Рис. 1. Космический аппарат ”Клементина-1”

25 января в 08:34 по тихоокеанскому зимнему времени (PST), т.е. в 16:34 по Гринвичу, с полигона Ванденберг в Калифорнии выполнен запуск космического аппарата ”Клементина-1”(Clementine-1, рис. 1). Программа полета включает исследования Луны и астероида Географ. В первый раз после прекращения в 1972 году полетов по программе ”Аполлон” США направляют к Луне свой космический аппарат.

В течение нескольких часов перед стартом, а затем и после него над Ванденбергом шел дождь, но к моменту запуска погода улучшилась. На отметке Т-3 мин запуск был задержан на восемь минут. Уйдя со стартового комплекса SLC-4, Titan-23G вывел АМС на расчетную промежуточную орбиту искусственного спутника Земли с наклонением 67.0° и высотой 255x299 км. В соответствии с программой, спустя примерно 4 часа после старта со станцией была установлена связь. В тот же день, однако, наземная станция потеряла контакт с ”Клементиной”. На борт не удалось передать команду на отключение некоторых приборов и устройств, и в результате сильно разрядились аккумуляторы станции. При этом ”Клементина” перешла в режим ”самосохранения” и отключила все системы, за исключением компьютера. Вторая наземная станция в этот период была неисправна, и использовать ее было невозможно. Спустя 24 часа операторам удалось восстановить управление АМС, сориентировать панели солнечных батарей на Солнце и подзарядить аккумуляторы.

”Клементина”- совершенно необычный космический аппарат. Являясь с точки зрения баллистической схемы полета автоматической межпланетной станцией, она была создана не как межпланетная станция и не предназначалась для исследования небесных тел. АМС разработана специалистами Военно-морской исследовательской лаборатории по заданию Технического директората Организации по осуществлению СОИ (ныне — по защите от баллистических ракет) Министерства обороны США в рамках совместной с НАСА программы ”Эксперимент с датчиками в дальнем космосе”(Deep Space Program Sensor Experiment, DSPSE). Станция была призвана испытать в длительном полете компоненты, которые могут быть использованы в военно-космических программах, а также продемонстрировать ”конверсионное”использование военных технологий.

Первоначально предполагалось выполнить эту программу на околоземной орбите, но выведение станции на межпланетную траекторию сделало возможным провести испытания систем в условиях, ”приближенных к боевым”: при реальных относительных скоростах объектов и в условиях воздействия космической радиации. Стоимость же проекта возросла незначительно. В полете ”Клементины” будут испытаны (без нарушения Договора по ПРО) разработанные для обнаружения баллистических ракет сверхлегкие миниатюрные датчики и легкие компоненты космических аппаратов, исследовано влияние космической радиации на микроэлектронные схемы. ИТАР-ТАСС со ссылкой на журнал ”Авиэйшн уик энд Спейс текнолоджи” сообщает, что на борту ”Клементины” находятся также датчики, которые Пентагон планирует устанавливать на ракетах-перехватчиках создаваемой системы противоракетной обороны страны.

В качестве своеобразного ”подарка” ученым станция выполнит очень интересную научную программу.

Менеджером программы от Организации по защите от баллистических ракет является полковник ВВС США Педро Рустан (Pedro Rustan), его заместителем — д-р Стюарт Нозетт (Stuart Nozette). Военно-морская исследовательская лаборатория отвечает за разработку, изготовление и интеграцию космического аппарата и руководит полетом. Менеджером программы в Лаборатории является Пол Реджн (Paul Regeon). Реализация проекта ” Клементина” заняла два года.

НАСА активно участвует в проекте, обеспечивая навигационные данные, связь и управление станцией через свою сеть дальней связи. Кроме этого, НАСА сформировало международную группу обработки научных данных. Проект ”Клементина” вполне соответствует новой философии НАСА — осуществлять космические программы ”быстрее, дешевле и лучше” .

Станция имеет близкую к цилиндрической форму. Длина ее равна 1.9 м, а диаметр — 1.14 м. С нижней стороны к аппарату пристыкован твердотопливный разгонный двигатель Star-37 FM. На верхней стороне находится двигатель маневрирования тягой 50 кгс на монометилгидразине и азотном тетраксиде. Благодаря использованию легких металлов и пластических материалов сухая масса аппарата составляет всего 224 кг, а вместе с топливом двигательной установки — 423 кг. Семь датчиков ”Клементины” разработаны Ливерморской национальной лабораторией им. Лоуренса и ее подрядчиками. В их число входят два звездных датчика с широким полем зрения (29°х43°) и инерциальный измерительный блок с кольцевым лазерным гироскопом (”Хонивелл Корп.” ). Масса звездного датчика составляет 370 гр, а инерциального измерительного блока (гироскоп, акселерометры и компьютер!) — 600 гр. Второй гироскоп — интерферометрический волоконно-оптический прибор фирмы ”Литтон” — весит 650 гр.

АМС несет три оптические системы. Две из них предназначены для дистанционного зондирования в различных диапазонах инфракрасного излучения: камера близкого ИК-диапазона (Near Infrared Camera, ”Эмбер инжиниринг”) и камера высокого разрешения (High Resoution Camera), снабженная устройством компенсации сдвига изображения. Третья камера (Ultraviolet/Visible Medium Resolution Camera) среднего разрешения предназначена для съемки в ультрафиолетовом и видимом диапазонах и будет использована для минералогических исследований. Камера весит всего 440 гр. На борту ”Клементины” установлен также инфракрасный лазерный локатор (лидар), предназначенный для измерения высоты полета над Луной. (По принципу своей работы лидар (Laser Image Detection And Ranging) сходен с радаром, однако вместо радиоволн использует лазерное излучение.) Длинноволновая ИК-камера (Long Wave Infrared Camera, ”Эмбер инжиниринг” ) будет использована для измерения теплового потока от Луны и Географа. Для обнаружения присутствия и исследования поведения в земном магнитном поле электронов и ионов предназначен телескоп массой всего 200 гр.

Рис. 2. КА "Clementine-1" : 1 — звездный датчик (2 шт.); 2—антенна S-диапазона (2 шт.); 3 — твердотопливная ДУ; 4 — переходник РН; 5 — переходник для установки КА; 6 —экранно-вакуумная тепловзоля- ция; 7 -двигатели системы орнен- тации (12 шт.); 8 — основной двигатель тягой 110 фунтов (49,9кг).

Помимо совершенных датчиков, ”Клементина” оснащена рядом других передовых систем, в число которых входят гиродины фирмы ”Болл Аэроспейс”, никель-водородные аккумуляторные батареи ”Джонсон контролз” емкостью 15 ампер-час с вдвое большим, чем у использовавшихся ранее аккумуляторов, запасом энергии на единицу массы, солнечные элементы («Эпплайд Солар Энержи Корпорейшн”, арсенид галлия на германии, 300 Вт/м²) толщиной всего 0.14 мм, 32-битный процессор обработки видеоизображения с RISC-архитектурой (”Теленетикс”), набор интегральных микросхем сжатия изображения (”Матра-Маркони Спейс” ), твердотельное устройство хранения данных емкостью в 1.9 Гбит (”Сеакр инжиниринг”) и фиксированная сотовая композитная остронаправленная параболическая антенна фирмы ”Пасифик Рэйдомз” .

В течение 7-10 дней ”Клементина” останется на орбите спутника Земли. В этот период предполагается проверить системы станции и выбрать оптимальное время включения твердотопливного разгонного двигателя. Затем она будет переведена на петлеобразную траекторию перелета к Луне, и 20 февраля при помощи собственного двигателя маневрирования выйдет на орбиту спутника Луны. На переходной орбите высотой 500x160000 км останется переходник с размещенным на нем дополнительным набором радиационных экспериментов.

Станция пробудет более двух месяцев на двух различных орбитах ИСЛ. С рабочей полярной орбиты высотой 399 км АМС выполнит съемку всей поверхности Луны в видимом и инфракрасном диапазонах с недостижимой ранее точностью и выполнит измерения высот при помощи лидара. За это время будет передан такой же объем данных, как и за восьмимесячный цикл работы ”Магеллана” у Венеры. Данные помогут значительно лучше понять геологию и минеральный состав Луны. Будет выполнен также эксперимент по автономной навигации.

3 мая ”Клементина” сойдет с окололунной орбиты, облетит Землю, выполнит второй пролет Луны с гравитационным маневром, в результате которого выйдет на траекторию встречи с астероидом группы Аполлона Географ (№1620). В ночь с 31 августа на 1 сентября, находясь в 8.5 млн км от Земли, станция пройдет на расстоянии 95-120 км над теневой стороной поверхности этого астероида, крохотного небесного тела длиной в четыре километра и шириной в полтора. Относительная скорость станции и астероида в момент встречи составит 11 км/с. Ожидается получение нескольких сот снимков с разрешением 45 м для камеры близкого ИК-диапазона, 30 м для камеры видимого и УФ-диапазона и до 5 метров для камеры высокого разрешения. По этим данным предполагается уточнить форму и размеры Географа, оценить свойства материалов поверхности, получить данные о геологической истории и возрасте малой планеты и составить минералогическую карту.

Большая часть снимков Географа будет выполнена всего за несколько минут. Возможно, эти снимки помогут определить способы уничтожения астероидов, пересекающих орбиту Земли и упражняющих с ней столкнуться. Встречей с Географом научная программа ”Клементины” завершается.

Как отметил астроном и геолог из Геологического управления США (и один из лучших в мире ”ловцов комет”) Юджин Шумейкер, возглавляющий научную программу полета станции, информация о поверхности Луны, которую надеются получить ученые с помощью ”Клементины” , является ”огромным шагом вперед” по сравнению с данными, полученными ко времени завершения программы ”Аполлон”. Возможно, ”Клементина” поможет найти ответы на фундаментальные вопросы, связанные с образованием планет. ”По существу, — сказал Шумейкер в интервью газете ”Бостон Глоб” , — всему научному сообществу преподнесён подарок. Если бы не военные со своими экспериментами, у нас еще долгое время не было бы такой уникальной возможности” .

Станция запущена с помощью РН Titan-23G, переоборудованной в космический носитель из стратегической МБР. Ракета была изготовлена в 1962 году (!), и в течение многих лет находилась на боевом дежурстве в шахтной пусковой установке в штате Арканзас. Дооборудование ”Титана” в космический носитель и его запуск обошлись в 20 млн $, что на порядок дешевле закупки новой ракеты. Стоимость разработки космического аппарата составила 55 млн $, что также существенно ниже обычной стоимости научного космического аппарата НАСА. Расходы на управление полетом ”Клементины” в эту сумму не входят.