| |||||||||||||
| Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы! |
|
Исследование Солнечной Системы - Юпитер
| |||||
 Исследователи |
|||||
Станция "Juno" |
Страница:
Старт "Юноны" к Юпитеру;
|
|
Старт АМС Juno (Юнона) 5 августа 2011 г. в 12:25:00.146 EDT (16:25:00 UTC) со стартового комплекса SLC-41 Станции ВВС США 'Мыс Канаверал' стартовые команды компании United Launch Alliance при поддержке боевых расчетов 45-го космического крыла по заказу NASA произвели запуск PH Atlas V (модель 551, номер AV-029). На межпланетную траекторию была выведена АМС Juno ('Юнона'), задача которой - изучение Юпитера с полярной орбиты искусственного спутника планеты. Расчетная дата запуска Juno - 5 августа - была названа еще в апреле. Стартовое окно в этот день продолжалось с 15:34 до 16:43 UTC. Буквально за несколько минут до старта возникли замечания к гелиевой системе на 'Центавре', повлекшие серию отсрочек в общей сложности на 51 мин. Специалистам все же удалось уложиться в стартовое окно, и переноса на другой день не потребовалось. (В случае серьезных неисправностей или плохих погодных условий пуск можно было сдвигать вплоть до 26 августа. К счастью, задействовать этот резерв не пришлось.)
Через 11 мин после старта связка из ступени Centaur и КА Juno вышла на промежуточную опорную орбиту с параметрами: >- наклонение-28.8њ; >- высота в перигее - 187 км; >- высота в апогее - 214 км; >- период обращения - 88.36 мин. После получасовой баллистической паузы над Индийским океаном было выполнено второе включение двигательной установки (ДУ) 'Центавра', обеспечившее перевод станции на отлетную траекторию. Отделение КА произошло в 17:18:11.12 UTC над Австралией. Первый сигнал с борта станция Сети дальней связи в Канберре приняла вскоре после отделения. Аппарат сообщил, что развертывание солнечных батарей прошло штатно, зарядный ток нормальный. Обработка траекторных данных показала, что станция выведена на траекторию, близкую к расчетной. По состоянию на 30 августа, когда Земля уже почти не возмущала движение Juno, параметры ее гелиоцентрической орбиты составляли: >- наклонение - 0.066њ; >- перигелий - 1.009 а. е. (151.0 млн км); >- афелий - 2.269 а. е. (341.7 млн км); >- период обращения - 766.4 сут. В каталоге Стратегического командования США 'Юноне' присвоили номер 37773 и международное обозначение 2011-040А. Американская межпланетная станция Juno станет девятым рукотворным объектом, достигшим Юпитера. До нее планету-гигант исследовали с пролетной траектории шесть американских аппаратов (Pioneer 10 и 11, Voyager 1 и 2, Cassini и New Horizons) и один европейский (Ulysses). На орбите вокруг Юпитера работал пока только один КА - Galileo. Juno станет вторым искусственным спутником Юпитера и будет изучать его атмосферу, магнитосферу, а также искать твердое ядро. Стоимость миссии, включая создание КА, запуск и управление полетом, - 1.1 млрд $. Выполнив один гравитационный маневр у Земли (9 октября 2013 г. аппарат пройдет на высоте всего 500 км над нашей планетой), станция достигнет своей цели 5 июля 2016 г. Предполагается, что 'Юнона' проработает у Юпитера чуть больше года: вход КА в его атмосферу запланирован на 16 октября 2017 г. Один оборот вокруг Юпитера станция будет совершать за 11 суток, приближаясь к планете на расстояние около 4600 км в перииовии и удаляясь на 2.8 млн км в апоцентре орбиты. Большую часть витка аппарат будет экономить энергию, а его солнечные батареи - подзаряжать аккумуляторы. На борту космического аппарата находится памятная табличка, посвященная Галилео Галилею и предоставленная Итальянским космическим агентством. На ней изображен сам Галилей и нанесена надпись, сделанная им в январе 1610 г., когда он впервые наблюдал спутники Юпитера.
На борту находятся также три фигурки LEGO - самого Галилея, римского бога Юпитера и его жены Юноны. В римской мифологии Юпитер окутал себя покровом облаков, чтобы скрыть свои проступки. Юнона же наблюдала его с горы Олимп поверх облаков и смогла понять истинную сущность Юпитера.
LEGO-фигурка Юноны держит в руках увеличительное стекло как символ поиска истины, а игрушечный Юпитер - молнию. Обычно фигурки LEGO производят из пластмассы, но предназначенные специально для космической миссии сделали из алюминия, чтобы они выдержали экстремальные условия во время полета. Носитель Atlas V (551) Для выведения АМС Juno на межпланетную траекторию использовалась модификация PH Atlas V, имеющая обозначение 551 и визуально выделяющаяся огромным 'надкалиберным' головным обтекателем и пятью навесными стартовыми твердотопливными ускорителями (СТУ). Общая длина носителя почти 60 м, стартовая масса - 540 т, расчетная ПН, выводимая на низкую околоземную орбиту, около 19 т (этот вариант ракеты предназначен для выведения ПН на межпланетные траектории, так что ее грузоподъемность на низкой орбите - величина довольно условная). Подобная конфигурация ракеты применялась второй раз за всю историю ее эксплуатации. Впервые вариант 551 был использован 19 января 2006 г. для запуска АМС New Horizons.
Первая ступень, аналогичная для всех вариантов PH семейства Atlas V, - единый центральный блок ССВ (Common Core Booster) высотой 32.46 м и диаметром 3.81 м. Это конструкция с жесткими несущими баками из фрезерованных вафельных панелей, разработчиком которой являлась фирма Lockheed Martin. На первой ступени установлен мощный двухкамерный кислородно-керосиновый двигатель РД-180, разработанный и построенный по заказу Lockheed Martin российским Научно-производственным объединением энергетического машиностроения (НПО 'Энергомаш') имени академика В. П. Глушко и имеющий высочайшие удельные показатели в своем классе ЖРД.
Второй ступенью служит криогенный РБ (Разгонный Блок), построенный на базе эксплуатируемых уже почти 50 лет верхних ступеней Centaur. Для увеличения топливной загрузки баки блока удлинены, так что общая длина его составляет 12.68 м при диаметре 3.05 м. В составе ДУ используется форсированный кислородно-водородный двигатель RL10A-4-2 фирмы Pratt & Whitney, оснащенный соплом с раздвижным насадком. В этом пуске были использованы и пять СТУ фирмы Aerojet созданные специально для семейства ракет Atlas V. По размерам (длина 20 м, диаметр 1.58 м, масса 47 т, тяга 170 тс) они сопоставимы с первой ступенью МБР MX Peacekeeper, несколько крупнее СТУ GEM носителей Delta, но меньше ускорителей PH Аriane 5. Научные задачи миссии Хотя Юпитер и изучают, с помощью АМС вот уже почти 40 лет (Pioneer 10 был запущен в марте 1972 г. и прошел вблизи Юпитера в декабре 1973 г.), планета-гигант по-прежнему не открыла всех своих тайн. Вот лишь несколько нерешенных вопросов: >- Как сформировался Юпитер? >- Сколько воды и кислорода содержится в его атмосфере? >- Какова внутренняя структура Юпитера? >- Вращается ли планета как твердое тело или различные слои имеют разную скорость вращения? >- Есть ли у Юпитера твердое ядро, и если да, то насколько большое? >- Каков механизм возникновения мощного магнитного поля планеты? >- Как связаны различные феномены атмосферы Юпитера (вихри, полосы) с внутренними процессами? >- Каков механизм полярных сияний на планете? >- Как выглядят полюса Юпитера?
Цель 1. Изучение происхождения Юпитера и его внутреннего строения. Существующая теория формирования Солнечной системы говорит, что все началось с гигантского газопылевого облака, из которого образовалось Солнце. Как и Солнце, Юпитер главным образом состоит из водорода и гелия. Таким образом, планета, скорее всего, сформировалась на раннем этапе развития Солнечной системы, захватив большую часть 'строительного материала', оставшегося после рождения нашей звезды. Но как именно происходило образование Юпитера - остается неясным. Возможно, сначала сформировалось массивное планетарное ядро и своей гравитацией захватило весь окружающий газ? Или область туманности сразу стала собираться в одно целое, формируя при этом планету? Различия между этими сценариями огромны.
Еще более важный вопрос: состав и роль ледяных планетезималей в формировании Солнечной системы. Планетезималью называется небесное тело на орбите вокруг протозвезды, образующееся в результате постепенного слипания более мелких тел, состоящих из частиц пыли протопланетного диска. Непрерывно притягивая к себе новый материал и накапливая массу, планетезимали растут, пока под действием силы тяжести отдельные слагающие их фрагменты не начинают уплотняться. Уплотняющееся вещество увеличивает температуру в центре, начинается плавление - и образуется протопланета.
Ледяные планетезимали, вероятно, доставляли на прото-Землю такие материалы, как вода и углерод, которые являются 'кирпичиками' жизни. В отличие от Земли, гигантская масса Юпитера позволила этой планете удержать первоначальный 'строительный материал'. Значит, изучая планету-гигант, можно проследить историю нашей Солнечной системы. 'Юнона' измерит количество воды и аммиака в атмосфере Юпитера и определит, есть ли у планеты твердое ядро. А это, в свою очередь, даст информацию для ответа на вопрос о происхождении гигантской планеты и тем самым - всей Солнечной системы.
Juno также составит карту гравитационных и магнитных полей, что позволит лучше понять внутреннюю структуру планеты и измерить массу ее ядра. Цель 2. Изучение атмосферы. Насколько далеко вглубь Юпитера проникают разноцветные полосы его атмосферных потоков? Это один из интереснейших вопросов о гигантской планете. 'Юнона' впервые определит структуру движения атмосферы Юпитера ниже верхнего слоя облаков, измерит состав, температуру и характер движения газовых масс. Цель 3. Изучение магнитосферы Юпитера. Глубоко в атмосфере Юпитера, под давлением в несколько миллионов атмосфер, водород сжат настолько, что переходит в металлическое состояние. Протоны и электроны в нем существуют раздельно, поэтому металлический водород является хорошим проводником электричества. Мощные токи, возникающие в слое жидкого металлического водорода, порождают гигантское магнитное поле Юпитера. А оно, в свою очередь, направляя частицы в атмосферу планеты, вызывает самые мощные полярные сияния в Солнечной системе. 'Юнона' впервые будет изучать заряженные частицы и магнитные поля возле полюсов планеты-гиганта, одновременно наблюдая полярные сияния в ультрафиолетовом диапазоне, что позволит лучше понять механизм этого явления. Кроме того, магнитное поле Юпитера и его взаимодействие со спутниками послужит своего рода моделью взаимодействия магнитного поля молодой звезды с планетами. 'С помощью Juno мы изучим один из первых шагов, самое раннее время в истории нашей Солнечной системы, - объясняет Скотт Болтон (Scott Bolton), научный руководитель миссии. - Мы попробуем ответить на вопросы: что произошло сразу после образования Солнца? Что позволило сформировать планеты и почему планеты имеют немного другой состав, чем Солнце?' 'Если мы поймем роль, которую играл Юпитер в пору формирования планет, - продолжает ученый, - узнаем, как он регулировал их появление, в том числе и Земли, а также, возможно, даже самой жизни, то будем знать, как искать другие планеты, подобные Земле. Станет ясно, какую роль в их рождении играют планеты-гиганты, которые мы уже обнаружили у других звезд. Юпитер можно сравнить с Розеттским камнем. Он образовался раньше, чем все остальные наши планеты, имеет наибольшую массу и хранит в зашифрованном виде практически всю историю Солнечной системы. A Juno просто предстоит расшифровать то, что Юпитер может нам сообщить'. Будет ли 'Юнона' встречаться со спутниками Юпитера? Да, но таких встреч будет немного, и они будут не очень близкими, лишь до 100-200 тыс км. Кроме того, на Juno просто нет оборудования для детальной съемки спутников, ведь основная цель проекта - сам Юпитер. История проекта В конце 1990-х годов Эдвард Смит из Лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory, JPL) предложил проект INSIDE Jupiter на конкурс по программе Discovery. Это была относительно дешевая миссия с питанием от солнечных батарей, цель которой зашифрована в слове inside (буквально 'внутри') - Interior Structure and Internal Dynamical Evolution, то есть исследование внутреннего строения и внутренней динамики Юпитера. Для снижения требований к радиационной защите аппарат должен был работать на полярной орбите. Дважды, в ноябре 1998 и в январе 2001 г., проект проходил в финал конкурса, однако уступил в первый раз конкурентам в лице Messenger и Deep Impact а во второй - проектам Kepler и Dawn.
Позднее, в 2002 г., Фрэн Багенал из Университета Колорадо предлагал миссию с условным названием Jupiter Polar Orbiter, где упор был сделан на исследование динамики магнитосферы планеты с полярной орбиты. Параллельно в 2001 г. Скотт Болтон из JPL выдвинул идею высокоширотной пролетной миссии JASSI (Jupiter Atmospheric Sounding and Sensing of the Interior), которая должна была исследовать многоканальным микроволновым радиометром атмосферу Юпитера до уровня давления 500 атм.
В начале 2000-х годов все эти предложения конкурировали друг с другом, и, кроме того, существовал проект исследования Юпитера с помощью сбрасываемых в атмосферу зондов, способных работать до глубин с давлением 100 атм. Для доставки зондов планировалось использовать аппараты, выполняющие гравитационный маневр у Юпитера (Solar Probe, Pluto Express), или одну из ранее предложенных полярных станций. В итоге три орбитальные миссии были объединены в проект Juno - но прежде чем получить финансирование, ему пришлось еще побороться 'за место под Солнцем'. В мае 2003 г. Управление космической науки NASA представило список перспективных проектов для программы New Frontiers ('Новые рубежи'). Она предусматривает изучение Солнечной системы научными аппаратами среднего класса для высококачественных специализированных научных исследований. Предельная стоимость таких проектов не должна превышать 650 млн $ в ценах 2003 ф.г., не включая цену запуска. New Frontiers - самый дорогой класс межпланетных миссий, выбираемых NASA на конкурсной основе. Шире известна серия более дешевых конкурсных проектов класса Discovery, которые достаточно успешно осуществляются с середины 1990-х годов. Еще более дорогие миссии флагманского класса отбираются без формального конкурса, в соответствии с десятилетними программами, формируемыми Национальной академией наук США. В предварительном списке, помимо уже утвержденного полета к Плутону, фигурировали четыре перспективных направления: 1) VISE (Venus in Situ Explorer, Исследование атмосферы и поверхности Венеры); 2) SPA-SR (South Pole Aitken Basin Sample Return, Доставка грунта из бассейна Южный полюс - Эйткен, будущий проект Moonrise); 3) JP0P (Jupiter Polar Orbiter with Probes, Изучение атмосферы, магнитосферы и строения планеты, в том числе с помощью сбрасываемых зондов); 4) CSSR (Comet Surface Sample Return, Доставка образцов с ядра кометы). Каждой группе было выделено более миллиона долларов на дополнительное обоснование проекта в течение семи месяцев в части стоимости и организационнотехнических вопросов, включая образовательный 'выход' и участие малого бизнеса. Предложения по проектам-финалистам поступили в NASA в феврале 2004 г. 16 июля американское космическое агентство объявило о выборе двух концепций межпланетных миссий, одну из которых предстояло реализовать в качестве второй АМС 'среднего' класса New Frontiers. В финал вышли проекты Moonrise ('Восход Луны') и Juno ('Юнона'), 'потерявшая' к тому времени атмосферные зонды. Было решено, что параметры атмосферы легче и дешевле измерить косвенными методами. Moonrise имел целью доставить примерно 2 кг грунта из самой крупной лунной депрессии, бассейна Южный полюс - Эйткен. Juno, в свою очередь, был нацелен на исследование Юпитера с полярной орбиты. Научным руководителем объединенного проекта стал Скотт Болтон из Лаборатории реактивного движения. Интересно, что еще в 2003 г. оба этих проекта уже фигурировали в списке будущих миссий для планирования загрузки Сети дальней связи NASA. При этом доставка грунта с Луны планировалась в период с 8 марта по 8 августа 2011 г., а запуск 'полярного спутника Юпитера с зондами' (Jupiter Polar Orbiter with Probes) - в 2016 г. 1 июня 2005 г. из двух предложений было выбрано одно - Juno. Его допустили к этапу разработки эскизного проекта (preliminary design). В 2008 г. фаза предварительной разработки завершилась: проект признали готовым к реализации. Затем, уже в процессе создания аппарата, сроки разработки некоторых компонентов 'Юноны' сдвинулись. Причиной стало землетрясение в центральной Италии в 2009 г., которое повредило завод, производивший один из элементов АМС. В апреле 2010 г. началась окончательная сборка аппарата в цехах Lockheed Martin Space Systems в Денвере. Инженеры и техники в течение нескольких месяцев монтировали оборудование зонда. Зимой 2011 г. собранный аппарат прошел окончательные тесты (в том числе в вакуумной камере) и 8 апреля был доставлен на космодром. Конструкция Juno Корпус КА представляет собой шестиугольную призму из алюминиевых сотопанелей. Его высота - 3.5 м, диаметр также близок к 3.5 м. Масса 'Юноны' - 3625 кг, из которых 1593.5 кг приходится собственно на КА, а остальное - на компоненты топлива бортовой ДУ: 1280 кг топлива (гидразин) и 752 кг окислителя (четырехокись азота).
|
