Рис. 5. АМС «Джотто»: 1 - масс-спектрометры ионов; 2 - микродвигатели; 3 - детектор столкновений с пылевыми частицами; 4 - блок датчиков системы ориентации; 5 - панели солнечных батарей; 6 - отражатель остронаправленной антенны, снабженный системой противовращения; 7- магнитометр; 8 - ненаправленная антенна; 9 - опорная конструкция, несущая антенну 8 и магнитометр 7; 10 - задний тепловой экран и радиатор; 11 - оптический зонд (фотополяриметр); 12 - камера для получения цветных изображений; 13 - звездный датчик; 14 - задний противопылевой экран; 15 - масс-спектрометр нейтральных частиц; 16 - передний противопылевой экран; 17 - анализатор плазмы; 18 - жалюзи системы терморегулирования.

«Джотто»* (старт 2 июля 1985 г, РН "Ариан-1", гелиоц. орбита). Эта АМС, созданная западноевропейской организацией ESA, предназначена для исследований кометы Галлея. 14 марта 1986 г. примерно в 3 час 45 мин по Гринвичу она должна совершить пролет около ядра кометы на расстоянии 500-1000 км. На конечном участке сближения для наведения АМС «Джотто» должна использоваться навигационная информация, полученная советскими АМС «Вега», которые совершат проход около ядра кометы на несколько суток ранее. Масса АМС «Джотто» (рис. 5) 960 кг, в т. ч. масса научных приборов 57,7 кг. Высота АМС 2,85 м, диаметр (по противопылевым экранам) 1,87 м. Электропитание (не менее 152 Вт) обеспечивают солнечные батереи на боковой поверхности цилиндрического корпуса. Для обеспечения пиковой мощности, а также на случай ухудшения характеристик солнечных батарей под воздействием кометной пыли имеются четыре серебряно-кадмиевые батареи емкостью по 16 А-час. Для АМС предусмотрена стабилизация вращением (15 об/мин). В системе ориентации оси вращения используются звездный датчик, солнечные датчики и инфракрасные датчики направления на Землю, а в качестве исполнительных органов - микродвигатели, работающие на гидразине, тягой по 200 г. Микродвигатели служат также для коррекции траектории. Заданная ориентация оси вращения должна обеспечиваться с точностью 0,46-0,72°. Отражатель рстронаправленной антенны снабжен системой противовращения. Мощность передатчиков 5 и 20 Вт. Информация от научных приборов передается со скоростью до ~ 40 кбит/сек. В системе терморегулирования используются три жалюзи площадью по 600 см² и нагреватели. Предусмотрен бортовой РДТТ для перевода АМС с геоцентрической орбиты на траекторию полета к комете. Масса топливного заряда РДТТ 374 кг, продолжительность работы 45 сек, он обеспечивает приращение скорости ~ 1400 м/сек. Поскольку АМС «Джотто» должна пройти на расстоянии 500-1000 км около ядра кометы Галлея с относительной скоростью 72 км/сек, для нее весьма опасны столкновения с частицами кометной пыли и льда в голове кометы. Аппарат использует передний и задний противопылевые экраны с зазором 25 см между ними. Передний экран сравнительно тонкий, он изготовлен из листа алюминиевого сплава толщиной 1 мм. Согласно расчетам, мелкие частицы его не пробьют, а более крупные пробьют, но при этом испарятся с рассеиванием кинетической энергии. Расширение паров произойдет в зазоре между экранами. Задний экран изготовлен из кевларовой пленки толщиной 1 мм и пеноматериала толщиной 3,5 мм.

* Названа по имени итальянского художника Джотто (XIII-XIV вв.), который на своей картине «Поклонение волхвов» изобразил комету Галлея.

АМС несет 10 научных приборов: камеру для получения цветных изображений ядра кометы, масс-спектрометр нейтральных частиц, масс-спектрометр ионов, два анализатора плазмы, масс-спектрометр пыли, оптический зонд (фотополяриметр) для определения плотности пыли и газа вокруг ядра и рассеивающей способности пылевых частиц, анализатор частиц высокой энергии, магнитометр и детектор столкновений с пылевыми частицами, использующий различные датчики на переднем и заднем противопылевых экранах.

Пролетный сеанс в голове кометы, согласно расчетам, продлится всего ок. 4 час (с 00 час 00 мин до 4 час 00 мин по Гринвичу 14 марта 1986 г.). На более длительную работу АМС вблизи кометы не надеются, т. к. очень велика вероятность повреждения АМС кометной пылью.

Ежегодник БСЭ 1987 г

«Джотто». При сближении с кометой Галлея АМС впервые обнаружила ее признаки на расстоянии 7,8 млн. км: были зарегистрированы ионы кометного происхождения и волны в плазме. При вхождении во внешнюю кому кометы АМС регистрировала атомарные водород и кислород, а также радикалы гидроксила - продукты диссоциации паров воды, сублимирующие из ядра. Когда расстояние до ядра сократилось примерно до 500 тыс. км, присутствие ионов кометного происхождения стало более явным, увеличилось число тяжелых ионов. Первые изображения кометы от установленной на АМС телевизионной камеры были получены на расстоянии 767 тыс. км от ядра в t₀ - 3 час 8 мин (t₀ - момент пролета на минимальном расстоянии от ядра). Эта камера массой 12 кг на приборах с зарядовой связью снабжена телескопом с фокусным расстоянием 1 м и 11 фильтрами. Матрица прибора насчитывает 584 строки, состоящие из 390 элементов изображения. Камера отслеживает самый яркий объект, находящийся в ее поле зрения. Предполагалось, что таковым будет ядро кометы, однако оно оказалось темным, и камера отслеживала светлые струйные выбросы из ядра, что почти до конца съемки обеспечивало наведение на ядро. С помощью камеры было получено ок. 2 тыс. изображений комы. В t₀ - 5 мин камера была переведена из режима съемки комы в режим съемки ядра и работала в этом режиме с расстояния 20 тыс. км до расстояния 1350 км. Было получено 69 изображений ядра в трех цветах спектра. Последнее изображение, на котором видно ядро, получено с расстояния 3500 км в t₀ - 50 сек. На изображениях, полученных после этого момента, ядра в кадре нет, поскольку камера отслеживала светлый струйный выброс, а не темное ядро. Наилучшее разрешение изображений ядра 70 м. Примерно с t₀ - 70 сек качество изображений существенно ухудшилось, по-видимому, из-за эрозии зеркала камеры кометными частицами.

На расстоянии 1100-1200 км от ядра зарегистрированы столкновения примерно с 20 «очень большими» частицами. Произошла дестабилизация АМС, и остронаправленная антенна потеряла Землю, связь с АМС прекратилась. Она прошла на расстоянии 605 ± 8 км от ядра кометы (расчетное расстояние 540 км) 14 марта в 00 час 03 мин по Гринвичу. Удаление АМС от Земли в этот момент составляло ок. 150 млн. км, скорость относительно кометы 68 км/сек. Через 34 мин после потери связи она была восстановлена: бортовые демпферы нутации стабилизировали АМС. В течение этих 34 мин были моменты, когда антенна оказывалась направленной на Землю, и с борта принималась некоторая информация. Поскольку АМС«Джотто» не была рассчитана на работу после прохода около ядра, вся информация от научных приборов передавалась в реальном масштабе времени и на борту не записывалась. Точному наведению АМС «Джотто» на ядро кометы способствовала навигационная информация, полученная от советских АМС «Вега-1» и «Вега-2». Эта информация предоставлялась в рамках междунар. программы «Лоцман».

Проверка АМС, проведенная после пролета около ядра кометы Галлея, выявила ряд неисправностей бортового научного и служебного оборудования, пострадавшего от столкновений с кометными частицами. В период с 19 по 21 марта 1986 г. в три этапа была проведена коррекция гелиоцентрич. орбиты АМС с таким расчетом, чтобы обеспечить в 1990 г. ее проход на расстоянии ок. 20 тыс. км от Земли. Возможно, после этого пролета АМС «Джотто» будет направлена еще к одной комете. Решение будет принято в 1990 г. в зависимости от состояния АМС.

Ниже приводятся некоторые результаты исследований кометы Галлея АМС «Джотто».

Ударная волна и газовая оболочка кометы. В t₀ - 4 час АМС пересекла фронт ударной волны кометы. Поскольку комета не имеет собственного магнитного поля, этот фронт не был четко ограничен и его назвали «областью ударной волны». Удаление этой области от ядра (ок. 1,1 млн. км) было вдвое большим, чем при сближении с ядром АМС «Вега», поскольку при пролете АМС «Джотто» поток солнечного ветра был менее интенсивным и в меньшей степени поджимал газовую оболочку кометы. В области ударной волны зарегистрировано повышение энергии электронов и интенсивности магнитного поля солнечного ветра. Энергия отдельных частиц достигала 20 кэВ. Оба анализатора плазмы, установленные на АМС, показали, что протяженность области ударной волны в радиальном направлении составляет ок. 250 тыс. км, а скорость потока солнечного ветра в этой области снижается с 320 км/сек до 260 км/сек и меняет направление, обтекая комету. Приборы АМС регистрировали многие атомы, молекулы и радикалы кометного происхождения, в частности положительно заряженные атомы водорода, радикалы гидроксила, молекулы азота, углекислого газа и воды. Газовая оболочка содержала также ионы металлов: железа, меди, никеля и удивительно малое количество натрия. Сера, возможно, вообще отсутствовала. Macс-спектрометрия показала, что распределение численной плотности ионов похоже на распределение плотности паров воды. С приближением к ядру плотность резко увеличивается до достижения «плато» на уровне 10³ ионов/см³ на расстоянии ок. 30 тыс. км от ядра. Плотность нейтральных молекул Н₂О достигла 10⁸/см³ на расстоянии примерно 3 тыс. км. Общий выброс воды, по оценке, составляет 2 X 10³⁰ молекул в секунду. Оптическая спектрометрия обнаружила соединения углерода, азота и кислорода.

По прогнозу ученых, на расстоянии ок. 10 тыс. км от ядра свойства газовой оболочки должны были существенно измениться, поскольку в этой области происходит переход от смеси кометных газов и солнечного ветра к нейтральным газам, образующим «атмосферу» ядра. В t₀ - 65 сек на расстоянии 4300 км от ядра действительно было зарегистрировано резкое повышение нейтральной составляющей, и магнитометр, как ожидалось, показал падение интенсивности магнитного поля, поскольку АМС вошла в ионопаузу, где электрические токи, обусловленные электронами и ионами, экранировали магнитное поле.

Пылевая оболочка кометы. Концентрация пыли в окрестностях кометы при полете АМС «Джотто» была ниже, чем при полете АМС «Вега». По-видимому, она изменяется в зависимости от вращения ядра. По расчетам, АМС «Джотто» должна была войти в пылевую оболочку кометы примерно в 500 тыс. км от ядра в t₀ - 2 час. Расчеты основывались на теоретической модели и на результатах полета АМС «Вега». Однако первое столкновение с пылевыми частицами АМС «Джотто» произошло только примерно в 280 тыс. км от ядра в t₀ -62 мин. Масса частиц при этом составляла ок. 10^-10 г. В последующие 30 мин было зарегистрировано еще 14 столкновений, на порядок меньше, чем ожидалось. Масса частиц не превышала 10⁶ г, и они не пробивали переднего противопылевого экрана АМС. Первое столкновение, при котором был пробит передний экран (но не пробит задний), произошло в 8 тыс. км от ядра. Частица, пробившая передний экран, имела массу 3·10³ г. За несколько секунд до момента t₀ частота столкновений достигла 120 в секунду при относительной скорости АМС и кометы 68 км/сек. Началась бомбардировка АМС сравнительно крупными частицами (до 40 мг), и не менее сотни их пробили экран, а одна даже дестабилизировала АМС. Таким образом, концентрация пыли в комете на большом расстоянии от ядра была ниже, а близ ядра выше прогнозируемой. Это подтверждалось и анализом доплеровского смещения частоты радиосигналов, принимаемых от АМС: изменение частоты по мере торможения АМС в газопылевой оболочке кометы было весьма незначительным. Обнаружилось, что в пылевой оболочке кометы присутствует на 2-3 порядка больше, чем ожидалось, мельчайших частиц массой до 10-17 г (предел чувствительности регистрирующих приборов). По данным АМС «Джотто» установлено, что 90% частиц состоят в основном из углерода, кислорода, азота и простых соединений этих элементов. Плотность частиц, по-видимому, меньше плотности воды. Полагают, что частицы имеют пористую структуру. Возможно, они представляют собой твердое ядрышко, окруженное ледяной оболочкой.

Ядро кометы. Условия для исследований ядра кометы при пролете АМС «Джотто» были более благоприятными, чем при пролете АМС «Вега». При пролете АМС «Джотто» ядро было значительно менее активно и доступно для наблюдения. По данным АМС «Джотто», ядро кометы имеет неправильную форму, напоминающую эллипсоид. Размеры его 15 X 8 X 8 км. Таким образом, объем ядра превышает 500 км³, значительно больше, чем предполагали ранее. Ни массу, ни плотность ядра точно определить невозможно. Ориентировочно масса близка к 10¹¹ т. Можно предположить, что плотность ядра сравнительно низка (0,20-0,25 г/см³). Если это так, то ядро состоит из очень «пушистого» материала. Возможно, внутри ядра даже есть полости. Поверхность ядра очень неровная. Видны некоторые детали почти круглой или эллиптической формы, напоминающие ударные кратеры. Выбросы происходят из небольших отверстий на поверхности ядра. На первых телевизионных изображениях, переданных АМС «Джотто» на Землю, видны два мощных струйных выброса. При более тщательном изучении обнаружены еще пять мощных выбросов, три узких выброса средней интенсивности и два очень слабых выброса. Наличие обширной неактивной области позволяет предположить, что большая часть ядра покрыта тонким слоем пыли («пылевой корой»). Неожиданным оказался очень темный цвет коры. Альбедо ее всего примерно 2-4% , т. е. ядро является одним из самых темных тел Солнечной системы. Неожиданной оказалась и высокая температура поверхности ядра. Полагают, что температура льда в недрах ядра 70-150°К. Таким образом, на солнечной стороне ядра существует резкий перепад температуры между поверхностью и недрами ядра. Толщина коры оценивается примерно в 1 см, но она служит отличной теплоизоляцией.

Ежегодник БСЭ 1988 г

«Джотто» (ЕКА). Эта западноевропейская АМС после пролета ок. ядра кометы Галлея в марте 1986 г. продолжает движение по гелиоцентрич. орбите и в 1990 г. должна пройти на сравнительно небольшом расстоянии от Земли. Западноевропейские специалисты рассматривают возможность для АМС «Джотто» совершить при этом проходе пертурбационный маневр в поле тяготения Земли, с тем чтобы перейти на траекторию полета к комете Григга-Скьеллерупа. Пролет ок. этой кометы АМС могла бы совершить 14 июля 1992 г. В это время комета Григга-Скьеллерупа не будет иметь мощной пылевой оболочки, так что можно надеяться получить хорошие снимки ядра. Если АМС пройдет на расстоянии нескольких сот километров от ядра, то могут быть получены снимки с разрешением 5 м. Скорость относительно ядра при пролете составит 14 км/сек (при пролете ок. ядра кометы Галлея - 70 км/сек), и снимки можно будет получать через каждые 56 км (280 км). С точки зрения геометрии съемки траектория пролета ок. ядра кометы Григга-Скьеллерупа также будет более благоприятной, чем траектория пролета ок. ядра кометы Галлея. Специалисты НАСА считают более целесообразным для АМС «Джотто» такой маневр в поле тяготения Земли, который позволил бы ей перейти на траекторию полета к более яркой комете Хартли-2.

Использование АМС «Джотто» для исследования кометы Григга-Скьеллерупа (или др. кометы) зависит от наличия финансовых средств, к-рые должно выделить Европейское космич. агентство, а также от состояния бортовых систем АМС. Особенно важно нормальное функционирование телевизионной камеры. После пролета ок. ядра кометы Галлея эта камера была опробована: сделана попытка получить изображение Юпитера. Это не удалось. Однако неизвестно, была ли тому причиной неисправность камеры, поврежденной кометной пылью, или неправильная ориентация АМС во время съемки, в результате чего Юпитер не попал в поле зрения камеры.
Ежегодник БСЭ 1989 г

«Джотто» (Европейское космич. агентство - ЕКА). После пролета в марте 1986 г. около ядра кометы Галлея эта АМС продолжает движение по гелиоцентрич. орбите и в июле 1990г. должна сблизиться с Землей. Предварительно в январе - феврале 1989 г. с нею предполагают возобновить сеансы связи для проверки состояния служебных систем и бортовых приборов. Затраты на возобновление связи и проверку, по оценке, составят 4 млн. ф. ст. Если окажется, что достаточное число приборов сохранили работоспособность и затраты на возобновление работы с АМС не превысят 12 млн. ф. ст., то будет обеспечен пертурбационный маневр АМС в поле тяготения Земли для перехода на траекторию полета к комете Григга-Скьеллерупа, ок. которой она пройдет в июле 1992 г.
Ежегодник БСЭ 1990 г

«Джотто» продолжает свой полет, эксперименты с ним предполагается провести в 1991 г.

7 мая западноевропейская межпланетная станция "Джотто" возобновила свою работу и продолжила научные исследования. (АМС разработана Европейским космическим агентством для исследования кометы Галлея, названа "Джотто" в честь итальянского художника Джотто ди Бондоне, который наблюдал комету в 1301 году и запечатлел её на фреске "Поклонение волхвов". Запущена ракетой - носителем "Ариан-1" с космодрома во Французской Гвиане 2 июля 1985 г. Масса станции 950 кг. На борту установлены 10 научных приборов в том числе цветная телекамера, масс-спектрометры, анализаторы плазмы, магнитометр и другие. 8 марта 1986 г. пролетела вблизи ядра кометы Галлея, пройдя сквозь ее "пылевой хвост". 2 июля 1990 г. при прохождении вблизи Земли АМС была направлена на встречу с кометой Григга-Скьеллерупа, которая должна состояться 10 июля с.г.)

В настоящее время "Джотто" находится в 219 млн км от Земли и сигналы на нее посылаются через антенну Сети дальней космической связи США, расположенной под Мадридом. 4 мая, получив первый слабый отклик со станции, специалисты ЕКА сумели развернуть АМС остронаправленной антенной к Земле и в настоящее время получаемые сигналы свидетельствуют, что она находится под контролем и полностью подчиняется управлению с Земли.