Hera долетела до Дидима⁠⁠

Вчера ESA выложило ролик подлёта Hera к двойному астероиду Дидим. Кадры там снимала основная камера AFC с 5 по 27 октября. На первом кадре вся система — одна светлая точка с 270 тыс. км. На последнем — уже два астероида с 360 км.

Ролик красивый, но по нему не видно, как аппарат вообще тормозит у объекта размером меньше километра. Поэтому я выгрузил траекторию Hera относительно Дидима из JPL Horizons с шагом в час и построил несколько графиков. Данные до 6 ноября — это пройденный путь, дальше — текущий план полёта, который ещё может поменяться.

Зачем она к ним летит?

Коротко для тех, кто пропустил. В 2022 году аппарат NASA DART массой 580 кг врезался в Диморф — маленький спутник Дидима — на скорости около 6,1 км/с. Период обращения Диморфа вокруг Дидима сократился на 33 ± 1 минуту, заметно больше, чем ожидали (ESA). Так впервые человечество измеримо изменило орбиту небесного тела. Hera — это «выезд на место аварии»: посмотреть кратер, измерить массу Диморфа и понять, насколько повторим такой способ отклонения астероидов.

В сентябре 2022 года аппарат NASA DART массой 579 кг врезался в Диморф на скорости 6,1 км/с. Последние четыре часа он наводился сам, без команд с Земли. По требованиям миссии хватило бы изменить период обращения Диморфа вокруг Дидима хотя бы на 73 секунды. Вышло 33 минуты 15 секунд — в 27 раз больше, по данным JPL.

Так много получилось потому, что Диморф — не монолит, а куча щебня. От удара из него вылетели десятки тысяч тонн грунта, и эта масса толкнула астероид как реактивная струя. В итоге выброс дал толчок в 2–4 раза сильнее, чем сам аппарат. Заодно Диморф из сплюснутого шара стал вытянутым, «как арбуз», а его орбита перестала быть круговой (JPL).

Точнее посчитать мешает одна вещь: массу Диморфа с Земли не измерить. Поэтому и нужна Hera. Её задача — взвесить Диморф, найти кратер и превратить удачный эксперимент в метод, который можно заранее рассчитать для настоящего опасного астероида.

Подлёт

Шкала логарифмическая, иначе последние сотни километров просто не видно. 6 сентября Hera была в миллионе километров от Дидима. Обе точки с кадров ESA — 270 тыс. км 5 октября и 360 км 27 октября — ложатся точно на линию из Horizons. С начала ноября Hera держится в 25–45 км от астероидов.

ESA пишет, что Hera тормозила «с 12 км/с до почти нуля». 12 км/с — это скорость относительно Земли. Относительно самого астероида Hera подлетала со скоростью всего ~296 м/с, около 1070 км/ч. Погасить нужно было именно её.

По эфемеридам видно девять манёвров:

• 2 октября — 10 м/с, ещё в 350 тыс. км

• 15 октября — главный удар: 179 м/с в 47 тыс. км и через 11 часов ещё 20 м/с

• 21–22 октября — 66 и 7 м/с, примерно в 2 тыс. км

• 25, 28 и 31 октября — 5 м/с, 2,6 м/с и 23 см/с

• 4 ноября — 12 см/с, это уже первая дуга у астероидов

В сумме около 290 м/с. Каждая следующая ступенька на графике примерно в 3–10 раз меньше предыдущей. Видимо, это и есть та стратегия «тормозить позже и сильнее», благодаря которой ESA прилетела на месяц раньше. Цифры Δv я посчитал сам по скачкам скорости в часовых данных, так что это оценка, а не официальные значения.

Почему нельзя просто выйти на орбиту

Гравитация у Дидима примерно в 40 тыс. раз слабее земной. Я прикинул вторую космическую для Дидима, взяв массу около 5·10¹¹ кг. На расстоянии 30 км она выходит всего 4–5 см/с. Hera движется относительно астероида со скоростью 10–15 см/с, то есть в 2–3 раза быстрее (нижний правый график). Поэтому Hera не на орбите: каждая её дуга — это кусок гиперболы, и без манёвров аппарат просто улетел бы.

Так сделано специально. ESA называет это «гиперболическими дугами» — тот же приём использовала Rosetta у кометы Чурюмова–Герасименко. Дуги чередуются по 3 и 4 дня, вместе ровно неделя. В данных это видно буквально: манёвры по плану идут по средам и субботам в 02:00. На главном графике видна вся эта «паутина» со стороны Солнца, а точки на ней — места манёвров. Ещё одно достоинство схемы: если какой-то манёвр сорвётся, Hera не упадёт на астероид, а просто медленно уйдёт от него.

Ещё заметил: с декабря манёвры в плане становятся почти вдвое сильнее — 20–26 см/с вместо ~14. Скорость начинает скакать между 10 и 14 см/с, а дуги проходят ближе, до 26 км. Официально, что за этим стоит, я не нашёл.

Что дальше

• 25 ноября ESA обещает выложить детальные снимки обоих астероидов, в том числе места удара DART.

• Потом с Hera отделятся два кубсата. Milani будет изучать пыль и состав поверхности, Juventas — просвечивать Диморф радаром и мерить гравитацию. Оба в конце должны сесть на Диморф.

• Основная миссия рассчитана как минимум до июня 2027 года.