Изображение поверхности спутника Титана, полученное во время снижения аппарата «Гюйгенс» 14 января 2005 года.[/caption]

Девятнадцать лет назад, в дату 14 января 2005 года, аппарат для исследования космоса под названием «Гюйгенс» достиг поверхности спутника Титан, вращающегося вокруг Сатурна. Этот случай является единственным на текущий момент случаем посадки аппарата за пределами нашей планеты и первым успешным приземлением на небесное тело, которое не относится к Земле.

Разработка и функционирование зонда осуществлялись Европейским космическим агентством (ЕКА) в рамках проекта «Кассини-Гюйгенс», который был запущен Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космоса США 15 октября 1997 года. Название миссии отдает дань уважения голландскому ученому XVII века Христиану Гюйгенсу, открывшему Титан в 1655 году.

«Гюйгенс» был отделен от орбитальной станции «Кассини» 25 декабря 2004 года и приблизительно через три недели достиг поверхности Титана в зоне Адири. Приземление состоялось на твердой земле, хотя при разработке учитывалась вероятность столкновения с жидкой средой, например, реками или водородными морями, которые были видны из космоса.

Краткое описание миссии «Гюйгенс»

Задача миссии «Гюйгенс» заключалась в изучении спутника Сатурна – Титана. Главной задачей являлось погружение в атмосферу этого небесного тела, приземление на его поверхность и проведение ряда научных исследований. До момента посадки оставалось неизвестным, будет ли это горная местность, равнина или водный простор. Более поздние снимки с материнского зонда «Кассини» указали на то, что местом приземления могла оказаться побережье.

Конструкция зонда «Гюйгенс» предполагала выдерживание столкновения с поверхностью и передачу информации на протяжении нескольких минут после приземления, а также потенциально совершить посадку непосредственно в океан. Ограниченный запас энергии батарей позволял обеспечить около получаса работы сразу же после касания поверхности.

Аппарат состоял из основного модуля для снижения и блока поддержки, работающего на орбите. Конструкция включала в себя защитный экран от теплового воздействия, системы ориентации и парашют, предназначенный для плавного спуска. Ключевым этапом миссии был контролируемый процесс погружения при помощи парашюта через атмосферу Титана. Радиосигнал передавался во время снижения и в первые минуты после посадки.

Данные с аппарата Гюйгенс передавались на «Кассини», который в свою очередь ретранслировал их на Землю. Энергии аккумуляторных батарей хватило, чтобы обеспечить работу оборудования в течение 153 минут – ровно столько времени, сколько было запланировано для выполнения миссии. Различные радиотелескопы по всему миру, включая установку Роберта Берда в Грин-Бэнк, принимали сигнал от зонда, используя современные технологии.

Посадка на Титан

«Гюйгенс» отсоединился от орбитального аппарата «Кассини» 25 декабря 2004 года, точно в 02:00 по всемирному координированному времени. Согласно данным Европейского космического агентства (ЕКА), вход в атмосферу Титана состоялся 14 января 2005 года в 10:13 UTC (по системе координат SpaceCraft Event Time, SCET).

Представлено одно из первых полученных изображений до обработки, сделанное аппаратом во время его спуска. Фотография была получена на высоте 16,2 километра и имеет разрешение примерно в 40 метров на один пиксель. На ней можно увидеть разветвлённую систему каналов, которые пересекают сушу и направляются к береговой линии, очерчивающей светлую местность по отношению к тёмной водной поверхности. Снимок был получен с использованием прибора для получения изображений и спектрального анализа, одного из двух инструментов НАСА на борту аппарата.

Посадка Гюйгенса на поверхность спутника произошла около 12:43 по всемирному координированному времени в тот же день. Скорость снижения при этом была сопоставима со скоростью падения мяча на Землю с высоты примерно одного метра. Удар образовал углубление диаметром 12 сантиметров, после чего аппарат отскочил и проехал по ровной поверхности ещё на 30-40 сантиметров. Замедление произошло из-за трения о поверхность грунта, в результате чего он остановился и совершил пять колебаний вперёд-назад.

Незначительные колебания продолжали регистрироваться датчиками «Гюйгена» на протяжении двух секунд после посадки. Десять секунд спустя аппарат полностью стабилизировался. Специалисты, работавшие над миссией, пришли к выводу, что облако из пыли и органических частиц, поднятое зондом при ударе о поверхность, оставалось во взвешенном состоянии в атмосфере приблизительно четыре секунды.

В точке посадки температура окружающей среды составляла минус 179,3 градуса Цельсия, а атмосферное давление – 1,4484 атмосферы. Показания термометров свидетельствовали об очень быстрой потере тепла зондом, что указывает на наличие влаги в грунте; на одном из изображений видна вспышка света, отраженная от капли росы, падающей прямо перед объективом камеры. Кроме того, было установлено содержание метана – 5 ± 1 %, и относительная влажность метана составила около 50 % возле поверхности.

Впервые была получена возможность визуального наблюдения за поверхностью другого спутника.

В области приземления аппарата Гюйгенс были найдены остатки водяного льда, рассеянные по оранжевой поверхности, большей частью скрытой под слоем этана. Первые фотографии Титана, полученные с помощью «Гюйгенса», навели на мысль о наличии обширных жидких участков, напоминающих отражающие водные пространства. Более поздние измерения от основного аппарата “Кассини” окончательно доказали наличие стабильных водородоуглеродных водоемов в полярных зонах спутника. В 2012 году также были идентифицированы долговечные тропические водородоуглеродные озера, включая те, что расположены рядом с местом посадки Гюйгенса в регионе Шангри-Ла; их площадь приблизительно равна половине площади Великого соленого озера штата Юта, а глубина составляет не менее одного метра.

Изначально предполагалось, что грунт состоит из глинистых веществ, с «возможной тонкой коркой и последующей областью относительно однородной структуры». Более детальный анализ данных выявил, что на оценку текстуры поверхности могло повлиять смещение крупного ледяного обломка во время посадки Гюйгенса. Таким образом, наиболее точным описанием является песчаная поверхность, состоящая из спрессованных зерен водяного льда.

На изображениях, сделанных после приземления и на представленной выше фотографии, заметна равнина с гравийной подсыпкой. Этот материал мог образоваться из водяного льда, покрытого углеводородами; округлые формы указывают на воздействие жидкостей. Камни демонстрируют сортировку по размеру и слоистость, наподобие тех, что можно увидеть в русле реки среди более мелких частиц.

Камешки больше пятнадцати сантиметров не были обнаружены, в то время как галька меньшего размера – менее пяти сантиметров – практически отсутствует на месте посадки Гюйгенса. Это указывает на невозможность транспортировки крупных обломков камней ко дну водоема и быстрое удаление мелких с его поверхности.

Будущие исследования Титана

В связи с повышенным вниманием, возникшим после получения первых данных миссии «Кассини-Гюйгенс», организации космической отрасли рассмотрели различные варианты последующих экспедиций для изучения Титана. В 2006 году НАСА оценило возможность исследования крупнейших титановых озер посредством плавучей посадочной станции, рассчитанной на работу в течение трех–шести месяцев и получившей название Titan Mare Explorer. Запуск был намечен на 2016 год, однако к 2012-му агентство решило отдать предпочтение миссии InSight для исследования Марса.

Идея создания плавучей платформы для Титана была возрождена в рамках проекта Titan Saturn System Mission (TSSM), представляющего собой задуманную совместную экспедицию НАСА и ЕКА, целью которой было исследование Титана и Энцелада – еще одного спутника Сатурна. В состав миссии должны были войти орбитальный аппарат, аэростат и водный зонд TiME для изучения морей. Тем не менее, в феврале 2009 года приоритетом стала Europa Jupiter System Mission (позднее получившая название Europa Clipper).

Еще в 2012 году исследователь Джейсон Барнс, работающий при Университете Айдахо, выдвинул альтернативную идею – проект Aerial Vehicle for In-situ and Airborne Titan Reconnaissance (AVIATR). Эта инициатива включала планирование полета летательного аппарата, возможно управляемого дистанционно, в пределах атмосферы Титана. Тем не менее, данная концепция не получила поддержки со стороны НАСА.

В 2012 году частная испанская компания SENER совместно с Центром астробиологии из Мадрида разработали еще один водный аппарат для исследования озера Титана. Этот зонд получил наименование Titan Lake In-situ Sampling Propelled Explorer (TALISE), но не был одобрен ЕКА.

В 2015 году Институт перспективных разработок при НАСА выделил средства на изучение возможности создания подводного аппарата для исследования океанов спутника Сатурна. Лишь спустя четыре года, в 2019-м, была официально согласована новая экспедиция к Титану – Dragonfly. В качестве основного исследовательского инструмента будет использоваться беспилотный аппарат, а именно роторная посадочная платформа, питаемая от радиоизотопного термоэлектрического генератора. Благодаря малой гравитации и плотной атмосфере дрон сможет совершать маневры в полете. К сожалению, запуск миссии перенесен: НАСА заявило о переносе старта из-за нестабильности финансирования на 2028 год.