АМС BepiColombo Европейского космического агентства (ЕКА) совершила четвёртый облёт Меркурия. 4 сентября в 21:48 UTC (00:48 5 сентября по МСК) она прошла на высоте 165 километров от поверхности самой маленькой планеты Солнечной системы. Однако этого манёвра недостаточно, чтобы вывести BepiColombo на орбиту вокруг Меркурия (это конечная цель). Нужно сделать ещё два пролёта планеты, прежде чем АМС сможет оказаться на нужной орбите.
Планировалось, что BepiColombo достигнет этой цели в декабре 2025 года. Однако эти планы придётся корректировать. И переносить всё на ноябрь 2026 года, то есть на одиннадцать месяцев «вправо».
И виноваты в этом ионные двигатели корабля. Напомню, BepiColombo — это АМС, состоящая из трёх сегментов: двигательного модуля MTM (Mercury Transfer Module), Меркурианского орбитального аппарата MPO (Mercury Planetary Orbiter) и японского орбитального аппарата MMP (Mercury Magnetogenic Orbiter, также называемого Mio).
Космический аппарат, стартовавший в 2018 году с помощью Ariane-5, уже совершил один облёт Земли, два — Венеры и четыре — Меркурия. И осталось ему сделать ещё два вокруг последнего.
Масса АМС настолько велика, и достижение Меркурия требует столько энергозатрат, что потребовалась разработка целого отдельного модуля, задачей которого является сокращение времени полёта.
Модуль MTM оснащён четырьмя ионными двигателями QinetiQ T6 британского производства мощностью 5 киловатт. Эти двигатели способны генерировать тягу от 75 до 145 миллиньютонов, хотя большую часть времени они генерируют 125 миллиньютонов. Удельная тяга изделий составляет 3600 секунд.
BepiColombo, масса которой составляла 4,01 тонны при запуске, является самой массивной АМС, оснащённой ионными двигателями, среди когда-либо отправленных во внутреннюю часть Солнечной системы.
Для работы двигателей КА на борту припасено 580 кг ксенона, который хранится в трёх баках модуля МТМ.
Экспедиция была рассчитана на продолжительность полёта 7,2 года. Из всего этого времени ионные двигатели должны работать в общей сложности 739 суток, то есть примерно четверть всего времени. Чтобы обеспечить резервирование системы, в каждом двигательном цикле активны только два двигателя из четырёх, а иногда и только один.
Работают они циклами до 117 суток подряд. Их использование даст АМС приращение скорости дельта-V 4,2 км/с, что составляет более половины от 7 км/с, необходимых для выхода на орбиту Меркурия (остальная часть дельта-V обеспечивается гравитацией).
Использование ионных двигателей позволило сэкономить около двух тонн обычного топлива, которые нужно было бы потратить для достижения Меркурия.
Но что же произошло такого, что теперь команде экспедиции нужно менять планы?
26 апреля центр управления миссией ESOC, находящийся в Дармштадте, Германия сообщил, что двигатели BepiColombo по какой-то пока неизвестной причине не могут выдавать максимальную мощность. И что скорее всего электрическая система модуля не выдаёт достаточную мощность для корректной работы двигателей (МТМ имеет две солнечные батареи площадью 40 квадратных метров и массой 290 кг, которые выдают около 13 киловатт, и имеют «размах крыльев» 30 метров).
Чтобы компенсировать нехватку мощности ионных двигателей, ЕКА решило, что в этом четвёртом пролёте BepiColombo пройдёт ближе к Меркурию, чем планировалось, сократив минимальное расстояние до поверхности планеты примерно на 35 километров: с запланированных 200 до 165 километров.
В результате получился самый близкий пролёт, поскольку предыдущие три в 2021, 2022 и 2023 годах прошли на расстоянии 194, 195 и 235 километров от планеты соответственно, а остальные два планировалось пройти на расстоянии 40 000 и 345 километров.
Однако подобные изменения в плане полёта означают, что раньше декабря 2026 года АМС на стабильной орбите вокруг Меркурия уже не окажется.
Гравитационный манёвр также позволил АМС BepiColombo оказаться практически на одной орбите с Меркурием, поскольку она уменьшила афелий солнечной орбиты с 0,58 астрономических единиц до 0,47 а.е., сохранив перигелий на уровне 0,31 а.е. (также АМС изменила наклонение орбиты с от 5,8° до 4,3°).
Это также был первый пролёт BepiColombo над Южным полюсом Меркурия.
Совершенно очевидно, что если двигательная установка модуля MTM столкнётся с дальнейшими проблемами, вывод на орбиту в ноябре 2026 года тоже может оказаться под угрозой. Конечно, МТМ не будет выполнять последний манёвр, у него для этого не хватит «силёнок». Он должен отделится от АМС до окончательного манёвра.
Европейский орбитальный аппарат MPO будет использовать для формирования окончательной орбиты свою двигательную установку. Он сделает это вместе с японским орбитальным аппаратом MMO (затем MMO отделится от него и перейдёт на другую).
Но как бы то ни было, как бы не разрешилась вся эта история, в любом случае опыт эксплуатации ионной двигательной установки BepiColombo будет обязательно учтён при разработке КА ERO (Earth Return Orbiter) миссии MSR по доставке на Землю образцов марсианского грунта. В выполнения этой миссии будут использоваться до четырёх ионных двигателей мощностью 8,5 киловатт.
Хотя по правде говоря, на данный момент эта миссия де-факто отменена НАСА. Но опыт всё равно когда-нибудь пригодится.
Итак, BepiColombo должен облететь Меркурий в декабре этого года и в январе 2025, чтобы завершить корректировку своей траектории. И окончательно «причалить» в ноябре 2026 года.
Очевидно, что лучше поздно, чем никогда. Но нам ещё предстоит увидеть влияние этих дополнительных одиннадцати месяцев полёта на возможность выполнить всю запланированную научную программу, учитывая, что срок службы конструкции АМС и её компонентов ограничены.
Солнце не дремлет.
Всем добра.
