Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Улисс ( США : / J ˙U л ɪ s я г / , Великобритания : / J ˙U л ɪ - / ) является списанных роботизированный космический зонд , основной задачей было на орбите Солнца и изучить его на всех широтах. Он был запущен в 1990 году и провел три «быстрых сканирования широты» Солнца в 1994/1995, 2000/2001 и 2007/2008 годах. Кроме того, зонд изучил несколько комет. Ulysses был совместным предприятием НАСА и Европейского космического агентства.(ESA) при участии Национального исследовательского совета Канады . [1] Последний день работы миссии на Улиссе был 30 июня 2009 года. [2] [3]

Для исследования Солнца на всех широтах зонду нужно было изменить наклон его орбиты и покинуть плоскость Солнечной системы . Для изменения наклона орбиты космического корабля примерно до 80 ° требуется большое изменение гелиоцентрической скорости, энергия для достижения которой намного превышает возможности любой ракеты-носителя . Чтобы достичь желаемой орбиты вокруг Солнца, разработчики миссии выбрали гравитационный маневр вокруг Юпитера , но это столкновение с Юпитером означало, что Улисс не мог питаться от солнечных батарей. Зонд питался от радиоизотопного термоэлектрического генератора (РИТЭГ).

Первоначально космический корабль был назван Odysseus из-за его протяженной и непрямой траектории для изучения солнечных полюсов. По просьбе ЕКА он был переименован в « Улисс» , латинский перевод « Одиссея », в честь не только мифологического героя Гомера, но и персонажа Данте из « Ада» . [4] " Улисс" был первоначально запланирован к запуску в мае 1986 года на борту космического корабля " Челленджер" на STS-61-F . Из-за потери Челленджера запуск Улиссабыл отложен до 6 октября 1990 г. на борту Discovery (миссия STS-41 ).

Космический корабль [ править ]

Космический корабль Улисс

Корпус космического корабля представлял собой примерно коробку размером примерно 3,2 х 3,3 х 2,1 м (10,5 х 10,8 х 6,9 футов). В коробке устанавливались тарелочная антенна длиной 1,65 м (5,4 фута) и источник питания радиоизотопного термоэлектрического генератора (РИТЭГ) GPHS-RTG . Ящик был разделен на шумную и тихую секции. Шумный участок упирался в РИТЭГ; в тихом отсеке размещалась электроника прибора. Особенно «громкие» компоненты, такие как предусилители для радиодиполя, полностью устанавливались вне конструкции, а коробка действовала как клетка Фарадея .

Улисс был стабилизирован вращением вокруг оси z, которая примерно совпадает с осью тарелочной антенны. РИТЭГ, штыревые антенны и приборная стрела были размещены для стабилизации этой оси с номинальной скоростью вращения 5 об / мин. Внутри кузова находился топливный бак с гидразином . Гидразин монотопливоиспользовался для корректировки курса, приближающегося к Юпитеру, а позже использовался исключительно для перенаправления оси вращения (и, следовательно, антенны) на Землю. Управление космическим кораблем осуществлялось восемью двигателями в двух блоках. Двигатели были импульсными во временной области для выполнения вращения или перемещения. Четыре датчика Солнца определили ориентацию. Для точного управления ориентацией антенна S-диапазона была установлена ​​немного вне оси. Эта подача смещения в сочетании с вращением космического корабля вносила кажущиеся колебания в радиосигнал, передаваемый с Земли, когда он принимается на борту космического корабля. Амплитуда и фаза этого колебания были пропорциональны ориентации оси вращения относительно направления на Землю. Этот метод определения взаимной ориентации называется коническим сканированием. и использовался в ранних радарах для автоматического отслеживания целей, а также был очень распространен в ранних ракетах с инфракрасным наведением.

Космический корабль использовал S-диапазон для команд по восходящей линии связи и телеметрии по нисходящей линии связи через двойные резервные 5-ваттные трансиверы. Космический аппарат использовал X-диапазон для научных исследований (только нисходящая линия связи), используя два TWTA мощностью 20 Вт до выхода из строя последнего оставшегося TWTA в январе 2008 года. В обоих диапазонах использовалась тарелочная антенна с питанием первичного фокуса, в отличие от каналов Кассегрена большинства других посуда для космических кораблей.

Двойные магнитофоны, каждый из которых имеет емкость около 45 мегабит, сохраняли научные данные между номинальными восьмичасовыми сеансами связи во время основной и расширенной фаз миссии.

Космический корабль был спроектирован так, чтобы выдерживать как тепло внутренней Солнечной системы, так и холод на расстоянии от Юпитера. Обширное покрытие и электрические обогреватели защищали зонд от низких температур внешней Солнечной системы.

Несколько компьютерных систем (ЦП / микропроцессоры / блоки обработки данных) используются в нескольких научных инструментах, включая несколько радиационно-стойких микропроцессоров RCA CDP1802 . Документированное использование 1802 включает в себя 1802 с двойным резервированием в COSPIN и по крайней мере по одному 1802 в инструментах GRB, HI-SCALE, SWICS, SWOOPS и URAP, с другими возможными микропроцессорами, встроенными в другие места. [5]

Общая масса при запуске составляла 366,7 кг (808 фунтов), из которых 33,5 кг (73,9 фунта) составлял гидразин (используемый для управления ориентацией и коррекции орбиты).

Инструменты [ править ]

Инструменты Ulysses
Испытание радиальной стрелы Ulysses

Радио / плазменные антенны: две бериллиево-медные антенны были развернуты наружу от корпуса, перпендикулярно РИТЭГу и оси вращения. Вместе этот диполь пролетел 72 метра (236,2 фута). Третья антенна из полой бериллиевой меди была развернута из корпуса вдоль оси вращения напротив антенны. Это была монопольная антенна длиной 7,5 м (24,6 фута). Эти измерения измеряли радиоволны, генерируемые выбросами плазмы, или саму плазму, когда она проходила над космическим кораблем. Этот ансамбль приемников был чувствителен от постоянного тока до 1 МГц. [6]

Экспериментальная стрела: третий тип стрелы, более короткий и более жесткий, выдвигается с последней стороны космического корабля напротив РИТЭГа. Это была полая трубка из углеродного волокна диаметром 50 мм (2 дюйма). На фото видно, как серебряный стержень уложен рядом с телом. В нем было четыре типа инструментов: твердотельный рентгеновский прибор, состоящий из двух кремниевых детекторов, для изучения рентгеновских лучей от солнечных вспышек и полярных сияний Юпитера ; эксперимент с гамма-всплесками, состоящий из двух сцинтилляционных кристаллов CsI с фотоумножителями; два разных магнитометра , гелиевый векторный магнитометр и феррозондовый магнитометр; и двухосная магнитная поисковая катушка антенна измеряла магнитные поля переменного тока.

Приборы, устанавливаемые на корпусе : детекторы электронов , ионов , нейтрального газа, пыли и космических лучей были установлены на корпусе космического корабля вокруг тихой секции.

SWOOPS (Наблюдения за солнечным ветром над полюсами Солнца) измеряли положительные ионы и электроны. [7]

Наконец, линия радиосвязи может быть использована для поиска гравитационных волн [8] (посредством доплеровских сдвигов ) и для исследования атмосферы Солнца посредством радиозатмения . Гравитационных волн не обнаружено.

Общая масса инструмента составила 55 кг (121,3 фунта).

Миссия [ править ]

Планирование [ править ]

Улисс сидит на вершине комбинации PAM-S и IUS
Иллюстрация Улисса после развертывания
Иллюстрация Solar Polar на IUS

До Улисса Солнце наблюдали только с низких солнечных широт. Орбита Земли определяет плоскость эклиптики , которая отличается от экваториальной плоскости Солнца всего на 7,25 градуса. Даже космические аппараты, вращающиеся непосредственно вокруг Солнца, делают это в самолетах, близких к эклиптике, потому что для прямого запуска на солнечную орбиту с большим наклонением потребуется запредельно большая ракета-носитель.

Несколько космических кораблей ( Маринер 10 , Пионер 11 и Вояджеры 1 и 2 ) выполнили гравитационные маневры в 1970-х годах. Эти маневры должны были достичь других планет, также вращающихся близко к эклиптике, поэтому в основном это были изменения в плоскости. Однако помощь гравитации не ограничивается маневрами в самолете; подходящий пролет над Юпитером может привести к значительному изменению самолета. Таким образом, была предложена миссия за пределами эклиптики (OOE). См статью Pioneer H .

Первоначально два космических корабля должны были быть построены НАСА и ЕКА как Международная полярная солнечная миссия. Один будет отправлен над Юпитером, а затем под Солнцем. Другой полетел бы под Юпитером, затем над Солнцем. Это обеспечит одновременное покрытие. Из-за сокращений в 1981 году американский космический корабль был закрыт. Один космический корабль был спроектирован, и проект был преобразован в Улисс из-за непрямого и непроверенного пути полета. НАСА предоставит радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ) и услуги по запуску, ЕКА построит космический корабль, назначенный Astrium GmbH, Фридрихсхафен, Германия (ранее Dornier Systems). Инструменты будут разделены на группы из университетов и исследовательских институтов Европы и США. Этот процесс предоставил 10 инструментов на борту.

Изменения отложили запуск с февраля 1983 года на май 1986 года, когда он должен был быть развернут на космическом шаттле Challenger (усиленный предлагаемой разгонной ступенью Centaur G Prime . Однако катастрофа Challenger вызвала остановку работы на два с половиной года флот шаттлов, санкционировал отмену разгонного блока Centaur-G и перенес дату запуска на октябрь 1990 года. [9]

Запустить [ редактировать ]

Улисс после высадки из STS-41

"Улисс" был отправлен на околоземную орбиту с космического корабля " Дискавери" . Оттуда он был доставлен по траектории к Юпитеру с помощью комбинации твердотопливных ракетных двигателей. [10] Эта разгонная ступень состояла из двухступенчатого Boeing IUS (инерциальная разгонная ступень) и McDonnell Douglas PAM-S (специальный вспомогательный модуль полезной нагрузки ). ВМС была инерционно стабилизирована и активно управлялась во время ожога. PAM-S был неуправляемым, и он и Ulysses раскручивались до 80 об / мин для стабильности в начале работы. При сгорании PAM-S двигатель и стек космического корабля были раскручены в режиме йо-йо.(веса, развернутые на концах кабелей) ниже 8 об / мин до отделения космического корабля. Покинув Землю, космический корабль стал самым быстрым из когда-либо созданных искусственно ускоряемых объектов и удерживал это звание до запуска зонда New Horizons .

На пути к Юпитеру космический корабль находился на эллиптической нехомановской переходной орбите . В это время Улисс имел низкий наклон орбиты к эклиптике.

Юпитер пролетает мимо [ править ]

Улисса ' второй орбиты (1999-2004)
Анимация траектории Улисса с 6 октября 1990 г. по 29 июня 2009 г.
   Улисс   ·   Земля  ·   Юпитер   ·   C / 2006 P1  ·   C / 1996 B2   ·   C / 1999 T1

Он прибыл к Юпитеру 8 февраля 1992 года для маневра, который увеличил его наклон к эклиптике на 80,2 градуса. Гравитация гигантской планеты искривила траекторию полета космического корабля на юг, в сторону от плоскости эклиптики. Это вывело его на последнюю орбиту вокруг Солнца, которая пройдет мимо северного и южного полюсов Солнца. Размер и форма орбиты были скорректированы в гораздо меньшей степени, так что афелий оставался примерно на 5 а.е., расстояние Юпитера от Солнца, а перигелий был несколько больше, чем 1 а.е., расстояние Земли от Солнца. Орбитальный период составляет примерно шесть лет.

Полярные области Солнца [ править ]

В период с 1994 по 1995 год он исследовал как южную, так и северную полярные области Солнца, соответственно.

Комета C / 1996 B2 (Хиякутаке) [ править ]

1 мая 1996 г. космический аппарат неожиданно пересек ионный хвост кометы Хиякутаке (C / 1996 B2), обнаружив, что длина хвоста составляет не менее 3,8 а.е. [11] [12]

Комета C / 1999 T1 (Макнот – Хартли) [ править ]

Встреча с хвостом кометы произошла снова в 2004 году [13], когда Улисс пролетел через ионные хвосты C / 1999 T1 (McNaught-Hartley). Выброс корональных масс несли кометное вещество в Улиссе . [12] [14]

Вторая встреча с Юпитером [ править ]

Улисс приблизился к афелию в 2003/2004 году и провел дальнейшие наблюдения за Юпитером. [15]

Комета C / 2006 P1 (McNaught) [ править ]

В 2007 г. Улисс прошел через хвост кометы C / 2006 P1 (Макнот). Результаты на удивление отличались от его прохождения через хвост Хиякутаке, когда измеренная скорость солнечного ветра упала с примерно 700 километров в секунду (1566000 миль в час) до менее 400 километров в секунду (895000 миль в час). [16]

Расширенная миссия [ править ]

Радиоизотопный термоэлектрический генератор Ulysses

Комитет по научной программе ЕКА одобрил четвертое продление миссии « Улисс » до марта 2004 г. [17], что позволило ей работать над полюсами Солнца в третий раз в 2007 и 2008 гг. После того, как стало ясно, что выходная мощность РИТЭГ космического корабля будет недостаточно для работы с научными приборами и предотвращения замерзания топлива для контроля ориентации , гидразина , было инициировано разделение мощности приборов. До этого наиболее важные инструменты были постоянно подключены к сети, в то время как другие были отключены. Когда зонд приблизился к Солнцу, его энергоемкие обогреватели были выключены, и все инструменты были включены. [18]

22 февраля 2008 года, через 17 лет и 4 месяца после запуска космического корабля, ЕКА и НАСА объявили, что работа миссии « Улисс» , вероятно, прекратится в течение нескольких месяцев. [19] [20] 12 апреля 2008 года НАСА объявило, что конечной датой будет 1 июля 2008 года. [21]

Космический корабль успешно проработал более чем в четыре раза превышающий расчетный срок службы . Компонент в последней оставшейся рабочей цепочке подсистемы нисходящего канала X-диапазона отказал 15 января 2008 года. Другая цепочка в подсистеме X-диапазона ранее вышла из строя в 2003 году. [22]

Линия вниз на Землю возобновилась в S-диапазоне , но ширина луча антенны с высоким коэффициентом усиления в S-диапазоне была не такой узкой, как в X-диапазоне, поэтому принимаемый сигнал нисходящей линии связи был намного слабее, что уменьшало достижимую скорость передачи данных . Поскольку космический корабль двигался по исходящей траектории к орбите Юпитера, сигнал нисходящей линии связи в конечном итоге упал бы ниже способности приема даже самых больших антенн (70 метров - 229,7 футов - в диаметре) сети Deep Space Network .

Даже до того, как сигнал нисходящей линии связи был потерян из-за расстояния, считалось, что топливо для управления ориентацией на основе гидразина на борту космического корабля, вероятно, замерзнет , поскольку радиоизотопные термогенераторы (РИТЭГ) не смогли выработать достаточно энергии для нагревателей, чтобы преодолеть радиационные потери тепла в космос. Как только гидразин замерзнет, ​​космический корабль больше не сможет маневрировать, чтобы его антенна с высоким коэффициентом усиления была направлена ​​на Землю, и сигнал нисходящей линии связи был бы потерян в считанные дни. Сбой подсистемы связи X-диапазона ускорил это, потому что самая холодная часть топливопровода была проложена через TWTA X-диапазона , потому что, когда один из них работал, это поддерживало эту часть трубопровода достаточно теплой.

Ранее объявленная дата завершения миссии 1 июля 2008 г. пришла и ушла, но работа миссии продолжалась, хотя и в ограниченном объеме. Доступность сбора научных данных была ограничена только тогда, когда Ulysses находился в контакте с наземной станцией из-за ухудшающегося запаса нисходящего канала S-диапазона, который больше не мог поддерживать одновременное воспроизведение данных в реальном времени и воспроизведения на магнитофоне. [23] Когда космический корабль был вне контакта с наземной станцией, передатчик S-диапазона был выключен, и питание было перенаправлено на внутренние нагреватели, чтобы добавить к нагреванию гидразина. 30 июня 2009 года наземные диспетчеры отправили команды переключиться на антенны с низким усилением. Это остановило связь с космическим кораблем в сочетании с предыдущими командами, чтобы полностью отключить его передатчик.[2] [24]

Результаты [ править ]

Запуск STS-41 из Космического центра Кеннеди , 6 октября 1990 года.

Во время круиза Ulysses предоставил уникальные данные. Будучи единственным космическим аппаратом вне эклиптики с гамма- прибором, Улисс был важной частью Межпланетной сети (IPN). IPN обнаруживает всплески гамма-излучения (GRB); поскольку гамма-лучи не могут быть сфокусированы с помощью зеркал, было очень сложно найти гамма-всплески с достаточной точностью для их дальнейшего изучения. Вместо этого несколько космических аппаратов могут обнаружить взрыв с помощью мультилатерации.. У каждого космического корабля есть детектор гамма-излучения, показания которого регистрируются за крошечные доли секунды. Сравнивая время прихода гамма-ливней с разносом космических аппаратов, можно определить местоположение для последующего наблюдения с помощью других телескопов. Поскольку гамма-лучи распространяются со скоростью света, необходимы большие расстояния. Как правило, решение исходило из сравнения: один из нескольких космических кораблей, вращающихся вокруг Земли, зонд внутренней Солнечной системы (на Марс , Венеру или астероид ) и Улисс . Когда Улисс пересекал эклиптику дважды за орбиту, многие определения гамма-всплеска теряли точность.

Дополнительные открытия: [25]

  • Данные, предоставленные Улиссом, привели к открытию, что магнитное поле Солнца взаимодействует с Солнечной системой более сложным образом, чем предполагалось ранее.
  • Данные, предоставленные Улиссом, привели к открытию, что пыли, поступающей в Солнечную систему из глубокого космоса, было в 30 раз больше, чем предполагалось ранее.
  • В 2007–2008 годах данные, предоставленные Улиссом, привели к определению, что магнитное поле, исходящее от полюсов Солнца, намного слабее, чем наблюдалось ранее.
  • Что солнечный ветер «постепенно ослабевает во время миссии и в настоящее время является самым слабым с начала космической эры». [24]

См. Также [ править ]

  • Advanced Composition Explorer  - научный спутник НАСА для изучения энергичных частиц
  • Список гелиофизических миссий  - статья со списком в Википедии
  • Список миссий к внешним планетам  - статья со списком в Википедии
  • Parker Solar Probe  - роботизированный космический корабль НАСА для исследования внешней короны Солнца
  • Солнечная и гелиосферная обсерватория  - европейская космическая обсерватория, изучающая Солнце и его солнечный ветер; краеугольная миссия в научной программе ЕКА
  • СТЕРЕО
  • TRACE  - Transition Region and Coronal Explorer, гелиофизическая и солнечная обсерватория НАСА, 1998-2010 гг.
  • ВЕТЕР  - зонд НАСА для изучения солнечного ветра на L1 с 1995 года.
  • Solar Orbiter  - европейская солнечная обсерватория, изучающая гелиосферу Солнца; миссия среднего класса в научной программе ЕКА

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Добро пожаловать в проект HIA Ulysses» . Институт астрофизики Герцберга. Архивировано из оригинального 17 августа 2011 г. Герцберга Институт астрофизики (ОВЗ) Национального исследовательского совета Канады представила приборы и испытательное оборудование для космических лучей и солнечной РАССЛЕДОВАНИЕ частиц (COSPIN) на Ulysses космических аппаратов. Прибор COSPIN состоит из пяти сенсоров, которые измеряют энергичные нуклоны и электроны в широком диапазоне энергий. Это было первое участие Канады в межпланетной миссии в дальний космос.
  2. ^ a b «Улисс: 12 дополнительных месяцев ценной науки» . Европейское космическое агентство . 30 июня 2009 . Проверено 1 июля 2009 года .
  3. ^ Одиссея заключает ... В архиве February 24, 2012, на Wayback Machine
  4. ^ "Инферно Улисса стремление исследовать необитаемый мир за Солнцем. В Справочнике космических полетов Джейн 1988, ISBN 0-7106-0860-8 
  5. ^ Одиссей NASA Документация Архив архивации 17 марта 2013, в Wayback Machine
  6. Unified Radio and Plasma Wave Investigation, JPL. Архивировано 17 января 2009 г., на Wayback Machine.
  7. ^ Голдштейн, Брюс. SWOOPS / Electron - заметки пользователей, заархивированные 27 сентября 2006 г., в Wayback Machine , Лаборатория реактивного движения.
  8. ^ The Gravity Wave Эксперимент, Астрономия и астрофизика архивации 19 декабря 2008, в Wayback Machine
  9. ^ Смертельный удар Звезда Смерти: Взлет и падение НАСА Шаттл-Centaur, Arstechnica, октябрь 2015
  10. ^ ESA - Космическая наука - Солнце зайдет на солнечной миссии Ulysses 1 июля
  11. ^ Джонс GH; Балог А; Хорбери Т.С. (2000). «Идентификация чрезвычайно длинного ионного хвоста кометы Хиякутаке по сигнатурам магнитного поля». Природа . 404 (6778): 574–6. Bibcode : 2000Natur.404..574J . DOI : 10.1038 / 35007011 . PMID 10766233 . 
  12. ^ a b Улисс ловит другую комету за хвост
  13. ^ Полетто, Джаннина; Сьюсс, Стив Т. (5 июня 2013 г.). Солнце и гелиопсфера как единая система . ISBN 9781402028311.
  14. ^ G. Gloeckler et al. Кометарные ионы, захваченные корональным выбросом массы
  15. Ulysses - Science - Jupiter Distant Encounter Selected References, Архивировано 23 сентября 2008 г., на Wayback Machine
  16. ^ Neugebauer, Gloeckle; и другие. (1 октября 2007 г.). "Встреча космического корабля Улисс с ионным хвостом кометы МакНота" . Astrophysical Journal . 667 (2): 1262–1266. Bibcode : 2007ApJ ... 667.1262N . DOI : 10.1086 / 521019 .
  17. ESA Science & Technology: расширенная миссия Ulysses
  18. ^ ESA - портал Ulysses забивает хет-трик
  19. ^ «Миссия Улисса подходит к своему естественному концу» . Европейское космическое агентство . 22 февраля 2008 . Проверено 23 февраля 2008 года .
  20. ^ "Международная солнечная миссия завершится после звездного выступления" . НАСА . 22 февраля 2008 . Проверено 23 февраля 2008 года .
  21. ^ https://news.yahoo.com/s/ap/20080612/ap_on_sc/sci_solar_probe
  22. ^ «Операции февраля 2003» . Европейское космическое агентство . Архивировано из оригинального 3 -го июля 2009 года.
  23. ^ Ulysses Mission Ops - больше не воспроизводится данные. Архивировано 2 декабря 2008 г. на Wayback Machine.
  24. ^ a b «Космический корабль Улисс завершает историческую миссию открытия» . 30 июня 2009 . Проверено 1 июля 2009 года .
  25. ^ НАСА: Международная миссия по изучению Солнца, чтобы завершить

Внешние ссылки [ править ]

  • Веб-сайт ESA Ulysses
  • Веб-сайт миссии ESA Ulysses
  • Домашняя страница ESA Ulysses
  • Веб-сайт NASA / JPL Ulysses
  • Улисс измерение Миссии Профиля по Солнечной системе разведки НАСА
  • ЕКА / НАСА / Лаборатория реактивного движения: детализация подсистем и приборов Ulysses
  • Где сейчас Улисс!
  • Сайт института Макса Планка Улисс
  • Интервью с менеджером миссии Ulysses Найджелом Анголдом на Planetary Radio
  • Интерактивная 3D-визуализация гравитационного ассистента Ulysses Jupiter и полярной орбиты вокруг Солнца