1. Восток-1
На этом корабле 12 апреля 1961 года советский космонавт Юрий Гагарин первым побывал в космосе — на орбите Земли. Произошло это в эпоху транзисторов, компьютеров размером с комнату и зачаточных знаний о космосе. В те времена никто даже не мог точно сказать, как отсутствие гравитации повлияет на человека. Поэтому полёт решили провести в автоматическом режиме, что тоже усложняло задачу. Например, инженерам пришлось с нуля создать специальные системы ориентации в пространстве, управления, космической связи и энергообеспечения.
Причём работа велась в авральном режиме. Корабль построили в рекордно короткие сроки: всего за 2,5 года. Из-за спешки конструкторам пришлось отказаться от многих первоначальных планов. Так, у "Востока" не было дублирующей тормозной системы, которая в случае чего могла бы вернуть аппарат с орбиты. По этой причине Гагарин вёз с собой припасов на 10 дней — в теории за такое время корабль должен был оттормозиться на низкой орбите и начать падать на Землю.
Приборы, систему обеспечения, припасы и жилой отсек — всё это поместили в почти сферическую кабину с конусом в задней части весом 4,7 тонны и длиной 4,4 метра с тремя небольшими иллюминаторами. Это и был "Восток-1".
Несмотря на талант и усердную работу испытателей, риск всё равно был огромным. Хотя каждую деталь "Востока" пристально проверяли, никто стопроцентно не мог гарантировать, что первый человек в космосе вернётся назад: из семи пробных запусков орбитальных аппаратов два закончились неудачно.
Накладки во время полёта Гагарина действительно случились. Так, при сходе с орбиты посадочный модуль не отделился в рассчитанный срок, из-за чего аппарат беспорядочно вращался целых 10 минут. В итоге приземление произошло не в расчётной точке, а первого космонавта после катапультирования чуть не снесло ветром в Волгу.
Но всё закончилось благополучно. И хотя сейчас "Восток-1" может показаться примитивным аппаратом, для 1960-х это был прорыв, который заслуженно остался в истории человечества.
2. Аполлон-11
Высадиться на Луне было сложнее, чем просто полететь в космос. И хотя за восемь лет, прошедших с полёта Гагарина, технологии серьёзно продвинулись, перед специалистами из NASA стояла нетривиальная задача. Корабль должен был не просто долететь до спутника Земли, но и буквально стать трансформером: по плану, от "Аполлона", достигшего Луны, отделялся спускаемый модуль с двумя космонавтами, а потом вся эта конструкция собиралась назад, и аппарат возвращался на Землю.
Ради успеха миссии инженерам пришлось создать ряд инновационных технологий. Например, чтобы снизить массу аппарата, в компьютере "Аполлона" впервые использовались полупроводники и кремниевые чипы. Фактически миссия косвенно поспособствовала компьютерной революции. Также специально для проекта была разработана самая большая и мощная ракета в истории — Saturn V. Она была выше 36-этажного дома и смогла доставить к Луне (360 тысяч километров от Земли) 47-тонный "Аполлон".
Много времени уделялось и подготовке экипажа из трёх человек. Каждый из них в предстоящем полёте должен был выполнять особую роль.
Чтобы отработать посадку лунного модуля, специалисты создали специальный полноразмерный тренажёр. На нём во время занятий чуть не погиб Нил Армстронг. Позднее он стал первым человеком, ступившим на поверхность Луны.
"Аполлон" покинул Землю 16 июля 1969 года. Два члена экипажа, Нил Армстронг и Эдвин Олдрин, смогли прогуляться по лунной поверхности, пока третий астронавт, Майкл Коллинз, ждал их на орбите. 24 июля на Землю вернулся командный модуль с астронавтами, пробами грунта, фото- и видеоплёнками.
После состоялось ещё пять подобных высадок. Двенадцать членов экспедиций программы "Аполлон" до сих пор остаются единственными людьми, которые побывали на Луне.
3. "Вояджер-1" и "Вояджер-2"
Основной целью "Вояджеров", запущенных в 1977 году, было изучение Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. И аппараты прекрасно справились с этой задачей: они сделали первые подробные фотографии отдалённых планет. Всё благодаря специальным телевизионным камерам, с помощью которых удалось передавать изображения по радио.
Однако в первую очередь "Вояджеры" известны своим путешествием к окраинам Солнечной системы. И хотя у аппаратов были предшественники — зонды "Пионер-10" и "Пионер-11", именно "Вояджеры" стали самыми удалёнными объектами во Вселенной, созданными руками людей.
Сейчас "Вояджер-1" находится на расстоянии 23,3 миллиарда километров от Земли. Ещё в 2013 году он покинул Солнечную систему и вышел в межзвёздное пространство. "Вояджер-2" тоже улетел далеко — на 19,4 миллиарда километров. И оба аппарата продолжают движение.
И хотя запланированный срок эксплуатации давно прошёл, связь с "Вояджерами" сохраняется спустя почти 44 года после запуска. Большинство приборов на них отключено, чтобы не тратить энергию. Но у зондов ещё остаются запасы радиоактивного топлива — ожидается, что связь с ними сохранится как минимум до 2025 года.
"Вояджер-1". Фото: NASA / Wikimedia Commons
Коллаж из планет и спутников, мимо которых пролетели "Вояджеры". Изображение: Donald Davis' official site / Wikimedia Commons
Пластинка с "Вояджера-2". Фото: NASA / JPL / Wikimedia Commons
А ещё внутри "Вояджеров" находятся знаменитые золотые диски, предназначенные для внеземных цивилизаций. На носителях записаны звуки и картинки с нашей планеты, а также указаны координаты Земли. Если инопланетяне действительно обнаружат аппараты, то смогут определить время, прошедшее с момента запуска, — на зонды нанесено специальное покрытие.
4. Хаббл
На Земле тяжело наблюдать за звёздами: мешают и радиопомехи, и свет от электроприборов, и сама атмосфера. Куда удобнее изучать Вселенную с помощью автоматических обсерваторий в космосе.
Телескоп имени астронома Эдвина Хаббла стал стал одной из первых таких станций. Аппарат отправился на околоземную орбиту (569 километров от поверхности) в 1990 году. Тогда предполагалось, что "Хаббл" проработает около 15 лет. Однако модульность и близость к Земле продлили ему жизнь: несколько устаревших и неудачных частей были успешно заменены, и телескоп до сих пор продолжает наблюдение.
Основное зеркало "Хаббла", на котором собирается свет от космических объектов, одно из самых больших среди подобных аппаратов — 2,4 метра в диаметре. Оно весит 816 килограммов и изготовлено из специального кварцевого стекла. Его полировали два года и четыре месяца для чёткой и неискажённой картинки. Сам телескоп высотой сравним с четырёхэтажным домом.
Полировка зеркала для "Хаббла". Фото: NASA / Wikimedia Commons
Космонавты меняют оборудование на "Хаббле". Фото: NASA / Wikimedia Commons
Эволюция оптических приборов "Хаббла" на основе снимков галактики M100 разных лет. Фото: NASA, ESA, STScI and Judy Schmidt / Wikimedia Commons
Благодаря "Хабблу" астрофизики получили много уникальной информации о Солнечной системе, нашей галактике и отдалённом космосе. Например, обнаружили несколько планет, на которых потенциально может быть жизнь, и уточнили возраст Вселенной. На сегодня "Хаббл" провёл более 1,5 миллиона наблюдений, на основе которых учёные опубликовали больше 15 тысяч научных статей. Телескоп продолжает генерировать 80 гигабайт новых данных ежемесячно.
"Хаббл" постепенно устаревает, и новой надеждой обсерваторий стал телескоп имени Джеймса Уэбба. Это достойный наследник: его зеркало в два с лишним раза больше, чем у "Хаббла", — 6,5 метров. "Уэббу" придётся постараться, чтобы повторить успехи предшественника, но первый шаг сделан. Аппарат, запущенный 25 декабря 2021 года, уже достиг места действия в 1,5 миллиона километров от Земли.
5. Кассини-Гюйгенс
Сложнейшая и дорогая космическая миссия "Кассини-Гюйгенса" началась в 1997 году. Аппарату предстояло исследовать Сатурн и приземлиться на крупнейшем из его спутников — Титане. Поэтому зонд состоял из двух модулей: орбитального ("Кассини") и спускаемого ("Гюйгенс"). Лететь надо было далеко и долго, так что аппарат стал одним из крупнейших межпланетных кораблей — только топлива набралось на 3,1 тонны. Общая же масса почти семиметрового зонда составила 5,7 тонны.
Чтобы доставить "Кассини-Гюйгенса" к конечной точке экспедиции, NASA, Европейскому и Итальянскому космическим агентствам пришлось проложить сложный маршрут. Учёные использовали гравитацию планет для разгона корабля: заходя на их орбиту, аппарат набирал скорость, а потом с помощью двигателей корректировал направление. Этот трюк инженеров космических агентств называется гравитационным манёвром. В отличие от прямого перелёта, он позволяет достичь цели быстрее и сэкономить топливо.
Сначала "Кассини-Гюйгенс" добрался до Венеры, вернулся к Земле, снова облетел Венеру, а потом направился к Юпитеру. Только после всех этих манёвров аппарат достиг Сатурна. На дорогу ушло около семи лет.
"Кассини" оставался на орбите Сатурна и был его единственным искусственным спутником до 2017 года. Когда у зонда закончилось топливо, учёные направили модуль в атмосферу планеты. Дело в том, что внутри аппарата могли выжить простейшие микроорганизмы с Земли. Чтобы случайно не заразить ими далёкие миры с потенциально пригодными для жизни условиями, учёные решили уничтожить зонд. Падая, "Кассини" продолжал отправлять данные и последние кадры.
Спутник Ио на фоне Юпитера, снятый "Кассини". Фото: NASA / JPL / University of Arizona / Wikimedia Commons
Сатурн, закрывший собою Солнце. Маленькая точка возле тонкого кольца на 10 часов — Земля. Фото: NASA / JPL / Space Science Institute / Wikimedia Commons
Поверхность Титана, снятая "Гюйгенсом". Оригинальный снимок и фото повышенной контрастности. Фото: ESA / NASA / JPL / University of Arizona; ESA / NASA / JPL / University of Arizona; processed by Andrey Pivovarov / Wikimedia Commons
"Гюйгенс" же в январе 2005 года приземлился на Титан, шансы найти жизнь на котором считались незначительными, и сделал снимки поверхности. Это была первая успешная посадка рукотворного аппарата за пределами орбит планет земной группы (Меркурий, Венера, Земля и Марс).
6. Международная космическая станция
Пока человечество не может отправиться в полёт к другим планетам или покинуть родную Солнечную систему. Но зато уже немало знает о космосе и научилось жить вне Земли. Во многом благодаря Международной космической станции.
С 1998 года МКС на высоте больше 400 километров со скоростью 28 800 километров в час кружится вокруг Земли. Все эти годы станция росла: сейчас это комплекс длиной 109 метров и шириной 73 метра (то есть больше стандартного футбольного поля), а также массой 417 тонн.
Сегодня на МКС постоянно работает международный экипаж примерно из семи человек. Поддерживать их проживание на орбите непросто: топливо, припасы и даже воздух приходится доставлять грузовыми ракетами.
Ни одно государство не смогло бы реализовать столь амбициозный проект. Существование самого большого космического корабля в истории человечества стало возможным лишь из-за сотрудничества космических агентств со всего мира. Люди из самых разных стран работают вместе, чтобы станция продолжала функционировать.
Благодаря МКС учёные из 108 стран провели 3 000 исследований. Станция помогла узнать, как длительное нахождение в невесомости влияет на человека, растения, животных, различные вещества, какие есть опасности в открытом космосе и на орбите Земли. Этот опыт очень пригодится, когда (и если) люди отправятся покорять другие планеты.
7. "Хаябуса" и "Хаябуса-2"
"Хаябуса". Изображение: Japan Aerospace Exploration Agency Digital Archive
"Хаябуса-2". Изображение: Go Miyazaki / Wikimedia Commons
Представьте, что вам надо попасть дротиком в мишень размером примерно 55 на 18 сантиметров, которая при этом движется со скоростью свыше 20 километров в секунду (72 тысячи километров в час). Именно такая задача стояла перед учёными Японского космического агентства — нужно было собрать грунт с астероидов Итокава и Рюгу. Всё, чтобы получить образцы материалов, которые сохранились в том же виде, что и 4,6 миллиарда лет назад, когда создавалась Солнечная система.
Вместо дротиков инженеры решили использовать космические зонды "Хаябуса" и "Хаябуса-2". Для длительной космической миссии на них установили ионные двигатели. Последние работают на электричестве, которое разгоняет ионы ксенона, и получается реактивная тяга. Только благодаря этой технической находке "Хаябуса" смог вернуться к Земле, когда из-за неудачной пробной посадки на Итокаве произошла утечка топлива.
Вообще во время первой миссии японским инженерам пришлось решать множество проблем. С "Хаябусой" часто пропадала связь, часть устройств для ориентации аппарата в пространстве вышла из строя, а мощная вспышка на Солнце разрушила 7 из 11 солнечных панелей зонда. И всё-таки учёным удалось перенастроить работу "Хаябусы" и успешно завершить миссию. Например, они наладили подачу тока с электрогенератора одного (сломанного) двигателя на другой. В итоге после семи лет (2003–2010 годы) полёта аппарат с трёхгодичным опозданием от намеченного срока всё-таки доставил грунт с астероида на Землю.
Полёт "Хаябусы-2" к астероиду Рюгу, который начался в 2014 году, прошёл более спокойно. В 2018 году аппарат достиг цели и высадил там роботизированные модули. Позднее и сам "Хаябуса-2" спустился к поверхности и собрал пробы грунта. Примечательно, что перед одним из приземлений зонд буквально выстрелил по астероиду кумулятивным снарядом, чтобы создать небольшой кратер — прошлый аппарат так не умел. В 2020 году "Хаябуса-2" отправил капсулы с образцами на Землю.
У зонда осталось неиспользованное топливо, так что миссию продлили ещё на 11 лет. Теперь "Хаябусе-2" предстоит посетить астероид 1998 KY26, диаметр которого — всего 30 метров. Для сравнения: диаметр Рюгу — 920 метров.
8. Новые горизонты
По стопам "Пионеров" и "Вояджеров" пошёл и другой зонд NASA "Новые горизонты". Свой многолетний полёт к краю Солнечной системы он начал в 2006 году. Чтобы долететь туда, аппарат сделал манёвр возле Земли, а потом набрал дополнительное ускорение рядом с Юпитером.
По пути зонд обнаружил колебания погоды и полярные вспышки молний на Юпитере, а также запечатлел крупное извержение вулкана на Ио. А ещё стал первым в истории аппаратом, который в 2015 году долетел до Плутона и его спутника Харона. Это и была главная цель миссии. Зонд не только заснял "сердце" карликовой планеты, но и запечатлел скалы, глубокие впадины и ледяные горы на её поверхности.
Информация о Плутоне передавалась с аппарата на Землю в течение девяти месяцев со скоростью 600 бит в секунду. Дальняя космическая связь работает медленно.
Плутон, сфотографированный "Новыми горизонтами". Фото: NASA / Wikimedia Commons
Восход на Плутоне, видны горы и ледяные равнины. Фото: NASA / Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory / Southwest Research Institute / Wikimedia Commons
Аррокот — объект пояса Койпера, снятый "Новыми горизонтами". Фото: NASA / Wikimedia Commons
Траектория полёта аппарата "Новые горизонты". Изображение: NASA / APL / Wikimedia Commons
После Плутона зонд направился к поясу Койпера — части Солнечной системы, состоящей из астероидов и карликовых планет. Сегодня "Новые горизонты" — это пятый аппарат, который достиг столь далёких рубежей. Его миссия предварительно продлена до 2026 года.
9. Юнона
Зонд NASA "Юнона" получил своё имя неспроста. Так звали жену бога Юпитера в античной мифологии, которая смогла разгадать тайны мужа. Но чтобы раскрыть секреты одноимённой планеты, недостаточно научиться видеть сквозь завесу облаков: нужно суметь выжить в условиях мощной радиации, которую излучает газовый гигант. Поэтому, чтобы защитить оборудование, специалисты дополнительно снабдили "Юнону" специальными экранами.
Всю необходимую энергию зонд получает от огромных солнечных батарей — самых больших среди всех космических аппаратов подобного типа. В развёрнутом положении они достигают 20 метров в диаметре и позволяют получать достаточное количество энергии от более скудного солнечного света на орбите Юпитера. Благодаря этой особенности "Юнона" не зависит от топлива, как, например, "Кассини", и может работать дольше.
Впрочем, у этих двух аппаратов есть и много общего. "Юнона" тоже функционирует на орбите исследуемой планеты. А чтобы туда добраться, зонду пришлось проделать большой путь. Дорога заняла около пяти лет (2011–2016 годы). За это время аппарат слетал в сторону Марса, вернулся к Земле и, используя притяжение нашей планеты, отправился к конечной цели путешествия.
Фото Юпитера, сделанное "Юноной". Фото: Nova Dawn Astrophotography / Wikimedia Commons
Южный полюс Юпитера. Фото: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS / Betsy Asher Hall / Gervasio Robles / Wikimedia Commons
"Юнона", как и её мифический прообраз, смогла проникнуть в тайны Юпитера. Аппарат заснял мощные шторма и полярные сияния на поверхности и зафиксировал сильное гравитационное поле планеты. А ещё прислал впечатляющие инфракрасные снимки извержений вулканов на спутнике Ио.
Однако Юпитер, а точнее его радиация, медленно разрушает "Юнону". Например, постепенно снижает энергоёмкость солнечных батарей. Предполагается, что зонд сможет проработать лишь до 2025 года.