7. Собираем все вместе.

Проблемы с плутониевым топливом.

Как мы уже упоминали в главе 6, космический аппарат, который удаляется далеко от Солнца, не может получать электроэнергию от солнечных батарей, подобно большинству космических аппаратов. Вместо этого используются атомные источники энергии под названием РИТЭГ, работающие на плутонии.

Также в главе 6 мы рассказывали, что любой пуск ракеты с плутонием на борту подвергается серии суровых испытаний с точки зрения государственной безопасности и охраны окружающей среды, и на получение одобрения на него могут потребоваться годы. Проблема «Новых горизонтов» была в том, что, тогда как у большинства космических аппаратов, на борту которых есть атомные источники энергии, имеется восемь — десять лет на то, чтобы пройти через сложные нормативно-правовые процедуры, расписание полета к Плутону давало только четыре года на эту необходимую работу. Поскольку пропустить какие-либо процедуры получения одобрения на пуск с источником атомной энергии было невозможно, команда «Новых горизонтов» понимала с самого начала, что они смогут уложиться в стартовое окно 2006 г. только в том случае, если уделят сложному процессу особое внимание и поставят во главе его опытного руководителя, обладающего необходимыми навыками. Как мы уже отмечали в предыдущей главе, когда проект только начинался в 2001 г., Лаборатория прикладной физики назначила на эту должность Глена Фонтейна, а через три года он стал менеджером всего проекта.

Одной из первых задач Глена было создать «книгу данных» по одобрению старта с источником атомной энергии. Эта солидная подборка документов представляет собой совокупность всей информации о ракете-носителе и космическом аппарате, необходимой, чтобы провести подробный анализ безопасности, рисков и воздействия на окружающую среду для получения одобрения пуска. Книга данных описывает все внешние воздействия, которые будет испытывать космический аппарат при различных сценариях наземных происшествий и аварий при старте, и то, как каждое из них может повлиять на целостность и сохранность источника атомной энергии — РИТЭГ. Если говорить короче, то книга данных содержит подробные ответы и обосновывающие их исследования, необходимые, чтобы определить вероятность выброса радиоактивного материала в окружающую среду и, если он случится, степень влияния на состояние окружающей среды и человека. В свою очередь, тщательно оцениваются вероятности того, что кто-то может погибнуть из-за облучения при различных сценариях отказа. Роль Глена состояла в том, чтобы собрать книгу данных, а затем провести весь процесс получения одобрения на пуск с источником атомной энергии вплоть до окончательного его подписания в Белом доме. Возможно, это было самой трудной задачей всего проекта. Алан:

Глен, несмотря на свою роль, всегда держится в тени, но он действительно вошел в историю космических полетов, проведя «Новые горизонты» через этот лабиринт, уложившись во временны́е рамки и дав нам возможность запустить аппарат в стартовое окно 2006 г. Его подвиг достоин того, чтобы о нем слагали легенды.

Помимо выхода из извилистого нормативно-правового лабиринта само производство запасов ядерного топлива для РИТЭГ было сложным и трудоемким, его для NASA выполняло министерство энергетики. Как и в предыдущих полетах в дальний космос с радиоизотопным генератором, таких как экспедиции «Вояджеров», «Галилео» и «Кассини», работа министерства была организована в несколько этапов. На одном из них подрядчик министерства энергетики по работе с РИТЭГ компания Lockheed Martin готовила генератор для полета на «Новых горизонтах». Независимо от нее Национальная лаборатория в Лос-Аламосе производила диоксид плутония в качестве топлива и упаковывала его в керамические таблетки для последующей установки в РИТЭГ. Затем генератору и диоксиду плутония предстояло «встретиться» для проверок в Национальной лаборатории министерства энергетики в Айдахо — в хорошо защищенной — с атомными реакторами, колючей проволокой, контрольно-пропускными пунктами и вооруженными охранниками, которые сопровождают посетителей повсюду, даже если те идут просто в туалет. После проверки РИТЭГ отправляли во Флориду, причем это путешествие больше напоминало какую-то шпионскую операцию. Министерство энергетики и NASA переправляли генератор через всю страну на мыс Канаверал с незаметным, но хорошо вооруженным сопровождением. На самом деле министерство посылало несколько групп сопровождения, при этом все из них, кроме одной, сопровождали поддельные РИТЭГ, чтобы злоумышленникам было труднее организовать диверсию или похитить плутоний.

Все, что министерство обороны делало для того, чтобы подготовить РИТЭГ и топливо для него, работало как часы, за одним исключением, которое едва не стало смертным приговором для всего проекта. Национальная лаборатория в Лос-Аламосе, которая также занималась производством ядерного оружия, была вынуждена прервать все работы из соображений безопасности. Расследование длилось месяцами, а команда «Новых горизонтов» томилась в ожидании возобновления производства так необходимого им ядерного топлива: не будет топлива, не будет и никакого полета к Плутону. Наконец, после того, как расследование службы безопасности завершилось, лаборатория была снова открыта. Времени на то, чтобы завершить производство диоксида плутония для «Новых горизонтов», едва-едва хватало. Но после этого, словно в кошмарной истории, из-за очередных происшествий Лос-Аламос закрыли снова. На этот раз это произошло из-за несчастного случая в какой-то лаборатории, который никак не был связан с «Новыми горизонтами». Но экспедиция попала в ловушку: становилось ясно, что к тому времени, когда должен состояться пуск, полностью заправленного топливом генератора не будет. Алан:

Наша команда инженеров не могла переделать аппарат так, чтобы он работал с меньшим энергопотреблением, — было слишком поздно. В качестве альтернативы они начали искать способы провести экспедицию так, чтобы расходовать меньше энергии, допустив больше рисков, собрав меньше данных, включая меньше приборов одновременно, и так далее. Мы действительно переживали кризис, который ставил под угрозу само наше существование: если мы не сможем додуматься, как нам управлять аппаратом при меньшем энергопотреблении, то никакого исследования Плутона не будет, так что мы хватались за любой возможный вариант.

Команда обнаружила, что, грамотно управляя аппаратом, экспедиция сможет достичь всех своих целей даже при такой низкой мощности, как 190 Вт у Плутона, — на 35 Вт меньше, чем при первоначальной разработке АМС. Это, а также некоторые дополнительные запасы плутониевого топлива, оставшегося от других экспедиций NASA, позволило добиться желаемого. В итоге все топливо, которое министерство энергетики загрузило в РИТЭГ, давало возможность получить 201 Вт электроэнергии во время пролета. Из-за ситуации с производством топлива экспедиция оказалась практически на волосок от гибели, чего до этого никогда не случалось ни с одним полетом с РИТЭГ, но, как бы то ни было, «Новые горизонты» пережили топливный кризис.

Проверки, проверки…

К весне 2005 г. ракета-носитель «Атлас» была собрана, а проблемы экспедиции с плутонием разрешились. В Лаборатории прикладной физики на «Новые горизонты» были установлены различные подсистемы аппарата, а также семь научных приборов. После того как все было поставлено на аппарат, каждая подсистема и каждый из приборов были подключены к электропитанию, чтобы проверить, работают ли они. Затем, когда космический аппарат был собран и заработал, он прошел через серию тестов в Лаборатории прикладной физики, начиная с испытаний на виброустойчивость во время старта и заканчивая тестированием акустических нагрузок и контроля из ЦУП.

Затем Лаборатория прикладной физики отправила космический аппарат, по размерам и форме приблизительно такой же, как кабинетный рояль, на юг, в Центр космических полетов имени Годдарда, в Гринбелте, штат Мэриленд, где в течение нескольких месяцев проводились проверки. Для этого «Новые горизонты» поместили в термовакуумную камеру, откуда откачивали воздух, чтобы имитировать космический вакуум. Затем аппарат попеременно то нагревали, то охлаждали, чтобы повторить условия, в которых он будет находиться в космосе. Это все делалось для того, чтобы убедиться: все системы, как основные, так и резервные, будут функционировать в полете так, как планировалось, а также чтобы отыскать слабые места, которые могут не выдержать таких условий.

И тестирование выявляло проблемы, чтобы их можно было исправить. В конце концов, после того как «Новые горизонты» отправятся в космос, никакой возможности послать к ним ремонтную бригаду не будет.

Большинство систем на борту прошли проверки без проблем. Но главный компьютер отказал, и его пришлось заменить. И гиростабилизаторы, отвечающие за ориентацию «Новых горизонтов», начали протекать после того, как их поместили в вакуум. Чтобы найти гиростабилизаторы, которые не будут течь, потребовалось три серии замен, причем каждый раз приходилось торопиться, чтобы уложиться в срок. Также после проверки функционирования пришлось внести изменения в теплоизоляционное покрытие. И, конечно, было обнаружено и исправлено множество ошибок в программном обеспечении.

В конце концов, после месяцев суровых тестов в камерах для имитации условий космического пространства, замены частей и изменения программного обеспечения «Новые горизонты» прошли все проверки с высоким результатом и получили сертификацию как аппарат, готовый к полету. Теперь АМС могла отправляться во Флориду для пуска с мыса Канаверал.

Клуб четырех.

Весной и летом 2005 г. вокруг «Новых горизонтов» происходило еще кое-что помимо тестирования: готовилось замечательное научное открытие. Эта история, прежде всего, связана с Холом Уивером.

Кроме того, что он занимал должность научного сотрудника проекта — то есть выполнял работу, которая сама по себе требовала инженерных и научных знаний, — Хол также играл ведущую роль в давних попытках Алана по поиску других спутников Плутона, начатых много лет назад. Многие члены научной команды «Новых горизонтов» подозревали, что помимо партнера Плутона Харона эта двойная планета может быть окружена и другими, более мелкими спутниками, которые до сих пор не были обнаружены. Если они действительно есть, то сведения о них могли быть важными для подобного планирования пролета, потому что команде нужно было знать о существовании этих тел, чтобы организовать наблюдение.

На тот момент самым лучшим инструментом для поиска маленьких спутников Плутона был космический телескоп «Хаббл», но получить на нем время для наблюдения было непросто. Комиссии по отбору, которые распределяли рабочее время телескопа, получали в семь — десять раз больше предложений по наблюдениям на «Хаббле», чем он мог выполнить. За время разработки «Новых горизонтов» Хол вместе с еще одним членом научной команды Джоном Спенсером, Аланом и другими дважды подавали запросы об использовании космического телескопа для поиска тусклых спутников Плутона. Но оба раза их предложения были отклонены.

Возможно, против них сработал тот факт, что команда «Новых горизонтов» уже много лет занималась поиском спутников, используя самые лучшие наземные телескопы, и ничего не обнаружила. Из-за этих отрицательных результатов поиск с помощью «Хаббла» мог показаться почти безнадежной попыткой, имеющей мало шансов на успех. Но существовали компьютерные расчеты, которые Алан сделал в 1990-е гг. вместе со своим бывшим постдоком Холом Левисоном. Эти расчеты показывали, что в системе Плутона — Харона имеется множество стабильных орбит маленьких спутников, причем некоторые из них могут достигать до 100 км в диаметре.

В 2004 г. Уивер и другие ученые подали еще одно предложение на поиск спутников Плутона с помощью «Хаббла», и им снова отказали. Уивер был в самом деле удивлен: он считал, что они настолько урезали свои требования, обратившись за просьбой о рабочем времени «Хаббла» всего три раза, что здравая логика на их стороне и их предложение должны одобрить. В конце концов, значение этого открытия было огромным и для понимания строения системы Плутона, и для планирования будущего пролета. Но, увы, даже это не сработало.

Затем, в конце лета 2004 г., произошло кое-что очень необычное: на одном из главных инструментов «Хаббла» случилось короткое замыкание, и он отказал. Проводить дальнейшие наблюдения с помощью этого прибора не представлялось возможным, и сотрудники проекта начали искать, чем бы заполнить неожиданно освободившееся время. Хол вспоминает: «Внезапно мне позвонили, и это было словно рождественский подарок посреди лета. Мы в конце концов получили те самые три часа наблюдений на космическом телескопе. Мы могли заняться поиском!» Разумеется, эти хорошие новости сопровождались обычной для «Новых горизонтов» задержкой: из-за плотного графика наблюдения на «Хаббле» можно было провести только в мае 2005 г.

Пока они ждали, Хол провел детальное планирование наблюдений по поиску спутников Плутона. Затем, получив данные телескопа, они с одним из постдоков Алана Эндрю Стеффлом начали тщательный анализ, чтобы увидеть, не найдется ли на орбите вокруг Плутона каких-либо тусклых пятен. Обычно Хол Уивер говорит тихо и выглядит очень уравновешенным человеком. Но даже он не мог сдержать себя, когда данные «Хаббла» подтвердили наличие не одного, а целых двух спутников Плутона помимо Харона! В течение нескольких дней Стеффл, не знающий об открытии Уивера, обнаружил те же самые два новых спутника.

Вот это было открытие! В конце концов система Плутона оказалась не двойной (в ней было четыре небесных тела), и «Новым горизонтам» выпала возможность изучить не только Харон, но и все три спутника!

Открыв спутники Плутона, команда должна была дать им имена. В планетологическом сообществе заведено, что первооткрыватели предлагают названия, которые используются неофициально, пока Международный астрономический союз (МАС) не признает их формально. Поскольку процесс одобрения в МАС занимает много времени и для него требуется подавать подробное предложение о наименовании, команда легкомысленно выбрала временные имена для использования в процессе поисков, пока будут выбирать и предлагать официальные наименования, которым предстоит войти в учебники. В качестве этих названий использовались «Балтимор» и «Боулдер», поскольку практически все, кто участвовал в открытии, были из этих двух городов.

Когда позже команде надо было назвать спутники официально, Алан предпочел, чтобы названия имели смысл с точки зрения мифологии Плутона и в то же время отдавали должное традиции, по которой было присвоено имя самой планете. Если вспомнить 1930 г., то, когда нужно было назвать новую планету, открытую Клайдом Томбо, вдова Персиваля Лоуэлла хотела назвать ее Персиваль или Лоуэлл в честь своего мужа, который первым начал поиск нового мира. В конце концов, когда 11-летняя Венеция Берни предложила название «Плутон», ученым из обсерватории Лоуэлла понравилась не только мифологическая сущность бога подземного царства Плутона, но и то, что это имя начинается с букв П и Л, которые также являются инициалами Персиваля Лоуэлла.

В качестве названий для двух новых спутников Плутона Алан, Хол и вся команда первооткрывателей остановились на Никте и Гидре. В греческой мифологии Никта — богиня темноты и мать Харона. Гидра — девятиглавое подземное чудовище (отлично подходит для спутника девятой планеты). Никта и Гидра — прекрасные названия из древней мифологии, имеющие связь с подземным царством, откуда были взяты имена Плутона и Харона. Но именно в них было и еще кое-что, повлиявшее на окончательное решение: подобно тому как P и L в «Плутоне» напоминают о Персивале Лоуэлле, Никта и Гидра начинаются с букв N и H и, таким образом, отдают должное «Новым горизонтам» (New Horizons), которые в первую очередь и стали причиной для того, чтобы отыскать спутники.

Ночной полет на мыс Канаверал.

Когда все испытания космического аппарата на воздействия внешних факторов в Центре космических полетов имени Годдарда были закончены, пришло время отправить «Новые горизонты» во Флориду, где им предстоял запуск. У команды проекта был выбор: отправить аппарат на военном грузовом самолете или везти его за тысячи километров в грузовике с регулируемыми параметрами атмосферы, окруженном конвоем поддержки. Команда решила, что лететь будет безопаснее. Поэтому поздно вечером 24 сентября первый и единственный в мире космический аппарат для исследования Плутона и объектов пояса Койпера вылетел с авиабазы ВВС Эндрюс неподалеку от Вашингтона в Космический центр им. Кеннеди NASA на мысе Канаверал. С ним летели Алан, Глен и примерно 20 инженеров-проектировщиков и техников, которым предстояло провести следующие несколько месяцев во Флориде, готовя «птичку» к старту. У Алана остались живые воспоминания об этом ночном перелете:

Помню, как я летел к восточному побережью в этом огромном С-17 ВВС Национальной гвардии и думал: «В следующий раз, когда аппарат будет на этой высоте, он будет „жать на газ“, мчась на орбиту на своем „Атласе“». Из панорамных окон кабины С-17, куда меня пустили члены экипажа самолета, я видел огни городов, украшающие все восточное побережье, очертания берега, и, наконец, впереди показалась Флорида. Когда мы начали заход на посадку, было видно стартовый комплекс, огромный Корпус вертикальной сборки NASA и пятикилометровую полосу для посадки шаттлов, куда мы и нацеливались. После посадки самолет начал выруливать к тому месту, где люди из NASA ждали «Новые горизонты» с грузовиком с регулируемыми параметрами атмосферы. Он должен был перевезти аппарат во флоридскую «чистую комнату», где АМС будут готовить к старту, а команда проведет последние проверки, заправку и балансировку. Внутри С-17, разумеется, был кондиционированный воздух, но снаружи даже в конце сентября в два часа ночи было жарко и влажно. Когда задняя дверь грузового отсека самолета открылась, прохладный воздух изнутри встретился с влажным, теплым воздухом Флориды, и мгновенно получился какой-то фантастический туман, окутавший заднюю часть С-17. Ничто не могло бы создать более драматический эффект, даже если бы дело происходило в кинофильме.

После того как космический аппарат извлекли из самолета и поместили внутрь грузовика, Алан вернулся забрать свои вещи, а потом спустился по трапу для экипажа. Сотрудник NASA Чак Татро, менеджер пускового комплекса «Новых горизонтов», стоял у лестницы. Когда Алан ступил на взлетную полосу, Чак протянул ему руку и сказал: «Доктор Стерн, добро пожаловать на пусковой комплекс!» Эти слова обрушились на Алана, как тонна кирпичей. Алан:

После всех этих лет с 1989-го до 2005 г. у нас, наконец, действительно был аппарат для изучения Плутона на пусковом комплексе. Мы в самом деле вот-вот должны были отправиться через всю Солнечную систему и изучить самую далекую планету в истории человечества. Когда Чак это произнес, вся реальность грядущего старта и десятилетнего полета по Солнечной системе поразили меня до дрожи в спине.