Касини-Хюйгенс е космически апарат, съвместен проект на НАСА, Европейската космическа агенция (ЕКА) и Италианската космическа агенция (ИКА). Основна цел на мисията е изследване на Сатурн и неговите спътници. Апаратът се състои от две основни части: автоматичната междупланетна станция Касини, носеща името на астронома Джовани Доменико Касини, и спускаемия модул Хюйгенс, носещ името на астронома Кристиян Хюйгенс.
Апаратът е изстрелян на 15 октомври 1997 г. и влиза на орбита около Сатурн на 1 юли 2004 г. На 25 декември 2004 г. спускаемият модул се отделя от орбиталния модул и навлиза в атмосферата на Титан на 14 януари 2005 г. Спускаемият модул предава данни за атмосферата и повърхността на спътника, и прави множество снимки.
Касини-Хюйгенс е първият апарат на орбита около Сатурн и едва четвъртият, посетил планетата.
На 15 септември 2017 г. е извършено контролирано унищожение на космическия апарат чрез изгарянето му в атмосферата на Сатурн. Този метод е избран от съображения за предотвратяване на потенциално биологично замърсяване. Факторите, определили решението, са количеството останало гориво, състоянието на апаратурата и финансирането на проекта.
Общи задачи и характеристики
Основните цели на мисията са:
Установяване на триизмерната структура и динамика на планетарните пръстени на Сатурн. Установяване на състава на спътниците и геологическата им история. Установяване на произхода на тъмния материал на водещото полукълбо на Япет. Измерване на триизмерната структура и динамика на магнитосферата на Сатурн. Изследване на динамиката на атмосферата на Сатурн. Изследване на облачната покривка и смог на Титан. Изследване на повърхността на Титан.
Апаратът Касини-Хюйгенс е изстрелян на 15 октомври 1997 г. от базата на американските ВВС в Кейп Канаверал, Флорида, САЩ от стартов комплекс 40, използвайки ракетата на ВВС Титан IVB/Кентавър. Ракетата е съставена от двустепенен ускорител Титан IV с присъединени два твърдогоривни ускорителя, горната степен Кентавър и полезен товар, състоящ се от космическия апарат.
Космическият апарат от своя страна се състои от орбиталната станция Касини и спускаемия модул Хюйгенс. За космическия апарат е предвидена орбита около Сатурн и сближавания с неговите спътници в продължение на четири години, а за спускаемия модул – изследване на повърхността и атмосферата на Титан.
Касини-Хюйгенс е продукт на сътрудничеството на три космически агенции, включващи 17 страни. Орбиталният модул е построен и управляван от НАСА и JPL към Калифорнийския технологичен институт, докато сондата Хюйгенс е построена от ЕКА. ИКА достави основната антена на орбиталния модул и компактния и лек многофункционален радар.
Общата стойност на мисията е около 3,26 милиарда щатски долара, в това число 1,4 милиарда за предстартова разработка, 422 милиона за ракетата изстреляла апарата, 704 милиона за опериране на мисията и 54 за наблюдение. Делът на НАСА е 2,6 милиарда, следван от 500 милиона на ЕКА и 160 милиона на ИКА.
Конструкция За апарата първоначално е било планирано да бъде стабилизиран по трите оси, захранван от РТГ тип Маринър Марк II, разработен за мисии отвъд орбитата на Марс. Касини е бил разработван съвместно с апарат, предназначен за посещения на комети и астероиди, но поради съкращения в бюджета на НАСА този проект е бил спрян.
Апаратът, състоящ се от орбиталния и спускаем модули, е един от най-големите (по-тежки са само апаратите по съветската програма Фобос) и със сигурност най-сложен апарат, изстрелван някога. „Сухата маса“ на орбиталния модул е 2150 килограма. Общата маса на целия комплекс е 5600 килограма, като в това число влизат и тежащата 350 кг сонда Хюйгенс и 3132 кг гориво за маневриране на орбиталния модул. Апаратът има размери от проблизително 6,9 метра височина и 4 метра ширина. На борда са налични 1630 електрически вериги, 22000 жични съединения и над 14 километра кабели.
Касини ще се намира от 8,2 до 10,2 АЕ от Земята по време на своята мисия, което значи, че ще отнема на радиосигналите от апарата да достигнат до Земята между 1 час и 8 минути и 1 час и 24 минути. Този факт налага внимателно планиране на мисията поради това, че на наземното управление ще са необходими до 3 часа за изпращане на нови инструкции към апарата в случай на непредвидени обстоятелства.
Оборудване Оборудването на Касини включва: радар със синтетична апертура CCD оптична система спектрометър във видимия и инфрачервен диапазон композитен инфрачервен спектрометър прибор за анализ на космически прах уред за радио и плазма експерименти плазмов спектрометър ултравиолетов спектрограф магнитосферен инструмент магнитометър масспектрометър
Телеметрията се осъществява посредством антена и други специални предаватели и ще се използва за анализ на атмосферите на Титан и Сатурн, както и за измервания на гравитационните полета на планетата и спътниците ѝ.
Плазмен спектрометър Плазменият спектрометър е прибор за измерване на енергията и заряда на частици, като протони и електрони. Предназначен е за изследване на молекули от йоносферата на Сатурн и регистриране на конфигурацията на магнитното поле на планетата, както и нейното взаимодействие със слънчевия вятър .
Анализатор на космически прах Анализаторът на космически прах е прибор за измерване на големината, скоростта и посоката на малки частици в близост до Сатурн. Някои от тези частици са на орбита около планетата, докато други са с междузвезден произход. Инструментът ще помогне да бъде разкрит строежът на планетарните системи и произхода на Вселената.
Инфрачервен спектрометър Инфрачервеният спектрометър е инструмент, измерващ инфрачервеното лъчение на даден обект (идващо от атмосферата или повърхността на спътник), като по този начин бива установена термпературата и съставът на този обект. Инструментът на борда на Касини-Хюйгенс ще измери температурата на атмосферата на Сатурн и неговите пръстени. Ще бъдат съставени вертикални температурни профили и оценени съставът и концентрацията на аерозоли и облаци.
Йонен и неутрален масспектрометър Йонният и неутрален масспектрометър е предназначен за анализиране на заредени частици като протони и тежки йони, както и неутрални частици като атоми в близост до Титан и Сатурн с цел изучаване на техните атмосфери. Ще бъдат направени измервания и на ледените спътници на Сатурн, както и на пръстените на планетата.
Визуална система Визуалната система представлява система от камери позволяващи заснемането на снимки във видимия, инфрачервения и ултравиолетовия диапазон. Има две камери – широкоъгълна и тясноъгълна. Всяка от тях включва високочувствителни CCD с разделителна способност от 1024 на 1024 пиксела, всеки с размери от 12 микрометра. Инсталирани са филтри, позволяващи заснемането в диапазона на дължини на вълната от 0,2 до 1,1 μm.
Магнитометър Магнитометърът е инструмент, измерващ силата и посоката на магнитните линии на магнитното поле на Сатурн. Магнитното поле на планетата отчасти е породено от движението на материал в разтопената ѝ вътрешност, а измерванията на полето позволяват разгадаване на процесите, протичащи там. С помощта на инструмента се очаква да се създаде триизмерен модел на магнитосферата на Сатурн, както и на Титан и другите по-малки спътници.
Инструмент за магнитосферни наблюдения Инструментът за магнитосферни наблюдения е инструмент за заснимане на частици в магнитното поле на Сатурн. С негова помощ ще бъде изследвана конфигурацията и динамиката на полето и взаимодействието му със слънчевия вятър, атмосферата на планетата и нейните спътници.
Радиолокационен инструмент Радиолокационният инструмент ще предостави възможност за съставяне на карти на повърхността на Титан и измерване на височината на различните геологични образувания на спътника. Инструментът излъчва радиовълни, които се отразяват от повърхността на Титан и се връщат обратно до Касини. Чрез точното измерване на продължителността на интервала между излъчеането и получаването на радиовълните може да се характеризира теренът на Титан. Ще бъдат изследвани и радиолъченията на Сатурн и други от неговите спътници.
Радио и плазмен инструмент Радио и плазменият инструмент ще изследва радиосигналите на Сатурн, в това число радиосигналите, породени от взаимодействието на слънчевия вятър със Сатурн и Титан. Основните задачи на инструмента са изследване на електрическите и магнитни полета на междупланетното пространство и магнитосферата на Сатурн. Ще бъдат определени и електронната плътност и температура в близост до Титан и в някои райони от магнитосферата на Сатурн. В допълнение, ще бъдат съставени карти на магнитното поле на Сатурн и йоносферата му, както и ще бъдат изследвани светкавиците в атмосферата на планетата.
Радиосистема Радиосистемата използва радиоантени на Земята за регистриране на промените в радиовълните, излъчени от Касини след преминаване през различни обекти като атмосферата на Титан, пръстените на Сатурн или Слънцето. Ще бъдат изследвани съставът на атмосферите и йоносферите, радиалната структура и размер на частиците в пръстените на Сатурн, както и въздействието на гравитацията на Слънцето върху разпространението на радиовълните. За целта се използва X-лентата за комуникации, както и S-лентата за комуникация Касини-Земя и Ka-лентата за комуникация Земя-Касини.
Ултравиолетов спектрограф Ултравиолетовият спектрограф е предназначен за заснемане на отразена ултравиолетова светлина от обекти като облаците и пръстените на Сатурн, с цел изучаване на техния състав. Регистрират се дължини на вълните от 55,8 до 190 nm. Инструментът може да заснеме многобройни снимки и позволява изучаването на динамиката на обектите.
Спектрометър във видимия и инфрачервен диапазон Спектрометърът във видимия и инфрачервен диапазон е предназначен за заснимане на обекти във видимия и инфрачервен диапазон като повърхността на различни спътници и пръстени, както и атмосферите на Титан и Сатурн. Могат се наблюдават окултации на звезди при тяхното преминаване през пръстените на Сатурн с цел изследване структурата на последните. Ще бъдат изследвани дължини на вълните от 0,35 до 5,1 mm. Една от основните цели на инструмента е изследване на атмосферните явления на Сатурн.
Плутоний на борда
Поради отдалечеността на Сатурн от Слънцето, слънчевите панели не са практичен източник на енергия. По тази причина електрическата енергия за системите на апарата се добива от радиоизотопен термоелектричен генератор (РТГ), който преработва топлината на радиоактивен разпад на плутония в съединението плутониев диоксид. С времето енергията, генерирана от РТГ, намалява поради намаляването на концентрацията на плутония, средно с около 1% годишно. РТГ на борда на Касини е разчетен за използване в продължение на поне 11 години, като в края на този период той ще генерира поне 628 вата.
На борда на Касини по време на пуска се намират 32,8 кг плутоний – най-голямото количество, изстрелвано в Космоса дотогава. Този факт привлича вниманието на значителен брой природозащитни групи, които протестират срещу изстрелването на толкова голямо количество радиоактивен материал поради опасения, че в случай на стартова авария той може да се разпръсне по земната повърхност и да замърси значителни площи и изложи на риск живота на много хора. НАСА от своя страна уверява обществеността, че шансовете за авария са минимални. За последен път демонстрации се провеждат през август 1999 г., когато апаратът се сближава със Земята и използва нейната гравитация, за да се ускори по посока към Сатурн.
Спускане на Хюйгенс
Сондата Хюйгенс, конструирана от Европейската космическа агенция и кръстена на холандския астроном Кристиан Хюйгенс, навлиза в атмосферата на Титан на 15 януари 2005 г. Сондата успешно се спуска на повърхността на спътника и предава данни.How to Land on Titan , Ingenia, June 2005