Кассіні — Гюйгенс () — автоматична космічна місія, створена спільно НАСА, Європейським космічним агентством та Італійським космічним агентством, яка досліджувала Сатурн, його кільця й супутники. Космічна місія складалася з двох основних елементів: безпосередньо космічного зонда «Кассіні» () і космічного зонда «Гюйгенс» (), призначеного для посадки на Титан.
Космічну місію «Кассіні — Гюйгенс» запущено 15 жовтня 1997 року ракетою-носієм «Титан IV», і він досягнув системи Сатурна 1 липня 2004 року після міжпланетної подорожі, яка включала обліт Землі, Венери і Юпітера. Це перший штучний супутник Сатурна.
«Гюйгенс» відділився від орбітального апарата 25 грудня 2004 року приблизно о 2:00 UTC, досягнув супутника Сатурна — Титана — 14 січня 2005 року, увійшов у його атмосферу й опустився на поверхню. Космічний зонд успішно передав дані на Землю, використовуючи орбітальний апарат як передавач (реле). Це була перша посадка в зовнішній частині Сонячної системи.
Після 10 років перебування «Кассіні» на орбіті, 3 квітня 2014 року, НАСА повідомило, що виявлено докази існування великого підземного океану рідкої води на Енцеладі, супутнику Сатурна. На думку вчених, підземний океан свідчить про те, що Енцелад є одним із найімовірніших місць у Сонячній системі, де може існувати життя.
30 червня 2014 року НАСА відзначило десяту річницю діяльності «Кассіні», підкресливши серед інших знахідок відкриття рідкої води на Енцеладі.
У квітні 2017 року на апараті практично вичерпалося пальне, потрібне для корекції орбіти. Аби уникнути неконтрольованого зіткнення із супутниками (на яких потенційно може існувати життя) було ухвалене рішення спрямувати апарат в атмосферу Сатурна.
15 вересня 2017 року, о 14:55 за київським часом, «Кассіні», увійшовши в атмосферу, згорів.
Огляд місії «Кассіні — Гюйгенс» запущено 1997 року, його місія тривала до 2017 року.
Космічний апарат «Кассіні — Гюйгенс» — це результат співпраці трьох організацій. У створенні апарата брали участь 17 держав. Станція «Кассіні» була побудована зусиллями НАСА та Лабораторії реактивного руху (JPL). Зонд «Гюйгенс» був створений Європейським космічним агентством. Італійське космічне агентство сконструювало антену телекомунікації та радарний висотомір (RADAR).
Загальні витрати на місію перевищують 3,26 млрд доларів США, з яких 1,4 млрд — на передстартову підготовку, 704 млн — на обслуговування, 54 млн — на підтримку зв'язку з апаратом і 422 млн — на маршовий двигун. Уряд США виділив 2,6 млрд доларів, Європейське космічне агентство — 500 млн та Італійське космічне агентство — 160 млн.
16 квітня 2008 року діяльність апарата було продовжено на два роки (до липня 2010 року). Нова місія отримала назву «Рівнодення Кассіні» (). 2010 року було ухвалено рішення продовжити діяльність апарата ще на сім років (до 2017 року) під назвою «Сонцестояння Кассіні» ().
Назва Назва космічного апарата «Кассіні — Гюйгенс» складається з прізвищ двох вчених: італійсько-французького астронома Джованні Доменіко Кассіні (також відомого як Жан-Домінік Кассіні), прізвищем якого названа орбітальна частина станції, яку створило Італійське космічне агентство, голландського астронома, математика й фізика Християна Гюйгенса (який відкрив Титан), прізвищем якого названий зонд для посадки на Титан, і який був створений Європейським космічним агентством.
«Кассіні — Гюйгенс» є місією до зовнішніх планет флагманського класу (планетарні місії «Галілео», «Вояджерів» і «Вікінгів» є також флагманськими).
Цілі місії Основними цілями місії були: визначення структури та поведінки кілець; визначення геологічної структури та історії поверхні супутників; визначення природи і походження темного матеріалу на одній із півкуль Япета; дослідження структури і поведінки магнітосфери; дослідження поведінки атмосфери Сатурна та структури хмар; дослідження хмар та туману в атмосфері Титана; визначення характеру поверхні Титана.
Маршрут Вибрані цілі (впорядковані за розміром, але без врахування масштабу) Титан Місяць Рея Япет Діона Тефія Енцелад Мімас Гіперіон Феба Янус Епіметей Прометей Пандора Гелена Атлас Телесто Каліпсо Мефона
Історія місії
Місія «Кассіні — Гюйгенс» бере початок 1982 року, коли та Національна академія наук США сформували робочу групу зі створення майбутніх спільних місій. Два європейські вчені запропонували парний проєкт Saturn Orbiter і Titan Probe як можливу спільну місію. У 1983 році Комітет з дослідження Сонячної системи НАСА запропонував Saturn Orbiter і Titan Probe в парі — як основний проєкт НАСА.
НАСА і Європейське космічне агентство (ЄКА) провели спільне дослідження потенційної місії з 1984 по 1985 роки. ЄКА продовжували своє власне дослідження в 1986 році, у той час як американський астронавт Саллі Райд у своїй доповіді 1987 року «Лідерство НАСА та Американське майбутнє в космосі», також розглянула і схвально оцінила місію «Кассіні». Хоча в доповіді Райд подала Saturn Orbiter і Titan Probe як самостійну місію НАСА, 1988 року заступник Адміністратора з питань космосу і техніки НАСА Лен Фіск (Len Fisk) повернувся до ідеї спільного проєкту НАСА та ЄКА. Він написав своєму колезі в ЄКА, Роджеру Боннету, пропонуючи, щоб ЄКА вибрало Кассіні з трьох кандидатів і обіцяючи, що НАСА візьметься за проєкт, як тільки ЄКА його вибере.
У той час НАСА ставало все більш чутливим до напруження, яке склалося між американською та європейською космічними програмами, бо європейці відчували, що НАСА не сприймало європейську програму як рівну своїй під час попередніх співробітництв. Чиновники НАСА та консультанти, які брали участь у просуванні й плануванні «Кассіні — Гюйгенс» намагалися змінити цю тенденцію, підкреслюючи своє бажання рівномірно розділити будь-які наукові та технологічні переваги, отримані в результаті місії. Частково, це оновлене бажання співпрацювати з Європою підігрівалось відчуттям конкуренції з Радянським Союзом, який розпочав тісніше співпрацювати з Європою, тоді як ЄКА віддалився від НАСА.
Співпраця не лише поліпшила відносини між двома космічними програмами, але й допомогла «Кассіні — Гюйгенс» пережити запроваджене конгресом скорочення бюджетних витрат у Сполучених Штатах. Місія потрапила під політичний обстріл в 1992 і 1994 роках, але НАСА змогло переконати Конгрес США, що було б нерозумно згортати проєкт після того, як ЄКА вже вклав кошти в його розвиток, бо розчарування через розбиті надії на освоєння космосу могло б перейти й на інші галузі зовнішніх відносин. Проєкт тривав уже без політичних проблем після 1994 року, хоча групи громадян, стурбованих його потенційним екологічним впливом, намагалися зупинити його шляхом протестів та судових позовів до запуску (1997 року), і навіть після того.
Конструкція космічного апарата
Це другий космічний апарат, що був розроблений зі стабілізацією по трьох осях, з живленням від РТГ з програми Mariner Mark II, який проєктувався для польотів за межами орбіти Марса. «Кассіні» був розроблений одночасно з космічним апаратом (CRAF), але через скорочення бюджету НАСА припинила розвиток CRAF, щоб зберегти місію «Кассіні». Завдяки цьому «Кассіні» став більш спеціалізованим. Програма Mariner Mark II була скасована.
Космічний апарат включає в себе орбітальний апарат та зонд, це один із найбільших та найскладніших міжпланетних апаратів, що були колись побудовані. Орбітальний апарат має масу 2150 кг, зонд — 350 кг. З адаптером ракети-носія й 3132 кг ракетного палива на старті, космічний апарат мав масу 5600 кг. Тільки радянська серія «Фобос», яка призначалася для дослідження Фобоса та Марса, була важча за цей космічний апарат.
Космічний апарат «Кассіні» має 6,8 м у висоту й 4 м у ширину. Складність космічного апарата зросла через траєкторію польоту до Сатурна, і амбіції науковців щодо пункту призначення КА. «Кассіні» має 1630 взаємопов'язаних електронних компонентів, 22 000 дротяних з'єднань, і 14 км кабелів. Ядром управління комп'ютером є процесорна система управління MIL-STD-1750A.
КА «Кассіні» перебував на орбіті Сатурна на відстані від 8,2 до 10,2 астрономічної одиниці від Землі. Радіосигнал від «Кассіні» йшов до нашої планети від 68 до 84 хвилин. Таким чином, диспетчери не можуть дати інструкції для щоденних операцій або для несподіваних подій в «реальному часі». Навіть якщо відповісти негайно, між виникненням проблеми і прийомом відповіді інженерів мине принаймні 2 години.
Інструменти «Кассіні» оснащений такими приладами: Плазмовий спектрометр «Кассіні» (CAPS). Аналізатор космічного пилу (CDA). Композитний інфрачервоний спектрометр (CIRS). Мас-спектрометр іонів і нейтральних частинок (INMS). Камера підсистеми (ISS). Подвійний магнітометр (MAG). Магнітосферна камера (MIMI). RADAR. Спектрометр плазми і радіохвиль (RPWS). Радіопідсистема (RSS). Ультрафіолетовий спектрометр-камера (UVIS). Спектрометр для отримання карт у видимому діапазоні (VIMS).
Плазмовий спектрометр «Кассіні» (Cassini Plasma Spectrometer) Цей прилад вимірює енергію і електричний заряд частинок, які потрапляють у поле дії інструменту (число електронів і протонів у частинці). CAPS потрібен для дослідження молекул іоносфери Сатурна, а також для визначення характеристик його магнітного поля. Також CAPS використовується для дослідження плазми в цих областях і сонячного вітру в районі дії магнітосфери Сатурна. CAPS був вимкнений з червня 2011 року через коротке замикання в приладі. Прилад знову підключили до живлення з березня 2012 року, але після 78 днів, через друге коротке замикання, інженери змушені були його вимкнути.
Аналізатор космічного пилу (Cosmic Dust Analyzer) Аналізатор — це прямий зондувальний інструмент для вимірювання розміру, швидкості і напряму крихітних часток пилу поблизу Сатурна. Деякі з цих частинок (навколо Сатурна) можуть надходити з інших зоряних систем. АКП встановлений на КА, щоб дізнатися більше про ці загадкові частинки, а також про матеріали з інших небесних тіл і, можливо, про походження Всесвіту.
Композитний інфрачервоний спектрометр (Composite Infrared Spectrometer)
CIRS — це дистанційний зондувальний інструмент для вимірювання інфрачервоних хвиль, що надходять від об'єктів, з метою отримання даних про їх температуру, теплові властивості й склад. Протягом місії «Кассіні — Гюйгенс» CIRS вимірював інфрачервоне випромінювання від атмосфери, кілець і поверхонь різноманітних об'єктів системи Сатурна. CIRS давав змогу вивчити атмосферу Сатурна за трьома параметрами — зміну температури і тиску з висотою, газовий склад та розподіл аерозолів і хмар. Крім того, CIRS буде вимірювати теплові характеристики і склад супутникових поверхонь і кілець.
Мас-спектрометр іонів і нейтральних частинок (Ion and Neutral Mass Spectrometer) Спектрометр — прямий зондувальний інструмент, який аналізує заряджені частинки (як-от протони й важкі іони) і нейтральні частинки (як-от атоми) поблизу Титана і Сатурна, отримуючи таким чином інформацію про їх атмосфери. Прилад призначений також для вимірювання щільності позитивних іонів і нейтральних атомів на поверхні крижаних супутників та кілець Сатурна.
Камера підсистеми (Imaging Science Subsystem) Камера — являє собою зондувальний інструмент, який більшу частину світлин захоплює у видимому світлі, а також деякі в інфрачервоному та ультрафіолетовому. Для надсилання на Землю прилад зробив сотні тисяч зображень Сатурна, його кілець і супутників. Прилад має камеру з широким кутом огляду (WAC) для фотографування великих територій, і камеру з вузьким кутом огляду (NAC), для фотографування на невеликих ділянках у дрібних деталях. Кожна з цих камер використовує чутливі прилади з зарядовим зв'язком (CCD) як електромагнітний детектор. Кожен прилад має 1024 квадратних пікселів, 12 мкм на сторону. Обидві камери мають багато режимів збору даних, у тому числі стиснення даних. Також камери оснащені спектральними фільтрами, режими яких можна змінити, таким чином побачивши зображення в різних діапазонах у межах електромагнітного спектра від 0,2 до 1,1 мкм.
Подвійний магнітометр (Magnetometer)