он прошел мимо нескольких планет, включая Венеру (дважды), Землю и Юпитер, чтобы получить ускорение скорости, используя гравитацию каждой планеты.
Космический аппарат весом 5 600 кг был поднят с Земли 15 октября 1997. Он прошел мимо Венеры в апреле 1998 года и июне 1999 года, Земли в августе 1999 года и Юпитера в декабре 2000 года.
Кассини вышел на орбиту вокруг Сатурна 1 июля 2004 года. Среди его главных целей были:
- Определение трехмерной структуры и динамического поведения колец Сатурна .
- Изучение поверхности Титана.
- Определение состава спутниковых поверхностей и геологической истории каждого объекта.
- Изучение временной изменчивости облаков и туманов Титана.
- Определение природы и происхождения темного вещества на ведущем полушарии Япета.
- Измерение трехмерной структуры и динамического поведения магнитосферы .
- Изучение динамического поведения атмосферы Сатурна на облачном уровне.
Исследование спутника Сатурна Титана
Посадочный модуль был назван в честь голландского ученого Христиана Гюйгенса, который в 1654 году обратил телескоп к Сатурну и заметил, что его странную форму. Позднее Галилео Галилей, увидел эту форму в телескопе и нарисовал ее в своей записной книжке. Рисунок был похож на планету с ушами. На самом деле это были кольца.
Посадочный модуль Гюйгенс спустился сквозь плотные облака, окружавшие спутник и приземлился на поверхность 15 января 2005 года. Он передавал информацию на Землю в течение почти 2,5 часов во время своего спуска, а затем продолжал передавать то, что он видел с поверхности в течение 1 часа 12 минут.
В этот короткий промежуток времени исследователи увидели фотографии скального поля и получили информацию о ветре и газах в атмосфере и на поверхности Титана.
Исследование спутников Юпитера
Одной из определяющих особенностей Сатурна является его количество спутников. За исключением триллионов тонн мелких камней, которые составляют его кольца. Фактически, Кассини обнаружил два новых спутника почти сразу после прибытия (Метон и Паллен), а до конца 2004 года он обнаружил Полидевы.
Когда зонд проходил мимо спутников Сатурна, он показал новые данные об их окружении и внешнем виде. Некоторые из наиболее заметных выводов включают:
- Доказательства жидкой воды на Энцеладе, замерзшем спутнике. В 2015 году Кассини сделал серию полетов над Энцеладом, чтобы получить дополнительную информацию о газе и пыли на его поверхности;
- Открытие и затем закрепление более подробной информации о гигантском метановом озере на Титане;
- 50-мильные оползни на Япете;
- Крупный план Реи, открывающий рябую поверхность;
- Огромное кольцо, находящееся в 13 млн км от Сатурна, вероятно, состоит из обломков его спутника Фебы.
Сатурн тоже не остался без внимания. Например, в 2012 году исследование НАСА доказало, что реактивные потоки Сатурна в атмосфере могут питаться внутренним теплом, а не энергией от Солнца. Ученые полагают, что тепло выводит водяной пар из недр планеты, который конденсируется по мере его подъема и производит тепло. Это тепло, как полагают, находится за образованием струйного потока, а также штормов.
Продление и завершение миссии
Первоначально Кассини планировалось проработать на Сатурне четыре года, до 2008 года. Но его миссия была продлена несколько раз. Исследования длилась 13 лет, а это означало, что космический аппарат наблюдал почти половину сезонных изменений Сатурна.
В 2016 году космический аппарат был установлен на серию завершающих маневров, чтобы обеспечить близкий обзор колец, с конечной целью погружения Кассини в Сатурн в сентябре 2017. Эта стратегия была разработана, чтобы защитить Энцелад и другие потенциально обитаемые спутники от вероятности столкновения Кассини с их поверхностью и распространению земных микробов.
15 сентября 2017 космический аппарат Кассини начал погружение в атмосферу Сатурна, проводя измерения до тех пор, пока его инструменты могли осуществлять связь с Землей.
Характеристика аппарата Кассини
| Заказчик |  НАСА /  ЕКА /  ИКА |
|---|---|
| Оператор | НАСА, Европейское космическое агентство и Итальянское космическое агентство |
| Задачи | изучение Сатурна и его спутников, посадка на Титан |
| Пролёт | Венера, Юпитер, Сатурн, спутники Сатурна |
| Стартовая площадка | Мыс Канаверал |
| Ракета-носитель | Титан IV-B Центавр |
| Запуск | 15 октября 1997 08:43:00 UTC |
| Выход на орбиту | 1 июля 2004 |
| Длительность полёта | 22 года 1 месяц 28 дней |
