Касси́ни — Гю́йгенс () — автоматическая межпланетная станция (АМС), созданная совместно НАСА, Европейским космическим агентством и Итальянским космическим агентством для исследования планеты Сатурн, его колец и спутников. Комплекс состоял из орбитальной станции «Кассини» и спускаемого аппарата с автоматической станцией «Гюйгенс», предназначенной для посадки на Титан.
Станция «Кассини — Гюйгенс» была запущена 15 октября 1997 года. 1 июля 2004 года после торможения вышла на орбиту спутника Сатурна. 25 декабря того же года спускаемый аппарат отделился от орбитальной станции и 14 января 2005 года вошёл в атмосферу Титана, обеспечив мягкую посадку автоматической станции на его поверхность. Первоначально миссия была запланирована до 2008 года, однако впоследствии продлена до лета 2010 года. 3 февраля 2010 года было объявлено о дальнейшем продлении программы до 2017 года.
4 апреля 2017 года Лаборатория реактивного движения объявила о грядущем завершении миссии «Кассини» 15 сентября 2017 года. Завершающий этап программы начался 26 апреля. Космический аппарат выполнил несколько коррекций своей орбиты вокруг Сатурна и 15 сентября 2017 года вошёл в его атмосферу.
Орбитальная станция «Кассини» — первый искусственный спутник Сатурна. Автоматическая станция «Гюйгенс» — первый космический аппарат, который совершил мягкую посадку во Внешней области Солнечной системе.
В итоге деятельности проекта на Землю было передано 635 ГБ данных, 453 048 снимков, выполнено 162 пролёта около спутников Сатурна, опубликовано 3948 научных публикаций.
Задачи
Основными целями миссии являлись: Определение структуры и поведения колец Сатурна; Определение геологической структуры и истории поверхности спутников; Определение природы и происхождения тёмного материала на одном из полушарий Япета; Исследование структуры и поведения магнитосферы; Исследование поведения атмосферы Сатурна и структуры облачного покрова; Исследование облаков и тумана в атмосфере Титана; Определение характера поверхности Титана.
История создания Космический зонд стал результатом сотрудничества трёх организаций; в процессе создания аппарата принимали участие 17 государств. Станция «Кассини» была построена усилиями НАСА. Зонд «Гюйгенс» был создан Европейским космическим агентством. Итальянское космическое агентство сконструировало антенну дальней связи и радарный высотометр (RADAR).
Общие затраты на миссию превышают 3,26 млрд долларов США, что включает в себя 1,4 млрд на предстартовую подготовку, 704 млн на обслуживание, 54 млн на поддержку связи с аппаратом и 422 млн на ракету-носитель Titan-401B/Центавр. Правительство США выделило 2,6 млрд долларов, Европейское космическое агентство — 500 млн, и Итальянское космическое агентство — 160 млн.
Конструкция
Станция «Кассини» вместе с зондом «Гюйгенс» стали самым большим функционирующим межпланетным комплексом, а также самым тяжёлым межпланетным аппаратом, когда-либо успешно покидавшим околоземную орбиту. Орбитальный аппарат без зонда имел массу 2150 килограммов. Вместе с Гюйгенсом, имевшим массу 350 килограммов, 3132 килограммами топлива и разгонным блоком, аппарат имел массу 5600 кг (только три станции за всю историю космических исследований имели большую массу — запущенные СССР зонды «Фобос-1», «Фобос-2» и российская АМС «Марс-96» — однако все они не выполнили возлагавшихся на них задач).
Орбитальный блок «Кассини» нёс 12 научных приборов: радар для построения подробных карт поверхности Титана и спутников с 4-метровой остронаправленной антенной и парой широконаправленных антенн, спектрометр для исследования частиц космической плазмы, инфракрасный спектрометр для удалённых измерений температуры, масс-спектрометр для изучения состава микрочастиц, спектрометры видимого и инфракрасного излучения, спектрометр ультрафиолетового излучения, анализатор космической пыли, магнитосферная камера, магнитометр и прочее.
Двигательная установка состояла из основного и дублирующего двухкомпонентных двигателей с тягой по 490 Н, работавших на метилгидразине и тетраоксиде диазота. В системе ориентации использовались 16 однокомпонентных маневровых двигателей на гидразине с тягой по 1 Н.
Электроэнергией станцию обеспечивали 3 радиоизотопных термоэлектрических генератора, сообща генерировавших 885 Ватт при старте в 1997 и 633 Вт в конце миссии в 2017 году.
Зонд «Гюйгенс» нёс 6 научных инструментов: для определения атмосферной структуры, доплеровский измеритель скорости и сноса, спектральный радиометр, газовый хроматограф/масс-спектрометр, коллектор аэрозолей и пиролизёр, пакет для научного исследования поверхности.
Хроника полёта Траектория
1997 15 октября — старт аппарата (08:43 UTC), с мыса Канаверал (Флорида, США) ракетой-носителем Titan 4B/Centaur.
1998 26 апреля — первый манёвр в гравитационном поле Венеры, для набора необходимой скорости.
1999 24 июня — второй манёвр в гравитационном поле Венеры. 18 августа — (03:28 UTC) манёвр в гравитационном поле Земли (мимо Земли корабль прошёл со скоростью 69 тысяч км/час). За час и 20 минут до наибольшего приближения, «Кассини» приблизился на минимальное расстояние к Луне (377 000 км) и сделал серию снимков.
2000 23 января — пролёт мимо астероида (2685) Мазурский (10:00 UTC). «Кассини» сфотографировал астероид с расстояния 1,6 млн км и оценил его диаметр как 15—20 км. 30 декабря — гравитационный манёвр в гравитационном поле Юпитера. В этот день Кассини приблизился к планете на минимальное расстояние и провёл ряд научных измерений. Также зонд сделал множество цветных изображений Юпитера, наименьшие видимые детали имеют размер примерно 60 километров в поперечнике.
2001 30 мая — во время перелёта от Юпитера к Сатурну, была замечена «дымка» в изображениях узкоугольной камеры Кассини (подобное впервые было отмечено на фотографиях звезды Майя из звёздного скопления Плеяд).
2004 11 июня сблизился с Фебой — одной из крупных лун Сатурна. 8 октября при близком прохождении возле Титана с помощью инфракрасной камеры был получен снимок образования на Титане, которое по всей видимости является криовулканом. С помощью спектрометра было установлено, что в истекающих потоках не преобладает водяной лёд. По некоторым версиям купол образован прорывом азотного льда на поверхность. В ночь с 24 на 25 декабря зонд «Гюйгенс» отделился и начал своё движение к Титану.
2005 14 января зонд «Гюйгенс» успешно вошёл в атмосферу Титана и совершил мягкую посадку на его поверхность.
2017 22 апреля космическая станция «Кассини» в последний раз облетела Титан и начала сближение с Сатурном, чтобы, совершив 22 оборота по спирали между планетой и её кольцами, 15 сентября войти в атмосферу и на этом завершить свою миссию. Последний сигнал от «Кассини» был получен на Земле 15 сентября в 14:55:46 московского времени (11:55:46 UTC). В действительности вхождение в плотные слои атмосферы и разрушение аппарата произошло на 83 минуты раньше, в 13:31:46 московского времени (10:31:46 UTC), в соответствии с расстоянием между Сатурном и Землёй на этот момент.
Сближения со спутниками Сатурна Объекты исследований Титан Рея Япет Диона Тефия Энцелад Мимас Гиперион Феба Янус Эпиметей Прометей Пандора Елена Атлас Пан Телесто Калипсо Мефона
Расположены по убыванию размеров (без соблюдения масштаба).
Основная часть миссии До 31 июля 2008 года было запланировано 45 сближений с Титаном, 4 сближения с Энцеладом, по 2 сближения с Япетом, Тефией и Реей, а также по одному сближению с Фебой, Дионой, Гиперионом и Мимасом.
№СпутникДата пролётаРасстояние, км 1. Феба 11 июня 2004 2068 2. Титан 26 октября 2004 1200 3. Титан 13 декабря 2004 2358 4. Япет 1 января 2005 65000 5. Титан 14 января 2005 60000 6. Титан 15 февраля 2005 950 7. Энцелад 17 февраля 2005 1179 8. Энцелад 9 марта 2005 500 9. Титан 31 марта 2005 2523 10. Титан 16 апреля 2005 950 11. Энцелад 14 июля 2005 1000 12. Мимас 2 августа 2005 45100 13. Титан 22 августа 2005 4015 14. Титан 7 сентября 2005 950 15. Тефия 24 сентября 2005 33000 16. Гиперион 26 сентября 2005 990 17. Диона 11 октября 2005 500 18. Титан 28 октября 2005 1446 19. Рея 26 ноября 2005 500 20. Титан 26 декабря 2005 10429 21. Титан 15 января 2006 2042 22. Титан 27 февраля 2006 1812 23. Титан 18 марта 2006 1947 24. Титан 30 апреля 2006 1853 25. Титан 20 мая 2006 1879 26. Титан 2 июля 2006 1911 27. Титан 22 июля 2006 950 28. Титан 7 сентября 2006 950 29. Титан 23 сентября 2006 950 30. Титан 9 октября 2006 950 31. Титан 25 октября 2006 950 32. Титан 12 декабря 2006 950 33. Титан 28 декабря 2006 1500 34. Титан 13 января 2007 950 35. Титан 29 января 2007 2776 36. Титан 22 февраля 2007 953 36. Титан 10 марта 2007 956 37. Титан 26 марта 2007 953 38. Титан 10 апреля 2007 951 39. Титан 26 апреля 2007 951 40. Титан 12 мая 2007 950 41. Титан 28 мая 2007 2425 42. Титан 13 июня 2007 950 43. Тефия 27 июня 2007 16200 44. Титан 29 июня 2007 1942 45. Титан 19 июля 2007 1302 46. Рея 30 августа 2007 5100 47. Титан 31 августа 2007 3227 48. Япет 10 сентября 2007 1000 49. Титан 2 октября 2007 950 50. Титан 19 ноября 2007 950 51. Титан 5 декабря 2007 1300 52. Титан 20 декабря 2007 953 53. Титан 5 января 2008 949 53. Титан 22 февраля 2008 959 54. Энцелад 12 марта 2008 995 55. Титан 25 марта 2008 959 56. Титан 12 мая 2008 959 57. Титан 28 мая 2008 959 58. Энцелад 30 июня 2008 101317 59. Титан 31 июля 2008 3980
Продлённый план пролётов В рамках расширенной миссии, продлённой до 10 июля 2010 года, предусматривался 21 пролёт Титана, 8 пролётов Тефии, 7 пролётов Энцелада, 6 пролётов Мимаса, 5 пролётов Реи и 3 пролёта Дионы. Также предусматривалось несколько сближений с малыми спутниками, среди которых одно с Еленой.
№ Название спутника Дата Расстояние, км 1. Титан 31 июля 2008 02:13 1613 2. Энцелад 11 августа 2008 21:06 54 3. Энцелад 9 октября 2008 19:07 25 4. Энцелад 31 октября 2008 17:15 197 5. Титан 3 ноября 2008 17:35 1100 6. Титан 19 ноября 2008 15:56 1023 7. Титан 5 декабря 2008 14:26 960 8. Титан 21 декабря 2008 13:00 970 9. Титан 7 февраля 2009 08:51 960 10. Титан 27 марта 2009 04:44 960 11. Титан 4 апреля 2009 01:48 4150 12. Титан 20 апреля 2009 00:21 3600 13. Титан 5 мая 2009 22:54 3244 14. Титан 21 мая 2009 21:27 965 15. Титан 6 июня 2009 20:00 965 16. Титан 22 июня 2009 18:33 955 17. Титан 8 июля 2009 17:04 965 18. Титан 24 июля 2009 15:34 955 19. Титан 9 августа 2009 9 14:04 970 20. Титан 25 августа 2009 12:52 970 21. Титан 12 октября 2009 08:36 1 300 22. Энцелад 2 ноября 2009 07:42 103 23. Энцелад 21 ноября 2009 02:10 1 607 24. Титан 12 декабря 2009 01:03 4 850 25. Титан 28 декабря 2009 00:17 955 26. Титан 12 января 2010 23:11 1 073 27. Рея 2 марта 2010 17:41 100 28. Елена 3 марта 2010 13:41 1803 29. Диона 7 апреля 2010 05:16 504 30. Энцелад 28 апреля 2010 00:11 103 31. Энцелад 28 апреля 2010 00:11 201 32. Титан 28 апреля 2010 00:11 1400 33. Титан 5 июня 2010 02:26 2044 34. Титан 21 июня 2010 01:27 955
Продление миссии
Первое продление 15 апреля 2008 года NASA объявило о продлении миссии на 2 года (до июля 2010 года). Старт новой миссии, получившей название «Кассини Равноденствие» (), был запланирован на 1 июля 2008 года. Эта миссия включала 60 дополнительных облётов вокруг Сатурна, 26 сближений с Титаном, 7 с Энцеладом и по одному с Дионой, Реей и Еленой. С научной точки зрения Кассини также предстояло изучить кольца Сатурна, его магнитосферу и саму планету.
Второе продление 3 февраля 2010 года было объявлено о дальнейшем продлении программы до сентября 2017 года. Первоначальное название продлённой миссии было «Продлённая-продлённая миссия» (), но затем оно было изменено на «Кассини Солнцестояние» (). Продлённая миссия включала в себя 155 дополнительных витков вокруг Сатурна, 54 сближения с Титаном и 11 с Энцеладом.
Первоначально предлагалось несколько вариантов того, что делать с аппаратом после окончания основной миссии: перевод аппарата на вытянутую орбиту, где аппарат не столкнётся ни с одним из спутников Сатурна;