Текст книги "За новыми горизонтами"

Алан Стерн, Дэвид Гринспун
За новыми горизонтами. Первый полет к Плутону

Переводчик Виктория Краснянская

Научный редактор Владимир Сурдин, канд. физ. – мат. наук

Редактор Антон Никольский

Руководитель проекта И. Серёгина

Корректоры М. Миловидова, Е. Чудинова

Компьютерная верстка А. Фоминов

Арт-директор Ю. Буга

Фото на обложке NASA

© Alan Stern and David Grinspoon, 2018

Published by arrangement with Picador, New York.

© Издание на русском языке, перевод, оформление. ООО «Альпина нон-фикшн», 2020

Все права защищены. Данная электронная книга предназначена исключительно для частного использования в личных (некоммерческих) целях. Электронная книга, ее части, фрагменты и элементы, включая текст, изображения и иное, не подлежат копированию и любому другому использованию без разрешения правообладателя. В частности, запрещено такое использование, в результате которого электронная книга, ее часть, фрагмент или элемент станут доступными ограниченному или неопределенному кругу лиц, в том числе посредством сети интернет, независимо от того, будет предоставляться доступ за плату или безвозмездно.

Копирование, воспроизведение и иное использование электронной книги, ее частей, фрагментов и элементов, выходящее за пределы частного использования в личных (некоммерческих) целях, без согласия правообладателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.

* * *

Эта книга посвящена потрясающим людям, работа которых обеспечила полет «Новых горизонтов», их родным, поддержавшим преданность своих близких успеху этого предприятия, и всем остальным, кто помог сделать исследование Плутона возможным

Предисловие
Самая далекая экспедиция в истории: взгляд изнутри

В январе 2006 г. крошечный космический аппарат весом всего около 450 кг установили на мощную ракету высотой 70 м, которая стартовала с мыса Канаверал, штат Флорида. Так началось самое далекое путешествие из всех, когда-либо предпринятых человечеством ради исследований, – путешествие для того, чтобы изучить Плутон, последнюю планету, которую люди еще не посещали с зарождения космической эпохи. Этот космический аппарат, получивший меткое название «Новые горизонты» (New Horizons), уносил с собой надежды и мечты команды ученых и инженеров, которые всю свою жизнь положили на решение, казалось бы, неразрешимой задачи.

Примерно 60 лет назад мы, люди, начали путешествия в космическом пространстве – последнем рубеже человечества – для того, чтобы исследовать другие миры. До этого времени такие экспедиции предпринимались только в фантастических романах. Но с началом новой эпохи мы – разумные существа, населяющие третью от Солнца планету, – стали посылать людей и автоматические аппараты через пустоту космического пространства, чтобы изучить другие миры. Время, в которое мы живем, навсегда останется в памяти человечества как эра, когда люди выбрались из колыбели своей планеты, чтобы стать видом разумных существ, путешествующих в космосе.

В 1960-е и 1970-е гг. автоматические межпланетные станции NASA серии «Маринер» совершили первые успешные путешествия в истории человечества к близким планетам: Венере, Марсу и Меркурию, а также люди впервые ступили на поверхность Луны. Кроме того, в 1970-е гг. американские космические аппараты серии «Пионер» первыми достигли Юпитера и Сатурна, которые находятся гораздо дальше от Земли по сравнению с внутренними планетами. Далее последовал проект NASA «Вояджер». Первоначально предполагалось, что аппараты совершат «большое турне», посетив пять известных на то время внешних планет – от Юпитера до Плутона. Но в конце концов «Вояджеры» исследовали Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, а к Плутону так и не слетали. Таким образом, к концу 1980-х гг. автоматические станции посетили все на тот момент известные планеты, кроме одной. В результате эта одинокая, неисследованная планета превратилась в нечто большее – для некоторых она стала символом, бросающим вызов и заставляющим дерзать.

Экспедиция «Новых горизонтов» к Плутону, о которой мы расскажем ниже, стала логическим продолжением всех предыдущих путешествий для исследования планет. Тем не менее «Новые горизонты» не были похожи ни на один проект, предпринимавшийся ранее. Многие сомневались в том, что программа будет одобрена, и еще больше людей сомневалось в том, что найдется достаточно средств и времени, чтобы построить космический аппарат, и в том, что он куда-либо долетит. Но, как мы расскажем в этой книге, преданная своему делу сплоченная группа ученых и инженеров оправдала ожидания и за 26 лет – к 2015 г. – воплотила в жизнь почти несбыточную мечту об исследовании Плутона.

Цель нашей книги – дать читателю почувствовать, чего стоило разработать, одобрить, профинансировать эту выдающуюся экспедицию, построить и запустить космический аппарат, чтобы он успешно добрался до своей далекой цели. Эта история показательна для современных исследований космоса. Тем не менее в ней есть происшествия и эпизоды, которые происходили только с «Новыми горизонтами»: непредвиденные препятствия, угрозы, оплошности и неудачи, которые приходилось преодолевать. Но было и много счастливых моментов, когда главную роль сыграли удача и подарки судьбы, без которых задачу никогда бы не удалось решить.

Мы, авторы книги, – двое ученых, которые по-разному участвовали в проекте «Новые горизонты»: один был в его центре, другой все время находился на периферии. Но нас объединяет наше общее восторженное желание исследовать далекие миры и поделиться историей «Новых горизонтов» – особенной, захватывающей и по большей части никому не известной, а также рассказать о том, как же случилось, что далекий Плутон все-таки был исследован.

Центром этой истории стал Алан Стерн. Хотя в проекте «Новые горизонты» участвовали буквально тысячи людей, Алан был его лидером с самого начала. Напротив, Дэвид Гринспун имеет к «Новым горизонтам» только отдаленное отношение. Как и Алан, Дэвид – ученый-планетолог, но по роду деятельности он также является писателем. Дэвид – давний близкий друг и коллега Алана и многих других главных героев этой истории, а также он стал свидетелем ее поворотных моментов. Например, в 1990-е и начале 2000-х гг. он состоял в Подкомитете NASA по исследованию Солнечной системы (Solar System Exploration Subcommittee, SSES), где, как вы скоро узнаете, были приняты некоторые очень важные решения, давшие жизнь «Новым горизонтам». Также Дэвид был на бурной «победной вечеринке», состоявшейся на Бурбон-стрит в Новом Орлеане в 2001 г., когда «Новые горизонты» выиграли конкурс NASA проектов экспедиции к Плутону, победив в жестком соревновании. Дэвид был и на мысе Канаверал, на оглушительном и головокружительном старте к Плутону в 2006 г., он помогал команде разрабатывать стратегии информирования общественности во время пролета Плутона в 2015 г. Когда автоматическая межпланетная станция (АМС) «Новые горизонты» исследовала Плутон, Дэвид работал с научной командой, обеспечивая взаимодействие со СМИ. Хотя многие впечатления и сведения были получены Дэвидом из первых рук, его имя не часто упоминается в этой книге. Скорее, его голос – это голос рассказчика.

Мы познакомились 25 лет назад, вскоре после того, как было положено начало всей этой истории, и вместе восхищались целым рядом необыкновенных событий, которые произошли с того времени. Мы двигались по нашей жизни, а наш космический аппарат боролся за право на жизнь, создавался и путешествовал через Солнечную систему.

В этой книге мы попытались соединить свои голоса, чтобы дать многообразную и глубоко личную точку зрения на это историческое путешествие, задуманное, разработанное и воплощенное в жизнь только для того, чтобы исследовать Плутон, путешествие, которое должно было стать завершающим в первом знакомстве с планетами Солнечной системы.

Главный материал для книги появился в ходе наших долгих телефонных разговоров, которые происходили каждую субботу по утрам в течение полутора лет. В них мы снова прошли сквозь длинный и полный приключений путь «Новых горизонтов», и Алан пересказывал Дэвиду свои воспоминания о проекте, о том, как он начинался и из каких этапов складывался. Расшифровки Дэвидом этих разговоров легли в основу черновиков почти всех глав, которые затем мы оба редактировали и переписывали много раз, передавая их друг другу и тщательно проверяя.

В результате эта книга сочетает в себе наши взгляды на увлекательную историю, сопровождающиеся голосами множества ключевых ее участников. Но во многом это история, увиденная ее лидером Аланом и пересказанная затем Дэвиду.

При совместном написании книги возникали некоторые сложности. Например, как мы будем говорить об Алане? Если не считать тех мест, где приводятся цитаты, мы не могли использовать первое лицо (как, например, в предложении «Я не мог поверить своим ушам»), поскольку Дэвид является соавтором. Хотя казалось несколько странным говорить об Алане в третьем лице («Алан не мог поверить своим ушам») в книге, где он также выступает как соавтор, ради стилистики мы выбрали именно такую подачу материала. Голос Алана, как и голоса многих других, звучит в цитатах от первого лица, часто отделенных от основного текста. Многие из этих цитат взяты из записей наших субботних разговоров, с которых и началась эта книга.

Современные исследования планет – сложная работа, в которой нельзя добиться успеха без совместных усилий огромного количества людей. Некоторые участники проекта «Новые горизонты» несколько десятков лет мечтали, составляли планы, проектировали, строили, чтобы послать один-единственный аппарат в полет к Плутону. Поэтому мы хотим отметить, что вклад в проект внесло гораздо больше людей, чем упомянуто на этих страницах. Нам очень жаль, что для того, чтобы уложиться в приемлемый объем, с грустью пришлось оставить за рамками книги многих из них. Мы очень благодарны нашим редакторам за то, что они улучшили рассказ, настояв на том, что он должен быть достаточно краток, чтобы его можно было читать.

На памяти одного поколения не было ничего подобного проекту «Новые горизонты», когда новые миры исследуются друг за другом. И в данный момент ничего похожего не планируется в будущем.

В нашей книге мы рассказываем о том, что чувствовали люди, участвовавшие в этом проекте, одном из самых известных в истории исследования космоса. Попытка изучить Плутон – это ни на что не похожая и местами душераздирающая история с таким количеством неожиданных поворотов, которые, казалось, вели в глухой тупик, ситуаций, когда чудом удавалось избежать несчастья и с трудом можно было поверить, что ее ждет успех. Но его удалось достичь.

А теперь пойдемте с нами, и вы узнаете, как это происходило, и почувствуете, каково находиться внутри всего этого.

Алан Стерн, Боулдер, штат Колорадо

Дэвид Гринспун, Вашингтон, округ Колумбия

Январь 2018 г.

Вступление
Без связи

Днем в субботу 4 июля 2015 г. руководитель экспедиции NASA к Плутону «Новые горизонты» Алан Стерн работал в своем офисе неподалеку от Центра управления полетами (ЦУП). Неожиданно у него зазвонил сотовый телефон. Стерн знал, что все празднуют День независимости, но гораздо больше его волновало, что до пролета мимо Плутона оставалось десять дней. «Новые горизонты» – космический аппарат, который был в центре всей его работы в течение последних 14 лет, – чуть больше чем через неделю должен был оказаться у своей цели – самой далекой планеты из всех, которые когда-либо исследовали с помощью зондов.

В тот день Алан, поглощенный работой, занимался подготовкой к полету. На последнем этапе приближения аппарата к Плутону он привык мало спать, но 4 июля пришлось встать посреди ночи и отправиться в ЦУП для того, чтобы загрузить очень большой пакет компьютерных команд, жизненно необходимый, чтобы успешно провести зонд рядом с планетой. Этот блок команд потребовал почти 10 лет работы и в то утро был послан с помощью радиопередачи, летящей со скоростью света, чтобы около Плутона догнать «Новые горизонты».

Взглянув на свой телефон, Алан с удивлением обнаружил, что ему звонит Глен Фонтейн, менеджер проекта «Новые горизонты». Стерн почувствовал холодок внутри, потому что отлично знал, что Глен взял выходной, чтобы провести его в расположенном неподалеку доме до того, как всех захлестнет суета приближающегося финального пролета. Зачем бы Глену звонить прямо сейчас?

Алан ответил на звонок:

– Глен, что случилось?

– Мы потеряли контакт с аппаратом.

– Встретимся в центре управления, я буду через пять минут.

Алан нажал кнопку отбоя и на несколько секунд присел за свой стол. Он оцепенел и только качал головой, не желая поверить в происшедшее. Неожиданная потеря связи с Землей – такого не должно было происходить ни с одним космическим аппаратом. Этого не случалось с «Новыми горизонтами» за все девять лет полета от Земли до Плутона. Как это могло произойти сейчас, когда до цели оставалось всего десять дней?

Алан сгреб свои вещи и мимоходом заглянул в дверь конференц-зала внизу, где проходила рабочая встреча и куда он собирался пойти: «Мы потеряли связь с космическим аппаратом». Когда коллеги, остолбенев, уставились на него, он добавил: «Я сейчас иду в ЦУП и не знаю, когда вернусь. Может быть, не сегодня». Алан добежал по летней мэрилендской жаре до своей машины и проехал километр до кампуса Лаборатории прикладной физики в Лореле, штат Мэриленд, откуда управлялись «Новые горизонты».

Возможно, эта поездка показалась Алану самой длинной в жизни. Он был абсолютно уверен в способности своей команды справиться с чрезвычайными ситуациями: они отработали такое количество вариантов реагирования на различные неполадки, что если и была группа людей, способных справиться с этим, то это были члены команды проекта «Новые горизонты». Но тем не менее в голове крутился самый худший вариант развития событий.

Если говорить конкретно, то вспоминался злосчастный «Марс Обсервер» NASA. Этот аппарат, запущенный в 1992 г., замолчал всего за три дня до того, как достиг Марса. Все попытки восстановить связь оказались безуспешными. Позднее NASA выяснило, что произошло разрушение топливного бака, которое и привело к гибели зонда. Другими словами, он взорвался.

Алан напряженно размышлял: «Если мы потеряем этот аппарат, то потеряем весь проект, работа над которым продолжалась 14 лет, и весь труд 2500 людей пойдет прахом. Мы почти ничего не узнаем о Плутоне, и "Новые горизонты" станут провалом и воплощением разорванных в клочья мечтаний».

Связь

Добравшись до большого, практически лишенного окон офисного здания, где размещался ЦУП, Алан припарковал машину, постарался отбросить черные мысли и пошел делать свою работу. ЦУП вполне соответствует вашим ожиданиям того, как должно выглядеть такое место, он похож на ЦУП из «Аполлона-13» или любого другого фильма о космосе: главное место занимают огромные проекционные экраны вдоль стен и ряды компьютерных мониторов у пультов операторов.

В течение 9 долгих лет путешествия к Плутону радиосвязь с «Новыми горизонтами» была единственным способом, с помощью которого команда могла войти в контакт с аппаратом, управлять им, получать данные о его состоянии и наблюдениях. В то время, как АМС все дальше уходила к внешним границам Солнечной системы, временная задержка связи все увеличивалась, и теперь радиосигналу, двигающемуся со скоростью света, требовалось девять часов, чтобы пройти весь путь от Земли до зонда и обратно.

Чтобы оставаться на связи, «Новые горизонты», как и все «дальнобойные» космические аппараты, полагался на малоизвестную и невоспетую в балладах жемчужину планетных исследований NASA – Сеть дальней космической связи. Она представляет собой три комплекса гигантских антенн-тарелок, расположенных в Голдстоуне, штат Калифорния, в Мадриде и в Канберре (Австралия). Они функционируют как единое целое, передавая обязанности по установлению связи, пока Земля каждые 24 часа совершает оборот вокруг своей оси. Три станции распределены по всему миру так, что один из комплексов антенн в любой момент может нацелиться на объект, в какой бы точке глубокого космоса он ни находился.

Но сейчас… Сеть дальней космической связи утратила контакт с одной из самых своих драгоценных целей – «Новыми горизонтами».

Алан отсканировал свой пропуск, пройдя через службу безопасности здания, и вошел в ЦУП. В зале он сразу же увидел Элис Боуман, ветерана экспедиции, всегда невозмутимого и чрезвычайно компетентного руководителя полета с 14-летним стажем, которую прозвали «мамочкой». Элис возглавляла команду ЦУПа, поддерживающую связь с аппаратом и управляющую им. Она стояла вместе с небольшой группой инженеров и экспертов по управлению полетом перед компьютерным экраном, на котором мерцало зловещее сообщение «OUT OF LOCK»[1]1
  «Потеря связи». – Прим. ред.


[Закрыть].

Их спокойствие было обнадеживающим, и Алану бросилось в глаза, что они выглядят достаточно расслабленными, как будто считают, что все козыри у них на руках. Задав им несколько вопросов, Алан выяснил, что у коллег уже есть рабочая версия происходящего.

Во время потери сигнала космический аппарат был запрограммирован на то, чтобы выполнять несколько заданий одновременно, и это было сложной задачей для его основного компьютера. Эксперты решили, что, возможно, компьютер начал перезагрузку и перешел в безопасный режим. На симуляторе в ЦУП тот же самый набор заданий не представлял проблемы для точно такого же компьютера, как тот, который стоял на борту «Новых горизонтов». Но, возможно, на борту межпланетной станции что-то отличалось от симулятора.

Если бортовой компьютер был перегружен заданиями, он мог принять решение о перезагрузке. Был и другой вариант: столкнувшись с проблемой, он мог отключиться и автоматически передать управление резервному компьютеру «Новых горизонтов».

Любой из этих вариантов оказался бы хорошей новостью, означающей, что аппарат работает, а проблему можно исправить. Автоматическая станция уже должна была «проснуться» и передать домой сигнал с информацией о своем состоянии. Поэтому, если все было именно так, через час или полтора, когда «Новые горизонты» завершат первые шаги по своему «воскрешению», в ЦУПе должны были получить весточку от своей «птички». Элис и ее команда были уверены в том, что происшествие связано с одной из этих проблем с компьютером, и после стольких лет полета «Новых горизонтов» Алан был склонен доверять им. Тем не менее, если они ничего не услышат, если через час или полтора сигнал не последует, то это будет означать, что у них нет хорошей гипотезы о происшедшем и, вполне возможно, что уже нет и самого аппарата.

Когда стало прибывать все больше персонала, чтобы помочь справиться с чрезвычайной ситуацией, Алан организовал офис в ситуационном центре – конференц-зале со стеклянными стенами, откуда можно было наблюдать за ЦУПом. Приехал и Глен Фонтейн. Вскоре стало ясно, что потребуются работы по восстановлению нормального функционирования аппарата, и члены команды могут застрять тут надолго – на несколько дней и ночей, чтобы решить проблему и исправить курс предстоящего пролета.

Если бы АМС «Новые горизонты» двигалась по орбите планеты или безопасно стояла на ее поверхности, как планетоход, команда могла бы потратить время, чтобы проанализировать проблему, разработать рекомендации, попробовать разные способы действий. Но аппарат выполнял пролетную миссию. Он мчался к Плутону со скоростью более 1 207 000 км в день – около 50 000 км/ч. Будет АМС работать или нет, она пролетит мимо планеты 14 июля и никогда не вернется назад. «Новые горизонты» не остановятся на то время, пока эксперты решают проблемы. Есть только одна попытка добраться до сокровищницы Плутона: у аппарата не было замены, не было второго шанса и не было никаких вариантов отложить дату его прибытия к Плутону.

Во время Первой мировой войны появилось выражение, описывающее войну как «месяцы скуки, перемежающиеся минутами ужаса». То же самое можно сказать и о долгом полете АМС. И команде «Новых горизонтов» выпал длинный и откровенно страшный час, пока они ждали обнадеживающего сигнала от аппарата.

Затем наступило облегчение: в 15:11, через час и 16 минут после потери связи с космическим аппаратом, сигнал вернулся, и на компьютерах в ЦУПе появилось новое сообщение: «LOCKED»[2]2
  «Связь установлена». – Прим. ред.


[Закрыть].

Алан глубоко вздохнул. Гипотеза, которую выдвинули инженеры, по всей видимости, была верной. Аппарат снова был на связи. Они вернулись в игру!

Но трудности были впереди. Предстояло проделать огромную работу, чтобы аппарат вернулся к расписанию пролета. Во-первых, инженеры должны были вывести его из безопасного режима, в который АМС переходит, столкнувшись с проблемой, которую не может решить его система. Но для того, чтобы восстановить пролет, следовало сделать намного больше. Все компьютерные файлы, которые методично загружались с декабря для того, чтобы обеспечить исследование Плутона, предстояло загрузить заново, прежде чем начать пролетные операции. При обычных обстоятельствах это потребовало бы многих недель работы, но в распоряжении команды недель не было, у них оставалось десять дней до того, как АМС доберется до Плутона, и только три дня до начала передачи жизненно важной информации для максимального сближения с планетой, когда будет сделана бо́льшая часть ценных научных наблюдений.

Боуман и ее команда тут же приступили к работе, и задача, стоящая перед ними, вселяла страх. После того, как они вывели космический аппарат из безопасного режима, им нужно было отдать команду о переключении с резервного на основной компьютер, чего раньше они никогда не делали, и снова передать все файлы, которые были необходимы, чтобы управлять операциями во время пролета. И прежде чем что-то посылать на АМС, требовалось все проверить на симуляторе полета, чтобы убедиться, что это сработает. Все должно было быть сделано идеально: если они пропустят хотя бы один жизненно важный файл или используют не ту его версию, пролет, который они планировали так много лет, может обернуться неудачей.

Часы не стояли на месте. Первые научные наблюдения близкого пролета – самые важные в миссии – должны были состояться всего за 6,4 суток до встречи с Плутоном, во вторник. Эта отметка в 6,4 суток была связана с продолжительностью дня на Плутоне, одним его полным оборотом вокруг оси. Она означала, что во вторник команда в последний раз перед пролетом увидит некоторые части Плутона в крупном масштабе. Если к тому времени не удастся вернуть аппарат на правильный путь, останутся большие участки планеты, которые АМС не сможет нанести на карту.

Смогут ли они вернуть корабль в расписание к этому времени? Элис и ее команда разработали план и надеялись, что смогут ему следовать, если только предположить, что они не столкнутся с новыми трудностями или не возникнут проблемы, вызванные ошибками, которые могут появиться во время долгих процедур восстановления аппарата, к которым они приступили.

Сработает ли это? Или они провалятся? Как сказал Алан в тот день, если в команде «Новых горизонтов» кто-то был атеистом до этого происшествия, то в этот момент они, возможно, обратились в какую-либо веру. Время даст все ответы на вопросы, а мы расскажем об этом, но вначале давайте поговорим об истории аппарата «Новые горизонты» и о том, что происходило с ним до этого момента.