Автономно и с точностью до миллиметра: спутники сымитировали солнечное затмение

Затмения позволяют ученым увидеть верхний, самый разреженный и горячий слой атмосферы Солнца — корону, которая обычно невидима из-за яркого света диска звезды. Обычные затмения, когда между наблюдателем на Земле и солнечным диском оказывается Луна, длятся всего несколько минут и происходят около 60 раз в столетие. Можно создать «искусственное затмение» и на Земле, закрыв диск Солнца непрозрачным кругом, но на точность наблюдений влияет земная атмосфера. Однако европейские ученые нашли способ проводить необходимые исследования короны чаще.

Чтобы создать эффект «солнечного затмения», первый спутник — Occulter («Затемнитель»), — оснащенный 1,4-метровым диском, отбрасывал тень на второй —  Coronagraph («Коронограф»). Этот способ позволял изучать солнечную корону без помех со стороны земной атмосферы. Два космических аппарата выстроились в линию по направлению к Солнцу таким образом, чтобы диск«Затемнителя» отбрасывал 5-сантиметровую тень на оптический прибор «Коронографа».

Таким образом, два небольших спутника, взаимодействующие друг с другом, имитировали работу одного большого аппарата длиной 150 метров.

Эксперимент прошел на орбите высотой более 50 тыс. км над Землей. На таком расстоянии гравитация планеты слаба, что позволяет выстраивать необходимое взаимное положение аппаратов при малом расходе топлива. При этом требуется повышенная точность при маневрах. Чтобы отбрасываемая на «Коронограф» тень была четкой, аппараты должны были сохранять беспрецедентную точность позиционирования.

Достичь высокого уровня синхронизации удалось благодаря технологиям автономной навигации. Аппараты используют сразу несколько систем: сигналы глобальной навигационной спутниковой системы, межспутниковую радиосвязь, телекамеры, отслеживающие метки на корпусе соседнего аппарата, лазерный дальномер (FLLS), измеряющий расстояние между аппаратами с миллиметровой точностью, и датчик положения тени, который корректирует положение «Коронографа», чтобы он всегда оставался в «затемненной» зоне.

Система работает полностью автономно, без постоянного контроля с Земли — алгоритмы самостоятельно поддерживают нужную конфигурацию. Наземные операторы управляли полетом аппаратов только во время запуска и получали информацию о местоположении, чтобы определить точное распределение двух спутников в космосе. Для сближения использовались двигатели спутников.

Успех эксперимента имеет далеко идущие последствия. Помимо изучения солнечной короны, технология может использоваться для создания крупных космических обсерваторий и даже для межпланетных полетов, во время которых несколько зондов смогут работать как единый научный комплекс. При этом в ЕКА отмечают, что идея не новая: подобную концепцию пыталось осуществить NASA в 1975 году, используя космический корабль «Аполлон» для защиты советского корабля «Союз» от Солнца.

Два аппарата Proba-3 отправились на высокую эллиптическую околоземную орбиту с помощью индийской ракеты-носителя PSLV, взлетевшей со стартовой площадки Космического центра им. Сатиша Дхавана. Ожидается, что два спутника смогут изучать корону каждые 19 часов 36 минут. Срок их работы на орбите составляет не менее двух лет.