Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Спутник для исследования верхних слоев атмосферы
UARS 1.jpg
Тип миссииНаблюдение Земли
ОператорНАСА
COSPAR ID1991-063B
SATCAT нет.21701
Интернет сайтhttp://umpgal.gsfc.nasa.gov/
Продолжительность миссии14 лет, 3 месяца
Свойства космического корабля
АвтобусМодульный космический корабль MultiMission
ПроизводительМартин Мариетта
Стартовая масса6540 кг (14 420 фунтов)
Сухая масса5900 кг (13000 фунтов)
Мощность1600,0 Вт
Начало миссии
Дата запуска12 сентября 1991 г., 23:11:04  UTC ( 1991-09-12UTC23: 11: 04Z )
РакетаСпейс Шаттл Дискавери STS-48
Запустить сайтКеннеди LC-39A
ПодрядчикНАСА
Конец миссии
УтилизацияСписан
Деактивировано15 декабря 2005 г. ( 2005-12-16 )
Дата распада24 сентября 2011 г.
Параметры орбиты
Справочная системаГеоцентрический
РежимНизкая Земля
Большая полуось6,953,0 км (4,320,4 миль)
Эксцентриситет0,0003645
Высота перигея574,0 км (356,7 миль)
Высота апогея575,0 км (357,3 миль)
Наклон56.97999954223633 °
Период95.9 мин.
Эпоха14 сентября 1991 г., 20:00:00 UTC [1]
Инструменты
CLAES
ISAMs
MLS
HALOE
HRDI
ВИНДИИ
SUSIM
SOLSTICE
PEM
ACRIM II
 

Исследования верхних слоев атмосферы Satellite ( UARS ) был НАСА потребителям инъекционных наркотиков орбитальной обсерватории , задача которого состояла в изучении атмосферы Земли , в частности , защитный озоновый слой . Спутник массой 5900 кг (13000 фунтов) был запущен с космического корабля " Дискавери" во время миссии STS-48 15 сентября 1991 года. Он вышел на околоземную орбиту на рабочей высоте 600 километров (370 миль) с наклонением орбиты 57 градусов.

Первоначальная продолжительность миссии должна была составлять всего три года, но ее продлевали несколько раз. Когда миссия, наконец, завершилась в июне 2005 года из-за сокращения финансирования, через 14 лет после запуска спутника, шесть из десяти его инструментов все еще работали. [2] Окончательный спуск на орбиту был выполнен в начале декабря 2005 года для подготовки спутника к спуску с орбиты. 26 октября 2010 года Международная космическая станция выполнила маневр по избеганию космического мусора в ответ на соединение с UARS. [3]

Списанный спутник повторно вошел в атмосферу Земли 24 сентября 2011 года. Это событие было окружено значительным вниманием средств массовой информации, в основном из-за прогнозов НАСА о том, что значительные части спутника могут достичь земли, потенциально подвергая опасности обитаемые районы. Однако в конечном итоге спутник упал в отдаленном районе Тихого океана . [4]

Инструменты [ править ]

Химические исследования [ править ]

Криогенный эталонный спектрометр конечностей (CLAES) [ править ]

Вид прибора CLAES в разрезе.

CLAES был спектрометром, который определял концентрацию и распределение соединений азота и хлора , озона , водяного пара и метана . Он сделал это, определив количество газов в атмосфере, измерив уникальную инфракрасную сигнатуру каждого газа. [5]

Чтобы отличить относительно слабую сигнатуру газовых примесей от фонового излучения атмосферы, CLAES должен был иметь высокое разрешение и чувствительность. Для этого прибор объединил телескоп с инфракрасным спектрометром. Весь прибор был криогенно охлажден, чтобы тепло, исходящее от прибора, не влияло на показания. Криогенная система состояла из внутреннего резервуара с твердым неоном при температуре –257 ° C (–430 ° F) и внешнего резервуара с твердым диоксидом углерода при –150 ° C (–238 ° F). Поскольку неон и углекислый газ испарялись, они охлаждали прибор в течение запланированных 19 месяцев. [5] Последние криогены испарились из прибора 5 мая 1993 г., и прибор нагрелся, закончив срок его службы.

Инструмент смотрел в сторону из платформы UARS, чтобы позволить инструменту смотреть через стратосферу и нижнюю мезосферу . CLAES подготовила глобальную базу данных за 19 месяцев, показывающую вертикальные распределения важных газов озонового слоя в стратосфере и их изменение в зависимости от времени суток, сезона, широты и долготы.

Улучшенный стратосферный и мезосферный эхолот (ISAMS) [ править ]

Изображение ISAMS в разрезе.

ISAMS - это инфракрасный радиометр для измерения теплового излучения от края Земли (линия горизонта, если смотреть с UARS) по обе стороны от космического корабля. Он использовал метод модуляции давления для получения высокого спектрального разрешения и инновационные охладители цикла Стирлинга для достижения высокой чувствительности детектора. ISAMS использует 7 газовых ячеек для 6 различных газов: CO 2 (умноженное на 2), CO, CH 4 , N 2 O, NO 2 и H 2 O. Ячейки CO 2 также позволяют измерять озон (O 3 ), азотную кислоту ( HNO 3 ) и пятиокись азота (N 2 O 5 )[6]

Конкретными целями ISAMS были: (i) получение измерений температуры атмосферы как функции давления, от тропопаузы до мезопаузы., с хорошей точностью и пространственным разрешением, и, следовательно, для изучения структуры и динамики региона; (ii) Исследовать распределение и изменчивость водяного пара в средней атмосфере, чтобы определить его роль в общей циркуляции атмосферы и его источники. и опускается в среднюю атмосферу, (iii) для измерения глобального распределения оксидов азота и, следовательно, для исследования их происхождения и их роли в каталитических циклах, которые контролируют количество озона в стратосферном озоновом слое. Он также провел обширные наблюдения вулканических аэрозолей и полярных стратосферных облаков в средней атмосфере. Инструмент работал с сентября 1991 г. по июль 1992 г. [7]

Микроволновый датчик конечностей (MLS) [ править ]

Основная статья: СВЧ-датчик конечностей
Прибор MLS перед установкой на КА УАРС.

MLS обнаружил естественное микроволновое тепловое излучение от края Земли для создания вертикальных профилей атмосферных газов, температуры, давления и облачного льда. MLS смотрит на 90 ° с угла орбиты UARS. [8]

Тепловое излучение попадает в прибор через трехзеркальную антенную систему. Антенна механически сканирует в вертикальной плоскости атмосферный лимб каждые 65,5 секунд. Сканирование охватывает диапазон высот от поверхности до 90 км (55 миль). При входе в прибор сигнал с антенны разделяется на три сигнала для обработки разными радиометрами. 63 ГГц измеряет температуру радиометр и давление. 183 ГГц измеряет радиометр водяного пара и озона. 205 ГГц радиометр измеряет ClO , озон, двуокись серы , азотной кислоты и паров воды. [8]

Еще в июне 2005 года радиометры 63 и 205 ГГц продолжали работать, но радиометр 183 ГГц вышел из строя после 19 месяцев эксплуатации.

Галогенный оккультный эксперимент (HALOE) [ править ]

Схема прибора HALOE.

HALOE использует солнечное затмение для одновременного измерения вертикальных профилей озона (O 3 ), хлористого водорода (HCl), фтороводорода (HF), метана (CH 4 ), водяного пара (H 2 O), оксида азота (NO), диоксида азота. (NO 2 ), температура, угасание аэрозоля, состав и распределение аэрозолей по размерам в зависимости от атмосферного давления на краю Земли. Измерения проводятся на восьми различных длинах волн инфракрасного излучения в поле зрения шириной 1,6 км (0,99 мили) конечности Земли. [9]

Вертикальное сканирование атмосферы было получено путем отслеживания солнца во время затмения. Сканирование позволит измерить количество солнечной энергии, поглощаемой газами в атмосфере.

Для поддержки сканирования инструмент состоял из двух частей: блока оптики на двухосном кардане и фиксированного блока электроники. Блок оптики содержит телескоп, собирающий солнечную энергию, а также детекторы газа. Блок электроники обрабатывает данные, управление двигателем и питание прибора.

Динамика [ править ]

Доплеровский тепловизор высокого разрешения (HRDI) [ править ]

Схема прибора HRDI.

HRDI наблюдала линии излучения и поглощения молекулярного кислорода над краем Земли, использует доплеровский сдвиг линий для определения горизонтальных ветров и использует форму и силу линий для получения информации о температуре и составе атмосферы. [10]

Инструмент состоит из двух частей: телескопа и интерферометра, который состоит из оптической скамьи и вспомогательной электроники.

Телескоп использовал узкое поле зрения, чтобы изменение доплеровского сдвига в поле зрения не искажало результаты. Входные данные с телескопа поступают на процессор по оптоволоконному кабелю.

HRDI проводил научные работы с ноября 1991 г. по апрель 2005 г. [10]

Интерферометр изображения ветра (WINDII) [ править ]

Схема прибора WINDII.

Инструмент WINDII измерял ветер, температуру и интенсивность свечения атмосферы и полярных сияний . Инструмент смотрел на конечность Земли под двумя разными углами, 45 градусов и 135 градусов от угла движения космического корабля. Это позволило прибору считывать одни и те же участки неба под двумя углами в течение нескольких минут после предыдущего считывания. [11]

Прибор состоит из интерферометра, который поступает на камеру CCD . Каждый из двух телескопов (45 градусов и 135 градусов) имеет перегородку длиной один метр для уменьшения рассеянного света в дневное время. Входные данные от телескопов расположены рядом на ПЗС-матрице, поэтому оба изображения отображаются одновременно.

Входы энергии [ править ]

Монитор солнечной ультрафиолетовой спектральной освещенности (SUSIM) [ править ]

Схема инструмента SUSIM.

SUSIM измерял ультрафиолетовое (УФ) излучение солнца. Наблюдения производятся как в вакууме, так и в результате затмения Солнца атмосферой. Это позволило сравнить количество ультрафиолетового света, которое достигает Земли, и количество, поглощаемое верхними слоями атмосферы. [12]

Из-за энергии УФ-излучения ухудшение характеристик прибора является серьезной проблемой. Чтобы решить эту проблему, в приборе были два идентичных спектрометра. Один из них использовался почти постоянно на дневном участке орбиты УАРС. Второй использовался нечасто для проверки чувствительности первого.

Эксперимент по сравнению солнечной освещенности звезд (SOLSTICE) [ править ]

Эксперимент по сравнению солнечной освещенности звезд был разработан для измерения солнечной радиации. В приборе использовался новый подход к калибровке: вместо калибровки по внутренней эталонной лампе прибор регулярно проводил измерения ярких синих звезд, которые имеют теоретически очень стабильное излучение в интервалах, равных сроку эксплуатации космического корабля. Входная щель прибора настраивалась для работы в солнечном или звездном режимах, чтобы учесть огромную разницу в яркости цели. Помимо звезд, SOLSTICE также время от времени проводил измерения возможных целей, включая Луну и другие объекты Солнечной системы.

Монитор освещенности радиометра активной полости II (ACRIM2) [ править ]

Фотография прибора для мониторинга полной солнечной освещенности UARS / ACRIM2.

Инструмент ACRIM2 на спутнике UARS измерял полную солнечную энергетику (TSI), полную солнечную лучистую энергию, достигающую Землю, продолжая базу данных об изменении климата, начатую в 1980 году экспериментом ACRIM1 в программе Solar Maximum Mission (SMM). [13] Результаты эксперимента ACRIM1 предоставили первые открытия внутренних вариаций в TSI и их связи с явлениями солнечной магнитной активности. [14] Эксперименты ACRIM подтвердили, что изменение TSI происходит практически во всех временных масштабах - от 2-минутной каденции наблюдения до десятилетней продолжительности записи TSI на сегодняшний день. [15]Точное знание TSI и его изменений во времени имеет важное значение для понимания изменения климата. Недавние результаты показывают, что внутренняя вариация TSI играет гораздо большую роль (до 50%) в глобальном потеплении в индустриальную эпоху, чем ранее предсказывалось моделями глобальной циркуляции (GCM). [16] Глубокие социологические и экономические последствия понимания относительного вклада естественных и антропогенных воздействий в изменение климата делают важным, чтобы база данных TSI, важный компонент исследований изменения климата, сохранялась в обозримом будущем. Эксперимент UARS / ACRIM2 был важной частью создания долгосрочной базы данных TSI.

Яркий проход UARS, сделанный из Нидерландов 16 июня 2010 года.

Конец миссии и возвращение [ править ]

Ожог с опусканием орбиты [ править ]

УАРС был выведен из эксплуатации 14 декабря 2005 г. В результате окончательного снижения перигея орбита была снижена до 518 км x 381 км. За ними последовала пассивация спутниковых систем. [17]

26 октября 2010 года Международная космическая станция выполнила маневр по избеганию космического мусора в ответ на соединение с UARS. [3]

Повторный вход [ править ]

7 сентября 2011 года НАСА объявило о надвигающемся неконтролируемом возвращении UARS и отметило, что существует небольшой потенциальный риск для населения. [18] К 23 сентября 2011 года орбита UARS упала до 175 на 185 км (109 на 115 миль). [ требуется пояснение ] Ожидается, что 26 кусков обломков выживут при входе в атмосферу и столкнутся с поверхностью, самый большой из которых имел предполагаемую массу 158,30 кг (348,99 фунта), возможно, достигнув поверхности со скоростью 44 метра в секунду (140 футов / с) (98 миль / ч; 160 км / ч). [19] Ожидается, что более мелкие части будут падать на поверхность со скоростью до 107 метров в секунду (350 футов / с) (240 миль / ч; 390 км / ч). [20]

В 07:46 UTC 24 сентября 2011 года НАСА опубликовало обновленное заявление на веб-сайте UARS, в котором говорилось: «Объединенный центр космических операций на базе ВВС Ванденберг в Калифорнии сообщил, что спутник проник в атмосферу над Тихим океаном». Точное время и место возвращения изначально не сообщалось. [21] [22] Николас Джонсон, главный специалист по орбитальному мусору в Космическом центре имени Джонсона НАСА , заявил, что «Мы не знаем, где может быть поле обломков ... Возможно, мы никогда не узнаем». [23] Однако Объединенный центр космических операций позже объявил, что вход в атмосферу состоялся 24 сентября в 04:00 по всемирному координированному времени , в точке 14,1 ° ю.ш. 170,1 ° з.д. , недалеко от Американского Самоа.14 ° 06' ю.ш. 170 ° 06'з.д. /  / -14,1; -170,1. По данным НАСА, поле обломков спутника будет простираться между позициями от 300 до 800 миль (480 и 1300 км) вниз по дальности , обычно к северо-востоку от этой позиции. [4]

Ссылки [ править ]

  1. ^ «НАСА - NSSDCA - Космический корабль - Детали траектории» . nssdc.gsfc.nasa.gov . Проверено 1 мая 2018 года .
  2. ^ В. Генри Ламбрайт, 2005. НАСА и окружающая среда: случай истощения озонового слоя , «Споры о UARS», стр. 43f.
  3. ^ a b «Ежеквартальные новости орбитального мусора» (PDF) . 15 (3). Офис программы НАСА по орбитальному мусору . Июль 2011: 2 . Проверено 22 сентября 2011 года . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  4. ^ a b «Окончательное обновление: UARS НАСА снова входит в атмосферу Земли» . Проверено 27 сентября 2011 года .
  5. ^ a b «Миссия CLAES» . Лаборатория космической физики Lockheed Martin. Архивировано из оригинального 6 -го января 2009 года . Проверено 10 сентября 2011 года .
  6. ^ «Улучшенный стратосферный и мезосферный зонд (ISAMS)» . Британский центр атмосферных данных . Проверено 22 сентября 2011 года .
  7. ^ "Улучшенные данные уровня 2 стратосферного и мезосферного эхолота (ISAMS)" . Британский центр атмосферных данных (BADC) . Проверено 10 сентября 2011 года .
  8. ^ a b "Инструмент UARS MLS: микроволновый датчик конечностей (MLS)" . НАСА / Лаборатория реактивного движения . Проверено 10 сентября 2011 года .
  9. ^ "Галогенный оккультационный эксперимент (HALOE)" . Исследовательский центр НАСА в Лэнгли . Проверено 10 сентября 2011 года .
  10. ^ a b "Доплеровский тепловизор высокого разрешения" . Доплеровский тепловизор высокого разрешения . Архивировано из оригинального 24 сентября 2011 года . Проверено 10 сентября 2011 года .
  11. ^ "WINDII - Интерферометр изображений ветра" . Лаборатория солнечно-земной физики Йоркского университета. Архивировано из оригинального 28 июня 2007 года . Проверено 10 сентября 2011 года .
  12. ^ "SUSIM UARS: продолжающийся спутниковый эксперимент по измерению спектрального состава солнечного ультрафиолетового света" . Лаборатория военно-морских исследований EO Hulburt Центр космических исследований . Проверено 10 сентября 2011 года .
  13. ^ "Мониторинг полной солнечной радиации (TSI)" . Лаборатория реактивного движения. 2005 . Проверено 2 сентября 2011 года .
  14. ^ Вильсон, RC, S. Gulkis, M Janssen, HS Хадсон и Г. А. Чапман, Наблюдения солнечной облученности изменчивости, Наука, v. 211, 1981.
  15. ^ Вильсон, RC, Hudson, HS, светимость Солнцатечение полного солнечного цикла, Природа, v. 351, стр. 42-44, 1991
  16. ^ Скафетта, Н., Уэст, Б. Дж., Феноменологический вклад Солнца в глобальное потепление поверхности в 1900–2000 гг., Geophys. Res. Lett., Т. 33, 2006
  17. ^ Хьюз, Джон и Мариус, Хулио Л. и Монторо, Мануэль и Патель, Мехул и Блудворт, Дэвид (2006). «Разработка и выполнение операций по завершению миссии, тематическое исследование планов UARS и ERBS по завершении миссии» (PDF) . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  18. ^ Дэвид, Леонард (7 сентября 2011 г.). «Огромный несуществующий спутник скоро упадет на Землю, - заявляет НАСА» . Space.com . Проверено 10 сентября 2011 года .
  19. ^ "Орбитальный мусор ORSAT" . НАСА . Проверено 17 сентября 2011 года .
  20. ^ «Возвращение и оценка риска для спутника исследования верхней атмосферы НАСА (UARS)» (PDF) . Офис программы НАСА по орбитальному мусору. 9 сентября 2011 . Проверено 22 сентября 2011 года . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  21. ↑ Джоэл Ахенбах (24 сентября 2011 г.). «НАСА: обломки спутников упали на Землю» . Проверено 24 сентября 2011 года .
  22. ^ "Центр изучения орбитального и возвращающегося мусора" . Аэрокосмическая корпорация . Проверено 24 сентября 2011 года .
  23. ^ "UARS: когда и где он упал?" . АДРИАН УЭСТ . Вселенная сегодня . Проверено 25 сентября 2011 года .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Центр космических полетов Годдарда (1987). "Справочник проекта UARS: Инструменты UARS" (PDF) . НАСА: 4-1–4-63. Архивировано 2 апреля 2012 года из оригинального (.PDF) . Проверено 22 сентября 2011 года . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )

Внешние ссылки [ править ]

  • Страница научного офиса проекта УАРС
  • Резюме UARS от NASA Earth Science
  • Просмотр и загрузка данных HALOE