6. Строим «птичку».

Корпус открытий.

Во всей команде «Новых горизонтов», которая конструировала, строила и запускала аппарат, было более 2500 человек. Алан часто называл их «Корпусом открытий» — именем, которое носила неустрашимая экспедиционная компания Льюиса и Кларка[16] за 200 лет до полета к Плутону.

Почти половина всего персонала «Новых горизонтов» работала над ракетой-носителем, двухступенчатой «Атлас-5» с третьей ступенью, изготовленной по особому заказу. Примерно треть персонала проектировала и строила космический аппарат и научные приборы, а также планировала или выполняла управление полетом. Оставшиеся занимались получением одобрения на запуск аппарата с атомным источником энергии, состояли в научной команде, входили в отдел связи с общественностью или другие отделы.

Этот персонал работал не только в Юго-Западном исследовательском институте или Лаборатории прикладной физики, в проекте участвовало более 100 компаний и университетов, в также NASA и другие правительственные агентства. Главными подрядчиками Лаборатории прикладной физики, Юго-Западного исследовательского института и NASA были компания Ball Aerospace, которая изготовляла обзорную фотокамеру Ralph; Лаборатория реактивного движения, которая обеспечивала работу Сети дальней космической связи, поддерживающую контакт «Новых горизонтов» с Землей; Lockheed Martin, отвечающая за гигантскую ракету «Атлас-5»; Boeing, который строил третью ступень ракеты, необходимую, чтобы укомплектовать «Атлас-5» и ускорить полет «Новых горизонтов» к Юпитеру; Aerojet (ныне — Aerojet Rocketdyne), занимающийся и двигательной установкой космического аппарата, и твердотопливными ускорителями «Атласа V», а также Honeywell — производитель гироскопов, которые помогут «Новым горизонтам» сохранять ориентацию в космосе.

С точки зрения организации руководство проектом осуществлялось из офиса Алана в Юго-Западном исследовательском институте в Боулдере, причем у него был свой собственный штат, находящийся в подчинении у научного руководителя. Но большинство инженерных задач и операций по руководству полетом легли на плечи Лаборатории прикладной физики, которая проектировала и строила космический аппарат и осуществляла управление полетом. Юго-Западный исследовательский институт вел разработку семи научных приборов, а также отвечал за создание научного ЦУПа и его наполнение персоналом.

На этапе предложения и начальной разработки и строительства аппарата руководителем проекта в Лаборатории прикладной физики был Том Кофлин. Когда в конце 2003 г. Том вышел на пенсию по состоянию здоровья, Том Кримигис попросил Алана заменить Кофлина человеком по своему выбору. Алан высказался за кандидатуру Глена Фонтейна.

Глен был очень опытным менеджером проектов и ветераном многих космических полетов Лаборатории прикладной физики, у него сложились близкие и доверительные отношения с Аланом. Как и Клайд Томбо, Глен вырос в маленьком фермерском городке в Канзасе и в итоге занялся исследованием самых дальних рубежей Солнечной системы.

Во время работы над проектом «Новых горизонтов» Глен руководил инженерным отделом космического отделения Лаборатории прикладной физики и помогал с технической разработкой экспедиции. «Вообще-то, — вспоминает Глен, — Алан приехал и жил через коридор от меня в течение трех месяцев, пока мы составляли проект». Позднее, после того как «Новые горизонты» победили в конкурсе, Глен стал ключевым человеком для «получения одобрения на старт с источником атомной энергии», проведя рейд через лабиринт законодательных ловушек, чтобы запустить космический аппарат, получающий энергию от плутония.

В Юго-Западном исследовательском институте Билл Гибсон был одновременно и менеджером проекта, и менеджером по полезной нагрузке, ответственным за то, чтобы все семь научных приборов были разработаны, изготовлены и проверены. Также он отвечал за повседневный бюджет, расписания и работу с подрядчиками. Гибсон был самым опытным менеджером Юго-Западного института, которому приходилось работать с космическими аппаратами, а также человеком, прекрасно умеющим взаимодействовать с людьми. Его голос с мягким южным акцентом помогал примирить оппонентов даже на самых напряженных совещаниях, где принимались непростые решения.

И в Юго-Западном исследовательском институте, и в Лаборатории прикладной физики «Новые горизонты», вызывающая повышенный интерес «первая экспедиция к последней планете», привлекала самых лучших специалистов, какие только были, как из лидеров инженерных команд, так и из групп управления полетом. В нее набирали звездные команды из талантливых и преданных своему делу менеджеров на пике их карьеры, имеющих большой технический опыт и неистощимую энергию. Изнурительное четырехлетнее расписание проектирования / строительства / проверок / запуска требовало очень многого. Также из-за него приходилось постоянно путешествовать, работать по ночам, по выходным и в праздники и, кроме того, неуклонно стремиться к идеалу, потому что в расписании не было времени на переделки, а также не имелось ни второго космического аппарата, ни ракеты-носителя на случай, если с «Новыми горизонтами» что-то пойдет не так.

Сохраняя связь.

Как мы уже упоминали ранее, «Новые горизонты» столкнулись с чрезвычайно трудной задачей: подготовить и провести экспедицию, уложившись в более скромный бюджет, чем их предшественник «Вояджер». Если учитывать инфляцию, то средств было в пять раз меньше, и это заставляло серьезно поразмыслить о том, как и где имеет смысл экономить деньги, а где скупердяйничать не стоит.

Создание нового космического аппарата обходится очень дорого, поскольку каждая его часть и каждый процесс должны быть проверены и подтверждены, чтобы убедиться: машина перенесет тяготы далекого путешествия, в котором рядом с ней никого не будет. Чтобы сэкономить и одновременно повысить надежность, в «Новых горизонтах» использовались разработки электронной техники для предыдущих межпланетных экспедиций Лаборатории прикладной физики. Где только возможно, команда старалась не начинать работу с чертежей. Например, Лаборатория прикладной физики почти полностью скопировала систему передачи команд и данных со своих только что законченных аппаратов «Мессенджер» и «Контур», а Юго-Западный исследовательский институт собрал ультрафиолетовый спектрометр Alice «по мотивам» подобного спектрометра, разработанного для полета орбитальной АМС «Розетта» к комете.

В «Новых горизонтах» были значительно усовершенствованы системы связи, позволяющие передавать и получать информацию в обе стороны: с Земли на зонд — команды, а данные и информацию о «состоянии здоровья» (телеметрию) — с зонда на Землю. Как мы уже говорили, команда «Новых горизонтов» приняла решение понизить функциональные возможности системы связи у Плутона, потому что антенны имеют большой вес, а для передачи из глубокого космоса требуется много энергии. Также подобное уменьшение скорости передачи данных экономило средства, чтобы уложиться в бюджет, выделенный NASA. Но это означало, что после пролета Плутона потребуется больше года на то, чтобы передать всю собранную информацию на Землю. Алан сказал команде: «Если мы не уложимся в финансовые рамки, то вообще никуда не полетим. Я понимаю, что вы бы предпочли передавать данные побыстрее, но, если мы действительно хотим отправиться к Плутону, мы должны не превышать смету NASA, а это означает: нам придется идти на компромиссы».

Мудрые конструкторские решения для создания экономной и почти невесомой системы связи для «Новых горизонтов» являются всего лишь одним из примеров того, как принималось множество решений — от двигателя и управления полетом до хранения данных и регулирования температуры, — чтобы создать космический аппарат, направляющийся к внешним планетам и полностью меняющий все представления о том, сколько должен стоить такой полет.

Выбор ракеты.

Чтобы добраться до Плутона так быстро, как только возможно, команде «Новых горизонтов» требовалось построить очень легкий космический аппарат и обзавестись мощной ракетой. Такое сочетание (вместе с гравитационным маневром в поле притяжения Юпитера) было способом добиться самой высокой возможной скорости для того, чтобы достичь границ Солнечной системы. В то время, когда начинался проект «Новые горизонты», в США не было достаточно мощной ракеты, готовой к эксплуатации, но в разработке находились две новые ракеты-носителя. Lockheed Martin строил новую тяжелую ракету «Атлас-5», а Boeing — «Дельту IV». Обе ракеты были громадные — более 60 м высотой каждая — и способны развить тягу в сотни тонн.

Boeing и Lockheed Martin жестко соперничали, сражаясь за контракты на каждый пуск. В 2002 и 2003 гг., когда аппарат только проектировался, NASA и команда «Новых горизонтов» тщательно выбирали между двумя ракетами, сравнивая, например, то, как на каждую из них устанавливается космический аппарат, а также их различные энергетические возможности, ускорение, условия воздействия вибраций и стоимость. В конце концов победила «Атлас V», отчасти из-за того, что должна была быть готова раньше, и планировалось, что до 2006 г. пройдет больше ее пусков.

Для запуска «Новых горизонтов» была выбрана самая мощная версия «Атласа V», имеющая цифровое обозначение 551. Первая ступень этого монстра имеет высоту 32 м и 3,81 м в диаметре. На ней установлен мощный двигатель, построенный в России[17], внутри которого сгорают жидкий кислород и керосин. К первой ступени крепятся пять гигантских твердотопливных ракетных ускорителей, которые начинают работать одновременно с ней. Вместе им предстояло разогнать «Новые горизонты» (и верхние ступени ракеты) до гиперзвуковой скорости, превышающей 16 000 км/ч. В качестве второй ступени используется разгонный блок «Центавр». Он имеет высоту 13 м и дает тягу 10,1 т. На второй ступени стоит американский двигатель компании Aerojet Rocketdyne RL-10. Особенно важно, что «Центавр» можно запустить и остановить несколько раз, для того чтобы направить «Новые горизонты» на верный курс к Юпитеру.

«Центавр» и «Новые горизонты» венчал обтекатель ракеты, то есть носовой конус, разработанный для того, чтобы защитить аппарат от мощного напора, возникающего из-за набегающего воздушного потока во время старта. Для «Новых горизонтов» заказали самый легкий носовой конус, который позволял сэкономить вес и еще больше улучшить характеристики запуска «Атласа V» в конфигурации 551.

Тем не менее даже этой максимальной конфигурации ракеты-носителя было недостаточно, чтобы отправить «Новые горизонты» в путешествие к Плутону. «Центавр» мог поднять аппарат на околоземную орбиту, а затем отправить его на траекторию, позволяющую добраться до пояса астероидов за орбитой Марса. Но чтобы достичь рабочих характеристик, дающих возможность добраться до Юпитера, а затем — до Плутона, было необходимо добавить к «Атласу V» построенную по заказу третью ступень. Команда «Новых горизонтов» выбрала чрезвычайно надежную, хорошо себя показавшую твердотопливную ракетную ступень под названием STAR 48. Эта ступень, которая работала всего 82 секунды, должна была создать ускорение почти в 14 g и, таким образом, сделать «Новые горизонты» самым быстрым космическим аппаратом, когда-либо запущенным людьми, способным достичь орбиты Луны в десять раз быстрее, чем «Аполлоны», и лететь с этой скоростью почти десять лет, чтобы преодолеть 4,8 млрд км до Плутона.

Доставить плутоний на Плутон.

Как можно обеспечить электричеством космический аппарат, которому предстоит путешествовать по крайней мере десять лет и так далеко отойти от Солнца, что до этого места доходят только тысячные доли того света, который мы получаем на Земле? Солнечные батареи там не будут работать, а никакой аккумулятор не является достаточно мощным и легким, чтобы проработать в течение десяти лет. Но при естественном радиоактивном распаде плутония (элемента, который был открыт в 1940 г. и назван в честь Плутона) тепло выделяется без сбоев, и оно может быть превращено в электричество. Именно по этой причине термоэлектрические генераторы с плутониевым топливом являются оптимальным выбором источников питания для межпланетных экспедиций в глубокий космос, к самым отдаленным от Солнца планетам. Но в использовании работающего на плутонии генератора есть свои сложности. Некоторые из них относятся к техническим проблемам, другие — к политическим или нормативно-правовым.

В 1960-е гг. NASA совместно с министерством энергетики и министерством обороны довело до совершенства, проверило и использовало в полетах множество плутониевых источников питания как раз для этой цели. Эти устройства называются радиоизотопными термоэлектрическими генераторами (сокращенно — РИТЭГ). РИТЭГ имеет цилиндрическую форму и по размеру примерно такой же, как металлическая бочка для нефтепродуктов; поскольку плутоний выделяет очень много тепла, РИТЭГ снабжен охлаждающими ребрами. Генератор выполняет две очень важные задачи: во-первых, служит источником энергии для космического аппарата, а, во-вторых, должен сохранить внутри весь запас плутония на случай, если во время старта произойдет авария.

В РИТЭГ плутоний используется в виде маленьких таблеток, изготовленных из диоксида плутония. Эти таблетки, в свою очередь, заключены в прочный корпус из иридия, покрытый оболочкой из графита.

Генератор получает тепло при радиоактивном распаде плутония, и это тепло превращается в ценную электроэнергию с помощью простых, не имеющих каких-либо движущихся деталей приспособлений под названием «термопары». У термопары две стороны: одна из них горячая и находится внутри РИТЭГ, а другая, внешняя, соприкасается с космосом и охлаждается. Температурная разница между ними создает электрический ток, питающий космический аппарат. РИТЭГ «Новых горизонтов» выделяет примерно 5 кВт тепла, и на момент старта аппарата производил из этого тепла примерно 250 Вт электричества.

РИТЭГ чрезвычайно надежен и может использоваться в течение многих десятилетий. Процесс производства электричества в нем протекает равномерно, хотя постепенно мощность агрегата снижается. Это сокращение мощности связано со временем радиоактивного полураспада плутония. Для «Новых горизонтов» электрическая мощность РИТЭГ на момент старта, как уже было сказано, составляла 250 Вт, и за десять лет пути до Плутона она снизилась примерно до 200 Вт.

В 2001 г., когда NASA объявило конкурс проектов экспедиций для исследования Плутона, агентству принадлежали два резервных РИТЭГ, оставшихся от подготовки АМС «Галилео», отправившейся к Юпитеру, и АМС «Кассини», отправившейся к Сатурну. NASA предложило обеспечить победителя конкурса на полет к Плутону одним из этих двух РИТЭГ.

После того как был выбран один из этих запасных РИТЭГ для «Новых горизонтов», его должны были демонтировать и полностью проверить (в конце концов, генератор провел на складе целых десять лет), а потом собрать обратно. Подрядчиком в восстановлении РИТЭГ была компания Lockheed Martin. Затем Национальная лаборатория министерства энергетики в Лос-Аламосе подготовила плутониевые таблетки в качестве топлива для генератора.

Одновременно с этой процедурой предпринимались тщательно проработанные шаги, через которые проходят все экспедиции, где используются РИТЭГ, для того чтобы снизить вероятность какого-либо происшествия во время пуска. Эти шаги включали подготовку заявления о комплексном экологическом воздействии на окружающую среду, где перечислялись все риски и показывалось, что они сведены к минимуму. Напряженный процесс получения одобрения на старт затрагивал 42 государственных и федеральных агентства, вплоть до Госдепартамента и Белого дома.

Этой сложной процедурой руководил Глен Фонтейн. Глен:

Мы занимались этим, зная, что у нас нет семи или восьми лет, которые обычно требуются на получение одобрения. У нас имелось всего четыре года, и это была трудная задача.

Использование РИТЭГ решало проблему того, как обеспечить аппарат электроэнергией так далеко от Солнца, но также ставило сложные инженерные задачи для конструкторов «Новых горизонтов».

Например, РИТЭГ достаточно тяжел, он имеет массу более 55 кг. Поэтому во время пуска устройство, фиксирующее его, должно было выдержать его вес, умноженный на перегрузку во время работы ракетных ступеней, которая достигала 14 g, то есть вес становится в 14 раз больше, чем в нормальном состоянии, на поверхности Земли. Таким образом, узлу предстояло выдержать нагрузку, в 14 раз превышающую обычный вес РИТЭГ. Эта трудная задача становилась еще сложнее из-за тепла, выделяемого генератором и ослабляющего металл опорной фермы. Поэтому инженеры из команды «Новых горизонтов» должны были разработать ферму достаточно прочной, чтобы выдержать вес РИТЭГ при 14-кратном ускорении даже в том случае, если металл будет горячим.

Второй непростой задачей, которую РИТЭГ поставил перед конструкторами космического аппарата, было то, что радиация, выделяемая плутонием, плохо влияет на электронику АМС. Поэтому все системы на борту «Новых горизонтов» должны были быть разработаны и проверены так, чтобы выдерживать эту радиацию, как это делалось в предыдущих экспедициях, где использовали РИТЭГ, таких как «Вояджер», «Галилео» и «Кассини». Это, в свою очередь, прибавляло сложности к разработке космического аппарата, а также увеличивало его стоимость, но выбора не было: без РИТЭГ не было никакой возможности обеспечить АМС электричеством, когда она будет находиться так далеко от Солнца.

Глаза, уши и даже орган обоняния для того, чтобы изучать Плутон.

Как научный руководитель Алан отвечал за весь проект «Новые горизонты». Все команды ученых и инженеров, а также другие сотрудники из отдела по связям с общественностью и менеджеры проекта отчитывались перед ним.

Ключевой пост второго плана занимал научный сотрудник программы, должность которого предполагала сочетание экспертной квалификации и способности к дипломатии. Такая позиция существовала в каждой научной экспедиции NASA, а в более крупных проектах, таких как «Новые горизонты», были и заместители научного сотрудника. Эти ученые несли ответственность перед научным руководителем за переговоры, а также должны были представлять интересы научного руководителя и научной команды в казавшемся бесконечным потоке каждодневных встреч, которые были необходимы для организации сложного космического полета.

Должность научного сотрудника в проекте «Новые горизонты» занимал чрезвычайно талантливый, вежливый и дипломатичный ученый-планетолог Хол Уивер. Его выбрали, потому что он был очень известен в научных кругах и хорошо разбирался в профессиональной терминологии всех узких специалистов, которые занимались наукой «Новых горизонтов»: от геологии до химии поверхностных явлений, от науки об атмосфере до физики плазмы. Также отчасти выбор пал на Хола и потому, что он был опытным экспериментатором, разбирающимся в конструкции и эксплуатации многих научных приборов на «Новых горизонтах».

Изначально Хол не принадлежал к «Плутоновому андеграунду» — он занимался в основном изучением комет. Но его давно приводил в восторг пояс Койпера как район Солнечной системы, из которого ведут свое происхождение некоторые кометы. Уивер знал Стерна еще с 1980-х гг., и у них уже был опыт совместных исследований. Хол так описывал свою работу как научного сотрудника программы:

Моя роль состояла в том, чтобы быть правой рукой научного руководителя проекта, держать его в курсе по поводу того, что происходит «на земле», того, как идут разработки, проверки или другие дела, быть голосом науки, чтобы помочь инженерам понять, что от них требуется. Также я выступал в роли ученого, который понимает особенности инженерно-технических работ, чтобы, когда инженеры говорят мне: «Это очень трудно» или «Будет очень дорого, если попытаться это осуществить», я мог помочь им найти такой вариант конструкции, которая не только отвечала бы научным целям, но и соответствовала массе аппарата, его мощности, стоимости, а также требованиям расписания.

Когда люди посылают зонды с датчиками к далеким мирам, можно сказать, что мы запускаем в космос замену нашим глазам и другим органам чувств. Это сравнение особенно применимо к камерам, которые позволяют «увидеть» пейзажи планет, куда не ступала нога человека. Но это также верно и по отношению к приборам, которые позволяют «услышать» колебания далеких магнитных полей и «понюхать» газы инопланетной атмосферы, выяснить, из чего состоят эти ландшафты, что лежит под их поверхностью и какие скрытые силы, потоки и поля могут рассказать нам об истории и основных свойствах других миров.

Главным конструкторским решением, которое было принято, когда проект «Новые горизонты» только начинался, было решение о том, что в космическом аппарате не будет «гиростабилизированной платформы», то есть подвижного, вращающегося стенда, который нацеливает камеры и другие приборы в разных направлениях, не приводя в движение весь космический аппарат. Хотя такая платформа и увеличивает свободу действий при наблюдениях, которые могут быть сделаны во время пролета (иными словами, камеры могут быть нацелены на планету в то время, как антенна смотрит в другом направлении, на Землю), она добавляет аппарату вес, стоимость и усложняет его. «Вояджер» и другие межпланетные экспедиции с большим бюджетом использовали исследовательские платформы, но при том, что «Новые горизонты» были вынуждены уложиться в одну пятую стоимости «Вояджера», они просто не могли позволить себе такой роскоши. То, что такой платформы не будет, в свою очередь, означало, что все приборы на борту «Новых горизонтов» будут устанавливаться на корпус космического аппарата, поэтому придется поворачивать целиком весь зонд, чтобы направить приборы на их цель во время каждого наблюдения.

Все, кто занимался проектированием «Новых горизонтов», знали, что, в отличие от первых пролетов Венеры, Марса и Юпитера, не существует планов продолжить исследование Плутона с помощью орбитальных искусственных спутников или спускаемых аппаратов. Данных, которые они соберут, должно хватить на обозримое будущее, поскольку это будут все знания о Плутоне и его спутниках, которыми будет располагать человечество.

Но к моменту постройки «Новых горизонтов» в 2000-х техника сделала большой шаг вперед, и появилась возможность поместить на аппарат более продвинутые приборы, которые были просто недоступны командам «Маринера» и «Вояджера», работавшим в ХХ в.: в распоряжении «Новых горизонтов» имелись новые сенсоры, возможность быстрее собирать данные, кроме того, чувствительность научного инструментария была гораздо выше. Все семь приборов «Новых горизонтов» были значительно более совершенными по сравнению с теми, которые использовались в предыдущих первых пролетах мимо планет. Далее мы подробно опишем, какие приборы для исследования Плутона нес космический аппарат.

Начнем с ультрафиолетового спектрометра Alice. Представим себе ту часть спектра излучения, которую может видеть человеческий глаз, то есть свет, имеющий длину волны от красного до фиолетового. А что же находится за фиолетовым? Ультрафиолетовое излучение. Волны света этой длины, которые человек видеть не может, могут дать нам сведения о составе атмосферных газов. Некоторые особенности ультрафиолетового спектрометра Alice позволяют нам ощутить, насколько технология изготовления измерительных приборов продвинулась со времен «Вояджеров». На них тоже были ультрафиолетовые спектрометры, которые имели два пикселя — элемента изображения — и, таким образом, могли наблюдать две отдельные ультрафиолетовые волны одновременно. Это означало, что создание полноценной спектральной карты было медленным, требующим больших затрат времени процессом перемещения этих двух пикселей по необходимым длинам волн для построения спектра. Затем следовало тщательное нацеливание оси направленной антенны прибора на следующий объект, и этот процесс повторялся раз за разом, чтобы получить спектральные карты поперек диска каждого объекта, мимо которого пролетал аппарат. В отличие от устаревших спектрометров «Вояджеров», у Alice имеется 32 000 пикселей, таким образом, она может воспринимать 1024 спектра волн в каждом из 32 прилегающих друг к другу участков одновременно, что значительно ускоряет процесс сбора данных в ультрафиолетовых лучах.

Близким родственником Alice был Ralph. Его название произошло от глупой шутки, относящейся к героям старого телевизионного сериала «Новобрачные» Элис и Ральфу Крэмден. Если целью Alice было прежде всего исследование атмосферы Плутона, то Ralph предстояло картографировать его поверхность, а также определить ее состав. Размером со шляпную коробку, Ralph включает в себя две черно-белые камеры, четыре камеры с цветными фильтрами и «инфракрасный картирующий спектрометр», чтобы нанести на карту состав поверхности. Ralph может «видеть» более красные цвета, чем те, которые отличает человеческий глаз, с длиной волны, которую мы называем «инфракрасной». При этом минералы и лед имеют характерные спектральные отличительные черты, которые позволяют выяснить, из какого материала состоит поверхность в любом месте в поле зрения Ralph. Его спектрометр разделяет инфракрасное излучение на 512 спектральных каналов шириной от 1,25 до 2,5 микрона. И вновь очень показательным будет сравнение с историческим стандартом для исследований во время пролета мимо планеты — «Вояджерами». Подобный инструмент на них назывался IRIS и по размеру соответствовал Ralph, но из-за того, что был спроектирован и построен с помощью технических достижений 1970-х гг., содержал только один инфракрасный пиксель. У картирующего же спектрометра Ralph было 64 000 пикселей. Таким образом, на «Вояджерах» телескоп IRIS должен был быть нацелен на каждый участок объекта, чтобы получить спектр этого конкретного места, а затем его предстояло перенацелить на следующий объект, медленно создавая спектральную карту. Но Ralph может получить спектр каждой из 64 000 локаций одновременно и мгновенно заполнить карту всех этих участков. Это на много «световых лет» опережает то, что мог делать «Вояджер».

Определение температуры атмосферы Плутона и его атмосферного давления было еще одной задачей «Новых горизонтов». Чтобы сделать эти измерения, на борту аппарата находился радиоспектрометр REX (сокращение от англ. Radio Experiment). Он был сконструирован для того, чтобы работать совершенно иначе по сравнению со своими более примитивными предшественниками на «Вояджерах». Те радиоспектрометры работали, посылая радиоволны Х-диапазона (волны длиной 4 см) через атмосферу планет, мимо которых пролетали АМС, по направлению от космического аппарата к Земле. Эти волны ловили расположенные на поверхности Земли антенны комплекса Сети дальней космической связи NASA. Измеряя то, как радиосигнал изменяется, проходя через атмосферу различных планет и их спутников на маршруте «Вояджеров», ученые могли определить температуру и давление их атмосфер. Поскольку атмосферное давление на Плутоне значительно ниже, такой метод не мог работать, поэтому REX решал эту проблему, проводя эксперимент наоборот: Сеть дальней космической связи должна была послать гораздо более мощный сигнал, чем это могла бы сделать какая-либо аппаратура на борту АМС. Его мощность радиоизлучения должна была составлять десятки киловатт. REX предстояло принять и записать сигналы с Земли, проходящие через атмосферу Плутона.

Чтобы измерить температуру и давление атмосферы планеты, REX сравнивает частоту радиоволн, проходящих через атмосферу, с эталонным стандартом. Отклонения, которые он измеряет, пропорциональны искривлению путей распространения этих радиоволн, которое вызвано прохождением через атмосферу, изучаемую прибором. В свою очередь, такие данные можно использовать, чтобы вычислить атмосферное давление и температуру. В дополнение к этому REX способен измерить температуру поверхности в поле своего зрения.

Последним из приборов «дистанционного зондирования» на «Новых горизонтах» — приборов, которые наблюдают Плутон и его спутники через оптические и радиотелескопы, — была камера дальней разведки LORRI (сокращение от англ. LOng Range Reconnaissance Imager). В сущности, она представляет собой телескоп с сильным увеличением, снабженный мегапиксельной камерой. В отличие от цветных и спектроскопических функциональных возможностей Ralph, камера LORRI делает только черно-белые фотографии. Но поскольку ее телескоп имеет гораздо большее увеличение, чем у Ralph, изображения, полученные LORRI, имеют значительно более высокое разрешение и демонстрируют намного больше подробностей. Высокое разрешение камеры LORRI также позволяет «Новым горизонтам» увидеть особенности Плутона и его спутников с гораздо большего расстояния, чем это делает Ralph. В результате, начав работу за десять недель до пролета, LORRI смогла увидеть гораздо больше деталей на поверхности Плутона, чем космический телескоп «Хаббл». Обладая такими возможностями, камера также позволила «Новым горизонтам» получить карту всей планеты — даже тех ее частей, которые не были видны непосредственно в день пролета. Не забывайте, что Плутон вращается медленно: на один оборот вокруг своей оси ему требуется 6,4 земных суток. Это означает, что по мере приближения «Новых горизонтов» к Плутону последний раз, когда АМС может видеть «дальнюю сторону» — ту, которая не будет повернута к аппарату при максимальном сближении, — это за 3,2 суток до пролета. «Новые горизонты» будут в миллионах километров от планеты, когда смогут бросить последний взгляд на ее другое полушарие, но с телескопом LORRI аппарат сможет сделать снимки этих территорий в высоком разрешении.

Следующие два прибора на борту «Новых горизонтов» — это так называемые детекторы плазмы. Термином «плазма» планетологи пользуются, когда говорят об электрически заряженных частицах. Это часть планетологии, которой занимаются такие исследователи, как Фрэн Бэгеналь и Ральф МакНатт. О ней очень трудно рассказать неспециалистам, поскольку эта область знаний затрагивает вещи, с которыми люди обычно не сталкиваются в повседневной жизни. На Плутоне заряженные частицы возникают, когда солнечный свет ионизирует газы в атмосфере планеты. В результате с помощью изучения этих частиц можно определить скорость, с которой атмосфера улетучивается, а также состав выделяющихся газов.

Как мы уже упоминали, на «Новых горизонтах» было два прибора для изучения заряженных частиц: измеритель параметров частиц солнечного ветра (Solar Wind Around Pluto, SWAP) и спектрометр энергетических частиц (Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation, PEPSSI). PEPSSI измеряет высокоэнергетические (мегаэлектронвольтные) заряженные частицы. Спектрометр может установить состав вещества, вылетающего из атмосферы Плутона, и делает это очень интересным способом. По мере того как эта атмосфера улетучивается в космос, спереди от планеты есть место, где улетучивающийся газ достигает равновесного давления с исходящим от Солнца солнечным ветром. Возникает нечто вроде ничейной территории, где два потока уравновешивают друг друга. Чем быстрее улетучивается атмосфера, тем дальше в космосе лежит точка равновесного давления с исходящим потоком солнечного ветра. Таким образом, если найти, на каком расстоянии от Плутона происходит такое явление, это позволит определить скорость, с которой газ улетучивается из атмосферы планеты. Это уже работа для SWAP.

И последний инструмент на «Новых горизонтах» — это детектор пыли (Student Dust Counter, SDC), который измеряет воздействие межпланетных пылевых частиц (крошечных метеороидов) на поверхность детекторов. Каждый раз, когда возникает воздействие на счетчик пыли, SDC создает небольшой скачок напряжения в приборе, что позволяет выяснить, насколько массивной была ударившая частица. Задача детектора — измерить концентрацию межпланетной пыли на гораздо большем расстоянии от Солнца, чем ранее это делал какой-либо другой детектор, отправленный в космос. До «Новых горизонтов» самый дальний детектор пыли работал на расстоянии, чуть меньшем орбиты Урана, то есть на полпути к Плутону. SDC проследит непрерывный след концентрации космической пыли по всей Солнечной системе, начиная от Земли и заканчивая пространством за Плутоном.

Также детектор пыли является первым в истории прибором, построенным студентами и взятым в межпланетную экспедицию. Получить на него одобрение было непросто, но Алан с самого начала работы имел непоколебимые убеждения относительно того, что студенты должны иметь возможности принять участие в проекте, поэтому он использовал идею об образовательной программе, чтобы убедить NASA добавить SDC к научному инструментарию «Новых горизонтов». Сегодня благодаря новаторской роли «Новых горизонтов» в работе с изготовленным студентами датчиком такие приборы участвуют в большинстве межпланетных экспедиций NASA. Теперь они считаются ценными инструментами для подготовки нового поколения межпланетных исследователей.

Аллигаторы в воде.

На протяжении 2002 и 2003 гг. команда «Новых горизонтов» торопилась сконструировать, построить, собрать и протестировать космический аппарат и его полезную нагрузку, пройти бесконечные технические и финансовые проверки NASA, получить разрешение на пуск с источником атомной энергии, создать ЦУП и приняться за все остальные процессы, которые следовало согласовать, чтобы быть готовыми к пуску в критически важное стартовое окно к Юпитеру в начале 2006 г. Чтобы завершить строительство аппарата, требовалось создать буквально сотни отдельных компонентов для систем управления, связи, двигателей, наземного обеспечения, всех семи приборов и многого другого. Каждая составляющая космического корабля должна была пройти через свои собственные проверки, а затем показать идеальную совместную работу.

К началу 2004 г. наступил кризис — возможно, неизбежный, — поскольку некоторые компоненты не прошли проверки, а изготовление других не укладывалось в расписание. Это достаточно распространенное явление в космических проектах, но из-за единственного стартового окна в январе 2006 г. у «Новых горизонтов» действительно не было пространства для маневра, чтобы решить все эти проблемы и уложиться в расписание.

Примерно в то же время в офис проекта NASA «Новые горизонты» в Центре космических полетов имени Маршалла, в Хантсвилле, был назначен порывистый и талантливый молодой менеджер по имени Тодд Мэй, в чьи обязанности входило осуществление контроля над проектом. Тодд, получивший инженерную подготовку, пришел из мира пилотируемых полетов и очень мало работал непосредственно с АМС. Алан и Глен были скептически настроены по поводу того, какую помощь сможет оказать им Тодд, видя отсутствие у него опыта во многих областях, необходимых для исследования планет с помощью автоматов.

Немедленно принявшийся за работу Тодд сообщил Алану, что хочет посетить Юго-Западный исследовательский институт в Боулдере, Юго-Западный исследовательский институт в Сан-Антонио, Лабораторию прикладной физики в Мэриленде и другие места, где осуществляется работа по «Новым горизонтам», чтобы познакомиться со всеми ключевыми людьми и получить общее представление о ситуации по каждому аспекту проекта. Алан:

Помню наш первый разговор. Тодд сказал мне со своим густым алабамским акцентом: «Я хочу поехать и получше познакомиться с вами, поэтому я приеду в Боулдер. Давайте договоримся о датах». Я еще не знал, что́ в действительности представляет из себя Тодд Мэй, и решил, что это просто какой-то менеджер NASA, который переводит множество бумаги на свои отчеты. Я подумал что-то вроде: «У нас проблемы на пяти или шести участках проекта, и у меня на самом деле нет времени нянчить этого парня, но он начальник, которого назначило NASA; он уже побывал в Лаборатории прикладной физики (где мы мельком встречались), поэтому я должен выкроить время на его визит в Боулдер». Когда Тодд приехал ко мне, он также посетил находящуюся в Боулдере Ball Aerospace, которая занималась изготовлением обзорной камеры Ralph. Затем Тодд совершил еще четыре или пять поездок одну за другой. Он побывал в Лаборатории прикладной физики, потом у других ключевых участников проекта, полностью погрузившись в «Новые горизонты». И это потребовало у него не так уж много времени — возможно, месяц, — прежде чем он понял, насколько серьезны проблемы в некоторых областях.

Со своей стороны, принимая на себя руководящий пост в экспедиции NASA, Тодд Мэй также ничего не знал ни об Алане Стерне, ни о «Новых горизонтах». Тодд:

Одной из моих первых поездок, связанных с «Новыми горизонтами», был визит в Лабораторию прикладной физики. Там проходила ежемесячная проверка, где я и познакомился с Аланом и Гленом. Я высидел до конца обзора, а потом Алан дал беглое представление о научной стороне экспедиции. Он сделал так, как делал всегда: запустил PowerPoint и показал изображение той марки с Плутоном, на которой было написано: «Еще не исследован». Скажу вам, это проняло меня до глубины души, как он и рассчитывал. Такие проекты просто приводили меня в восторг. Сама мысль о том, чтобы что-то узнать, сделать какое-то открытие или отправиться куда-то, где мы еще не были, — это в моей натуре. Можно сказать, что он поймал меня на это «еще не исследован». В тот день я увидел таблицу рисков проекта, которую составили ребята из Лаборатории прикладной физики. Там было пять или шесть пунктов, вероятность возникновения которых была достаточно высока и которые могли привести к провалу экспедиции. Я сказал команде: «Ребята, не похоже, что эта траектория приведет вас к успеху». Примерно неделю спустя мне позвонил Майк Гриффин, который только что принял руководство космическим отделением Лаборатории прикладной физики у Тома Кримигиса. И Майкл начал с того, что сказал мне: — Вы говорите людям, что наш путь не приведет к успеху. Вы пытаетесь добиться отмены экспедиции? Вы хотите, чтобы меня уволили? — Нет, сэр, — ответил я. — Я пытаюсь сделать так, чтобы вы добились успеха, но хочу вам сказать, что у вас есть целый ряд рисков с высокой вероятностью развития, и меня это беспокоит.

Тодд действительно был обеспокоен, и ему требовался более глубокий обзор проекта: он хотел увидеть каждую составляющую каждой подсистемы космического аппарата, каждый из семи научных приборов, бортовое программное обеспечение, наземные системы (ЦУП), ракету-носитель, РИТЭГ и разрешение на старт с источником атомной энергии. Он хотел сам понять все слабые места проекта, не опираясь на то, что обнаружили команды Юго-Западного исследовательского института и Лаборатории прикладной физики. Для этого Тодд сформировал команду экспертов в каждой области, которые провели буквально сотни часов, глубоко вникая в ценообразование, расписание и технические обзоры. В ходе того, что Алан назвал 90-дневным «проктологическим осмотром», Тодд определил, что, по большей части, разработка экспедиции идет в соответствии с планом, хотя есть и очень проблемные области.

Как определили эксперты Тодда, самая большая проблема была с обзорной камерой Ralph, которая во многом являлась центральным элементом научно-исследовательской полезной нагрузки. Ralph отвечала за выполнение большего количества научных задач, чем какой-либо другой инструмент на борту. У компании Ball Aerospace были крупные проблемы с ее созданием. В результате разработки прибора команда вышла из расписания и значительно превысила бюджет. В авиакосмической промышленности секретные проекты имеют более высокий приоритет по сравнению с гражданскими, и Ball Aerospace продолжала менять ключевых сотрудников, работающих с камерой, забирая хороших инженеров на другие проекты. Все попытки Алана, Глена и Билла Гибсона заставить Ball перестать перебрасывать инженеров, вернуться в расписание и остановить повышение цен провалились. Например, с ростом стоимости команды Юго-Западного исследовательского института и Лаборатории прикладной физики начали искать способы упростить конструкцию Ralph. Но Ball заявила, что выставит невероятный счет за упрощение прибора, поскольку это означает, что придется внести проектные изменения и провести повторный анализ многих составляющих обзорной камеры, и в итоге все кончится тем, что стоимость «Новых горизонтов» вырастет еще больше. Алан однажды сказал об этом Тодду: «Мне кажется, что мы словно попали в заложники к Ball. Мы не можем запустить аппарат без Ralph, а они знают, что мы заплатим, сколько бы они ни запросили, и неважно, насколько высокой будет цена».

Проверка Тодда обнаружила и другие проблемы. Получение одобрения на пуск с источником атомной энергии было задержано в нескольких агентствах. Производство плутониевых таблеток также отставало от графика из-за прекращения работ в Национальной лаборатории в Лос-Аламосе (подробнее об этом в следующей главе). Также повышалась стоимость двигательной установки космического аппарата, и разработка специализированной третьей ступени ракеты-носителя «Атлас-5» шла слишком медленно.

Алан вспоминает, что по окончании проверок Тодда состоялся очень неприятный разговор о том, сколько «аллигаторов» дерется в мутной воде проекта «Новые горизонты». Алан:

Тодд сказал нам следующее: «Теперь моя команда изучила проект намного лучше, и я практически убежден, что вы, ребята, никогда не сможете воплотить его в жизнь. Вы только сильнее погружаетесь в различные проблемы, пытаясь решить их самостоятельно. Вам нужно больше денег и серьезное нелицеприятное воздействие на некоторых ваших подрядчиков со стороны NASA, а вы не просите ни о том ни о другом». Потом Тодд сказал мне: «Я собираюсь сообщить штаб-квартире NASA, что вы не сможете довести проект до конца в том виде, в каком он существует».

Любого, кто участвовал в каких-либо проектах NASA, фраза об аллигаторах в мутной воде заставляла вспомнить о тех животных, которые прячутся в канавах, ручьях и болотах вокруг Космического центра им. Кеннеди, откуда должны были стартовать «Новые горизонты». Эти гигантские рептилии придают некий зловещий дух подъездным путям, ведущим к стартовым столам NASA, но в то же время они представляют собой метафорическое обозначение проблем. «Знаете, если у вас в воде есть один аллигатор и вы знаете, где он находится, вы можете за ним присматривать и, возможно, даже обставить его, — объяснил Тодд, — но если у вас их целая куча, то трудно справиться со всеми». Алан:

Было ясно, что Тодд составил верное мнение. Наша команда в какой-то мере привыкла к подобным проблемам, потому что проект долго был нелюбимым пасынком NASA, и мы в некотором роде заставили агентство им заняться, когда оно вовсе не хотело лететь на Плутон, а «тяжеловозы» NASA оставили нас выбираться своими силами, когда финансирование проекта было нестабильным. И после того, как политические и финансовые баталии остались позади, у нас никогда не было этой поддержки в духе «мы у вас за спиной», которую NASA обычно оказывает своим программам. Теперь Тодд дал понять нам, а затем и штаб-квартире NASA, что у «Новых горизонтов» есть пять или шесть серьезных проблем, любая из которых может пустить под гору все расписание проекта, если агентство не придет на помощь.

И Тодд приступил к работе, чтобы спасти ситуацию. Тодд:

Мы вместе собрали небольшую команду и тщательно проработали все проблемы. Для каждой мы определили, насколько серьезным может быть риск, и составили подробные планы, чтобы показать штаб-квартире NASA, как мы будем их решать.

Со своей выигрышной наблюдательной позиции между проектом «Новые горизонты» и руководством NASA Тодд ясно мог видеть, что успех проекта подвергается риску из-за нехватки полноценной поддержки штаб-квартиры NASA. Тодд:

Когда мы начали, «Новые горизонты» просто не получали необходимого внимания со стороны агентства. Я сказал в штаб-квартире NASA: «У этих ребят кризис. Они работают изо всех сил, но не смогут добраться из пункта А в пункт Б, если вы не дадите им больше ресурсов и серьезную поддержку. Они не смогут сделать это. А когда они не добьются успеха и аппарат не удастся запустить или он пропустит стартовое окно к Юпитеру, это станет огромным черным пятном на репутации NASA. „Новые горизонты“ и исследование Плутона — очень заметный проект, и, если аппарат вовремя не окажется на стартовом столе, подобный провал будут воспринимать как поражение NASA».

Алан был впечатлен тем, как быстро и эффективно Тодд заставил «тяжеловозов» NASA впрячься в «Новые горизонты». Алан:

Тодд действительно все изменил. Он единолично заставил штаб-квартиру NASA впрячься и тащить наш обоз, помогать нам, брать на себя ответственность за успех «Новых горизонтов». С его помощью я впервые почувствовал, что люди из NASA нам помогают. Раньше из-за того, что процесс одобрения экспедиции был болезненным, а по поводу финансирования велись громкие баталии, я ощущал, что в штаб-квартире NASA к нам относятся примерно так: «Вы вырвали этот полет у нас из глотки — ну так удачи вам, ребята!» Говоря другими словами, с их стороны мы всегда наблюдали некое пассивно-агрессивное поведение, или они милостиво не обращали на нас внимания, но в любом случае это мешало нам решать многие непростые управленческие задачи. Самое большое воздействие Тодда, возможно, состояло в том, что он заставил NASA по-настоящему изменить отношение, помочь нам, и это поменяло все: после этого я действительно ощутил, что нас поднимают на своих плечах и несут прямо к стартовому столу.

С такой помощью, после полутора лет напряженной работы, к концу лета 2005 г. строительство «Новых горизонтов» было завершено. Вдобавок были готовы все научные приборы, даже Ralph. Проект собрал достаточно ядерного топлива, чтобы осуществить полет, и даже получение одобрения на старт с источником атомной энергии продвигалось по плану и должно было завершиться вовремя.

С тех пор, как на сцене появился Тодд Мэй, ничего не знающий об исследовании Солнечной системы автоматическими станциями, прошли утомительные 18 месяцев. Но управленческий талант Тодда перевесил отсутствие опыта. Оглядываясь назад, можно с уверенностью сказать, что без его помощи «Новые горизонты», по всей видимости, так и не отправились бы в полет.

Без сомнений, Тодд Мэй стал героем «Новых горизонтов» и спасителем исследований Плутона.