История ESA, часть 1: рождение агентства и первые космические миссии

История становления объединенной Европы в качестве мирового космического игрока преисполнена трудностей и преград. После Второй мировой войны Старый свет покидало много выдающихся астрофизиков и конструкторов, которые подавляющим большинством сделали себе карьеру по ту сторону океана — в Соединенных Штатах Америки. Столь колоссальный отток мозгов привел к неопределенности относительно создания Европейского космического агентства (ESA) — организации, которая должна была бы обеспечить независимое присутствие Европы в космосе.

Впрочем, определенный процент ученых оставались работать в Европе, мотивированные мечтой о том, что однажды она получит свое собственное независимое космическое агентство. Это история о воплощении их мечты.

Предпосылки появления Европейского космического агентства: мечта Эдуардо Амальди

Еще до официального основания ESA, 30 мая 1975 года, появление агентства предсказывали выдающиеся ученые-визионеры своего времени. В декабре 1958 года итальянский физик Эдуардо Амальди, который славился трудами в области исследования нейтрино (этот термин в науку ввел сам ученый) и поиска гравитационных волн, встретился со своим давним коллегой, французским физиком Пьером Виктором Оже, и рядом ученых из восьми стран Западной Европы, чтобы обсудить будущее развитие европейской космической программы. 

По результатам этой встречи Амальди даже написал обнадеживающее письмо, в котором мечтал о появлении в Европе собственного независимого космического агентства, которое будет вести свою исследовательскую космическую деятельность на благо континента и всего мира. Кроме письма, встреча, состоявшаяся в 1958 году, имела и свои конкретные последствия — ученые пришли к согласию относительно создания двух отделенных друг от друга космических агентств: Европейской организации по разработке ракет-носителей (European Launcher Development Organisation, ELDO, 1962 год основания) и Европейской организации космических исследований (European Space Research Organisation, ESRO, 1964 год основания). Из названий этих двух структур можно сделать вывод, что ELDO занималась вопросами построения новых ракет-носителей и космических аппаратов, а задачей ESRO была разработка концепций космических миссий, в которых они будут задействованы.

Амальди и Оже стояли у истоков основания Европейской организации космических исследований. Ученым были хорошо знакомы механизмы координации научного сотрудничества в масштабах всей Европы, поскольку с 1954 года оба занимали руководящие должности в Европейской организации ядерных исследований (CERN). Сначала в состав новосозданной ESRO вошли 10 стран: Франция, Великобритания, ФРГ (Западная Германия), Швейцария, Швеция, Испания, Италия, Бельгия, Нидерланды и Дания. Ее первым генеральным директором стал Пьер Оже, а штаб-квартира организации разместилась в Париже.

Несмотря на то, что в теории ESRO и ELDO создавались как неразрывный тандем двух космических организаций, иногда их сотрудничество не было таким оживленным. Механизм взаимодействия обеих структур (в состав которых, к тому же, входили представители разных стран) тормозил вследствие классической для Европы бюрократии, недостатка финансирования и разногласий в интересах руководства.

В реальности это проявилось в проваленных сроках проектов. Когда в период с 1968 по 1972 год исследовательская ESRO сумела запустить семь спутников, ракетостроительная ELDO не могла предоставить ни одного действенного прототипа ракеты-носителя. Единственная предложенная ELDO ракета — Europa — за годы разработки дошла только до стадии тестовых запусков, каждый из которых, впрочем, завершился провалом.

Организация явно нуждалась в реформации, поэтому 30 мая 1975 года на Конференции полномочных представителей, проходившей в Париже, посланники 10 западноевропейских стран — участниц ESRO презентовали и подписали конвенцию ESA, фактически объединив ESRO и ELDO в единое агентство. В этот день Европейское космическое агентство родилось официально.

Первые шаги: рентгеновская обсерватория Cos-B

Первый успех новосозданного ESA на заставил себя долго ждать. 9 августа 1975 года на американской ракете Delta 2913 с космодрома базы Космических сил «Ванденберг» (в то время еще базы Воздушных сил) стартовал спутник для отслеживания космического гамма-излучения — Cos-B.

Конечно, Cos-B не был построен с нуля исключительно усилиями новосозданного ESA — запуск спутника состоялся тогда, когда с даты основания нового агентства не исполнилось и трех месяцев. Разработку Cos-B предложила ESRO еще в середине 1960-х годов, и даже сам запуск маркировался NASA как запуск для Европейской организации космических исследований. Однако контроль дальнейшего статуса миссии состоялся уже усилиями сотрудников нового космического агентства.

Главными целями космической миссии Cos-B было:

• исследование спектра и распределения галактических гамма-лучей;
• исследование природы распределения внегалактического гамма-излучения;
• картографирование и последующее внесение во Второй кембриджский каталог радиоисточников (2CG) наиболее сильных точечных источников гамма-излучения;
• поиск новых точечных источников гамма-излучения.

Для фиксации гамма-излучения спутник Cos-B был оснащен искрящимся детектором. Этот прибор позволял зафиксировать трек заряженных высокоэнергетических частиц в момент их прохождения сквозь инертный газ, которым было заполнено пространство между металлическими пластинами детектора. Гамма-частицы, двигаясь в полном инертного газа пространстве, оставляли за собой след из искр, которые и фиксировала камера детектора. Это решение было крайне популярным в экспериментальной ядерной физике в середине ХХ века, поэтому специалисты, стоявшие за разработкой Cos-B, решили оснастить подобным детектором и свой спутник.

Рентгеновская лаборатория на орбите почти втрое превысила свой расчетный эксплуатационный срок, и вместо 2,5 лет проработала шесть лет и восемь месяцев (окончательно миссия Cos-B завершена 25 апреля 1982 года). Данные, полученные спутником, позволили специалистам из ESA составить карту рентгеновского излучения, поступающего из центра нашего Млечного пути.

Опыт, полученный во время пионерской космической миссии ESA Cos-B, откроет путь к совершенствованию технологии спутниковых гамма-телескопов и в дальнейшем приведет к запуску новых европейских орбитальных рентгеновских обсерваторий. Преемницей Cos-B станет рентгеновская обсерватория EXOSAT (первоначальное название HELOS), которую ESA запустит 26 мая 1983 года. Спутник проработает почти три года (включая апрель 1986-го) и осуществит за время своей активности свыше 1780 наблюдений за крупнейшими источниками рентгеновского излучения в видимой Вселенной, открывая много новых источников точечного гамма-излучения, преимущественно пульсаров.

Квинтэссенцией же европейских рентгеновских обсерваторий на орбите стал многозеркальный XMM-Newton (X-ray Multi-Mirror), запущенный спустя 24 года после Cos-B, в декабре 1999-го, в рамках реализации программы ESA — Horizon 2000. Начав плодотворную работу по исследованию Вселенной в рентгеновском диапазоне в июле 2000 года, XMM-Newton до сих пор пребывает в активном статусе, пополняя свой задел научных исследований. За почти двадцатилетний период функционирования на данные, полученные с помощью XMM-Newton, опирались более 5600 научных работ (по состоянию на 2018 год) по астрономии. На сегодня ESA планирует продолжить деятельность XMM-Newton как минимум до 2026 года, что для научного сообщества означает еще больше работ, написанных по результатам этих исследований.

В целом же удачный опыт запуска первой космической рентгеновской обсерватории Cos-B повысит уверенность ESA в собственных силах и уже в 1980-х годах приведет к появлению концепции первых европейских межпланетных миссий. Пионером на этом пути станет миссия космического аппарата Giotto, который в 1985 году отправится в путешествие к комете Галлея.

Тайны комет: опыт Giotto и Rosetta

Своим названием роботизированный космический аппарат Giotto обязан итальянскому художнику Джотто ди Бондоне, который в начале ХIV века первым художественно изобразил комету Галлея на своей картине «Поклонение Волхвов».

Планы исследовать комету Галлея появились у ESA еще в 1980 году. Для полного анализа космический аппарат Giotto нес на борту целый арсенал из 10 научных приборов, среди которых были: магнитометр (MAG), устройство для измерения массы частиц пыли, осевших на детектор спутника (DID), пара анализаторов космической плазмы (RPA и JPA), две разновидности спектрометров массы (нейтральный NMS и ионный IMS), энергетический анализатор частиц (EPA), анализатор размера и химического состава пылинок, которые оставляла после себя комета (PIA), радиоволновой анализатор GRE, многоцветная камера (HMS), закрепленная на телескопе диаметром 16 см, и оптический прибор (OPE), измерявший коэффициент излучения газа и пыли, что клубились позади космического корабля.

Беспилотный космический корабль Giotto был не единственным, кто отправился на встречу с кометой Галлея. Для более точного наведения Giotto на его главную цель — ядро кометы, зонду предшествовали еще четыре космических аппарата (два советских зонда из программы «Вега», и два зонда от японской JAXA: Sakigake и Suisei). Вместе пять космических аппаратов образовали так называемую Армаду Галлея, главной целью которой стало более точное определение местоположения движущейся кометы в пространстве во время ее пролета внутренней частью Солнечной системы. Японские зонды вместе с активным на тот момент американским International Cometary Explorer от NASA проводили измерения расстояния до кометы на значительном удалении и впоследствии передали эти данные советским коллегам, задачей которых было выяснение точного расстояния до ядра кометы с помощью двух космических аппаратов «Вега». Миссия же европейского Giotto заключалась в том, чтобы, опираясь на предварительные данные, полученные от Армады Галлея, оптимально приблизиться к желаемой комете.

2 июля 1985 года Giotto стартовал с космодрома ESA во Французской Гвиане, закрепленный в отделении полезной нагрузки ракеты Ariane 1. Его путешествие длилось больше девяти месяцев и триумфально завершилось приближением к ядру кометы Галлея 14 марта 1986 года. За 10 и 5 дней до этого события к комете подлетели два советских зонда — «Вега-1» (4 марта 1986) и «Вега-2» (9 марта 1986), однако наименьшая дистанция до ядра кометы составляла лишь 8889 км. Малыш Giotto сократил эти показатели почти в 15 раз и подошел максимально близко — 596 км до кометного ядра.

Во время приближения не сбылись пессимистические прогнозы специалистов ESA, руководивших миссией. Ученые опасались, что Giotto не переживет столкновения с частицами пыли и мелкими космическими обломками, которые комета оставила позади себя. Несколько раз Giotto действительно потерпел столкновения, одно из которых даже вывело из строя его камеру HMS. К счастью ESA, это произошло уже после того, как зонд с близкого расстояния сделал первые в истории фотографии ядра кометы Галлея.

После окончания миссии по приближению к комете Галлея траектория Giotto была переориентирована на Землю, и научное оборудование зонда выключилось для экономии энергии. Космический анабиоз Giotto длился более четырех лет, далее зонду поставили новую задачу — приблизиться к комете Григга–Шкеллерупа (26P/Grigg-Skjellerup), которая также вошла во внутренние пределы Солнечной системы. 10 июля 1992 года Giotto подлетел к ядру кометы Григга–Шкеллерупа на расстояние 200 км, и так же, как ранее с кометой Галлея, осуществил основные замеры космического тела с помощью своего научного инструментария. В конце июля 1992 года оборудование зонда окончательно отключилось, однако он по-прежнему находился на своей вытянутой эллиптической орбите и еще раз миновал Землю в 1999 году.

Как и в случае с рентгеновской обсерваторией Cos-B, Giotto был лишь первой ласточкой космических миссий ESA по исследованию комет Солнечной системы. Пожалуй, самым впечатляющим успехом этой научной работы стала миссия космического аппарата Rosetta по исследованию кометы Чурюмова–Герасименко (67Р).

Аппарат Rosetta стартовал 2 марта 2004 года на борту ракеты Ariane 5 и направился навстречу объекту своего исследования — в общей сложности путь к комете Чурюмова–Герасименко длился свыше 10 лет. Он завершился историческим приближением к 67Р, которое произошло 7 мая 2014 года. Зонд более 17 месяцев вращался вокруг кометы, сделав множество высокодетализированных фотографий ее поверхности и проведя ряд дистанционных исследований с помощью своего арсенала из 12 научных инструментов.

Впрочем, для Rosetta фотосессия кометы была лишь началом ее удивительной миссии. 12 ноября 2014 года от зонда отделился посадочный модуль Philae, который совершил первую в истории человечества мягкую посадку на ядро кометы. Это был ошеломляющий успех для команды Rosetta (участие в которой в разное время развития программы принимали более 2000 человек), и для ESA в целом. Несмотря на то что аппарат приземлился в полную тени каменистую щель кометы, которая мешала ему должным образом получать свет для заряда своих батарей, материнский модуль Rosetta смог сфотографировать Philae в сентябре 2016 года, во время еще одного приближения к комете Чурюмова–Герасименко на расстояние 2,7 км.

После уверенного старта межпланетных миссий, направленных на исследование комет, ESA начнет посягать на еще более крупные объекты Солнечной системы. На очереди был ряд планетарных миссий европейского агентства. Читайте об этом в продолжении нашего материала.