Комптоновские гамма - обсерватория ( CGRO ) была космическая обсерваторией детектирования фотонов с энергией от 20 K эВ до 30 Г, на орбите Земли с 1991 по 2000 году обсерватория признаков четыре основных телескопов в одном космическом корабле, покрывая рентгеновские лучи и гамма - лучи , включая различные специализированные суб-приборы и детекторы. После 14 лет усилий обсерватория была запущена с космического корабля " Атлантис" во время STS-37 5 апреля 1991 г. и проработала до своего ухода с орбиты 4 июня 2000 г. [3] Она была развернута на низкой околоземной орбите.на 450 км (280 миль), чтобы избежать радиационного пояса Ван Аллена . Это была самая тяжелая астрофизическая полезная нагрузка из когда-либо летавших в то время - 17 000 кг (37 000 фунтов).
Тип миссии | Астрономия |
---|---|
Оператор | НАСА |
COSPAR ID | 1991-027B |
SATCAT нет. | 21225 |
Веб-сайт | cossc |
Продолжительность миссии | 9 лет, 2 месяца |
Свойства космического корабля | |
Производитель | TRW Inc. |
Стартовая масса | 17000 кг (37000 фунтов) |
Мощность | 2000,0 Вт [1] |
Начало миссии | |
Дата запуска | 5 апреля 1991 г., 14:22:45 UTC |
Ракета | Шаттл Атлантис СТС-37 |
Запустить сайт | Кеннеди LC-39B |
Конец миссии | |
Дата распада | 4 июня 2000 г., 23:29:55 UTC |
Параметры орбиты | |
Справочная система | Геоцентрический |
Режим | Низкая Земля |
Эксцентриситет | 0,006998 |
Высота перигея | 362 км (225 миль) |
Высота апогея | 457 километров (284 миль) |
Наклон | 28,46 · 10 градусов |
Период | 91,59 мин. |
РААН | 68,6827 градусов |
Эпоха | 7 апреля 1991 г., 18:37:00 UTC [2] |
Основные телескопы (четыре) | |
Тип | Сцинтилляционные детекторы |
Фокусное расстояние | В зависимости от инструмента |
Зона сбора | В зависимости от инструмента |
Длины волн | Рентгеновское излучение в гамма-излучение , 20 кэВ - 30 ГэВ (40 ч. - 60 ч. Утра ) |
Инструменты | |
BATSE, OSSE, COMPTEL , EGRET | |
CGRO стоимостью 617 миллионов долларов [4] входила в серию НАСА « Великие обсерватории », наряду с космическим телескопом Хаббла , рентгеновской обсерваторией Чандра и космическим телескопом Спитцера . [5] Это был второй запуск в космос после космического телескопа Хаббла. CGRO был назван в честь Артура Комптона , американского физика и бывшего ректора Вашингтонского университета в Сент-Луисе , получившего Нобелевскую премию за работы, связанные с физикой гамма-лучей. CGRO была построена компанией TRW (ныне Northrop Grumman Aerospace Systems) в Редондо-Бич , Калифорния . CGRO - это международное сотрудничество, и дополнительные взносы поступили от Европейского космического агентства и различных университетов, а также от Лаборатории военно-морских исследований США .
Преемниками CGRO являются космический аппарат ESA INTEGRAL (запущен в 2002 г.), космический аппарат NASA Swift Gamma-Ray Burst (запущен в 2004 г.), ASI AGILE (спутник) (запущен в 2007 г.) и космический гамма-телескоп NASA Fermi (запущен в 2008 г.); все остаются в эксплуатации по состоянию на 2019 год.
Инструменты
CGRO имела в своем составе четыре инструмента, которые охватывали беспрецедентные шесть порядков электромагнитного спектра , от 20 кэВ до 30 ГэВ (от 0,02 МэВ до 30000 МэВ). В порядке увеличения спектрального энергетического охвата:
BATSE
Выброс и Transient Source Experiment ( BATSE ) на НАСА Marshall Space Flight Center обыскала небо для гамма-всплесков (20 до> 600 кэВ) и проведенные исследования полного неба долгоживущих источников. Он состоял из восьми идентичных детекторных модулей, по одному в каждом углу спутника. [6] Каждый модуль состоял из NaI (Tl) детектора большой площади (LAD), охватывающего диапазон от 20 кэВ до ~ 2 МэВ, диаметром 50,48 см и толщиной 1,27 см, и детектора спектроскопии NaI диаметром 12,7 см и толщиной 7,62 см. , что расширило верхний диапазон энергий до 8 МэВ, все они были окружены пластиковым сцинтиллятором в активном антисовпадении, чтобы наложить запрет на большие фоновые уровни из-за космических лучей и захваченного излучения. Внезапное увеличение скорости LAD привело к переходу в режим высокоскоростного хранения данных, а детали пакета позже считывались в телеметрию . Всплески обычно обнаруживались примерно по одному в день в течение 9-летней миссии CGRO. Сильный всплеск может привести к наблюдению многих тысяч гамма-лучей в интервале времени от ~ 0,1 с до примерно 100 с.
OSSE
Oriented сцинтилляционного спектрометра Эксперимент ( OSSE ) по научно - исследовательской лаборатории военно - морских детектированных гамма - лучей , поступающих в поле зрения любого из четырех модулей детекторов, которые могли бы быть направлен по отдельности, и были эффективны в диапазоне от 0,05 до 10 МэВ. Каждый детектор имел центральный сцинтилляционный спектрометрический кристалл NaI (Tl) диаметром 12 дюймов (303 мм) и толщиной 4 дюйма (102 мм), оптически связанный сзади с кристаллом CsI (Na) толщиной 3 дюйма (76,2 мм). аналогичного диаметра, просматриваемые семью фотоумножителями , работающими как фосвич : то есть, события частиц и гамма-излучения с задней стороны производили импульсы с медленным нарастанием (~ 1 мкс), которые можно было бы электронным способом отличить от событий чистого NaI с фронта , который давал более быстрые (~ 0,25 мкс) импульсы. Таким образом, поддерживающий кристалл CsI действовал как активная защита от совпадений , накладывая вето на события с тыла. Еще один бочкообразный экран из CsI, также с электронным антисовпадением, окружал центральный детектор по бокам и обеспечивал грубую коллимацию, отклоняя гамма-лучи и заряженные частицы со сторон или большую часть переднего поля зрения (FOV). Более тонкий уровень угловой коллимации обеспечивался коллиматорной решеткой из вольфрамовых пластин внутри внешнего цилиндра из CsI, которая коллимировала отклик на прямоугольное поле зрения на полувысоте 3,8 ° x 11,4 °. Пластиковый сцинтиллятор на передней части каждого модуля блокировал вход заряженных частиц спереди. Четыре детектора обычно работали парами по два. Во время наблюдения источника гамма-излучения один детектор будет вести наблюдения за источником, а другой будет немного отклоняться от источника для измерения уровней фона. Два детектора обычно меняются ролями, что позволяет проводить более точные измерения как источника, так и фона. Инструменты могли поворачиваться со скоростью примерно 2 градуса в секунду.
КОМПТЕЛ
Визуализации Комптона телескопа ( COMPTEL ) в Институте Макса Планка внеземной физики , в Университете штата Нью - Гемпшир , Нидерландского института космических исследований и астрофизического отдела ЕКА был настроен в диапазоне энергий 0.75-30 МэВ и определяется угол прихода фотонов с точностью до градуса, а энергия - с точностью до пяти процентов при более высоких энергиях. Инструмент имел поле зрения в один стерадиан . Для космических гамма-событий эксперимент требовал двух почти одновременных взаимодействий в наборе переднего и заднего сцинтилляторов. Гамма-лучи будут рассеиваться Комптоном в переднем модуле детектора, где измеряется энергия взаимодействия E 1 , переданная электрону отдачи, в то время как рассеянный Комптоном фотон будет захвачен одним из вторых слоев сцинтилляторов сзади, где его общая энергия энергия, E 2 , будет измерена. Из этих двух энергий, E 1 и E 2 , можно определить комптоновский угол рассеяния, угол θ, а также полную энергию E 1 + E 2 падающего фотона. Также были измерены положения взаимодействий как в переднем, так и в заднем сцинтилляторе. Вектор , V , соединяющий две точки взаимодействия определяет направление к небу, и угол об этом направлении, определенном конус относительно V , на котором источник фотонов должны лежать, и соответствующее «круг событий» на небе . Из-за требования почти совпадения между двумя взаимодействиями с правильной задержкой в несколько наносекунд большинство режимов создания фона было сильно подавлено. На основе набора значений энергии многих событий и кругов событий можно определить карту расположения источников, а также их потоки фотонов и спектры.
EGRET
Инструменты | |||||||
Инструмент | Наблюдая | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
BATSE | 0,02 - 8 МэВ | ||||||
OSSE | 0,05 - 10 МэВ | ||||||
КОМПТЕЛ | 0,75 - 30 МэВ | ||||||
EGRET | 20 - 30 000 МэВ |
Энергетический гамма Эксперимент телескопа ( EGRET ) , измеренные с высокой энергией (20 МэВ до 30 ГэВ) источника гамма-излучения в позиции доли градуса и энергии фотонов в пределах 15 процентов. EGRET был разработан Центром космических полетов имени Годдарда НАСА , Институтом внеземной физики Макса Планка и Стэнфордским университетом . Его детектор работает по принципу образования электрон- позитронных пар из фотонов высокой энергии, взаимодействующих в детекторе. Следы образовавшихся высокоэнергетических электронов и позитронов были измерены в объеме детектора, а ось V двух появляющихся частиц проецировалась в небо. Наконец, их полная энергия была измерена в большом сцинтилляционном детекторе калориметра в задней части прибора.
Полученные результаты
Основные результаты
- Прибором EGRET был проведен первый обзор всего неба с энергией выше 100 МэВ. Используя данные за четыре года, он обнаружил 271 источник, 170 из которых были неопознанными.
- Инструмент COMPTEL составил карту всего неба. 26 год
Al (радиоактивный изотоп алюминия ). - Инструмент OSSE завершил наиболее полное обследование центра Галактики и обнаружил возможное «облако» антивещества над центром.
- Инструмент BATSE в среднем регистрировал одно событие гамма-всплеска в день, всего около 2700 обнаружений. Он окончательно показал, что большинство гамма-всплесков должно происходить в далеких галактиках, а не поблизости в нашем собственном Млечном Пути , и, следовательно, они должны быть чрезвычайно энергичными.
- Открытие первых четырех повторителей мягкого гамма-излучения ; эти источники были относительно слабыми, в основном ниже 100 кэВ, и имели непредсказуемые периоды активности и бездействия.
- Разделение гамма-всплесков на два временных профиля: краткосрочные гамма-всплески, длящиеся менее 2 секунд, и длительные гамма-всплески, которые длятся дольше этого.
GRB 990123
Гамма-всплеск 990123 (23 января 1999 г.) был одним из самых ярких всплесков, зарегистрированных в то время, и был первым гамма-всплеском с оптическим послесвечением, наблюдаемым во время мгновенного гамма-излучения (обратная ударная вспышка). Это позволило астрономам измерить красное смещение 1,6 и расстояние 3,2 Гпк. Комбинируя измеренную энергию гамма-всплеска и расстояние, можно вывести полную излучаемую энергию, предполагающую изотропный взрыв, и в результате получить прямое преобразование примерно двух солнечных масс в энергию. Это окончательно убедило сообщество в том, что послесвечение гамма-всплеска возникло в результате сильно коллимированных взрывов, что сильно уменьшило необходимый энергетический баланс.
Разные результаты
- Завершение как в пульсара обследования и остатка сверхновой обследования
- Открытие в 1994 году земных источников гамма-излучения , исходящих из грозовых облаков.
История
- Предложение
- Работа началась в 1977 году.
- Финансирование и развитие
- CGRO был разработан для дозаправки / обслуживания на орбите. [8]
- Строительство и испытания
- Запуск и ввод в эксплуатацию
- Запущен 7 апреля 1991 года. Вскоре после запуска были обнаружены проблемы с топливопроводом, что препятствовало частым орбитальным запускам.
- Связь
- Потеря магнитофона с данными и меры по устранению
- Бортовые регистраторы данных вышли из строя в 1992 году, что уменьшило объем данных, которые можно было передать по нисходящей линии связи. Еще одна наземная станция TDRS была построена для уменьшения пробелов в сборе данных. [9]
Орбитальная перезарядка
Его подняли на высоту 450 км 7 апреля 1991 года, когда он был впервые запущен. [10] Со временем орбита пришла в упадок и потребовалось повторное ускорение, чтобы предотвратить попадание в атмосферу раньше, чем хотелось бы. [10] Его дважды перезагружали с использованием бортового топлива: в октябре 1993 года с высоты 340 км до 450 км, а в июне 1997 года с высоты 440 км до 515 км, чтобы потенциально продлить срок эксплуатации до 2007 года. [10]
Преднамеренный / контролируемый спуск с орбиты
После того, как в декабре 1999 года вышел из строя один из трех гироскопов, обсерватория была намеренно выведена с орбиты. В то время обсерватория еще действовала; однако отказ другого гироскопа сделал бы спуск с орбиты намного более трудным и опасным. С некоторыми противоречиями, в интересах общественной безопасности НАСА решило, что управляемое падение в океан предпочтительнее, чем позволить кораблю упасть самим по себе. [4] В отличие от космического телескопа Хаббла или Международной космической станции, он не был предназначен для ремонта и ремонта на орбите. [ сомнительно ] Он вошел в атмосферу Земли 4 июня 2000 г., и несгоревшие обломки («шесть двутавровых балок весом 1800 фунтов и детали из титана, в том числе более 5000 болтов») упали в Тихий океан. Океан. [11]
Этот спуск с орбиты был первым намеренным управляемым спуском спутника с орбиты НАСА. [12] (см. Также Skylab )
Смотрите также
- НАСА - программа Великих обсерваторий
- Список самых тяжелых космических кораблей
- Гамма-астрономия
Рекомендации
- ^ «НАСА - NSSDCA - Космический корабль - Детали» . nssdc.gsfc.nasa.gov . Проверено 30 апреля 2018 .
- ^ «НАСА - NSSDCA - Космический корабль - Детали траектории» . nssdc.gsfc.nasa.gov . Проверено 30 апреля 2018 .
- ^ "Гамма-астрономия в эпоху Комптона: инструменты" . Гамма-астрономия в эпоху Комптона . НАСА / GSFC. Архивировано из оригинала на 2009-02-24 . Проверено 7 декабря 2007 .
- ^ а б «Космический полет сейчас | CGRO Deorbit | Космический телескоп НАСА направляется к огненному врезанию в Тихий океан» . spaceflightnow.com .
- ^ Барри Логан: MSFC, Кэти Форсайт: MSFC. «НАСА - Великие обсерватории НАСА» . www.nasa.gov .
- ^ ПРОГРАММА ГОСТЕВОГО ИССЛЕДОВАТЕЛЯ BATSE
- ^ «CGRO SSC >> EGRET Детектирование гамма-лучей с Луны» . heasarc.gsfc.nasa.gov .
- ↑ НАСА, готовящая планы по разрушительному возвращению, чтобы положить конец выполнению миссии обсерватории Гамма-излучения Комптона . Январь 2000 г.
- ^ Март 1994 - Gamma Ray Observatory Remote Terminal System (ГРЦ) Объявлен Operational
- ^ а б в «CGRO SSC >> Успешное обновление гамма-обсерватории Комптона» . heasarc.gsfc.nasa.gov .
- ^ «Спутник, помеченный для исчезновения, погружается в море точно в цель (опубликовано в 2000 году)» . Ассошиэйтед Пресс. 5 июня 2000 г. - через NYTimes.com.
- ^ «Методы оценки входного поля космического мусора и их применение в обсерватории гамма-излучения Комптона» (PDF) . Управление операций миссии Космический центр НАСА Джонсон.
Внешние ссылки
- Сайт NASA Compton Gamma Ray Observatory
- Изображения НАСА CGRO
- Картирование обнаружений BATSE GRB
- Система удаленного терминала НАСА GRO установлена в комплексе связи в дальнем космосе в Канберре