Проект Галилео

Галилео

Художественная концепция Галилея на Ио на фоне Юпитера; антенна с высоким коэффициентом усиления полностью развернута
Имена	Зонд орбитального аппарата Юпитера
Тип миссии	Орбитальный аппарат Юпитера
Оператор	НАСА
COSPAR ID	1989-084B
SATCAT нет.	20298
Интернет сайт	solarsystem .nasa .gov / Галилей /
Продолжительность миссии	Планируется: 8 лет, 1 месяц, 19 дней Орбита Юпитера: 7 лет, 9 месяцев, 13 дней Финал: 13 лет, 11 месяцев, 3 дня
Пройденное расстояние	4 631 778 000 км (2,88 миллиарда миль) [1]
Свойства космического корабля
Производитель	Лаборатория реактивного движения [2] Мессершмитт-Бёльков-Блом [2] General Electric [2] Hughes Aircraft Company [2]
Стартовая масса	Всего: 2 560 кг (5 640 фунтов) [2] Орбитальный аппарат: 2220 кг (4890 фунтов) [2] Зонд: 340 кг (750 фунтов) [2]
Сухая масса	Орбитальный аппарат: 1880 кг (4 140 фунтов) [2] Зонд: 340 кг (750 фунтов) [2]
Масса полезной нагрузки	Орбитальный аппарат: 118 кг (260 фунтов) [2] Зонд: 30 кг (66 фунтов) [2]
Мощность	Орбитальный аппарат: 570 Вт [2] Зонд: 730 ватт-часов [2]
Начало миссии
Дата запуска	18 октября 1989 г., 16:53:40 UTC [3] ( 1989-10-18UTC16: 53: 40 )
Ракета	Спейс Шаттл Атлантис СТС-34 / ИУС
Запустить сайт	Кеннеди LC-39B
Поступил в сервис	8 декабря 1995 г., 01:16 UTC  SCET
Конец миссии
Утилизация	Контролируемый вход на Юпитер
Дата распада	21 сентября 2003 г., 18:57:18 UTC ( 2003-09-21UTC18: 57: 19 )
Орбитальный аппарат Юпитера
Компонент космического корабля	Орбитальный аппарат
Орбитальная вставка	8 декабря 1995 г., 01:16 UTC SCET
Атмосферный зонд Юпитер
Компонент космического корабля	Зонд
Вход в атмосферу	7 декабря 1995 г., 22:04 UTC SCET
Место воздействия	06 ° 05'N 04 ° 04'W / 6,083 ° с. Ш. 4,067 ° з. / 6.083; -4,067 ( Зонд Галилео ) у входа
Инструменты SSI Твердотельный имидж-сканер НИМС Картографирующий спектрометр в ближнем инфракрасном диапазоне UVS Ультрафиолетовый спектрометр PPR Фотополяриметр-радиометр DDS Подсистема детектора пыли EPD Детектор энергичных частиц ИК Счетчик тяжелых ионов МАГ Магнитометр PLS Подсистема плазмы PWS Подсистема плазменных волн
Флагманская программа НАСА ←  Программа " Вояджер" Кассини – Гюйгенс  →

Галилей был американской космической программой-роботом, которая изучала планету Юпитер и его спутники , а также несколько другихтел Солнечной системы . Названный в честь итальянского астронома Галилео Галилея , космический корабль Galileo состоял из орбитального аппарата и входного зонда. Он был доставлен на околоземную орбиту 18 октября 1989 года космическим кораблем " Атлантис" в рамках миссии STS-34 и прибыл к Юпитеру 7 декабря 1995 года послеоблетов Венеры и Земли с помощью гравитационного поля., и стал первым космическим кораблем, вышедшим на орбиту Юпитера. Он запустил первый зонд к Юпитеру, непосредственно измерив его атмосферу . Несмотря на серьезные проблемы с антенной, Галилей совершил первый пролет над астероидом 951 Гаспра и обнаружил первый астероидный спутник Дактиль около 243 Иды . В 1994 году Галилей наблюдал столкновение кометы Шумейкера – Леви 9 с Юпитером.

Был зарегистрирован состав атмосферы Юпитера и аммиачные облака. Io «S вулканизм и плазменные взаимодействия с атмосферой Юпитера также были записаны. Данные, собранные Галилеем, подтверждали теорию жидкого океана под ледяной поверхностью Европы , и были признаки аналогичных жидко- соленых слоев под поверхностью Ганимеда и Каллисто . Было показано, что Ганимед обладает магнитным полем, и космический корабль обнаружил новые доказательства существования экзосфер вокруг Европы, Ганимеда и Каллисто. Галилеотакже обнаружил, что система слабых колец Юпитера состоит из пыли от ударов по четырем маленьким внутренним спутникам. Также были нанесены на карту протяженность и структура магнитосферы Юпитера .

20 сентября 2003 года, после 14 лет в космосе и 8 лет в Юпитеру системы Galileo «s миссия была прекращена, отправив его в атмосферу Юпитера со скоростью более 48 километров в секунду (30 мили / с), полностью устраняя возможность заражения местных лун земными бактериями.

Фон [ править ]

Юпитер - самая большая планета в Солнечной системе , его масса более чем в два раза превышает массу всех остальных планет вместе взятых. ^[5] Рассмотрение возможности отправки зонда к Юпитеру началось еще в 1959 году, когда Лаборатория реактивного движения Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) разработала четыре концепции миссии:

• Полеты в дальний космос будут проходить через межпланетное пространство;
• Миссии облета будут пролетать мимо планет и могут посещать несколько планет за одну миссию;
• В рамках орбитальных миссий зонд будет выводиться на орбиту вокруг планеты для детального изучения;
• Планетарные миссии по входу и посадке, которые будут исследовать атмосферу и поверхность. ^[6]

Две миссии к Юпитеру, « Пионер-10» и « Пионер-11» , были одобрены в 1969 году, а ответственность за планирование миссий возложена на Исследовательский центр НАСА Эймса . ^[7] Pioneer 10 был запущен в марте 1972 года и прошел в пределах 200 000 километров (120 000 миль) от Юпитера в декабре 1973 года. За ним последовал Pioneer 11 , который был запущен в апреле 1973 года и прошел в пределах 34 000 километров (21 000 миль) от Юпитера. в декабре 1974 года, прежде чем отправиться на встречу с Сатурном . ^[8] За ними последовали более совершенные " Вояджер-1" и " Вояджер-2".космические аппараты, которые были запущены 5 сентября и 20 августа 1977 года соответственно, и достигли Юпитера в марте и июле 1979 года. ^[9]

Планирование [ править ]

Инициирование [ править ]

После утверждения миссий " Вояджер " Научно-консультативная группа НАСА (SAG) по миссиям за пределами Солнечной системы рассмотрела требования к орбитальным аппаратам Юпитера и атмосферным зондам. Он отметил, что технология создания теплозащитного экрана для атмосферного зонда еще не существует, и действительно, оборудование для его испытания в условиях, обнаруженных на Юпитере, будет недоступно до 1980 года. Также высказывались опасения по поводу воздействия излучения на компоненты космического корабля. , что станет лучше после того, как « Пионер 10» и « Пионер 11» совершат облет. Это указывало на то, что последствия были менее серьезными, чем предполагалось. ^[10]Руководство НАСА назначило JPL головным центром проекта Jupiter Orbiter Probe (JOP). ^[11] Джон Р. Казани , возглавлявший проекты «Моряк» и «Вояджер», стал первым менеджером проекта. ^[12] JOP будет пятым космическим кораблем, посетившим Юпитер, но первым на орбите, а зонд первым войдет в его атмосферу. ^[13]

Важное решение, принятое в то время Эймсом и JPL, заключалось в использовании космического корабля программы Mariner, подобного тому, который использовался для орбитального аппарата Jupiter для Voyager, а не Pioneer. Pioneer был стабилизирован вращением космического корабля со скоростью 60 об / мин , что давало 360-градусный обзор окружающей среды и не требовало системы ориентации. В отличие от этого, у Mariner была система ориентации с тремя гироскопами и двумя наборами из шести азотных реактивных двигателей. Отношение было определено со ссылкой на Солнце и Канопус , за которыми наблюдали с помощью двух основных и четырех дополнительных датчиков. Также был инерциальный эталонный блок и акселерометр.. Это позволило снимать изображения с высоким разрешением, но за эту функциональность пришлось заплатить увеличенный вес. Mariner весил 722 килограмма (1592 фунта) по сравнению с 146 килограммами (322 фунта) у Pioneer. ^[14]

Космический корабль "Вояджер" был запущен ракетами Titan IIIE с разгонным блоком Centaur , но впоследствии "Титан" был списан. В конце 1970-х годов НАСА было сосредоточено на разработке многоразового космического челнока , который, как ожидалось, сделает одноразовые ракеты устаревшими. ^[15] В конце 1975 года НАСА постановило, что все будущие планетарные миссии будут запускаться космическими кораблями. JOP будет первым, кто это сделает. ^[16] Космический шаттл должен был иметь услуги космического буксира для запуска полезных нагрузок, требующих чего-то большего, чем низкая околоземная орбита , но это никогда не было одобрено. Затем ВВС США разработалиПромежуточная верхняя ступень на твердом топливе (IUS), позже переименованная для этой цели в инерциальную верхнюю ступень (с той же аббревиатурой). ^[11]

IUS не был достаточно мощным, чтобы запустить полезную нагрузку на Юпитер, не прибегая к использованию серии маневров гравитационной рогатки вокруг планет для получения дополнительной скорости, что большинство инженеров считало неэлегантным и что планетологам из JPL не нравилось, потому что это означало, что миссия будет Чтобы достичь Юпитера, потребуется больше месяцев или лет. ^{[17] [18]} Более длительное время полета означало, что компоненты будут стареть, а бортовой источник питания и топливо будут исчерпаны. Некоторые из вариантов помощи гравитации также означали полет ближе к Солнцу, что могло бы вызвать тепловые нагрузки. ^[19]Тем не менее, IUS был сконструирован по модульному принципу, с двумя ступенями: большая с 9 700 кг (21 400 фунтов) топлива и меньшая с 2 700 кг (6000 фунтов). Этого было достаточно для большинства спутников. Он также может быть сконфигурирован с двумя большими ступенями для запуска нескольких спутников. ^[20] Конфигурации с тремя ступенями, двумя большими и одной малой, было бы достаточно для планетарной миссии, поэтому НАСА заключило контракт с Boeing на разработку трехступенчатой ​​ВМС. ^[18]

Было подсчитано , что JOP будет стоить $ 634 млн (эквивалент $ 1837 млн в 2019 году), и он должен был конкурировать за финансовый год 1978 финансирование с Шаттла и космического телескопа Хаббла . Успешная лоббистская кампания обеспечила финансирование как JOP, так и Хаббла, несмотря на возражения сенатора Уильяма Проксмира , председателя Подкомитета по ассигнованиям независимых агентств. Конгресс США одобрил финансирование Jupiter Orbiter Probe 12 июля 1977 года и JOP официально началась 1 октября 1977 года, в начале финансового года. ^[21] Казани запросил предложения по поводу более вдохновляющего названия для проекта, и большинство голосов досталось «Галилео» послеГалилео Галилей , первый человек, увидевший Юпитер в телескоп. Его открытие в 1610 году того, что сейчас известно как галилеевы луны, вращающиеся вокруг Юпитера, стало важным доказательством коперниканской модели Солнечной системы. Также было отмечено, что это название было названо космическим кораблем в телешоу « Звездный путь ». Новое название было принято в феврале 1978 г. ^[22]

Подготовка [ править ]

Ранние планы предусматривали запуск космического челнока « Колумбия» на STS-23 где-то между 2 и 12 января 1982 г. ^[23], это было окно запуска, когда Земля, Юпитер и Марс были выровнены таким образом, чтобы позволить использовать Марс для гравитационная рогатка маневр. Чтобы повысить надежность и снизить затраты, инженеры проекта Galileo решили перейти от зонда входа в атмосферу под давлением к зонду с вентиляцией. Это добавило к его весу 100 килограммов (220 фунтов). Еще 165 кг (364 фунта) были добавлены в конструктивные изменения для повышения надежности. Это потребует дополнительного топлива в ВМС. ^[24]Но трехступенчатая IUS была сама по себе больше, примерно на 3200 кг (7000 фунтов). ^[25]

Подъемное Galileo и МСС требует использования специальной облегченной версии Space Shuttle внешнего бака , то космического челнока лишен всех несущественных оборудования, а также основных двигателей Space Shuttle (SSME) работает на полной мощности 109 процентов их номинальный уровень мощности. ^[18] Работа на этом уровне мощности потребовала разработки более сложной системы охлаждения двигателя. ^[26] К 1980 году из-за задержки программы космических шаттлов дата запуска « Галилео » была перенесена на 1984 год. ^[27] Хотя в 1984 году марсианская рогатка все еще была возможна, этого уже было недостаточно. ^[28]

НАСА решило разделить Галилео на два отдельных космических корабля, атмосферный зонд.и орбитальный аппарат "Юпитер", который был запущен в феврале 1984 г., а зонд последовал за ним месяц спустя. Орбитальный аппарат будет на орбите вокруг Юпитера, когда прибудет зонд, что позволит ему выполнять свою роль ретранслятора. Разделение двух космических кораблей потребовало второй миссии и создания второго носителя для зонда, что, по оценкам, стоило дополнительно 50 миллионов долларов (что эквивалентно 145 миллионам долларов в 2019 году), но НАСА надеялось, что сможет компенсировать часть этих затрат за счет отдельных Завершающие торги на двоих. Проблема заключалась в том, что хотя атмосферный зонд был достаточно легким для запуска с двухступенчатым ВМС, орбитальный аппарат Юпитера был слишком тяжелым для этого, даже с помощью гравитационного поля с Марса, поэтому трехступенчатый ВМС все еще требовался. ^{[29] [28]}

К концу 1980 года цена на IUS выросла до 506 миллионов долларов (что эквивалентно 1466 миллионам долларов в 2019 году). ^[20] ВВС США могли покрыть этот перерасход средств (и действительно ожидали, что это может стоить намного больше), но НАСА столкнулось с предложением в 179 миллионов долларов (что эквивалентно 519 миллионам долларов в 2019 году) на разработку трехэтапной версии. , ^[18] что на 100 миллионов долларов (что эквивалентно 290 миллионам долларов в 2019 году) больше, чем предусматривалось в бюджете. ^[30] На пресс-конференции 15 января 1981 года администратор НАСА Роберт А. Фрош объявил, что НАСА прекращает поддержку трехступенчатой ​​ВМС и переходит на Centaur G Prime.верхняя ступень, потому что «нет другой альтернативной верхней ступени с разумным графиком или сопоставимой стоимостью». ^[31]

Centaur имел много преимуществ перед IUS. Главное было то, что он был намного мощнее. Зонд и орбитальный аппарат могут быть рекомбинированы, и зонд может быть доставлен прямо к Юпитеру за два года полета. ^{[18] [17]}Во-вторых, несмотря на это, он был более мягким, чем ВМС, так как имел меньшую тягу, что сводило к минимуму вероятность повреждения полезной нагрузки. В-третьих, в отличие от твердотопливных ракет, которые сгорают полностью после воспламенения, «Кентавр» можно было выключить и снова включить. Это дало ему гибкость, что увеличивало шансы на успешную миссию, и позволяло использовать такие возможности, как облет астероидов. Centaur был проверен и надежен, тогда как IUS еще не летал. Единственное беспокойство было о безопасности; твердотопливные ракеты считались более безопасными, чем жидкотопливные, особенно содержащие жидкий водород. ^{[18] [17]} Инженеры НАСА подсчитали, что разработка дополнительных функций безопасности может занять до пяти лет и стоить до 100 миллионов долларов (что эквивалентно 290 миллионам долларов в 2019 году. ^[30][29]

В феврале 1981 года Лаборатория реактивного движения узнала, что Управление управления и бюджета (OMB) планирует значительное сокращение бюджета НАСА и рассматривает возможность отмены Galileo . От отмены его спасло вмешательство ВВС США. Лаборатория реактивного движения имела значительный опыт работы с автономными космическими кораблями. ^[32] Это было необходимо для зондов дальнего космоса, поскольку сигнал с Земли достигает Юпитера от 35 до 52 минут. ^[33] ВВС США были заинтересованы в предоставлении этой возможности своим спутникам, чтобы они могли определять свое отношение с помощью бортовых систем, а не полагаться на наземные станции , которые не были «защищены» от ядерных атак, ^[34]и могли предпринимать уклончивые действия перед лицом противоспутникового оружия. ^[35] Его также интересовало, каким образом Лаборатория реактивного движения разрабатывала Галилео, чтобы противостоять интенсивному излучению магнитосферы Юпитера . 6 февраля 1981 года Стром Турмонд , временный президент Сената , написал прямо Дэвиду Стокману , директору OMB, утверждая, что Галилей жизненно важен для защиты нации. ^[34]

В декабре 1984 года Казани предложил добавить в программу « Галилео» пролет астероида 29 Амфитрита . Строя курс к Юпитеру, инженеры старались избегать астероидов. В то время о них было мало что известно, и предполагалось, что они могут быть окружены частицами пыли. Пролет сквозь облако пыли может повредить оптику космического корабля и, возможно, сам космический корабль. В целях безопасности JPL хотела избежать астероидов как минимум на 10 000 километров (6200 миль). Большинство астероидов в непосредственной близости от траектории полета, таких как 1219 Britta и 1972 Yi Xingбыли всего в несколько километров в диаметре и представляли небольшую ценность при наблюдении с безопасного расстояния, но 29 Amphitrite был одним из самых больших астероидов, и пролет даже на высоте 10 000 километров (6200 миль) мог иметь большое научное значение. Этот пролет задержит прибытие космического корабля на орбиту Юпитера с 29 августа по 10 декабря 1988 г., а расход топлива уменьшит количество орбит Юпитера с одиннадцати до десяти. Ожидалось, что это добавит от 20 до 25 миллионов долларов (что эквивалентно 42-53 миллионам долларов в 2019 году) к стоимости проекта Galileo . Облет 29 Amphitrite был одобрен администратором НАСА Джеймсом М. Беггсом 6 декабря 1984 г. ^{[36] [37]}

Во время испытаний было обнаружено загрязнение в системе металлических контактных колец и щеток, используемых для передачи электрических сигналов вокруг космического корабля, и они были возвращены на переработку. Проблема была связана с хлорфторуглеродом, который использовался для очистки деталей после пайки. Он был абсорбирован, а затем выпущен в вакуумную среду. Он смешался с мусором, образовавшимся при износе щеток, и вызывал периодические проблемы с передачей электрического сигнала. Также были обнаружены проблемы с производительностью запоминающих устройств в среде электромагнитного излучения. Компоненты были заменены, но затем возникла проблема с чтением.Возникла проблема, при которой чтение из одной ячейки памяти мешало чтению из соседних. Было обнаружено, что это было вызвано изменениями, сделанными, чтобы сделать компоненты менее чувствительными к электромагнитному излучению. Каждый компонент нужно было удалить, повторно протестировать и заменить. Все компоненты и запасные части космического корабля прошли не менее 2000 часов испытаний. Предполагалось, что космический корабль прослужит не менее пяти лет - достаточно, чтобы достичь Юпитера и выполнить свою миссию. 19 декабря 1985 года он покинул Лабораторию реактивного движения в Пасадене, штат Калифорния , в первый этап своего путешествия - поездку в Космический центр Кеннеди во Флориде . ^[38] Миссия Galileo была запланирована для STS-61-G.20 мая 1986 года с использованием космического корабля " Атлантис" . ^{[39] [40]}

Повторное рассмотрение [ править ]

28 января 1986 года космический шаттл Challenger стартовал в рамках миссии STS-51-L . В результате отказа твердотопливного ракетного ускорителя за 73 секунды полета космический корабль разорвался на части, в результате чего погибли все семь членов экипажа. ^[41] Шаттл Челленджер бедствия был наихудший Америки космической катастрофы до этого времени. ^[42] Непосредственным воздействием на проект « Галилео » стало то, что майская дата запуска не могла быть уложена, потому что космические шаттлы были заземлены, а причина катастрофы была расследована. Когда они снова полетят, Галилео придется конкурировать с высокоприоритетным министерством обороны.запусков, спутниковой системы слежения и ретрансляции данных и космического телескопа Хаббл. К апрелю 1986 года ожидалось, что космические челноки не будут летать снова до июля 1987 года, а « Галилео» не может быть запущен раньше декабря 1987 года ^[43].

Комиссия Роджерса представила свой отчет 6 июня 1986 года. ^[43] В нем содержалась критика протоколов безопасности НАСА и управления рисками. ^[44] В частности, он отметил опасности этапа Centaur-G. ^[45] 19 июня 1986 года администратор НАСА Джеймс Флетчер отменил проект «Шаттл-Кентавр». ^[46] Это было лишь частично из-за возросшего неприятия риска руководством НАСА после катастрофы Challenger ; Руководство НАСА также рассмотрело вопрос о деньгах и людях, необходимых для возобновления полета космического корабля "Шаттл", и решило, что ресурсов для решения нерешенных проблем с "Шаттлом-Кентавром" также недостаточно. ^[47]Изменения в космическом шаттле оказались более обширными, чем предполагалось, и в апреле 1987 года Лаборатория реактивного движения была проинформирована, что « Галилео» не может быть запущен до октября 1989 года. ^[48] Космический корабль « Галилео» был отправлен обратно в Лабораторию реактивного движения. ^[49]

Без Кентавра казалось, что не было бы никаких средств доставить космический корабль к Юпитеру, и какое-то время казалось, что его следующая поездка будет в Смитсоновский институт . ^[50] Стоимость поддержания его готовности к полету в космос оценивалась от 40 до 50 миллионов долларов в год (что эквивалентно от 81 до 101 миллиона долларов в 2019 году), а ориентировочная стоимость всего проекта выросла до 1,4 миллиарда долларов (что эквивалентно 3 миллиарда долларов в 2019 году). ^[51]

В Лаборатории реактивного движения руководитель проекта миссии Галилео и руководитель группы навигации Роберт Митчелл собрал команду, в которую вошли Деннис Бирнс, Луи Д'Амарио, Роджер Диль и он сам, чтобы посмотреть, смогут ли они найти траекторию, которая приведет Галилео к Юпитеру. с использованием только двухступенчатой ​​ВМС. Роджер Дил придумал использовать серию гравитационных рогаток, чтобы обеспечить дополнительную скорость, необходимую для достижения Юпитера. Это потребовало бы, чтобы Галилей пролетел мимо Венеры, а затем дважды мимо Земли. Это называлось траекторией Венера-Земля-Земля для гравитации (VEEGA). ^[52]

Причина, по которой никто не подумал об этом раньше, заключалась в том, что вторая встреча с Землей не дала космическому кораблю дополнительной энергии. Диль понял, что в этом нет необходимости; второе столкновение с Землей просто изменит ее направление, чтобы направить ее на Юпитер. ^[52] В дополнение к увеличению времени полета до шести лет, траектория VEEGA имела дополнительный недостаток с точки зрения NASA Deep Space Network (DSN): Галилей прибыл к Юпитеру, когда он находился на максимальной дальности от Земли, а максимальная дальность означала минимальную мощность сигнала. Кроме того, он будет иметь южное склонение -23 градуса вместо северного склонения +18 градусов, поэтому главной станцией слежения будетКанберрский комплекс связи в дальнем космосе в Австралии ^[53] с двумя 34-метровыми и одной 70-метровой антеннами. Это было дополнено 64-метровой антенной в обсерватории Паркса . ^[54]

Первоначально считалось, что траектория VEEGA требует запуска в ноябре, но Д'Амарио и Бирнс подсчитали, что коррекция среднего курса между Венерой и Землей позволит также запустить запуск в октябре. ^[55] такой обходной путь означал, что Галилею потребуется шестьдесят месяцев, чтобы достичь Юпитера, вместо тридцати, но он туда доберется. ^[50] Было уделено внимание использованию системы запуска Titan IV ВВС США с его верхней ступенью Centaur G Prime. ^[56] Это было сохранено как резервное время, но в ноябре 1988 года ВВС США сообщили НАСА, что они не могут предоставить Титан IV вовремя для возможности запуска в мае 1991 года из-за отставания в выполнении высокоприоритетных миссий Министерства обороны.^[57] Однако ВВС США поставили ИУС-19, который изначально предназначался для миссии Министерства обороны, для использованиямиссией Галилео . ^[58]

Поскольку дата запуска Галилео приближалась, антиядерные группы , обеспокоены , что они воспринимаются как неприемлемый риск для безопасности общественности с плутония в Galileo «s радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГ) и тепловой источник общего назначения (ТИОН) модулях, добивалась судебного запрета на запуск " Галилео " . ^[59] РИТЭГи были необходимы для зондов дальнего космоса, потому что они должны были летать на расстояния от Солнца, что делало использование солнечной энергии непрактичным. ^[60] Они без сбоев использовались в течение многих лет в исследовании планет: экспериментальные спутники Линкольна Министерства обороны США.На борту 8/9 было на 7 процентов больше плутония, чем у « Галилео» , а каждый из двух космических кораблей « Вояджер» нес по 80 процентов плутония. ^[61] К 1989 году плутоний использовался в 22 космических кораблях. ^[62]

Активисты вспомнили крушение советского спутника Космос 954 с ядерной установкой в Канаде в 1978 году и катастрофу Challenger , хотя в ней не было ядерного топлива, повысили осведомленность общественности об отказах космических кораблей. Нет РТГ никогда не делал , не орбитальный свинг мимо Земли на близком расстоянии и с высокой скоростью, так как Галилео «s VEEGA траектории требуется это делать. Это создало новую миссию отказа модальности , которые могли бы правдоподобно, повлекли за собой рассеивание Галилео «с плутонием в атмосфере Земли. Ученый Карл Саган , решительный сторонник Галилеямиссия, писала, что «в этом аргументе нет ничего абсурдного». ^[60]

Перед катастрофой Челленджера Лаборатория реактивного движения провела ударные испытания РИТЭГов, которые показали, что они могут выдерживать давление в 14 000 килопаскалей (2000 фунтов на квадратный дюйм) без сбоев, что было бы достаточно, чтобы выдержать взрыв на стартовой площадке. Возможность добавления дополнительной защиты была рассмотрена, но отклонена, главным образом потому, что это приведет к неприемлемому увеличению веса. ^[63] После катастрофы Челленджера НАСА заказало исследование возможных последствий, если такое событие произойдет с Галилео на борту. Инженер Лаборатории реактивного движения Ангус МакРональд пришел к выводу, что то, что произойдет, будет зависеть от высоты, на которой космический шаттл развалился. Если ГалилейКомбинация IUS упала с орбитального аппарата на высоте 27 000 метров (90 000 футов), РИТЭГи упали бы на Землю, не плавясь, и упали бы в Атлантический океан примерно в 240 километрах (150 миль) от побережья Флориды. С другой стороны, если орбитальный аппарат развалится на высоте 98700 метров (323800 футов), он будет двигаться со скоростью 2425 метров в секунду (7957 футов / с), и корпуса RTG и модули GPHS расплавятся перед падением в Атлантический океан 640 километров (400 миль) от побережья Флориды. ^{[64] [65]} НАСА пришло к выводу, что вероятность такой катастрофы составляла 1 из 2500, хотя антиядерные группы полагали, что она может достигать 1 из 430. ^{[59] [66]} Риск для человека будет равен 1. на 100 миллионов, что примерно на два порядка меньше, чем опасность быть убитым молнией.^[67] Перспектива непреднамеренного повторного входа в атмосферу во время маневров VEEGA оценивалась как менее одного из двух миллионов ^[61], но в результате аварии могло быть выброшено до 11 568 кюри (428 000 ГБк). ^[68]

Запустить [ редактировать ]

Миссия по запуску " Галилео" теперь получила обозначение STS-34 и была запланирована на 12 октября 1989 года на космическом корабле " Атлантис" . ^[69] Галилей позже также изучит это. ^[70] Космический корабль был доставлен в Космический центр Кеннеди конвоем высокоскоростных грузовиков, который покинул лабораторию реактивного движения посреди ночи. Были опасения, что космический корабль может быть захвачен антиядерными активистами или террористами, поэтому маршрут держался в секрете от водителей, которые ехали всю ночь и следующий день и останавливались только для еды и топлива. ^[71]

В последний момент попытки трех экологических групп остановить запуск были отклонены округом Колумбия . В совпадающем мнении председатель Верховного суда Патрисия Уолд написала, что, хотя судебный иск не был легкомысленным , нет никаких доказательств того, что НАСА действовало ненадлежащим образом при составлении экологической оценки миссии, и поэтому апелляция была отклонена по техническим причинам. 16 октября восемь протестующих были арестованы за вторжение в Космический центр Кеннеди; трое были заключены в тюрьму, а остальные пятеро отпущены. ^[72]

Запуск дважды откладывался; сначала из-за неисправного контроллера главного двигателя, который вынудил перенести его на 17 октября, а затем из-за ненастной погоды, что потребовало переноса на следующий день, ^[73] но это не было проблемой, поскольку окно запуска продлилось до 21 ноября ^{[72]. ]} Атлантида наконец взлетел в 16:53:40 UTC 18 октября, и вошел в 343 км (213 миль) орбиту. ^[73] Galileo был успешно запущен в 00:15 UTC 19 октября. ^[43] После сгорания IUS космический корабль Galileo принял свою конфигурацию для одиночного полета и отделился от IUS в 01:06:53 UTC 19 октября. ^[74]Запуск был идеальным, и Галилей вскоре направился к Венере со скоростью более 14 000 км / ч (9 000 миль в час). ^[75] Атлантида благополучно вернулась на Землю 23 октября. ^[73]

Встреча с Венерой [ править ]

Встреча с Венерой 9 февраля происходила в связи с комплексами связи в глубоком космосе DSN в Канберре и Мадриде . ^[76] Галилей пролетел в 05:58:48 UTC 10 февраля 1990 года на расстоянии 16 106 км (10 008 миль). ^[74] Доплеровские данные, собранные DSN, позволили JPL подтвердить, что гравитационный маневр был успешным, и космический корабль получил ожидаемое увеличение скорости на 2,2 км / с (1,4 миль / с). К сожалению, через три часа после пролета станцию ​​слежения в Голдстоуне пришлось отключить из-за сильного ветра, и доплеровские данные были потеряны. ^[76]

Поскольку Венера была намного ближе к Солнцу, чем предполагалось использовать космический корабль, были приняты все меры, чтобы избежать теплового повреждения. В частности, антенна с высоким коэффициентом усиления (HGA) диапазона X не была развернута, а была сложена, как зонтик, и направлена ​​в сторону от Солнца, чтобы она оставалась в тени и прохладной. Это означало, что вместо них пришлось использовать две небольшие антенны с низким коэффициентом усиления (LGA) S-диапазона . ^[77] Они имели максимальную пропускную способность 1200 бит / с по сравнению с 134 000 бит / с, ожидаемыми от HGA. Поскольку космический корабль удалялся от Земли, это также потребовало использования антенн DSN на 70 метров (230 футов) в ущерб другим пользователям, которые имели более низкий приоритет, чем Galileo.. Даже в этом случае скорость телеметрии по нисходящей линии связи упала до 40 бит / с в течение нескольких дней после пролета Венеры, а к марту она упала до всего 10 бит / с. ^{[76] [78]}

Венера была в центре внимания многих автоматических облетов, зондов, аэростатов и посадочных устройств, в последнее время - космического корабля « Магеллан» , и Галилей проектировался не с расчетом на Венеру. Тем не менее, были полезные наблюдения, которые он мог сделать, поскольку он нес некоторые инструменты, которые никогда не летали на космических кораблях к Венере, например, картографический спектрометр в ближнем инфракрасном диапазоне (NIMS). ^[78] Телескопические наблюдения Венеры показали, что есть определенные части инфракрасного спектра, которые парниковые газыв атмосфере Венеры не блокировались, что делало их прозрачными на этих длинах волн. Это позволяло NIMS как просматривать облака, так и получать карты экваториальных и средних широт ночной стороны Венеры с разрешением в три-шесть раз выше земного. на базе телескопов. ^[79] Ультрафиолетовый спектрометр (UVS) также был использован для наблюдения за облаками Венеры и их движением. ^{[79] [80] [81]}

Другой набор наблюдений был проведен с использованием детектора энергичных частиц (EPD) Галилея, когда Галилей прошел через головную ударную волну, вызванную взаимодействием Венеры с солнечным ветром . Сильное магнитное поле Земли приводит к тому, что это происходит на расстоянии около 65000 километров (40000 миль) от ее центра, но слабое магнитное поле Венеры заставляет головную волну возникать почти на поверхности, поэтому солнечный ветер взаимодействует с атмосферой. ^{[82] [83]} Поиск молний на Венере проводился с использованием детектора плазменных волн, который обнаружил девять вспышек, которые, вероятно, были вызваны молнией, но попытки получить изображение молнии с помощью твердотельной системы визуализации (SSI) были неудачный. ^[81]

Встречи с Землей [ править ]

Flybys [ править ]

Галилей сделал две небольшие корректировки курса 9–12 апреля и 11–12 мая 1990 года. ^[55] Космический корабль дважды пролетел над Землей ; впервые на дальности 960 км (600 миль) в 20:34:34 UTC 8 декабря 1990 года. ^[74] Это было всего на 8 километров (5 миль) выше, чем прогнозировалось, а время наиболее близкого сближения было только секунда. Это был первый случай, когда дальний космический зонд вернулся на Землю из межпланетного пространства. ^[55] Второй пролет Земли был на 304 км (189 миль) в 15:09:25 UTC 8 декабря 1992 года. ^[74]На этот раз космический корабль прошел в пределах километра от точки прицеливания над Южной Атлантикой. Это было настолько точно, что запланированная коррекция курса была отменена, что позволило сэкономить 5 килограммов (11 фунтов) топлива. ^[84]

Ударная волна Земли и солнечный ветер [ править ]

Была возможность провести серию экспериментов. Было проведено исследование ударной волны Земли, когда Галилей проходил мимо дневной стороны Земли. Солнечный ветер движется со скоростью от 200 до 800 километров в секунду (от 120 до 500 миль / с) и отклоняется магнитным полем Земли , создавая магнитный хвост на темной стороне Земли, радиус которого в тысячу раз превышает радиус планеты. Наблюдения были произведены Галилеем, когда он прошел через магнитный хвост на темной стороне Земли на расстоянии 56 000 километров (35 000 миль) от планеты. Магнитосфера в то время была довольно активной, и Галилей обнаружил магнитные бури и свисты, вызванные ударами молний. НИМС использовался для поискамезосферные облака , причиной которых, как считается, является выброс метана в результате промышленных процессов. Обычно их можно увидеть только в сентябре или октябре, но Галилей смог обнаружить их в декабре, что свидетельствует о повреждении озонового слоя Земли. ^{[85] [86]}

Удаленное обнаружение жизни на Земле [ править ]

Астроном Карл Саган, обдумывая вопрос о том, является ли жизнь на Земле можно было легко обнаружить из космоса, разработал множество экспериментов в конце 1980 - х годов с использованием Galileo «s приборов дистанционного зондирования во время первого облета Земли миссии в декабре 1990 года после сбора данных и обработки, Саган опубликовал статью в Nature в 1993 году с подробным описанием результатов эксперимента. Галилей действительно нашел то, что сейчас называют «критериями жизни Сагана». К ним относятся сильное поглощение света в красном конце видимого спектра (особенно над континентами).), которое было вызвано поглощением хлорофиллом в фотосинтезирующих растениях, полосы поглощения молекулярного кислорода, которое также является результатом активности растений, инфракрасные полосы поглощения, вызванные ~ 1 микромоль на моль (мкмоль / моль) метана в атмосфере Земли (газ которые должны быть восполнены либо вулканической, либо биологической активностью), а также модулированные узкополосные радиоволны, не характерные для любого известного природного источника. Галилео «s эксперименты были , таким образом, первым в истории управления в младенческой науке астробиологического дистанционного зондирования. ^[87]

Оптический эксперимент Галилео [ править ]

В декабре 1992 года, во время второго планетарного облета Земли с помощью гравитации Галилей , был проведен еще один новаторский эксперимент. Оптические коммуникации в пространстве оценивали путем обнаружения световых импульсов от мощных лазеров с Галилео «S CCD. В эксперименте, получившем название Galileo Optical Experiment или GOPEX ^{[88], для} передачи лазерных импульсов на космический корабль использовались две отдельные площадки: одна в обсерватории Тейбл-Маунтин в Калифорнии, а другая - на оптическом полигоне Starfire в Нью-Мексико . На сайте Table Mountain использовался Nd: YAG-лазер с удвоенной частотой . лазер, работающий на длине волны 532 нм, с частотой повторения от ~ 15 до 30 Гц и полной шириной импульса на полувысоте (FWHM) в диапазоне десятков мегаватт, который был соединен с аппаратом Кассегрена длиной 0,6 м (2,0 фута). телескоп для передачи на Галилео . На полигоне Starfire использовалась аналогичная установка с передающим телескопом большего размера, 4,9 фута (1,5 м). Длительное воздействие (~ 0,1 до 0,8 с) изображений с помощью Galileo «ы 560 нм по центру зеленым фильтром производится изображения Земли ясно показывая лазерные импульсы , даже на расстояниях до 6 млн км (3,7 миллиона миль). ^[89]

Неблагоприятные погодные условия, ограничения, наложенные на лазерные передачи Оперативным центром космической обороны США ( SPADOC ), и ошибка наведения, вызванная более медленным, чем ожидалось, ускорением платформы сканирования на космическом корабле (что препятствовало обнаружению лазера на всех кадрах с экспозицией менее 400 мс) раз) все способствовало сокращению количества успешных обнаружений передачи лазера до 48 из 159 снятых кадров. Тем не менее, эксперимент был признан ошеломляющим, и полученные данные, вероятно, будут использованы в будущем для разработки лазерных нисходящих линий связи, которые будут очень быстро отправлять большие объемы данных с космического корабля на Землю. Схема была изучена в 2004 году для передачи данных на будущий орбитальный космический корабль Марса. ^[89]

Лунные наблюдения [ править ]

• Показаны Mare Orientale

• Галилей снял северный полюс Луны Земли

• Мозаика в искусственных цветах Галилея, показывающая композиционные вариации поверхности Луны

Проблема с антенной с высоким коэффициентом усиления [ править ]

Когда Галилей направился за пределы Земли, использование HGA перестало быть рискованным, поэтому 11 апреля 1991 года Галилею было приказано развернуть его. Это было сделано с использованием двух небольших двигателей с двойным приводом (DDA), и ожидалось, что это займет 165 секунд или 330 секунд в случае отказа одного из них. Они водили червячную передачу . Антенна имела 18 графитово-эпоксидных ребер, и когда приводной двигатель запускался и давил на ребра, они должны были выскочить из чашки, в которой держались их наконечники, и антенна раскладывалась, как зонтик. Когда он достигнет полностью развернутой конфигурации, резервные микровыключатели отключат двигатели. В противном случае они будут работать в течение восьми минут, прежде чем автоматически отключатся, чтобы предотвратить их перегрев.^{[90] [91]}

С помощью телеметрии с Галилео исследователи определили, что электродвигатели остановились на 56 секунде, скорость вращения космического корабля снизилась, а его колебания увеличились. Выскочило всего 15 ребер, в результате чего антенна выглядела как покосившийся полуоткрытый зонтик. Первое предложение состояло в том, чтобы снова сложить антенну и снова попробовать последовательность открытия. Это было невозможно; Хотя двигатели могли работать в обратном направлении, антенна не была предназначена для этого, и когда это было сделано на Земле, потребовалась помощь человека, чтобы проволочная сетка не зацепилась. Позже было обнаружено, что каждый раз от DDA поступал меньший крутящий момент, поэтому после пяти операций развертывания и складывания крутящий момент DDA составлял половину своего первоначального значения. ^[92]

Первым делом ГалилеоКоманда попыталась повернуть космический корабль от Солнца и обратно, исходя из предположения, что проблема заключалась в трении, удерживающем штыри в гнездах. Если это так, то нагревание и охлаждение ребер может привести к их выскальзыванию из гнезд. Это было сделано семь раз, но безрезультатно. Затем он попытался повернуть LGA-2 (который был обращен в направлении, противоположном HGA и LGA-1) на 145 градусов до резкой остановки, тем самым сотрясая космический корабль. Это было проделано шесть раз безрезультатно. Наконец, они попытались встряхнуть антенну, включив двигатели DDA с частотой 1,25 и 1,875 Гц. Это увеличило крутящий момент до 40 процентов. В течение трех недель в декабре 1992 г. и январе 1993 г. на двигатели воздействовали 13000 импульсов, но им удалось сдвинуть ШВП только на полтора оборота за пределы точки остановки. ^{[92] [93]}

Исследователи пришли к выводу, что в течение 4,5 лет, которые Галилей провел на хранении после катастрофы Challenger , смазочные материалы между кончиками ребер и чашкой были размыты и изнашивались из-за вибрации во время трех поездок по пересеченной местности на грузовике между Калифорнией и Флоридой для космического корабля . ^[94] Неисправные ребра были ближайшими к прицепам-платформам, перевозившим Галилео в этих поездках. ^[95] Использование наземного транспорта было частично связано с сокращением расходов - это потребовало бы дополнительных 65 000 долларов США (эквивалентно 119 000 долларов США в 2019 году) или около того за поездку, - но также для уменьшения объема погрузочно-разгрузочных работ, необходимых для погрузки и разгрузки самолета, что считалось большой риск повреждения. ^[96] Космический аппарат также подвергался сильной вибрации в условиях вакуума со стороны ВМС. Эксперименты на Земле с испытательным HGA показали, что наличие набора прилипших ребер с одной стороны снижает крутящий момент DDA до 40 процентов. ^[95]

Смазки для антенн применялись только один раз, почти за десять лет до запуска. Кроме того, HGA не подвергался обычным строгим испытаниям, потому что не было резервного блока, который можно было бы установить в Galileo в случае повреждения. Готовый к полету HGA никогда не подвергался тепловым оценочным испытаниям и был развернут только полдюжины или около того раз перед полетом. Но тестирование могло и не выявить проблемы; исследовательский центр Льюис никогда не был в состоянии воспроизвести проблему на Земле, и предполагалось, что сочетание потери смазки во время транспортировки, вибрации во время запуска по МСС, и длительный период времени , в безвоздушном пространстве , где голый металл прикосновение могло подвергнуться холодной сварке . ^[97]

К счастью, LGA-1 был способен передавать информацию обратно на Землю, хотя, поскольку он передавал сигнал изотропно , его полоса пропускания была значительно меньше, чем у антенны с большим усилением; антенна с высоким коэффициентом усиления должна была передавать со скоростью 134  килобит в секунду, тогда как LGA-1 была предназначена только для передачи примерно от 8 до 16 бит в секунду. LGA-1, передаваемый с мощностью от 15 до 20 Вт, который к тому времени, когда он достиг Земли и был получен одной из 70-метровых антенн DSN с большой апертурой, имел общую мощность около 10 зептоватт. ^[98]Благодаря реализации сложных технологий, выстроив из нескольких антенн Deep Space Network и обновления чувствительности к приемникам используются для прослушивания Галилео «s сигнала данные пропускной способности была увеличен до максимума 160 бит в секунду. ^{[99] [100] За} счет дальнейшего использования сжатия данных эффективная полоса пропускания может быть увеличена до 1000 бит в секунду. ^{[100] [101]}

Данные, собранные на Юпитере и его спутниках, хранились в бортовом магнитофоне космического корабля и передавались обратно на Землю во время длинной апоапсисной части орбиты зонда с использованием антенны с низким усилением. В то же время были сделаны измерения магнитосферы Юпитера и переданы обратно на Землю. Уменьшение доступной полосы пропускания уменьшается общее количество данных , передаваемых по всей миссии, ^[99] , но Уильям О'Нил, Galileo «s менеджер проекта с 1992 по 1997 год, ^[102] выразил уверенность в том , что 70 процентов Галилео » s науки цели все еще могут быть достигнуты. ^{[103] [104]}Решение использовать магнитную ленту для хранения было консервативным, принятое в конце 1970-х годов, когда использование ленты было обычным явлением. Но консерватизм не ограничивался инженерами; предложение 1980 года о том, что результаты Галилео могут распространяться в электронном виде, а не на бумаге, было сочтено геологами нелепым на том основании, что хранение будет чрезмерно дорогим; некоторые из них думали, что для измерения на компьютере нужно поднести к экрану деревянную линейку. ^[105]

Встречи с астероидами [ править ]

951 Гаспра [ править ]

Через два месяца после входа в пояс астероидов, Галилей совершил первое столкновение с астероидом космическим кораблем ^[106], пролетев мимо астероида S-типа 951 Гаспра на расстояние 1604 км (997 миль) в 22:37 UTC 29 октября 1991 г. относительная скорость около 8 километров в секунду (5,0 миль / с). ^[74] Всего с помощью SSI было получено 57 изображений Гаспры, покрывающих около 80% астероида. ^[107] Без HGA скорость передачи данных составляла всего около 40 бит / с, поэтому для передачи изображения на Землю требовалось до 60 часов. В рамках проекта Galileo удалось обеспечить 80 часов 70-метровой спутниковой антенны Канберры в период с 7 по 14 ноября 1991 г. ^[108]но большинство сделанных изображений, включая изображения большей части поверхности с низким разрешением, не передавались на Землю до ноября 1992 года. ^[106]

На снимках было обнаружено изрезанное кратерами тело неправильной формы размером примерно 19 на 12 на 11 километров (11,8 на 7,5 на 6,8 миль). ^[107] Его форма не отличалась от астероида такого размера. ^[109] Измерения были проведены с использованием NIMS для определения состава и физических свойств астероида. ^[110] Хотя Гаспра имеет множество маленьких кратеров - более 600 из них размером от 100 до 500 метров (от 330 до 1640 футов) - больших кратеров нет, что указывает на относительно недавнее происхождение. ^[106] Однако возможно, что некоторые из депрессий были разрушенными кратерами. Возможно, самой удивительной особенностью было несколько относительно плоских плоских участков. ^[109]Измерения солнечного ветра в окрестностях астероида показали, что он меняет направление на несколько сотен километров от Гаспры, что указывает на то, что у него может быть магнитное поле, но это не было достоверным. ^[106]

243 Ида и Дактиль [ править ]

После второй встречи с Землей Галилей выполнил близкие наблюдения за другим астероидом, 243 Ida , в 16:52:04 UTC 28 августа 1993 года на расстоянии 2410 км (1500 миль). Измерения проводились с Galileo с использованием SSI и NIMS. Изображения показали, что у Иды была маленькая луна диаметром около 1,6 км (0,99 мили), которая появилась на 46 изображениях. ^{[111] [112]}

Был проведен конкурс, чтобы выбрать имя для луны, которое в конечном итоге было названо Дактиль в честь легендарного Дактилоя ; кратеры на Дактиле названы в честь отдельных дактилоев. Районы на 243 Иде были названы в честь городов, где Иоганн Палиса , открывший 243 Ида, проводил свои наблюдения, а хребты на 243 Иде были названы в честь погибших членов команды Галилео . ^[113] Дактиль был первым астероидным спутником.обнаруженный. Ранее считалось, что спутники астероидов редки. Открытие дактиля намекало на то, что на самом деле они могут быть довольно обычными. Последующий анализ этих данных показал, что Дактиль является астероидом S-типа и спектрально отличается от 243 Ида. Была выдвинута гипотеза, что оба могли возникнуть в результате распада родительского тела Koronis . ^{[111] [112]}

Требование использовать LGA привело к битовой скорости 40 бит / с, и что только с 28 августа по 29 сентября 1993 года и с февраля по июнь 1994 года Галилей «s магнитофон был использован для хранения изображений, но лента пространство было также требуется для основной миссии Юпитера. Был разработан метод, при котором фрагменты изображения состоят из двух или трех строк из каждых 330. Затем можно было определить, было ли изображение размером 243 Ида или пустым пространством. В конечном итоге только около 16 процентов зарегистрированных данных SSI можно было отправить обратно на Землю. ^[114]

Путешествие к Юпитеру [ править ]

Комета Шумейкер-Леви 9 [ править ]

Galileo «s премьер миссия была два года исследование Юпитера системы, но в то время как он был в пути, возникла необычная возможность. 26 марта 1993 года астрономы, ищущие кометы, Кэролайн С. Шумейкер , Юджин М. Шумейкер и Дэвид Х. Леви обнаружили фрагменты кометы, вращающейся вокруг Юпитера. Это были остатки кометы, которая прошла в пределах границы Юпитера Роша и была разорвана на части приливными силами . Он получил название « Комета Шумейкера – Леви 9» . Расчеты показали , что он будет врезаться в планету когда - то между 16 и 24 июля 1994 года В то время как Galileoвсе еще находился далеко от Юпитера, он был идеально расположен для наблюдения за этим событием, тогда как земным телескопам пришлось ждать, чтобы увидеть места столкновения, когда они повернулись в поле зрения, потому что это произойдет на ночной стороне Юпитера. ^[115]

Вместо того, чтобы сгореть в атмосфере Юпитера, как ожидалось, первый из 21 фрагмента кометы ударил планету со скоростью около 320000 километров в час (200000 миль в час) и взорвался огненным шаром высотой 3000 километров (1900 миль), легко различимым наземными телескопами. хотя это было на ночной стороне планеты. Удар оставил серию темных шрамов на планете, примерно в два или три раза больше Земли, которые сохранялись в течение нескольких недель. Когда Галилейнаблюдал удар в ультрафиолетовом свете, он длился около десяти секунд, а в инфракрасном - 90 секунд и более. Когда осколок попал в планету, общая яркость Юпитера увеличилась примерно на 20 процентов. NIMS наблюдала, как один фрагмент создал огненный шар диаметром 7 километров (4,3 мили), который горел с температурой 8000 К (7730 ° C; 13940 ° F), что было горячее, чем поверхность Солнца. ^[116]

Развертывание зонда [ править ]

Галилео зонд отделена от орбитального аппарата в 03:07 UTC 13 июля 1995 года ^[2] за пять месяцев до его сближения с планетой на 7 декабря ^[117] На данный момент, космический аппарат был еще 83 миллионов километров (52 × 10 ⁶  миль) от Юпитера, но 664 миллиона километров (413 × 10 ⁶  миль) от Земли, а телеметрия космического корабля, движущегося со скоростью света , заняла 37 минут, чтобы достичь JPL. Крошечный доплеровский сдвиг сигнала порядка нескольких сантиметров в секунду указывал на то, что разделение было выполнено. Galileo^^орбитальный аппарат все еще шел на встречу с Юпитером. Раньше корректировка курса производилась с помощью двенадцати двигателей мощностью 10 ньютон (2,2 фунта _силы ), но когда зонд уже был в пути, орбитальный аппарат Galileo теперь мог запускать свой главный двигатель Messerschmitt-Bölkow-Blohm мощностью 400 ньютон (90 фунтов _силы ). который до этого момента был прикрыт зондом. В 07:38 UTC 27 июля он был впервые запущен, чтобы направить орбитальный аппарат " Галилео" на курс к выходу на орбиту вокруг Юпитера, откуда он будет выполнять роль ретранслятора связи для зонда " Галилео" . В Galileo руководитель проекта зонда, Марси Смит в Исследовательском центре Эймса, был уверен, что эту роль может выполнять LGA-1. Горение длилось пять минут и восемь секунд и изменило скорость орбитального аппарата « Галилео» на 61,9 метра в секунду (203 фута / с). ^{[118] [119]}

Пыльные бури [ править ]

В августе 1995 года орбитальный аппарат " Галилео" столкнулся с сильной пыльной бурей в 63 миллионах километров (39 × 10 ⁶  миль) от Юпитера, прохождение которой потребовалось несколько месяцев. Обычно детектор пыли космического корабля улавливал частицу пыли каждые три дня; теперь он обнаруживает до 20 000 частиц в день. С межпланетными пыльными бурями ранее сталкивался космический зонд Ulysses , который три года назад прошел мимо Юпитера во время своей миссии по изучению полярных областей Солнца, но те, с которыми столкнулся Галилей.^были более интенсивными. Частицы пыли были размером с частицы сигаретного дыма и имели скорость от 140 000 до 720 000 километров в час (от 90 000 до 450 000 миль в час) в зависимости от их размера. Существование пыльных бурь стало полной неожиданностью для ученых. Хотя данные и от Улисса, и от Галилея намекали, что они произошли где-то в системе Юпитера, но оставалось загадкой, как они появились и как они ускользнули от сильных гравитационных и электромагнитных полей Юпитера. ^{[120] [121]}

Аномалия магнитофона [ править ]

Отказ антенны с высоким коэффициентом усиления Галилео означал, что хранение данных на магнитофоне для последующего сжатия и воспроизведения было абсолютно необходимо для получения какой-либо существенной информации от пролетов Юпитера и его спутников. Это был четырехдорожечный цифровой магнитофон емкостью 114 мегабайт , произведенный Odetics Corporation . ^[122]11 октября он застрял в режиме перемотки на 15 часов, прежде чем инженеры узнали, что произошло, и смогли отправить команды, чтобы выключить его. Хотя сам магнитофон все еще был в рабочем состоянии, неисправность, возможно, привела к повреждению отрезка ленты на конце катушки. Этот участок ленты был объявлен "закрытым" для любой будущей записи данных и был покрыт еще 25 витками ленты, чтобы закрепить этот участок и уменьшить любые дополнительные напряжения, которые могли бы его порвать. Поскольку это произошло всего за несколько недель до того, как Галилей вышел на орбиту вокруг Юпитера, аномалия побудила инженеров пожертвовать сбором данных почти всех Ио и Европы.наблюдения во время фазы вывода на орбиту, чтобы сосредоточиться исключительно на регистрации данных, отправленных со спуска зонда Юпитера. ^[123]

Юпитер [ править ]

Прибытие [ править ]

В Галилео магнитометров попутных сообщил , что космический корабль столкнулся носовой волна магнитосферы Юпитера на 16 ноября 1995 года , когда он был еще 15 миллионов километров (9,3 миллиона миль) от Юпитера. Носовая волна не была стационарной, а двигалась туда-сюда в ответ на порывы солнечного ветра, и поэтому была пересечена несколько раз в период с 16 по 26 ноября, к тому времени она находилась на расстоянии 9 миллионов километров (5,6 миллиона миль) от Юпитера. ^[124]

7 декабря 1995 года орбитальный аппарат прибыл в систему Юпитера. В тот день он пролетел 32 500 километров (20 200 миль) над Европой в 11:09 UTC, а затем пролетел 890 километров (550 миль) над Ио в 15:46 UTC, используя гравитацию Ио, чтобы снизить его скорость, и тем самым сохранить топливо для использования позже в миссии. В 19:54 он максимально приблизился к Юпитеру. Электроника орбитального аппарата была надежно защищена от радиации, но радиация превзошла все ожидания и почти достигла проектных ограничений космического корабля. Одна из навигационных систем вышла из строя, но ее взяла на себя резервная. Большинство космических аппаратов-роботов реагируют на сбои, переходя в безопасный режим и ожидая дальнейших инструкций с Земли, но с минимальным двухчасовым обходом для Галилео это было невозможно . ^[124]

Атмосферный зонд [ править ]

Между тем, зонд проснулся в ответ на сигнал тревоги в 16:00 по всемирному координированному времени и начал подавать питание на свои инструменты. Он прошел через кольца Юпитера и натолкнулся на ранее неизведанный радиационный пояс, в десять раз более сильный, чем радиационный пояс Ван Аллена на Земле . ^[125] Перед входом в атмосферу зонд обнаружил новый радиационный пояс на 31 000 миль (50 000 км) над вершинами облаков Юпитера. ^[126] Он вошел в атмосферу Юпитера без торможения в 22:04 UTC 7 декабря 1995 года. В этот момент он двигался со скоростью 76 700 километров в час (47 700 миль в час) относительно Юпитора. ^[127]Атмосфера, через которую он впоследствии спустился, оказалась намного плотнее и горячее, чем ожидалось. Также было обнаружено, что на Юпитере содержится только половина ожидаемого количества гелия, и данные не подтверждают теорию трехслойной структуры облаков. Зондом был измерен только один значительный облачный слой, но со многими признаками меньших участков повышенной плотности частиц по всей траектории. ^[126]

Зонд был замедлен до дозвуковой скорости менее чем за две минуты. В результате быстрого полета через атмосферу образовалась плазма с температурой около 15 500 ° C (27 900 ° F), а углеродно-фенольный тепловой экран зонда потерял более половины своей массы во время спуска. В то время это была самая трудная попытка проникновения в атмосферу ; зонд достиг 50 Маха и должен был выдержать пиковое замедление 228  g 0 (2240 ​​м / с ² ). ^{[128] [129]} Проходя через верхнюю часть облаков Юпитера, он начал передавать данные на орбитальный аппарат, находящийся на высоте 215 000 километров (134 000 миль). ^[130]Данные не были немедленно переданы на Землю, но один бит был передан с орбитального аппарата в качестве уведомления о том, что сигнал от зонда был получен и записан, на что у LGA уйдет несколько дней. ^[125] В 22:04 UTC зонд начал погружение в атмосферу, определенную для этой цели как на 450 километров (280 миль) выше уровня давления 1 бар (100 кПа), поскольку Юпитер не имеет твердой поверхности. ^[131]

152-килограммовый (335 фунтов) тепловой экран зонда, составляющий почти половину общей массы зонда, потерял 80 килограммов (180 фунтов) во время входа. ^{[132] [133] [134]} Атмосферный зонд развернул свой 2,5-метровый (8,2-футовый) парашют на пятьдесят три секунды позже, чем ожидалось, что привело к небольшой потере показаний верхних слоев атмосферы. Это было связано с проблемами проводки с акселерометром, который определил, когда начинать последовательность развертывания парашюта. Затем он сбросил свой тепловой экран, который упал внутрь Юпитера ^{[130] [135]} . ^{[136] [137]}Парашют снизил скорость зонда до 430 километров в час (270 миль в час). Сигнал от зонда больше не был обнаружен орбитальным аппаратом через 61,4 минуты. Считалось, что зонд продолжал падать с предельной скоростью, но температура поднялась до 1700 ° C (3090 ° F), а давление до 5000 стандартных атмосфер (510 000 кПа), полностью разрушив его. ^[138]

Семь научных инструментов зонда дали массу информации. Зонд обнаружил очень сильный ветер. Ученые ожидали обнаружить скорость ветра до 350 километров в час (220 миль в час), но были обнаружены ветры со скоростью до 530 километров в час (330 миль в час). Подразумевалось, что ветры возникают не из-за тепла, выделяемого солнечным светом, или конденсации водяного пара (основные причины на Земле), а из-за внутреннего источника тепла. Уже было хорошо известно, что атмосфера Юпитера в основном состоит из водорода, но облака из аммиака и сульфида аммонияоказались намного тоньше, чем ожидалось, и облака водяного пара не были обнаружены. Это было первое наблюдение облаков аммиака в атмосфере другой планеты. Атмосфера создает частицы аммиачного льда из материала, поднимающегося с более низких глубин. ^[139]

Зонд обнаружил меньше молний, ​​меньше воды, но больше ветра, чем ожидалось. Атмосфера была более бурной, а ветер намного сильнее ожидаемого максимума в 350 километров в час (220 миль в час). Требовался кропотливый анализ исходных данных о ветре от зонда для определения фактических измеренных скоростей ветра. Результаты в конечном итоге показали, что скорость ветра во внешних слоях составляла от 290 до 360 километров в час (от 180 до 220 миль в час), что согласуется с предыдущими измерениями издалека, но что ветер резко усиливался при уровнях давления 1-4 бара, а затем оставался стабильным. высокая - около 610 километров в час (170 м / с). ^[140] Во время пути вниз на 156 километров (97 миль) не было обнаружено твердой поверхности. ^[135]

Обилие азота , углерода и серы было в три раза больше, чем на Солнце, что повышает вероятность того, что они были получены из других тел Солнечной системы, ^{[141] [135],} но низкое содержание воды ставит под сомнение теории о том, что Земля вода была получена из комет. ^[142] Молнии было гораздо меньше, чем ожидалось, всего лишь около десятой части уровня активности на Земле, но это соответствовало отсутствию водяного пара. Более удивительным было высокое содержание благородных газов , аргона , криптона и ксенона., с содержанием до трех раз больше, чем на Солнце. Чтобы Юпитер мог улавливать эти газы, он должен был быть намного холоднее, чем сегодня, около -240 ° C (-400,0 ° F), что говорит о том, что либо Юпитер когда-то был намного дальше от Солнца, либо межзвездные обломки, которые Солнечная система была намного холоднее, чем предполагалось. ^[143]

• Впечатление художника от входа зонда в атмосферу Юпитера

• Хронология входа зонда в атмосферу.

• Облака Юпитера - ожидаемые и фактические результаты Галилео " миссия атмосферного зонда сек

Орбитальный аппарат [ править ]

После сбора данных зонда следующей задачей орбитального аппарата " Галилео " было замедление, чтобы избежать выхода за пределы Солнечной системы. Последовательность ожогов, начавшаяся в 00:27 UTC 8 декабря и продолжавшаяся 49 минут, снизила скорость космического корабля на 600 метров в секунду (2000 футов / с) и вышла на 198-дневную парковочную орбиту. Затем орбитальный аппарат " Галилео" стал первым искусственным спутником Юпитера. ^{[144] [145]} Большая часть его начальной 7-месячной орбиты была занята передачей данных с зонда обратно на Землю. Когда орбитальный аппарат достиг своего апохова26 марта 1996 года главный двигатель был запущен снова, чтобы увеличить орбиту с четырехкратного радиуса Юпитера до десяти раз. К этому времени орбитальный аппарат получил половину радиации, предусмотренной планом миссии, и более высокая орбита должна была сохранить инструменты как можно дольше за счет ограничения радиационного воздействия. ^[144]

Космический корабль двигался вокруг Юпитера по вытянутым эллипсам , каждая из которых длилась около двух месяцев. Разные расстояния от Юпитера, обеспечиваемые этими орбитами, позволили Галилею исследовать различные части обширной магнитосферы планеты . Орбиты были предназначены для облета крупнейших спутников Юпитера крупным планом. Для орбит была разработана схема именования: код с первой буквой луны, встречающейся на этой орбите (или «J», если ничего не встречалось), плюс номер орбиты. ^[146]

Ио [ править ]

Ио, самая внутренняя из четырех галилеевых спутников, примерно такого же размера, как и луна Земли, с радиусом 1821,3 км (1131,7 миль). Она находится в орбитальном резонансе с Ганимедом и Европой и приливно синхронизирована с Юпитером, так что точно так же, как Луна Земли всегда имеет одну и ту же сторону, обращенную к Земле, Ио всегда имеет одну и ту же сторону, обращенную к Юпитеру. Однако он вращается быстрее, с периодом вращения 1,769 дня. В результате вращательные и приливные силы в 220 раз больше, чем на Луне. ^[147]Этих сил трения достаточно, чтобы расплавить горную породу и создать вулканы и потоки лавы. Хотя Ио составляет лишь треть размера Земли, она выделяет в два раза больше тепла. В то время как геологические события происходят на Земле в течение тысяч или даже миллионов лет, катаклизмы на Ио обычны. Заметные изменения произошли между орбитами Галилея . Красочная поверхность представляет собой смесь серных соединений красного, белого и желтого цветов. ^[148]

Галилей пролетел мимо Ио в день прибытия, но в интересах защиты магнитофона О'Нил решил отказаться от сбора изображений. Только приборы для измерения полей и частиц могли собирать данные, так как для этого требовалось, чтобы магнитофон работал на медленных скоростях, и считалось, что он может справиться с этим, тогда как камера SSI требовала, чтобы он работал на высокой скорости, с резкими остановками и начинается. Это был сокрушительный удар для ученых, некоторые из которых годами ждали возможности. ^[149] Никаких других встреч с Ио не планировалось во время основной миссии, потому что опасались, что высокие уровни радиации вблизи Юпитера могут повредить космический корабль. ^[150]Однако ценная информация все же была получена; Доплеровские данные, использованные для измерения гравитационного поля Ио, показали, что у Ио было ядро ​​из расплавленного железа и сульфида железа . Ио и Земля - ​​единственные тела в Солнечной системе, у которых непосредственно обнаружено металлическое ядро. ^{[147] [151]}

Другая возможность наблюдать Ио возникла во время GEM, когда Галилей пролетел мимо Ио на орбитах I24 и I25, и он снова посетит Ио во время GMM на орбитах I27, I31, I32 и I33. ^[152] Когда Галилей приблизился к Ио на I24 в 11:09 UTC 11 октября 1999 года, он перешел в безопасный режим. Очевидно, электроны высоких энергий немного изменились на микросхеме памяти. Когда он вошел в безопасный режим, космический корабль отключил все второстепенные функции. Обычно на диагностику и восстановление после инцидента в безопасном режиме уходит от семи до десяти дней; на этот раз ГалилейУ проектной группы в Лаборатории реактивного движения оставалось девятнадцать часов до встречи с Ио. После неистовых усилий им удалось диагностировать проблему, которую никогда раньше не видели, и восстановить системы космического корабля, оставив всего два часа. Не все запланированные мероприятия удалось осуществить, но Галилео получил серию цветных изображений с высоким разрешением центров вулканических извержений Пиллан Патера , Замамы, Прометея и Пеле. ^[153]

Когда Галилео в следующий раз приблизился к Ио на I25 в 20:40 по тихоокеанскому времени 25 ноября 1999 года, Лаборатория реактивного движения ела свой праздничный ужин в Центре управления полетами Галилео, когда после встречи с Ио всего в четырех часах пути космический корабль снова вошел в безопасный режим. . На этот раз проблема была связана с программным патчем, реализованным для вывода Galileo из безопасного режима во время I24. К счастью, космический корабль не отключился так часто, как на I24, и команда JPL смогла вернуть его в рабочее состояние. Во время I24 они сделали это, имея в запасе два часа; на этот раз у них было всего три минуты. Тем не менее, облет был очень успешным, с Галилео «сКамеры NIMS и SSI запечатлели извергающийся вулкан, который породил шлейф лавы длиной 32 километра (20 миль), который был достаточно большим и горячим, чтобы его также можно было обнаружить с помощью инфракрасного телескопа НАСА на вершине Мауна-Кеа на Гавайях . Хотя такие события были более обычными и зрелищными на Ио, чем на Земле, запечатлеть это было чрезвычайно удачно. ^[154]

Инциденты безопасного режима на I24 и I25 оставили некоторые пробелы в данных, на которые нацелена I27. На этот раз Галилей прошел всего 198 километров (123 мили) над поверхностью Ио. В это время космический корабль находился почти на максимальном расстоянии от Земли, и произошло соединение Солнца, то есть период, когда Солнце блокировало линию обзора между Землей и Юпитером. Как следствие, три четверти наблюдений проводились всего за три часа. Изображения NIMS выявили четырнадцать действующих вулканов в регионе, который, как считается, насчитывает всего четыре. Изображения Локи Патеры показали, что за четыре с половиной месяца между I24 и I27 около 10 000 квадратных километров (3900 квадратных миль) были покрыты свежей лавой. К сожалению, серия наблюдений за крайним ультрафиолетом(EUV) пришлось отменить из-за еще одного события безопасного режима. Облучение вызвало кратковременный сброс шины. Программный патч, реализованный после столкновения с Европой на орбите E19, защитил от этого, когда космический корабль находился в пределах 15 радиусов Юпитера от планеты, но на этот раз это произошло на 29 радиусах Юпитера. Событие безопасного режима также вызвало потерю времени воспроизведения ленты, но менеджеры проекта решили перенести некоторые данные Io на орбиту G28 и затем воспроизвести их. Это ограничивало количество ленточного пространства, доступного для встречи с Ганимедом, но данные Ио считались более ценными. ^[155]

Открытие железного ядра Ио повысило вероятность того, что у него есть магнитное поле. Встречи I24, I25 и I27 происходили на экваториальных орбитах, что затрудняло определение того, было ли у Ио собственное магнитное поле или индуцированное Юпитером. Соответственно, на орбите I31 Галилей прошел в пределах 200 километров (120 миль) от поверхности северного полюса Ио, а на орбите I32 он пролетел 181 километр (112 миль) над южным полюсом. ^[156] Изучив результаты магнитометра, планетолог Маргарет Г. Кивельсон заявила, что Ио не имеет собственного магнитного поля, а это означает, что его расплавленное железное ядро ​​не обладает такими же конвективными свойствами, как у Земли. ^[157] На I31 Галилеопроехал через область, которая была в шлейфе вулкана Тваштар Патераэ , и была надежда, что из этого шлейфа можно будет взять пробы. На этот раз в Тваштар было тихо, но космический корабль пролетел через шлейф другого, ранее неизвестного вулкана в 600 километрах (370 миль) от него. То, что считалось раскаленным пеплом от извержения вулкана, оказалось снежинками из двуокиси серы, каждая из которых состоит из 15-20 молекул, сгруппированных вместе. ^{[156] [158]} Галилео «с окончательным возвращение к Ио на орбиту I33 было испорчено другим безопасным режим инцидента. Хотя команда проекта много работала, чтобы привести космический корабль в рабочее состояние, большая часть ожидаемых данных была потеряна. ^[159]

Европа [ править ]

Несмотря на то, что Европа является самой маленькой из четырех галилеевых лун с радиусом 1565 километров (972 миль), она по-прежнему является шестой по величине луной в Солнечной системе. ^[160] Наблюдения с Земли показали, что она была покрыта льдом. ^[161] Подобно Ио, Европа приливно связана с Юпитером. Он находится в орбитальном резонансе с Ио и Ганимедом, а его 85-часовая орбита вдвое больше, чем у Ио, но вдвое меньше, чем у Ганимеда. Соединения с Ио всегда происходят на противоположной стороне Юпитера, чем соединения с Ганимедом. ^[162] Таким образом, Европа подвержена приливным эффектам. ^[163] Нет никаких свидетельств вулканизма, как на Ио, но Галилей показал, что поверхность льда была покрыта трещинами. ^[164]

Некоторые наблюдения Европы были сделаны на орбитах G1 и G2. На C3 6 ноября 1996 года Галилей провел "нецелевое" столкновение с Европой на расстоянии 34 800 километров (21 600 миль) ("нецелевое" столкновение определяется как вторичный пролет на расстояние до 100 000 километров (62 000 миль)). E4 с 15 по 22 декабря 1996 года, Галилей пролетел в пределах 692 километров (430 миль) от Европы, но передача данных была затруднена из-за солнечного затмения, которое заблокировало передачу на десять дней. ^[165]

Галилей вернулся на Европу на E6 в январе 1997 года, на этот раз на высоте 586 километров (364 миль), чтобы проанализировать овальные детали в инфракрасном и ультрафиолетовом спектрах. Покрытия Европой, Ио и Юпитером предоставили данные об атмосферных профилях Европы, Ио и Юпитера, а также были произведены измерения гравитационного поля Европы. На E11 с 2 по 9 ноября 1997 г. были собраны данные о магнитосфере. ^[165] Из-за проблем с HGA, только около двух процентов от ожидаемого количества изображений Европы было получено основной миссией. ^[166] На GEM все первые восемь витков, с E12 по E19, были посвящены Европе, и Галилей нанес последний визит на E26 во время GMM. ^[167]

На изображениях Европы также было видно несколько ударных кратеров. Казалось маловероятным, что он избежал ударов метеорита и кометы, которые оставили шрамы на Ганимеде и Каллисто, поэтому это указывало на то, что Европа имеет активную геологию, которая обновляет поверхность и стирает кратеры. ^{[164] [160]} Кларк Чепмен утверждал, что если мы предположим, что 20-километровый (12 миль) кратер возникает в Европе один раз в миллион лет, и учитывая, что на Европе было обнаружено только около двадцати, то подразумевается, что поверхность должна всего около 10 миллионов лет. ^[168] Имея больше данных, в 2003 году команда под руководством Кевина Зале из Исследовательского центра Эймса НАСА пришла к цифре от 30 до 70 миллионов лет. ^[169]Наиболее вероятной причиной было приливное изгибание до 100 метров (330 футов) в день. ^[170] Но не все ученые были убеждены; Майкл Карр, планетолог из Геологической службы США , утверждал, что, напротив, поверхность Европы подверглась меньшим ударам, чем Каллисто или Ганимед. ^[171]

Свидетельства обновления поверхности намекали на возможность образования вязкого слоя под поверхностью теплого льда или жидкой воды. Наблюдения NIMS Галилеоуказывает на то, что поверхность Европы, по-видимому, содержит соли магния и натрия. Вероятным источником был рассол под ледяной коркой. Дополнительное свидетельство было предоставлено магнитометром, который сообщил, что магнитное поле было индуцировано Юпитером. Это можно объяснить существованием сферической оболочки из проводящего материала, такого как соленая вода. Поскольку температура поверхности на Европе была холодной -162 ° C (-260 ° F), любая вода, пробивающая поверхность льда, мгновенно замерзла бы. Тепло, необходимое для поддержания воды в жидком состоянии, не может исходить от Солнца, которое имеет только 4 процента интенсивности Земли, но лед является хорошим изолятором, и тепло может быть обеспечено за счет приливных изгибов. ^{[172] [173]} Галилейтакже были получены свидетельства того, что кора Европы со временем соскользнула, двигаясь на юг в полушарии, обращенной к Юпитеру, и на север в противоположной стороне. ^{[170] [174] [175]}

Среди ученых велись ожесточенные дебаты по поводу толщины ледяной корки, и те, кто представил результаты, указывающие на то, что она может быть тоньше 20–30 километров (от 12 до 19 миль), предложенных аккредитованными учеными из группы обработки изображений Галилео, столкнулись с запугиванием. презрение и сокращение возможностей карьерного роста. ^[176] Galileo изображений Команда была во главе с Майклом Дж Белтоне из Китт Пик Национальной обсерватории . Ученые, которые планировали последовательности изображений, имели исключительное право на первоначальную интерпретацию данных Галилео , большая часть которой была выполнена их студентами-исследователями. ^[177]Научное сообщество не хотело повторения инцидента 1979 года в Морабито, когда Линда А. Морабито , инженер Лаборатории реактивного движения, работавшая над « Вояджером-1» , обнаружила первый действующий внеземной вулкан на Ио. ^[178] Группа визуализации контролировала способ, которым открытия были представлены научному сообществу и общественности через пресс-конференции, документы конференций и публикации. ^[177]

Наблюдения космического телескопа Хаббла в 1995 году показали, что у Европы тонкая кислородная атмосфера. Это было подтверждено Галилеем в шести экспериментах на орбитах E4 и E6 во время покрытий, когда Европа находилась между Галилеем и Землей. Это позволило Канберре и Голдстоуну исследовать ионосферу Европы путем измерения степени дифрагирования радиолуча на заряженных частицах. Это указывало на присутствие ионов воды, которые, скорее всего, были молекулами воды, которые были вытеснены с поверхности льда и затем ионизированы Солнцем или магнитосферой Юпитера. Присутствия ионосферы было достаточно, чтобы сделать вывод о существовании тонкой атмосферы на Европе. ^[179]11 декабря 2013 года НАСА сообщило, основываясь на результатах миссии Galileo , об обнаружении « глиноподобных минералов » (в частности, филлосиликатов ), часто связанных с органическими материалами , на ледяной коре Европы . Присутствие минералов могло быть результатом столкновения с астероидом или кометой . ^[180]

Ганимед [ править ]

Самый большой из галилеевых спутников с диаметром 5270 километров (3270 миль), Ганимед больше, чем Луна Земли, карликовая планета Плутон или планета Меркурий . ^[181] Это самая большая луна в Солнечной системе, которая характеризуется большим количеством водяного льда, включая спутник Сатурна Титан и спутник Нептуна Тритон . По массе Ганимеда в три раза больше воды, чем на Земле. ^[182]

Когда Галилей вышел на орбиту Юпитера, он сделал это под наклоном к экватору Юпитера и, следовательно, к плоскости орбиты четырех галилеевых спутников. Для перевода на орбиту с сохранением топлива было выполнено два маневра с рогаткой. На G1 гравитация Ганимеда использовалась для замедления орбитального периода космического корабля с 21 до 72 дней, чтобы позволить больше встреч и вывести Галилео из более интенсивных областей излучения. На G2 была использована гравитационная помощь, чтобы вывести его на компланарную орбиту, чтобы позволить последующие встречи с Ио, Европой и Каллисто. ^[181]Хотя основной целью G1 и G2 была навигация, возможность сделать некоторые наблюдения не была упущена. Эксперимент с плазменными волнами и магнитометр обнаружили магнитное поле силой около 750 нанотесла (0,0075  Гс ), более чем достаточно, чтобы создать отдельную магнитосферу внутри Юпитера. Это был первый случай, когда магнитное поле было обнаружено на Луне, находящейся в магнитосфере своей планеты-хозяина. ^{[183] [184] [185] [186]}

Это открытие естественным образом вызвало вопросы о его происхождении. Доказательства указывали на ядро ​​и мантию из сульфида железа или железа на глубине от 400 до 1300 километров (от 250 до 810 миль) под поверхностью, заключенные в лед. Маргарет Кивельсон, ученый, ответственный за эксперимент с магнитометром, считала, что для индуцированного магнитного поля требуется железный сердечник, и предположила, что требуется электропроводящий слой, возможно, морской океан на 200 километров (120 миль) ниже поверхности. ^{[187] [188]} Галилей вернулся на Ганимед на орбиты G7 и G9 в апреле и мае 1997 г., а также на G28 и G29 в мае и декабре 2000 г. на GMM. ^[184] Изображения поверхности выявили два типа местности: сильно изрезанные кратерами темные области и бороздчатую борозду.. Изображения борозды Арбела, сделанные на G28, сделали Ганимед больше похожим на Европу, но приливные изгибы не могли обеспечить достаточного тепла для сохранения воды в жидкой форме на Ганимеде, хотя, возможно, они и внесли свой вклад. Одной из возможностей была радиоактивность, которая могла обеспечить достаточно тепла для существования жидкой воды на глубине от 50 до 200 километров (от 31 до 124 миль) под поверхностью. ^{[188] [189]} Другой возможностью был вулканизм. Слякотная вода или лед, достигающие поверхности, быстро замерзают, создавая участки относительно гладкой поверхности. ^[190]

Каллисто [ править ]

Каллисто - самая удаленная из галилеевых спутников и самая рябая, даже самая большая из всех тел Солнечной системы. На накопление такого количества кратеров, должно быть, потребовались миллиарды лет, что натолкнуло ученых на мысль о том, что его поверхности было целых четыре миллиарда лет, и стало свидетельством активности метеоров в Солнечной системе. Галилей посетил Каллисто на орбитах C3, C9 и C100 во время основной миссии, а затем на C20, C21, C22 и C23 во время GEM. Когда камеры наблюдали Каллисто с близкого расстояния, обнаружилось удивительное отсутствие маленьких кратеров. Похоже, что поверхности были размыты, что указывало на то, что они подвергались активным геологическим процессам. ^{[191] [192]}

Галилео «S облета Каллисто на C3 был первый раз , что Deep Space Network управляется связь между его усиками в Канберре и Голдстоун , что позволило им работать как гигантский массив, тем самым обеспечивая более высокую скорость передачи данных , несмотря на большие расстояния космического корабля от Земли . С помощью антенны в Parkes это увеличило эффективную полосу пропускания до 1000 бит в секунду. ^[193]

Данные, накопленные на С3, показали, что Каллисто имеет однородный состав, в котором смешаны тяжелые и легкие элементы. По оценкам, он на 60 процентов состоит из камня и на 40 процентов из льда. ^[194] Это было опровергнуто дальнейшими радиодоплеровскими наблюдениями на C9 и C10, которые показали, что скала осела по направлению к ядру, и поэтому Каллисто действительно имеет дифференцированную внутреннюю структуру, хотя и не в такой степени, как другие галилеевы луны. ^{[191] [195]}

Наблюдения, сделанные с помощью магнитометра Галилея , показали, что Каллисто не имеет собственного магнитного поля и, следовательно, не имеет железного ядра, такого как у Ганимеда, но что у него действительно есть индуцированное поле от магнитосферы Юпитера. Поскольку лед - слишком плохой проводник, чтобы вызвать этот эффект, это указывало на возможность того, что Каллисто, как Европа и Ганимед, может иметь под поверхностью океан рассола. ^{[191] [196]} Галилей наиболее близко встретился с Каллисто на C30, когда он пролетел 138 километров (86 миль) над поверхностью, во время которого он сфотографировал кратеры Асгарда , Валгаллы и Брана. ^[191]Это использовалось для маневров с рогаткой, чтобы подготовить финальную встречу с Ио на I31 и I32. ^[197]

Амальтея [ править ]

Хотя Galileo «s главная задача заключалась в изучении галилеевых лун, он также захватили изображения четырех внутренних лун, Фивы , Adrastea , Амальтея и метисы . Такие изображения были возможны только с космического корабля; для земных телескопов они были просто пятнышками света. ^[192] Два года интенсивного излучения Юпитера сказались на системах космического корабля, и в начале 2000-х его запас топлива был на исходе. Galileo «s камеры были выключены на 17 января 2002 года, после того, как они понесли непоправимый ущерб радиации. ^[198]

Инженеры НАСА смогли восстановить поврежденную электронику магнитофона, и Галилей продолжал возвращать научные данные, пока он не был снят с орбиты в 2003 году, выполнив последний научный эксперимент: измерение массы Амальтеи, когда космический корабль пролетал мимо нее. Это было сложно устроить; Чтобы быть полезным, Галилей должен был лететь в пределах 300 километров (190 миль) от Амальтеи, но не настолько близко, чтобы врезаться в нее. Это было осложнено его неправильной формой, напоминающей картофель, размером 146 на 262 километра (91 на 163 мили). Он был заперт приливом, постоянно указывая своим длинным доступом к Юпитеру. Успешный облет означал, что всегда было известно, в каком направлении астероид был направлен относительно Галилея . ^[199]

Галилей пролетел над Амальтеей 5 ноября 2002 года во время ее 34-й орбиты, что позволило измерить массу Луны, когда она прошла в пределах 160 км (99 миль) от ее поверхности. ^[200] Результаты поразили научную команду; они показали, что Амальтея весила 2,08 × 10 ¹⁸ кг (4,59 × 10 ¹⁸  фунтов), а при объеме 2,43 × 10 ⁶ кубических километров (5,8 × 10 ⁵  кубических миль) она имела плотность 857 ± 99 кг на куб. метр, меньше, чем у воды. ^{[201] [202]}

Последнее открытие произошло во время последних двух витков миссии. Когда космический корабль прошел орбиту Амальтеи, звездный сканер обнаружил неожиданные вспышки света, которые были отражениями от семи до девяти лун. Ни одна из отдельных лунок не была надежно зафиксирована дважды, поэтому орбиты не были определены. Считается, что они, скорее всего, были обломками, выброшенными из Амальтеи и образующими тонкое и, возможно, временное кольцо. ^[203]

Звездный сканер [ править ]

Galileo «s звезда сканер был небольшой оптический телескоп , который обеспечил абсолютную ссылку отношение. Он также случайно сделал несколько научных открытий. В основной миссии было обнаружено, что звездный сканер может обнаруживать частицы высоких энергий как шумовой сигнал. Эти данные в конечном итоге были откалиброваны, чтобы показать, что частицы были преимущественно электронами с энергией > 2  МэВ (0,32  пДж ), которые были захвачены в магнитных поясах Юпитера и переданы в Систему планетарных данных. ^[204]

Второе открытие произошло в 2000 году. Сканер обнаружил набор звезд, в том числе звезду второй величины Дельта Велорум . В какой-то момент эта звезда потускнела на 8 часов ниже порога обнаружения звездного сканера. Последующий анализ данных Галилео и работа астрономов-любителей и профессиональных астрономов показали, что Delta Velorum - самая яркая из известных затменных двойных систем , ярче даже чем Алгол . Первичный период составляет 45 дней, а затемнение видно невооруженным глазом. ^[205]

Расширение миссии [ править ]

После завершения основной миссии 7 декабря 1997 года большая часть персонала миссии уехала, включая О'Нила, но примерно пятая часть из них осталась. Galileo орбитальный не приступил к расширенной миссии , известной как Galileo Europa Mission (GEM), которая просуществовала до 31 декабря 1999 г. Это была миссия низкой стоимости, с бюджетом в 30 миллионов $ (эквивалент $ 45 млн в 2019 году). ^[206] Причина, по которой ее называли миссией «Европа», а не «расширенной» миссией, была политическая; Хотя может показаться расточительным утилизировать космический корабль, который все еще был в рабочем состоянии и был способен выполнять непрерывную миссию, Конгресс смутно относился к запросам на дополнительные деньги для проектов, которые, по его мнению, уже были полностью профинансированы. Этого удалось избежать за счет ребрендинга.^[207]

У небольшой команды GEM не было ресурсов для решения проблем, но когда они возникали, она могла временно отозвать бывших членов команды для интенсивных усилий по их решению. Космический корабль совершил несколько облетов Европы , Каллисто и Ио . По каждому из них космический корабль собирал данные только за два дня вместо семи, которые он собрал во время основной миссии. Излучения окружающей среды вблизи Ио, который Галилео приближенной в пределах 201 км (125 миль) от 26 ноября 1999 года на орбите i25, был очень нездоровым для Galileo «s системы, и поэтому эти облета были сохранены для расширенной миссии при потере космический корабль был бы более приемлемым.^[206]

К тому времени, когда GEM закончился, большая часть космических аппаратов работала далеко за пределами своих первоначальных проектных спецификаций, поглощая в три раза большее радиационное воздействие, чем было рассчитано выдерживать. Многие инструменты больше не работали с максимальной производительностью, но все еще работали, поэтому было разрешено второе расширение, Galileo Millennium Mission (GMM). Предполагалось, что он продлится до марта 2001 г., но впоследствии был продлен до января 2003 г. GMM включал в себя повторные визиты на Европу, Ио, Ганимед и Каллисто, а также впервые в Амальтею . ^[208] Общая стоимость первоначальной миссии « Галилео » составляла около 1,39 миллиарда долларов США (что эквивалентно 2 миллиардам долларов в 2019 году). Из этой суммы 892 миллиона долларов США(что эквивалентно 1214 миллионам долларов в 2019 году) было потрачено на разработку космических аппаратов. ^[2] Еще 110 миллионов долларов (что эквивалентно 150 миллионам долларов в 2019 году) были внесены международными агентствами. ^[209]

Аномалии, связанные с радиацией [ править ]

Однозначно суровые условия излучения Юпитера причина более 20 аномалий в течение Галилео «s миссии, в дополнении к инцидентам дополненных ниже. Несмотря на то, что космический аппарат превысил расчетный предел излучения по крайней мере в три раза, он выдержал все эти аномалии. В конце концов были найдены обходные пути для всех этих проблем, и Галилей никогда не выходил из строя полностью из-за излучения Юпитера. Пределы излучения для Galileo «s компьютеров были основаны на данных , возвращенных из Пионеров 10 и 11 , так как большая часть проектных работ была ведется до того , как два Вояджеры прибыл на Юпитер в 1979 г. ^[210]

Типичный эффект излучения заключался в том, что некоторые научные инструменты испытывали повышенный шум в пределах примерно 700 000 км (430 000 миль) от Юпитера. Камера SSI начала давать полностью белые изображения, когда космический корабль подвергся исключительному выбросу корональной массы в «День взятия Бастилии» в 2000 году, и снова сделал это при последующих близких подходах к Юпитеру. ^[211] Кристалл кварца, используемый в качестве эталона частоты для радио, претерпевал постоянные частотные сдвиги с каждым приближением к Юпитеру. ^[212] Спиновый детектор вышел из строя, и выход гироскопа космического корабля был искажен радиационной средой. ^[213]

Самыми серьезными эффектами излучения были утечки тока где-то в силовой шине космического корабля, скорее всего, через щетки на вращающемся подшипнике, соединяющем секции ротора и статора орбитального аппарата. Эти утечки тока привели к перезагрузке бортового компьютера и его переходу в безопасный режим. Сброс произошел, когда космический корабль находился либо близко к Юпитеру, либо в области космического пространства, находящейся ниже Юпитера по магнитному полю. В апреле 1999 года в программное обеспечение было внесено изменение, которое позволило бортовому компьютеру обнаруживать эти сбросы и автономно восстанавливаться, чтобы избежать безопасного режима. ^[214]

Проблемы с магнитофоном [ править ]

Регулярное обслуживание магнитофона включало намотку ленты на половину длины и обратно, чтобы предотвратить ее прилипание. ^[215] В ноябре 2002 года, после завершения единственной встречи миссии с спутником Юпитера Амальтеей, проблемы с воспроизведением магнитофона снова преследовали Галилея . Примерно через 10 минут после самого близкого сближения пролета Амальтеи Галилей прекратил сбор данных, выключил все свои инструменты и перешел в безопасный режим, по-видимому, в результате воздействия интенсивной радиационной среды Юпитера. Хотя большая часть данных Amalthea уже была записана на магнитную ленту, было обнаружено, что рекордер отказывался отвечать на команды, говорящие ему о воспроизведении данных. ^[216]

После нескольких недель поиска и устранения неисправностей идентичного запасного летного регистратора на земле было установлено, что причиной неисправности было снижение светового потока в трех инфракрасных светодиодах (светодиодах) Optek OP133, расположенных в электронике привода привода. колесо энкодера двигателя записывающего устройства . В арсенида галлия светодиоды были особенно чувствительны к протонной - облучения индуцированных атомной решетки дефектов смещения, что значительно снизилась их эффективное светоотдачу и электронику , вызванных приводного двигателя, чтобы ошибочно полагают , колесо датчик двигателя был неправильно установлен. ^[217]

Галилео «s команда полета затем начала серию„ отжиг “сессии, где ток пропускались через светодиоды в течение нескольких часов в то время , чтобы нагреть их до точки , где некоторые из кристаллических дефектов решетки будет сдвинуты на место, таким образом , увеличивая Световой поток светодиода. После примерно 100 часов циклов отжига и воспроизведения рекордер мог работать до часа за раз. После многих последующих циклов воспроизведения и охлаждения полная передача обратно на Землю всех записанных данных пролета Амальтеи прошла успешно. ^[218]

Конец миссии и спуск с орбиты [ править ]

Когда в начале 1960-х рассматривался вопрос об исследовании Марса, Карл Саган и Сидней Коулман подготовили доклад о загрязнении красной планеты. Чтобы ученые могли определить, существовали ли местные формы жизни до того, как планета была заражена микроорганизмами с Земли, они предложили, чтобы космические миссии были нацелены на 99,9-процентную вероятность того, что заражения не должно произойти. Эта цифра была принята Комитетом по космическим исследованиям (КОСПАР) Международного совета научных союзов в 1964 году и впоследствии применялась ко всем планетным зондам. Опасность была подчеркнута в 1969 году, когда астронавты Аполлона-12 вернули компоненты Surveyor 3.космический корабль, который приземлился на Луну три года назад, и было обнаружено, что микробы все еще жизнеспособны даже после трех лет в этом суровом климате. Альтернативой была Первичная Директива , философия невмешательства в инопланетные формы жизни, провозглашенная в оригинальном телесериале « Звездный путь » , в которой интересы форм жизни ставились выше интересов ученых. Учитывая (по общему признанию незначительную) перспективу жизни на Европе, ученые Ричард Гринберг и Рэндалл Тафтс предложили установить новый стандарт, не допускающий большей вероятности заражения, чем та, которая может возникнуть естественным образом от метеоритов. ^[219]

Галилей не был стерилизован перед запуском и мог переносить бактерии с Земли. Поэтому был сформулирован план отправки зонда прямо на Юпитер в случае преднамеренного столкновения, чтобы исключить возможность столкновения со спутниками Юпитера, особенно с Европой, и предотвратить прямое загрязнение . 14 апреля 2003 года Галилей достиг своего наибольшего орбитального расстояния от Юпитера за всю миссию с момента выхода на орбиту, 26 миллионов километров (16 миллионов миль), прежде чем нырнуть обратно в сторону газового гиганта для его окончательного удара. ^[220] По завершении полета J35, его заключительного витка вокруг системы Юпитера, Галилео.столкнулся с Юпитером в темноте к югу от экватора 21 сентября 2003 года в 18:57 UTC. Его скорость удара составляла примерно 48,26 км / с (29,99 миль / с). ^{[221] [1]}

Основные выводы [ править ]

1. Состав Юпитера отличается от состава Солнца, что указывает на то, что Юпитер эволюционировал с момента образования Солнечной системы. ^{[139] [222]}
2. Галилей впервые наблюдал облака аммиака в атмосфере другой планеты. Атмосфера создает частицы аммиачного льда из материала, поднимающегося с более низких глубин. ^[139]
3. Было подтверждено, что Ио имеет обширную вулканическую активность, которая в 100 раз сильнее, чем на Земле. Жара и частота извержений напоминают раннюю Землю. ^{[139] [222]}
4. Сложные взаимодействия плазмы в атмосфере Ио создают огромные электрические токи, которые соединяются с атмосферой Юпитера. ^{[139] [222]}
5. Несколько строк свидетельств Галилея подтверждают теорию о существовании жидких океанов под ледяной поверхностью Европы. ^{[139] [222]}
6. Ганимед обладает собственным значительным магнитным полем - это первый известный спутник, у которого оно есть. ^{[139] [222]}
7. Магнитные данные Галилео доказали, что Европа, Ганимед и Каллисто имеют слой жидкой соленой воды под видимой поверхностью. ^[139]
8. Существуют доказательства того, что Европа, Ганимед и Каллисто имеют тонкий атмосферный слой, известный как «поверхностная экзосфера ». ^{[139] [222]}
9. Кольцевая система Юпитера образована пылью, поднимаемой межпланетными метеороидами в четыре маленьких внутренних луны планеты . Внешнее кольцо на самом деле представляет собой два кольца, одно встроенных в другое. Вероятно, есть и отдельное кольцо на орбите Амальтеи . ^{[139] [222]}
10. Galileo космический аппарат определил глобальную структуру и динамику гигантской планеты магнитосферы . ^[139]

Последующие миссии [ править ]

Был запасной космический корабль « Галилео», который в 1983 году рассматривался группой исследования внешних планет НАСА-ЕКА для полета на Сатурн, но его отказались от него в пользу более новой конструкции, которая стала « Кассини-Гюйгенс» . ^[223] Пока работал Галилей , Улисс прошел мимо Юпитера в 1992 году с миссией по изучению полярных областей Солнца, а Кассини-Гюйгенс прошел вдоль планеты в 2000 и 2001 годах на пути к Сатурну. ^[22] New Horizons прошел близко к Юпитеру в 2007 году для помощи гравитации на пути к Плутону, и он также собирал данные о планете. ^[224] Следующей миссией на орбиту Юпитера была « Юнона».космический корабль, который вышел на орбиту Юпитера в июле 2016 года. ^[225]

Юнона [ править ]

Космический аппарат НАСА Juno , запущенный в 2011 году и запланированный на двухлетний тур по системе Юпитера, успешно завершил выведение на орбиту Юпитера 4 июля 2016 года. ^[226]

Исследователь ледяных лун Юпитера [ править ]

ЕКА также планирует вернуться в систему Юпитера с Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE), который предназначен для орбиты Ганимеда в 2020-х годах. ^[227]

Europa Clipper [ править ]

Еще до того, Галилей пришел к выводу, НАСА считается Europa Orbiter , ^[228] , которая была миссия спутника Юпитера Европы , но он был отменен в 2002 году ^[229] После его отмены, был изучен вариант более низкой стоимости. Это привело к утверждению Europa Clipper в 2015 году; в настоящее время его планируется запустить в середине 2020-х годов. ^[230]

Europa Lander [ править ]

Концепция посадочного модуля, называемого просто Europa Lander , оценивается Лабораторией реактивного движения. ^[231] По состоянию на 2020 год ^{[Обновить]}этот спускаемый аппарат на Европу остается концепцией, хотя некоторые средства были выделены на разработку и совершенствование инструментов. ^[232]

Заметки [ править ]

Ссылки [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы, связанные с миссией Галилео .

• Сайт миссии Галилео от NASA Solar System Exploration
• Унаследованный сайт Галилео от NASA Solar System Exploration
• Мозаики спутниковых изображений Галилео от Университета штата Аризона
• Альбом изображений Галилео Кевина М. Гилла