Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Гелиос-А и Гелиос-В (также известные как Гелиос 1 и Гелиос 2 ) - это пара зондов, которые были запущены на гелиоцентрическую орбиту для изучения солнечных процессов. Как совместное предприятие западногерманского космического агентства DLR (70 процентов акций) и НАСА (30 процентов), зонды были запущены со станции ВВС на мысе Канаверал , Флорида , 10 декабря 1974 г. и 15 января 1976 г. соответственно. . Построенные главным подрядчиком, Messerschmitt-Bölkow-Blohm , они были первыми космическими зондами, построенными за пределами США.и Советский Союз покинуть орбиту Земли.

Зонды установили рекорд максимальной скорости для космических кораблей 252792 км / ч (157 078 миль в час; 70 220 м / с). [3] Гелиос-Б летали 3000000 км (1900000 миль) ближе к Солнцу , чем Helios-А , достижение перигелия апреля  17, 1976, на рекордно расстоянии 43.432 млн км (26987000 миль; 0,29032 AU), [4] ближе чем орбита Меркурия . Гелиос-Б был отправлен на орбиту через 13 месяцев после запуска Гелиос-А . Космические зонды Helios завершили свои основные миссии к началу 1980-х годов, но продолжали отправлять данные до 1985 года.

Зонды больше не работают, но остаются на своих эллиптических орбитах вокруг Солнца. [5] [6] [1] [7]

Структура [ править ]

Два зонда Helios выглядят очень похоже. Гелиос-А имеет массу 370 кг (820 фунтов), а Гелиос-В имеет массу 376,5 кг (830 фунтов). Их научные полезные нагрузки имеют массу 73,2 кг (161 фунт) на Гелиос-А и 76,5 кг (169 фунтов) на Гелиос-Б . Центральные тела представляют собой шестнадцатигранные призмы диаметром 1,75 метра (5 футов 9 дюймов) и высотой 0,55 метра (1 фут 10 дюймов). Большая часть оборудования и приборов размещена в этом центральном корпусе. Исключение составляют мачты и антенны, используемые во время экспериментов, и небольшие телескопы, измеряющие зодиакальный свет.и которые выходят из центрального тела. Две конические солнечные панели выступают над и под центральным корпусом, придавая сборке вид диаболо или катушки с нитками.

При запуске каждый зонд был 2,12 метра (6 футов 11 дюймов) в высоту с максимальным диаметром 2,77 метра (9 футов 1 дюйм). После выхода на орбиту телекоммуникационные антенны развернулись поверх зондов и увеличили высоту до 4,2 метра (14 футов). При выходе на орбиту были также развернуты две жесткие стрелы с датчиками и магнитометрами, прикрепленные по обе стороны от центральных корпусов, и две гибкие антенны, используемые для обнаружения радиоволн, которые простирались перпендикулярно осям космического корабля на расчетную длину 16 метров (52 фута) каждый. [8]

Космический аппарат вращается вокруг своих осей, перпендикулярных эклиптике , со скоростью 60 об / мин . 

Мощность [ править ]

Электроэнергия вырабатывается солнечными элементами, прикрепленными к двум усеченным конусам. Чтобы солнечные батареи поддерживали температуру ниже 165 ° C (329 ° F), когда они находятся рядом с Солнцем, солнечные элементы перемежаются зеркалами, покрывая 50% поверхности и отражая часть падающего солнечного света, рассеивая при этом избыточное тепло. . Мощность, подаваемая солнечными панелями, составляет минимум 240 Вт, когда зонд находится в афелии . Его напряжение регулируется до 28 вольт постоянного тока , а энергия хранится на серебряно-цинковой батарее емкостью 8 Ач . Батареи использовались только во время запуска. [ противоречивый ]    

Температурный контроль [ править ]

Схема конфигурации запуска
Техник стоит рядом с одним из двух космических кораблей Гелиос.

Самой большой технической проблемой, с которой столкнулись разработчики, было тепло, которому зонд подвергался вблизи Солнца. На расстоянии 0,3 астрономических единиц (45000000 км; 28000000 миль) от Солнца приблизительный тепловой поток составляет 11 солнечных постоянных (в 11 раз больше количества получаемого тепла на околоземной орбите), или 22,4  кВт на квадратный метр экспонирования. В этих условиях температура зонда может достигать 370 ° C (698 ° F). В солнечных батареях, а центральный отсек инструментов должен был поддерживаться при гораздо более низких температурах. Температура солнечных элементов не могла превышать 165 ° C (329 ° F), в то время как центральный отсек должен был поддерживаться в пределах от -10 до 20 ° C (от 14 до 68 ° F). Эти ограничения требовали отклонения 96 процентов тепла, получаемого от Солнца. Коническая форма солнечных панелей - одна из мер, которые были приняты для уменьшения теплового потока. За счет наклона солнечных панелей по отношению к солнечному свету, поступающему перпендикулярно оси зонда, большая часть солнечного излучения отражается. Кроме того, «вторые зеркала поверхности», специально разработанные НАСАпокрывают все центральное тело и 50 процентов солнечных генераторов. Они изготовлены из плавленого кварца с серебряной пленкой на внутренней стороне, которая сама покрыта диэлектрическим материалом. Для дополнительной защиты используется многослойная изоляция,  состоящая из 18 слоев майлара или каптона по 0,25 мм (0,0098 дюйма) (в зависимости от местоположения), удерживаемых друг от друга небольшими пластиковыми штырями, предназначенными для предотвращения образования мостиков холода. - использовался для частичного прикрытия активной зоны. В дополнение к этим пассивным устройствам в датчиках использовалась активная система подвижных жалюзи, расположенных в виде заслонки вдоль нижней и верхней стороны отсека. Ее открывание регулируется отдельно биметаллической пружиной, длина которой изменяется в зависимости от температуры и вызывает открытие или закрытие заслонки. Резисторы также использовались для поддержания температуры, достаточной для определенного оборудования. [9]

Система телекоммуникаций [ править ]

В телекоммуникационной системе используется радиоприемопередатчик, мощность которого можно регулировать от 0,5 до 20 Вт. Сверху каждого зонда были наложены по три антенны. Антенна с высоким коэффициентом усиления (23  дБ ), используемая для излучения верхней щетки с углом наклона 5,5 ° по обе стороны от эллипса [ требуется пояснение ] и шириной 14 °, антенна со средним усилением (3 дБ для передачи и 6,3 дБ для приема) излучает сигнал во всех направлениях плоскости эклиптики на высоте 15 ° и дипольная антенна (передача 0,3 дБ и прием 0,8 дБ). Рупорная антенна с низким коэффициентом усиления [ требуется пояснение ] была расположена под центром зонда, чтобы иметь возможность использовать адаптер, который соединял зонд с ракетой-носителем. Чтобы быть постоянно направленным наЗемля , антенна с высоким коэффициентом усиления приводится во вращение двигателем со скоростью, которая точно уравновешивает корпус зонда. Синхронизация скорости выполняется с использованием данных, поступающих от солнечного датчика . Максимальная скорость передачи данных, полученная с большим усилением антенны, составляла 4096 бит в секунду в восходящем направлении. Прием и передача сигналов поддерживалась антеннами сети Deep Space Network на Земле.

Контроль отношения [ править ]

Для сохранения ориентации во время полета космический корабль непрерывно вращался со скоростью 60 об / мин вокруг своей главной оси. Затем система управления ориентацией начала корректировать скорость и ориентацию валов зонда. Чтобы определить его ориентацию, Гелиос использовал грубый датчик Солнца . Корректировки наведения производились с помощью двигателей на холодном газе (7,7 кг азота ) с наддувом 1 Ньютон . Ось зонда постоянно поддерживалась перпендикулярно направлению Солнца и плоскости эклиптики. 

Бортовой компьютер и хранилище данных [ править ]

Бортовые контроллеры могли обрабатывать 256 команд. Массовая память могла хранить 500  Кбайт (это был очень большой объем памяти для космических зондов того времени) и в основном использовалась, когда зонды находились в лучшем соединении относительно Земли (т.е. Солнце проходит между Землей и космическим кораблем). . Соединение могло длиться до 65 дней.

Эксперименты и инструменты [ править ]

У обоих зондов Helios было по десять научных инструментов. [10]

Для экспериментов [ править ]

  • Исследование плазменных экспериментов : разработано Институтом Макса Планка для изучения частиц низких энергий. Собранные данные включали плотность, скорость и температуру солнечного ветра. Измерения проводились каждую минуту, за исключением плотности потока, которая происходила каждые 0,1 секунды, чтобы выделить неоднородности и плазменные волны. Используемые инструменты:
    • Детектор электронов
    • Детектор протонов и тяжелых частиц
    • Анализатор протонов и альфа-частиц с энергией от 231  до 16000  эВ.
  • Исследование плазменных волн : разработано Университетом штата Айова для изучения электростатических и электромагнитных волн в частотах от 10  Гц до 2  МГц.
  • Исследование космического излучения : разработано Кильским университетом для определения интенсивности, направления и энергии протонов и тяжелых составляющих частиц в излучении. Инструменты были заключены в детектор анти-совпадений.
    • Полупроводниковый детектор
    • Сцинтиллятор
    • Счетчик Черенкова
  • Небесный механический эксперимент : разработанный Гамбургским университетом , он использует особенности орбиты Гелиоса для уточнения астрономических измерений: сглаживание Солнца, проверка эффектов, предсказываемых общей теорией относительности, улучшение годовщины [ требуется уточнение ] внутренних планет, определение массы планеты Меркурий , отношения масс Земли и Луны и интегральной плотности электронов между кораблем и наземной станцией. [ требуется разъяснение ]
  • Эксперимент с эффектом Фарадея : разработанный Боннским университетом , использует физическое явление [ требуется пояснение ], влияющее на электромагнитные волны, проходящие через корону, для определения плотности электронов и напряженности магнитного поля в космической области.

Другие инструменты [ править ]

  • Феррозондовый магнитометр : разработан Брауншвейгским университетом , Германия. Измеряет три компоненты вектора магнитного поля. [ требуется пояснение ] Интенсивность измеряется с точностью до 0,4 нТл, когда она ниже 102,4нТл, и в пределах 1,2нТл при интенсивности ниже 409,6нТл. Доступны две частоты дискретизации: поиск каждые 2 секунды или 8 показаний в секунду.    
  • Феррозондовый магнитометр : разработана Goddard Space Flight Center из NASA , с точностью до 0,1  нТл при температуре около 25  нТл, в пределах от 0,3  нТл при температуре около 75  нТл, и в пределах 0,9  нТл при интенсивности 225 нТл . 
  • Магнитометр с поисковой катушкой : разработан Брауншвейгским университетом для обнаружения колебаний магнитного поля в диапазоне от 5 Гц до 3000 Гц. Спектральное разрешение выполняется на оси вращения зонда.
  • Спектрометр низкоэнергетических электронов и ионов : разработан в Центре космических полетов Годдарда для измерения характеристик протонов с энергией от 0,1 до 800 МэВ и электронов с энергией от 0,05 до 5 МэВ. Он использует три телескопа, которые покрывают плоскость эклиптики. Детектор [ требуется пояснение ] также изучает рентгеновские лучи от Солнца. [11]  
  • Зодиакальный световой фотометр : подсчитывает количество электронов и энергию. [ требуется пояснение ] Поле зрения прибора составляет 20 ° и может обрабатывать потоки, содержащие от 1 до 10 4 электронов на квадратный сантиметр. Три фотометра, разработанные Центром Гейдельберга [ необходимы пояснения ], измеряют интенсивность и поляризацию зодиакального света в белом свете и в  диапазонах длин волн 550 и 400 нм, используя три телескопа, оптические оси которых образуют углы 15, 30 и 90 °. к эклиптике. Эти наблюдения позволяют получить информацию о пространственном распределении межпланетной пыли, а также о размере и природе пылевых частиц.
  • Анализатор микрометеоритов : разработан Институтом Макса Планка , он способен обнаруживать микрометеориты, если их масса превышает 10-15  г. Он может определить массу и энергию микрометеорита более 10-14  г. В некоторых случаях он может определять состав микрометеорита массой более 10 -13  г. Эти измерения производятся с учетом того факта, что микрометеориты испаряются и ионизируются при попадании в цель. Инструмент разделяет ионы и электроны в плазме, образовавшейся в результате ударов, измеряет электрический заряд и вычитает массу и энергию падающей частицы. Небольшой масс-спектрометропределяет состав малых ионов .

Миссия [ править ]

Осмотр Гелиос-Б

Гелиос-А [ править ]

Гелиос-А был запущен 10 декабря 1974 года с пускового комплекса 41 станции ВВС на мысе Канаверал, штат Флорида . [12] Это был первый эксплуатационный полет ракеты Titan IIIE . Испытательный полет ракеты закончился неудачей, когда не загорелся двигатель верхней ступени «Кентавр» , но запуск Helios-A прошел без происшествий.

Зонд находился на гелиоцентрической орбите в течение 192 дней с перигелием 46 500 000 км (28 900 000 миль; 0,311 а.е.) от Солнца. Несколько проблем повлияли на работу. Одна из двух антенн развернулась некорректно, что снизило чувствительность плазменного радиоаппарата к низкочастотным волнам. Когда была подключена антенна с высоким коэффициентом усиления, команда миссии поняла, что их излучения мешают частицам анализатора и радиоприемнику. Чтобы уменьшить помехи, связь осуществлялась с использованием пониженной мощности, но для этого потребовалось использование наземных приемников большого диаметра, которые уже были на месте благодаря другим космическим полетам. [13]

Во время первого перигелия в конце февраля 1975 года космический корабль подошел к Солнцу ближе, чем любой предыдущий космический корабль. Температура некоторых компонентов достигла более 100 ° C (212 ° F), в то время как солнечные панели достигли 127 ° C (261 ° F), что не повлияло на работу зонда. Однако во время второго прохода 21 сентября температура достигла 132 ° C (270 ° F), что повлияло на работу некоторых инструментов.

Гелиос-Б [ править ]

Перед запуском Гелиос-Б в космический корабль были внесены некоторые модификации с учетом уроков, извлеченных из эксплуатации Гелиос-А . Небольшие двигатели, используемые для ориентации, были улучшены. Изменения были внесены в механизм реализации гибкой антенны и антенного излучения с высоким коэффициентом усиления. В рентгеновских детекторах были улучшены так , чтобы они могли обнаруживать гамма - всплески и позволяют использовать их в сочетании с Землей-орбитальными спутниками для триангуляции местоположения всплесков. Поскольку температура на Helios-A всегда была более чем на 20 ° C (36 ° F) ниже расчетного максимума в перигелии, было решено, что Helios-B будет вращаться еще ближе к Солнцу, а теплоизоляция была усилена, чтобы позволить спутнику выдерживать 15-процентное повышение температуры.

На запуск Гелиос-Б в начале 1976 г. были жесткие ограничения графика . Помещения, поврежденные во время запуска космического корабля " Викинг-2" в сентябре 1975 г., должны были быть отремонтированы, в то время как при посадке " Викинга" на Марс летом 1976 г. из системы Deep Space Network должны были появиться антенны, которые Гелиос -B необходимо провести исследование перигелия недоступно.

Гелиос-Б был запущен 10 января 1976 года с помощью ракеты Titan IIIE. Зонд был выведен на орбиту с периодом 187 дней и перигелием 43 500 000 км (27 000 000 миль; 0,291 а. Е.). Ориентация Helios-B относительно эклиптики была изменена на 180 градусов по сравнению с Helios-A, так что детекторы микрометеоритов могли иметь охват на 360 градусов. 17 апреля 1976 года « Гелиос-Б» совершил самый близкий пролет от Солнца на рекордной гелиоцентрической скорости 70 километров в секунду (250 000 км / ч; 160 000 миль в час). Максимальная зарегистрированная температура была на 20 ° C (36 ° F) выше, чем измеренная Helios-A .

Конец операций [ править ]

Основная миссия каждого зонда длилась 18 месяцев, но проработали они гораздо дольше. 3 марта  1980 года, через четыре года после запуска, радиоприемопередатчик на Гелиос-Б вышел из строя. 7 января  1981 года была отправлена ​​команда остановки, чтобы предотвратить возможные радиопомехи во время будущих миссий. Helios-A продолжал нормально функционировать, но из-за отсутствия антенн DSN большого диаметра данные собирались антеннами малого диаметра с меньшей скоростью. На 14-м витке Гелиос-А 'Разрушенные солнечные элементы больше не могли обеспечивать достаточную мощность для одновременного сбора и передачи данных, если зонд не находился близко к его перигелию. В 1984 году основной и резервный радиоприемники вышли из строя, что указывало на то, что антенна с высоким коэффициентом усиления больше не была направлена ​​на Землю. Последние данные телеметрии были получены  10 февраля 1986 г. [14]

Результаты [ править ]

Helios зонд инкапсулируется для запуска

Оба зонда собрали важные данные о процессах, вызывающих солнечный ветер и ускорение частиц, составляющих межпланетную среду, и космических лучей . Эти наблюдения проводились в течение десятилетнего периода от солнечного минимума в 1976 году до солнечного максимума в начале 1980-х годов.

Наблюдение за зодиакальным светом установило некоторые свойства межпланетной пыли, присутствующей на расстоянии от 0,1  до 1  а.е. от Солнца, такие как их пространственное распределение, цвет и поляризация . Было установлено, что порошок был более чувствителен [ требуется уточнение ] к гравитационным и электромагнитным силам . Количество пыли наблюдалось до 10 раз вокруг Земли. Неоднородныйраспространение в целом ожидалось из-за прохождения комет, но наблюдения не подтвердили это. Зондовые приборы обнаружено пыль вблизи Солнца показывает , что, несмотря на солнце по - прежнему присутствует на расстоянии 0,09 а.е. .

Гелиос также позволил собрать больше данных о кометах, наблюдая прохождение C / 1975 V1 (Запад) в 1976 г., C / 1978 H1 (Меир) в ноябре 1978 г. и C / 1979 Y1 (Брэдфилд) в феврале 1980 г. Последний зонд, инструменты наблюдал ветряно-солнечное возмущение, которое позже было преобразовано в разрыв в хвосте кометы. Анализатор плазмы показал, что явления ускорения высокоскоростного солнечного ветра связаны с наличием корональных дыр. Этот прибор также впервые обнаружил ионы гелия, изолированные в солнечном ветре. В 1981 году, во время пика солнечной активности, данные, собранные Гелиос-Ана небольшом расстоянии от Солнца помогли завершить визуальные наблюдения выбросов корональной массы, выполненные с орбиты Земли. Данные, собранные двумя магнитометрами Helios, дополненными межпланетными зондами Pioneer и Voyager, были использованы для определения направления магнитного поля на разнесенных расстояниях от Солнца.

Детекторы радио и плазменных волн использовались для обнаружения радиовзрывов и ударных волн, связанных с солнечными вспышками, обычно во время солнечного максимума. Детекторы космических лучей изучали, как Солнце и межпланетная среда влияют на распространение одних и тех же лучей солнечного или галактического происхождения. Был измерен градиент космических лучей как функция расстояния от Солнца. Эти наблюдения в сочетании с наблюдениями, выполненными Pioneer  11 между 1977 и 1980 годами за пределами Солнечной системы (12–23  а.е. от Солнца), дали хорошее моделирование этого градиента . GRB Гелиос-БЗа первые три года работы прибора детектор идентифицировал 18 событий, источник которых может быть определен некоторыми с помощью поисков, проводимых спутниками на орбите Земли. Некоторые особенности внутренней солнечной короны были измерены во время покрытий. Для этого либо с космического корабля на Землю отправлялся радиосигнал, либо наземная станция отправляла сигнал, возвращаемый зондом. Изменения в распространении сигнала в результате пересечения солнечной короны предоставили информацию о флуктуациях плотности.

Профиль миссии [ править ]

Гелиос-А на борту ракеты-носителя Titan IIIE / Centaur

Запуск и траектория [ править ]

Траектория космических аппаратов Гелиос

Хронология путешествия [ править ]

Текущий статус [ править ]

По состоянию на 2020 год зонды больше не функционируют, но по-прежнему остаются на своих эллиптических орбитах вокруг Солнца. [5] [6] [1] [7]

См. Также [ править ]

  • 1974 в космосе
  • 1976 год в космическом полете
  • Список рекордов скорости автомобиля
  • Солнечный зонд Parker
  • Хронология искусственных спутников и космических зондов

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d Скоординированный архив данных космической науки НАСА Обратите внимание на то, что дата окончания эпохи не указана, что является способом НАСА сказать, что она все еще находится на орбите.
  2. ^ a b "Гелиос-Б - Детали траектории" . Национальный центр данных по космической науке . НАСА . Проверено 12 июля 2017 года .
  3. Wilkinson, John (2012), New Eyes on the Sun: A Guide to Satellite Images and Amateur Observation , Astronomers 'Universe Series, Springer, p. 37, ISBN 978-3-642-22838-4
  4. ^ a b «Исследование Солнечной системы: Миссии: По цели: Наша Солнечная система: Прошлое: Гелиос 2» . Архивировано из оригинала 5 октября 2008 года . Проверено 1 ноября 2009 года .
  5. ^ a b "База данных спутникового поиска: HELIOS 1" . www.n2yo.com .
  6. ^ a b "База данных спутникового поиска: HELIOS 2" . www.n2yo.com .
  7. ^ a b Скоординированный архив данных космической науки НАСА. Обратите внимание, что дата окончания эпохи не указана, что является способом НАСА сказать, что она все еще находится на орбите.
  8. ^ Гелиос . Бернд Лейтенбергер. Проверено 20 мая, 2016.
  9. ^ Sandscheper, Гюнтер (26 декабря 1974). «Путешествие в жаркий космос» . Новый ученый . 64 (929): 918.
  10. ^ «Поддержка систем слежения и данных для проекта Helios» (PDF) . Лаборатория реактивного движения НАСА . Проверено 20 мая, 2016 .
  11. ^ Helios B - Детектор и анализатор микрометеороидов . Главный каталог NASA NSSDC . Проверено 20 мая, 2016.
  12. Администратор, NASA Content (17 апреля 2015 г.). "Солнечный зонд Гелиос-А на стартовом комплексе" . НАСА . Проверено 1 мая 2020 года .
  13. ^ «НАСА - NSSDCA - Космический корабль - Детали» . nssdc.gsfc.nasa.gov . Проверено 1 мая 2020 года .
  14. ^ "Гелиос" . www.honeysucklecreek.net . Проверено 1 мая 2020 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Гелиос-А в Мастер-каталоге NSSDC
  • Гелиос-Б в Мастер-каталоге NSSDC
  • Профиль миссии Helios-A от NASA Solar System Exploration
  • Профиль миссии Helios-B от NASA Solar System Exploration
  • Titan / Centaur D-1T TC-2, Helios-A , Отчет о полетных данных
  • Titan / Centaur D-1T TC-5, Helios-B , Отчет о полетных данных
  • Гелиос-А и -В от станции отслеживания Honeysuckle Creek
  • Веб-страница Helios, созданная Институтом Макса Планка для Sonnensystemforschung