Тайна приземления Гюйгенса раскрыта

Но во время спуска зонд начал вращаться не в ту сторону - и недавние испытания показывают почему.

Миссия НАСА/ЕКА/ИКА Кассини-Гюйгенс, начатая в 1997 году, остается культовой и внесла огромный вклад в наше понимание Сатурна и его луны Титана с момента его прибытия на планету в конце 2004 года.

Миссия включала в себя орбитальный аппарат Кассини, который более 13 лет летал на орбите Сатурна после того, как стал первым искусственным спутником планеты, и небольшой атмосферный зонд Гюйгенс, который направился вниз, чтобы исследовать физические свойства и атмосферу Титана 14 января 2005 года.

Опасный спуск Гюйгенса длился 2 часа и 27 минут, и данные, собранные маленьким зондом облегчили множество открытий об этой очаровательной луне.

Спускаемый аппарат передал первые измерения атмосферы Титана, определив ее давление, плотность и температуру с высоты 1400 км до поверхности. Эксперимент с доплеровским ветром обнаружил сильные ветры с востока на запад в атмосфере луны, некоторые из которых вращались быстрее самой луны. Он пролил свет на то, почему атмосфера Титана содержит метан, азот и крошечные аэрозоли, и в каких количествах, и обнаружил признаки геологических процессов и особенностей внутри луны, таких как криовулканизм и большой подземный океан.

Исследуя густую дымку, которая окружает луну, зонд также помог ученым визуализировать поверхность Титана, возвращая свидетельства прошлой водной активности, такие как высохшие русла рек, дренажные сети и давно пустые озерные бассейны, а также наблюдения за огромными дюнами из песка и льда.

Но осталась одна загадка: почему Гюйгенс вращался в «неправильном» направлении во время своего спуска. Зонд был свободен от вращения Кассини против часовой стрелки со скоростью 7,5 оборотов в минуту. Благодаря конструкции зонда, его скорость вращения помогла сохранить стабильность Гюйгенса вначале, поскольку он провел три недели, спускаясь к Титану, а затем, когда он в конце концов вошел в атмосферу Луны.

Изначально Гюйгенс вел себя, как и предполагалось, но во время спуска скорость вращения зонда снижалась гораздо быстрее, чем ожидалось, после чего примерно через 10 минут развернулся, чтобы начать вращение по часовой стрелке. Он продолжил вращаться таким образом в течение оставшихся 2 часов и 15 минут спуска. К счастью, величина этого обратного вращения была похожа на ожидаемую исследователями, поэтому неожиданный переворот повлиял на время запланированных наблюдений, но не оказал существенного влияния на их качество.

Предыдущие исследования изучали это поведение и недавние испытания дозвуковой аэродинамической трубы в лаборатории PRISME в Университете Орлеана, Франция, теперь подтверждают основную причину. Исследование проводилось с 2017 по 2019 год по контракту ESA с Университетом Орлеана LPC2E / CNRS.

Гюйгенс был оснащен 36 угловыми лопастями, которые использовались для управления вращением спускаемого модуля. Тем не менее, два основных дополнения зонда, разделительная подсистема (SEPS) и антенны радиолокационного высотомера (RA), фактически создали неожиданный крутящий момент, противоположный крутящему моменту лопастей. Этот эффект усиливался, когда лопасти изменяли поток газа вокруг спускаемого модуля таким образом, что увеличивали амплитуду «отрицательного крутящего момента» - эффекта, который заставлял Гюйгенс изменить направление вращения - пока не превысил влияние лопастей.

Разрешение этой инженерной загадки поможет проектировщикам зондов в будущем, способствуя исследованию Солнечной системы.

Существовали также признаки того, что детали инструмента для определения атмосферной структуры (HASI), возможно, не полностью развернулись во время спуска, поэтому были проведены специальные испытания в трех различных конфигурациях - сложенных, развернутых и наполовину развернутых - и подтвердили, что отрицательный крутящий момент может возникают при несимметричном развертывании. Этот эффект находится в стадии дальнейшего расследования.