Спектрометрические приборы с российским участием в составе миссии «Бепи Коломбо» к Меркурию

Закончился многолетний процесс подготовки миссии «Бепи Коломбо». Проект предусматривает вывод на орбиту вокруг Меркурия двух спутников, КА МРО (Mercury Planetary Orbiter) европейского космического агентства (ESA) и КА ММО (Mercury Magnetospheric Orbiter) японского космического агентства (JAXA). В апреле 2018 года все оборудование было доставлено на европейский космодром Куру. Комплекс готов к многолетнему круизу к Меркурию, осуществляемого при помощи транспортного модуля с электрореактивной тягой. Перелет будет длится 7,5 лет, и предусматривает три гравитационные маневра, один у Земли и два у Венеры. В процессе перелета и облетов планируется проведение проверочных и научных наблюдений. После перелета транспортный модуль отделяется, и два КА выйдут на разные орбиты вокруг Меркурия. Японский ММО будет выведен на орбиту, вытянутую вдоль солнечного ветра с параметрами 400х12000 км, наклонение 90°, период 9,3 час. КА стабилизирован вращением с периодом 4 с. Европейский МРО планируется вывести на орбиту 400х1500 км, с наклонением 90°, и периодом 2,3 час.
Старт назначен на 20 октября 2018 года ракетой Ариан-5. В составе миссии два спектрометрических прибора, разработанные и изготовленные с российским участием.
На КА ММО размещена японская натриевая камера МСАСИ (MSASI), разработанная с российским участием [1]. Это высоко-дисперсионный изображающий спектрометр на основе интерферометра Фабри-Перо, работающий в узком спектральном диапазоне в окрестности дублета натрия D2 (589 нм). Он предназначен для анализа распределения натрия в экзосфере Меркурия и определения причин его появления. Наблюдения натриевой экзосферы будут проводится с пространственным разрешением 1/64 радиуса планеты; планируется обнаружить локальные изменения на масштабе времени нескольких часов, исследовать связи между поверхностью и распределением Na в экзосфере. Для получения изображения используется собственное вращение спутника ММО и дополнительная развертка при помощи сканирующего устройства. Механический сканер российского производства обеспечивает поворот плоского зеркала с шагом 45 угл. мин. Контроль углового положения осуществляет система на основе датчиков Холла. Одно полное изображение будет получено каждые 23 оборота аппарата вокруг своей оси.
На европейском КА МРО установлен ультрафиолетовый спектрометр ФЕБУС (PHEBUS), разработанный совместно специалистами Франции, Японии и России [2]. Прибор предназначен для регистрации спектров излучения экзосферы Меркурия в диапазоне вакуумного ультрафиолета. Спектрометр включает два канала (жесткого ультрафиолета, EUV, диапазон 55-155 нм и мягкого ультрафиолета FUV, диапазон 145-315 нм) на дифракционных решетках при спектральном разрешении 0,5-1 нм. В этом диапазоне расположены линии излучения нейтральных и ионизированных химических элементов (водород, гелий, ксенон, аргон, кислород, калий и кальций), что позволит уточнить химический состав экзосферы Меркурия. Входная оптика спектрометра, общая для обоих каналов, имеет возможность изменять направление визирования прибора на 360° в одной плоскости. Это дает широкую свободу выбора областей наблюдения и получения высотных профилей в широком диапазоне на орбите вокруг Меркурия, и гибкого планирования наблюдений (например Луны или Венеры) на перелете. Система наведения обеспечивает также проведение калибровок спектрометра по звездам. Она разработана в России. На основе запасного образца прибора ФЕБУС планируется аналогичный эксперимент ЛЭВУС на российском КА Луна-Ресурс Орбитальный (Луна-26).
Создание новых приборов для работы в необычных условиях часто требует применения новых технологий. Так, например, обеспечение работы сканера с электромоторами и датчиками Холла для магнитно-чистого спутника MMO потребовало разработки специальных магнитных экранов [3].
В данный момент наиболее актуальной задачей является разработка программ наблюдений в процессе перелета. Размещение прибора МСАСИ на КА MMO в транспортной конфигурации не позволяет выполнять наблюдения до разделения аппаратов. В то же время, прибор ФЕБУС на КА MPO сможет работать на перелете и провести научные наблюдения Луны в районе полюсов и Венеры во время двух пролетов, а также калибровочные наблюдения звезд.