Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Межзвездное картографирование и зонд ускорения
Interstellar Mapping and Acceleration Probe.jpg
Художественная концепция IMAP, отображающая границу гелиосферы.
ИменаIMAP
Тип миссииИсследования гелиосферы
ОператорЛаборатория прикладной физики
Интернет сайтimap .princeton .edu
Продолжительность миссии3 года (планируется) [1]
Свойства космического корабля
ПроизводительЛаборатория прикладной физики
МощностьВт
Начало миссии
Дата запускаФевраль 2025 г. (планируется) [2]
РакетаFalcon 9 Block 5 [3]
Запустить сайтCCSFS , LC-40
ПодрядчикSpaceX
Параметры орбиты
Справочная системаГеоцентрическая орбита
РежимГало-орбита ( L1 )
Инструменты
10 инструментов
 

Interstellar Mapping и ускорение Probe (IMAP) является гелиофизика миссия , которая будет одновременно исследовать два важные и связанную тему науки в гелиосферах : ускорение энергичных частиц и взаимодействии солнечного ветра с локальной межзвездной средой . Эти научные темы взаимосвязаны, потому что частицы, ускоренные во внутренней гелиосфере, играют решающую роль во внешнем гелиосферном взаимодействии. В 2018 году НАСА выбрало команду под руководством Дэвида Дж. МакКомаса из Принстонского университета для выполнения миссии, запуск которой в настоящее время запланирован на февраль 2025 года [2] [4].IMAP будет спутником со стабилизированным вращением, отслеживающим Солнце, на орбите вокруг точки Лагранжа L1 Солнце - Земля с научной полезной нагрузкой из десяти инструментов. IMAP также будет непрерывно транслировать данные в реальном времени на месте, которые можно использовать для предсказания космической погоды .

Это пятая миссия, выбранная в программе Solar Terrestrial Probes после TIMED , Hinode , STEREO и MMS . [4]

Наука [ править ]

Ускорение заряженных частиц до высоких энергий повсеместно распространено во Вселенной, происходит у звезд , магнитосфер , черных дыр , нейтронных звезд , остатков сверхновых и в других местах. Точные процессы, лежащие в основе этого ускорения, не совсем понятны. Существуют промежуточные надтепловые частицы, энергия которых находится между энергичными частицами и основной тепловой плазмой . Понимание того, как эти частицы возбуждаются и образуют начальную популяцию энергичных частиц, является одной из научных тем, которые будет исследовать IMAP.

Солнечного ветра и связанное с ним магнитное поле взорвали пузырь в межзвездном пространстве называется гелиосферы . IMAP будет изучать границу гелиосферы, где солнечный ветер сталкивается с материалом остальной части галактики . Используя энергетические нейтральные атомы (ENA), IMAP будет отображать эту область взаимодействия из внутренней части Солнечной системы . Кроме того, IMAP также будет напрямую измерять нейтральные частицы межзвездной среды, поскольку они протекают через гелиосферу в относительно неизменном виде.

Научные цели IMAP основаны на четырех научных целях, указанных в объявлении о возможностях IMAP (снаружи внутрь): [5]

  • Улучшение понимания состава и свойств локальной межзвездной среды (LISM).
  • Углубленное понимание временной и пространственной эволюции пограничной области, в которой взаимодействуют солнечный ветер и межзвездная среда.
  • Выявление и продвижение понимания процессов, связанных с взаимодействием магнитного поля Солнца и LISM.
  • Выявление и углубленное понимание процессов инжекции и ускорения частиц около Солнца, в гелиосфере и гелиооболочке.

Миссия [ править ]

Профиль [ править ]

После запуска космическому кораблю потребуется несколько месяцев, чтобы пройти на расстояние 1500000 км (930 000 миль) от Земли к Солнцу в так называемой первой точке Лагранжа (L1). Затем космический корабль будет использовать бортовую силовую установку для выхода на гало-орбиту размером примерно 10 ° x 5 ° вокруг L1, очень похожую на орбиту Advanced Composition Explorer (ACE). Базовая миссия - 3 года, но все расходные материалы рассчитаны на срок службы более 5 лет. [6]

Космический корабль [ править ]

IMAP - это простой космический аппарат со стабилизацией вращения (~ 4 об / мин ) с десятью приборами. Ежедневные маневры ориентации будут использоваться для удержания оси вращения и верхней палубы (с солнечными батареями) в направлении набегающего солнечного ветра, который находится на расстоянии нескольких градусов от Солнца. На гало-орбите L1 задняя палуба со своей коммуникационной антенной приблизительно указывает на Землю. [6]

Инструменты [ править ]

Энергетические спектры частиц для ионов и высокоэнергетических нейтральных атомов (вставка) при 1 а.е. и соответствующие населенности частиц и диапазоны приборов IMAP.

Десять инструментов IMAP можно сгруппировать в три категории: 1) детекторы энергетических нейтральных атомов (IMAP-Lo, IMAP-Hi и IMAP-Ultra); 2) Детекторы заряженных частиц (SWAPI, SWE, CoDICE, HIT); и 3) другие согласованные измерения (MAG, IDEX, GLOWS).

Здесь (верхняя панель) показаны плотности потока кислорода, измеренные на уровне 1 а.е. несколькими приборами на борту Advanced Composition Explorer (ACE) в течение 3-летнего периода, с репрезентативными спектрами частиц, полученными для постепенных и импульсных частиц солнечной энергии (SEP), коротационных областей взаимодействия ( CIRs), Аномальные космические лучи (ACRS) и галактические космические лучи (ГКЛ) и (верхняя панель) углубленные ионные потоки в Voyager 1 направлении с использованием в точке наблюдения с Voyager и отдаленных наблюдений ЕСА от Кассини-Гюйгенс и межзвездной Boundary Explorer ,(IBEX). (Средняя панель) SWAPI, CoDICE и HIT предоставляют исчерпывающие данные о составе, энергии и угловом распределении для всех основных видов солнечного ветра (ядро и гало), межзвездных и внутренних источников ионов, надтепловых, энергетических и ускоренных ионов из SEP. межпланетные шоки, а также ACR. SWE, CoDICE и HIT также обеспечивают энергетические и угловые распределения ионов солнечного ветра и электронного ядра, гало, страла, а также энергичных и релятивистских электронов с энергией до 1 МэВ . [6]

IMAP-Lo [ править ]

IMAP-Lo - это однопиксельный сканер нейтральных атомов, который дает измерения с энергетическим и угловым разрешением атомов ISN ( H , He , O , Ne и D), отслеживаемых более 180 ° по эклиптической долготе и глобальным картам ENA H с энергетическим разрешением. и О. IMAP-Lo унаследовал от IBEX-Lo на IBEX, но обеспечивает гораздо большую мощность сбора. [6]

IMAP-Hi [ править ]

IMAP-Hi состоит из двух идентичных однопиксельных высокоэнергетических тепловизоров ENA, которые измеряют H, He и более тяжелые ENA из внешней гелиосферы . Каждый имидж-сканер IMAP-Hi очень похож по конструкции на имидж-сканер IBEX- Hi ENA, но включает в себя ключевые модификации, которые позволяют значительно улучшить разрешение, спектральный диапазон и мощность сбора. Инструмент также включает в себя систему времени пролета (TOF) для идентификации видов ENA. [6]

IMAP-Ultra [ править ]

Инструмент IMAP-Ultra отображает излучение ENA, производимое в гелиооболочке и за ее пределами, в первую очередь в атомах H между ~ 3 и 300 кэВ, но он также чувствителен к вкладам He и O. Ultra почти идентичен энергетическому нейтральному тепловизору Юпитера. (Джени), в разработке для полета на Европейское космическое агентство «s Jupiter Icy Moon Проводник (СОК) миссии Юпитера и Ганимеда. Основными отличиями Ultra от JENI являются использование двух идентичных копий, одна из которых установлена ​​перпендикулярно оси вращения IMAP (Ultra90), а другая - под углом 45 ° от оси вращения, направленной против солнца (Ultra45), для лучшего покрытия неба, а также использование слегка более толстая фольга, фильтрующая УФ-излучение, покрывающая MCP задней панели, чтобы уменьшить фон, связанный с межзвездными фотонами Lyman-α. [6]

Solar Wind Electron (SWE) [ править ]

Прибор Solar Wind Electron (SWE) измеряет трехмерное распределение тепловых и надтепловых электронов солнечного ветра от 1 эВ до 5 кэВ. SWE основан на традиционных инструментах Ulysses / SWOOPS, ACE / SWEPAM и Genesis / GEM, с обновленной электроникой на основе Van Allen Probes / HOPE. SWE оптимизирован для измерения электронов солнечного ветра на месте на L1, чтобы обеспечить контекст для измерений ENA и выполнить наблюдения солнечного ветра на месте, необходимые для понимания местных структур, которые могут влиять на ускорение и перенос. [6]

Солнечный ветер и ионный захват (SWAPI) [ править ]

Инструмент Solar Wind and Pickup Ion (SWAPI) измеряет в солнечном ветре H + и He ++ и межзвездные поглощающие ионы He + и H + (PUI). SWAPI почти идентичен инструменту New Horizons Solar Wind Around Pluto (SWAP). SWAPI - это упрощение SWAP, и за счет удаления задерживающего анализатора потенциала SWAP значительно увеличивает передачу и улучшает чувствительность, дополнительно улучшая наблюдения за PUI. [6]

Compact Dual Ion Composition Experiment (CoDICE) [ править ]

Компактный эксперимент по составу двух ионов (CoDICE) измеряет заряженные частицы в двух разных диапазонах энергии в компактном комбинированном приборе. CoDICELo - это электростатический анализатор с подсистемой зависимости времени пролета от энергии (TOF / E) для измерения трехмерных функций распределения по скоростям (VDF), состояния заряда и массового состава ионов ~ 0,5–80 кэВ / q. CoDICEHi использует общую подсистему TOF / E для измерения массового состава и направления прихода ионов ~ 0,03–5 МэВ / ядро ​​и электронов ~ 20–600 кэВ. [6]

Ионный телескоп высоких энергий (HIT) [ править ]

Телескоп с высокоэнергетическими ионами (HIT) использует кремниевые твердотельные детекторы для измерения элементного состава, энергетических спектров, углового распределения и времени прихода H к ионам Ni в диапазоне энергий от ~ 2 до ~ 40 МэВ / ядер. HIT, в значительной степени основанный на низкоэнергетическом телескопе (LET) Солнечной обсерватории земных связей (STEREO) , обеспечивает полное покрытие неба с большим геометрическим фактором. Часть области просмотра HIT также оптимизирована для измерения электронов 0,5–1,0 МэВ. [6]

Магнитометр (MAG) [ править ]

Магнитометр IMAP (MAG) состоит из пары идентичных трехосных феррозатворных магнитометров, которые измеряют трехмерное межпланетное магнитное поле. Оба магнитометра установлены на штанге длиной 1,8 м, один на конце, а другой в промежуточном положении. Эта конфигурация за счет градиентометрии снижает влияние магнитных полей космического корабля на измерения прибора за счет динамического удаления поля космического корабля. MAG основаны на магнитометрах магнитосферной многомасштабной миссии . [6]

Межзвездный эксперимент с пылью (IDEX) [ править ]

Interstellar Dust Experiment (IDEX) - это анализатор пыли с высоким разрешением, который обеспечивает элементный состав, скорость и массовое распределение частиц межзвездной пыли . Головка датчика IDEX имеет большую эффективную площадь цели (700 см 2  [110 кв. Дюймов]), что позволяет ей собирать статистически значимое количество ударов пыли (> 100 / год). [6]

Глобальная структура солнечного ветра (GLOWS) [ править ]

Прибор GLObal Solar Wind Structure (GLOWS) измеряет гелиосферное резонансное свечение обратного рассеяния водорода (линия Лаймана-альфа на 121,6 нм [4,79 × 10 -6 дюймов  ]) и гелия (на 58,4 нм [2,30 × 10 -6 дюймов  ]) . GLOWS состоит из двух отдельных детекторов: LαD и HeD для двух спектральных каналов, с лучом зрения, направленным под разными углами по отношению к оси вращения IMAP. Детектор Lyman-α (LαD) почти идентичен LαD в миссии NASA TWINS , а HeD использует новый монохроматор. [6]

Связь [ править ]

Номинально IMAP будет иметь два 4-часовых контакта в неделю через сеть NASA Deep Space Network (DSN). Этого достаточно для загрузки любых команд, загрузки научных данных за неделю и ведения домашнего хозяйства, а также выполнения локации космических аппаратов, необходимой для навигации. DSN будет связываться с IMAP Mission Operation Center (MOC) в Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса , который будет управлять космическим кораблем. Все научные и вспомогательные данные будут проходить через MOC в Центр научных операций (SOC) в Лаборатории атмосферной и космической физики (LASP) Университета Колорадо в Боулдере.. IMAP SOC в LASP будет отвечать за все аспекты работы с приборами: планирование, управление, мониторинг работоспособности и состояния, реагирование на аномалии и поддержку инженерных работ для приборов. SOC также будет заниматься обработкой научных данных (включая калибровку данных, проверку и предварительный анализ), распределением, архивированием и поддержанием плана управления данными IMAP. Научные данные будут производиться централизованно с использованием алгоритмов, программного обеспечения и данных калибровки, предоставляемых и управляемых каждой командой разработчиков.

Все научные и другие данные будут передаваться гелиофизическому сообществу так быстро, насколько это возможно, с политикой открытых данных, соответствующей Политике управления данными NASA по гелиофизике. NASA Space Physics Data Facility (SPDF) - это последний архив для IMAP, с регулярной передачей данных в SPDF, чтобы данные могли быть доступны через их сайт координированного анализа данных (CDAWeb). [6]

Данные о космической погоде [ править ]

IMAP будет предоставлять важные данные о космической погоде в реальном времени через свою «активную связь IMAP для реального времени» или I-ALiRT. IMAP будет непрерывно передавать небольшую часть (500 бит / с) научных данных для I-ALiRT на поддерживающие наземные станции по всему миру, когда они не находятся в контакте с DSN. Во время отслеживания DSN система полета включает данные о космической погоде в поток научных данных с полной скоростью, которые MOC получает от DSN и направляет в SOC. В любом случае SOC обрабатывает эти наблюдения в реальном времени для создания продуктов данных, необходимых сообществу космической погоды. Данные включают все важные параметры, которые в настоящее время предоставляет Advanced Composition Explorer (ACE), но со значительно более высокой частотой, а также несколько новых ключевых параметров. [6]

Управление [ править ]

Это пятая миссия в программе НАСА Solar Terrestrial Probes . [7] Офис программы гелиофизики в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд , управляет программой STP для отдела гелиофизических наук в Вашингтоне, округ Колумбия .

Главный исследователь миссии - Дэвид Дж. МакКомас из Принстонского университета . Университет Джонса Хопкинса «s Лаборатория прикладной физики в Лорел, штат Мэриленд , обеспечит управление проектом. [4]

Стоимость миссии ограничена 564 миллионами долларов США без учета затрат на запуск ракеты SpaceX Falcon 9 с космического стартового комплекса 40 мыса Канаверал на станции ВВС на мысе Канаверал во Флориде . [8] По состоянию на апрель 2020 года предварительная общая стоимость миссии оценивается в 707,7–776,3 млн долларов США. [1]

Миссии возможностей [ править ]

НАСА планирует включить адаптер EELV Secondary Payload Adapter (ESPA) ( усовершенствованная одноразовая ракета-носитель ) Grande под космическим кораблем IMAP, что даст возможность для 4 или 5 дополнительных полезных нагрузок перемещаться вместе с запуском IMAP. [5] Развертывание дополнительных полезных нагрузок произойдет после развертывания IMAP на переходной орбите к точке Лагранжа L1 Земля-Солнце . Некоторые из слотов могут использоваться другими подразделениями Управления научной миссии, а некоторые могут использоваться другими правительственными учреждениями. Две возможности для получения слотов были разыграны для отдела гелиофизики. в рамках Приложения к элементу программы (PEA) Третьей автономной миссии по уведомлению о возможностях (SALMON-3) с предложениями по обеим сторонам, которые должны быть внесены 30 ноября 2018 года. Отбор для исследований фазы A должен быть объявлен в 2019 году.

Возможности науки [ править ]

Объявление о возможности проведения в 2018 г. Гелиофизических научных миссий по возможностям (MoO) включало возможность предложить малую полную миссию (SCM) для использования IMAP ESPA Grande для запуска дополнительной полезной нагрузки. До двух портов в кольце ESPA Grande могут быть выделены для Science MoOs. Полезные нагрузки обозначены как класс D, как определено в NPR 8705.4. [9]

Возможность TechDemo [ править ]

В объявлении о возможности проведения демонстрации гелиофизических технологий (TechDemo) в 2018 г. были запрошены предложения SCM по демонстрации космических полетов инновационных технологий среднего уровня технологической готовности (TRL), которые позволяют значительно продвинуться в достижении целей и задач НАСА в области науки о гелиофизике. Исследования TechDemo должны быть предложены для полета в качестве дополнительной полезной нагрузки с миссией IMAP. Для TechDemo может быть выделено до двух портов в кольце ESPA Grande. Полезные нагрузки обозначены как класс D, как определено в NPR 8705.4. Отбор вниз намечен на третий квартал 2020 финансового года. [10]

См. Также [ править ]

  • Исследователь межзвездных границ - космический корабль IBEX, запущенный в октябре 2008 года.
  • Advanced Composition Explorer - космический корабль ACE, запущенный в августе 1997 года.
  • Вояджер-1 - космический корабль Вояджер-1, запущен в сентябре 1977 года.
  • Отдел науки гелиофизики - научный отдел НАСА в Управлении научной миссии

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b "GAO-20-405, НАСА: Оценка крупных проектов" (PDF) . Счетная палата правительства. 29 апреля 2020. с. 39 . Проверено 30 апреля 2020 . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  2. ^ a b Фокс, Карен (11 декабря 2020 г.). «НАСА корректирует расписание IMAP с учетом мер предосторожности, связанных с COVID-19» . НАСА . Проверено 14 декабря 2020 года . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  3. ^ «НАСА награждает контракт на предоставление услуг для миссии IMAP» (пресс-релиз). НАСА. 25 сентября 2020 . Проверено 25 сентября 2020 года . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  4. ^ a b c «НАСА выбирает миссию для изучения границы солнечного ветра внешней Солнечной системы» . НАСА. 1 июня 2018 . Проверено 5 июня 2018 . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  5. ^ a b «Объявление о возможности межзвездного картографирования и зонда ускорения» (PDF) . НАСА. 1 сентября 2017 . Проверено 8 января 2019 . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  6. ^ a b c d e f g h i j k l m n o McComas, DJ (декабрь 2018 г.). «Межзвездное картографирование и зонд ускорения (IMAP): новая миссия НАСА» . Обзоры космической науки . 214 (8): 116. Bibcode : 2018SSRv..214..116M . DOI : 10.1007 / s11214-018-0550-1 . hdl : 1721,1 / 118798 .
  7. ^ "Солнечные земные зонды" . science.nasa.gov . НАСА . Проверено 5 июня 2018 . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  8. ^ «НАСА награждает контракт на предоставление услуг для миссии IMAP» . НАСА . Проверено 25 сентября 2020 года . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  9. ^ "Объявление о возможности для 2018 г. Гелиофизическая научная миссия возможностей" (PDF) . НАСА. 26 сентября 2017 . Проверено 9 января 2019 . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  10. ^ «Объявление о возможности проведения демонстрационной миссии гелиофизических технологий в 2018 г.» (PDF) . НАСА . Проверено 9 января 2019 . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .

Внешние ссылки [ править ]

  • Официальный сайт - Официальный сайт IMAP в Принстоне
  • ACE Home - официальный сайт Caltech ACE
  • Краткие сведения об IMAP - Университет Колорадо, страница IMAP в Боулдере
  • Гелиофизика - Официальная веб-страница НАСА по гелиофизике