| |||||||||||||
| Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы! |
|
Исследование Солнечной Системы - Астероиды и Кометы
| |||||
Кометы |
|||||
Rosetta |
Страница:
Аппратат "Rosetta",
Старт миссии (Part #1, Part #2),
Встреча с Землей,
В гостях у Марса,
Встреча с Землей,
Астероид Штейнс,
21 Lutetia (Part #1, Part #2),
67P/Чурюмова - Герасименко (Part #1, Part #2),
Место посадки Rosetta,
Посадка Philae (Part #1, Part #2.1, Part #2.2, Part #3),
Результаты (Part #1, Part #2);
|
|
Станция Rosetta предназначена для детального исследования кометы - дистанционно во время длительного сопровождения ее в полете и с помощью посадочного аппарата. И длительный совместный полет, включая обращение вокруг ядра кометы, и посадка зонда на ядро будут выполнены впервые в мире. Необходимость исследования комет обусловлена тем, что в них в основном сохраненпервичный материал времен образования Земли и планет. Цель миссии Rosetta - исследовать происхождение комет и связи между кометным и межзвездным материалом и получить исходные данные для выводов относительно происхождения Солнечной системы.
До сих пор исследования комет космическими аппаратами с близких дистанций (тысячи и сотни километров) проводились только на пролете, в одном коротком сеансе. Помимо высокого риска неудачи, такие миссии не давали возможности исследовать комету в динамике: как по мере приближения к Солнцу идет испарение вещества, как выглядят и работают 'гейзеры' и 'струи'. Посадка зонда на ядро кометы также никогда не проводилась. Основными задачами КА Rosetta являются: - общее исследование ядра кометы, определение его динамических свойств, морфологии поверхности и состава; - определение химического, минералогического и изотопного состава летучих и тугоплавких фракций ядра кометы; - определение физических свойств и взаимосвязи летучих и тугоплавких фракций; - изучение развития кометной активности и процессов в поверхностном слоеядра и во внутренней коме (взаимодействие газа и пыли); - общее исследование астероидов, включая определение динамических свойств, морфологии поверхности и состава. Rosetta должна была - до ее перенацеливания весной 2003 г. - 'зайти в хвост' комете Виртанена (46P) и совершать с ней совместный полет в течение полутора лет, включая прохождение перигелия орбиты. Теперь аналогичная программа спланирована для кометы Чурюмова-Герасименко (67P).
Во время пролета Марса в феврале 2007 г. Rosetta проведет короткий цикл исследований этой планеты, но вообще четыре гравитационных маневра предназ начены для того, чтобы последовательно сформировать орбиту АМС, близкую к орбите кометы. Афелий этой орбиты лежит вблизи орбиты Юпитера; на таком расстоянии солнечные батареи станции дают так мало энергии, что на 2.5 года все системы КА, кроме бортового компьютера, будут выключены. Сближение КА и кометы начнется на расстоянии 4.5 а.е. от Солнца и завершится выходом на орбиту вокруг ядра на высоте порядка 25 км. Основные исследования будут выполнены в то время, когда КА будет обращатьcя вокруг ядра кометы на расстоянии в несколько километров на подходе к перигелию, в перигелии и при удалении от Солнца. Комета Чурюмова-Герасименко обычно ведет себя в перигелии значительно активнее, чем выбранная первоначально комета Виртанена, и эти наблюдения обещают быть чрезвычайно интересными. В то же время перигелийное расстояние будет больше, а значит, меньшим должно быть количество выносимой с газовыми выбросами пыли. После выбора удобного места посадки туда будет направлен зонд. Он спустится с высоты порядка километра и коснется поверхности со скоростью всего 1 м/с. Зафиксировавшись на поверхности ядра 'гарпуном', зонд передаст снимки общим и крупным планом, выполнит бурение темной корки ядра (состоящей, как считается, из сложных органических молекул) и исследование ледяной и газовой составляющих. Работа зонда на поверхности рассчитана по крайней мере на неделю, но может продлиться и несколько месяцев. Проект Rosetta был утвержден Комитетом научных программ ЕКА 4-5 ноября 1993 г. как одна из краеугольных миссий научной программы Horizon 2000. Первоначально задумывался аппарат для доставки образца вещества кометного ядра, но такая задача оказалась слишком сложной. В феврале 1997 г. был утвержден состав научной аппаратуры станции. От ЕКА проект возглавил научный руководитель д-р Герхард Швем (Gerhard Schwehm) и менеджер Джон Эллвуд (John Ellwood, с 2000 г.). Консорциум во главе с германским отделением фирмы Astrium отвечал за проектирование, изготовление и испытания КА. Британское отделение Astrium изготовило служебный борт, французское - бортовую авионику. Итальянская Alenia Spazio занималась сборкой, интеграцией и верификацией. Всего в работах участвовали более 50 подрядчиков из 14 стран ЕКА, Канады и США. Название станции было дано по Розеттскому камню, найденному в Египте в 1799 г. солдатом армии Наполеона. Трехъязычная надпись на камне позволила Франсуа Шамполльону проникнуть в тайну древнеегипетской письменности; точно так же КА Rosetta должен принести данные, раскрывающие древнюю историю Солнечной системы. В память о подвиге Шамполльона станция несет на борту цифровой диск, на котором на 6000 языков записан текст первых трех глав из Книги Бытия. На станцию сначала предполагалось поставить два посадочных зонда - германский RoLand и Champollion совместной американо-французской разработки. По ходу работ стало ясно, что Rosetta сможет нести только один зонд, причем ЕКА дало понять партнерам, что выбор будет сделан на конкурсной основе. В конце 1996 г. NASA отказалось от участия в работе над 'Шамполльоном' на таких условиях, и остался только германский зонд. Он был сделан под руководством Германского аэрокосмического исследовательского института DLR (менеджер проекта - д-р Стефен Уламек) при участии ЕКА и исследовательских центров Австрии, Британии, Венгрии, Ирландии, Италии, Финляндии и Франции (научные руководители - Хельмут Розенбауэр и Жан-Пьер Бибрин). 5 февраля 2004 г. зонд получил имя Philae. Так назывался остров на Ниле вблизи города Розетта, где был найден обелиск с именами Клеопатры и Птолемея, записанными иероглифами. Эти имена, как известно, стали для Шамполльона ключом к расшифровке иероглифов, так что название получилось не менее удачное. Его предложила пятнадцатилетняя Серена Ольга Висмара из городка Арлуно близ Милана (Италия); по приглашению ЕКА она тоже присутствовала на запуске. Суммарные расходы на проект Rosetta за период от начала детального проектирования в 1996 г. и до завершения полета в 2015 г. составят 770 млн евро по курсу 2000 г. Сюда не входят затраты на изготовление научной аппаратуры и посадочного зонда, которые профинансировали отдельные институты и национальные агентства. Конструкция КА
По своей конструкции Rosetta напоминает геостационарный спутник связи 'кубического' дизайна и запущенную в июне 2003 г. станцию Mars Express. (Дело в том, что Mars Express создавался на основе проекта Rosetta, но он был запущен по графику, а его 'прототип' задержался на год с лишним. Но оно и к лучшему - ведь марсианская станция уже работает и доказывает работоспособность 'Розетты'!) Алюминиевый корпус аппарата имеет форму параллелепипеда размером 2.8x2.1x2.0 м. Внутри него вертикально проходит т.н. 'труба тяги', являющаяся основой конструкции КА и опирающаяся на адаптер верхней ступени РН диаметром 1194 мм. Нижняя часть корпуса называется модулем обеспечения BSM (Bus Support Module) и содержит компьютер, радиосистемы, запоминающие устройства и остальные служебные компоненты. Выше находится модуль обеспечения научной аппаратуры PSM (Payload Support Module), а на верхнем днище - собственно панель научной аппаратуры, которая будет постоянно ориентирована на ядро кометы. Часть датчиков размещается на двух штангах. На передней панели корпуса (по оси +X) крепится ориентируемая параболическая антенна диаметром 2.2 м, а на противоположной размещается посадочный аппарат. Электропитание обеспечивают две пятисекционные панели солнечных батарей, закрепленные на боковых панелях КА (по оси Y) и способные поворачиваться на 180њ. До сих пор все аппараты, 'уходившие' к Юпитеру и дальше, питались от радиоизотопных генераторов. Солнечные батареи 'Розетты' огромны: их размах 32 м, длина каждой по 14 м и площадь по 32 м2. Но даже такие 'крылья' дают всего 395 Вт на расстоянии 5.25 а.е. от Солнца, 440 Вт на 4.5 а.е., до 850 Вт на 3.4 а.е. - и целых 8700 Вт в перигелии кометной орбиты. Имеется также четыре никель-кадмиевые аккумуляторные батареи емкостью по 10 Аћчас, питающие аппарат при нахождении в тени кометы. В системе терморегулирования используются нагреватели отдельных элементов конструкции, а также радиаторы и жалюзи, расположенные на задней и боковых панелях. В состав двигательной установки входят расположенные в 'трубе тяги' баки горючего (верхний) и окислителя (нижний) емкостью по 1106 л и четыре бака подсистемы наддува (по 35 л). Ориентацию станции обеспечивают 24 двигателя тягой по 10 Н. Кроме основной остронаправленной антенны, для связи также используются антенна среднего усиления диаметром 0.8 м и две малые всенаправленные антенны. Прием команд и передача служебных и научных данных осуществляется в диапазонах S (2 ГГц) и X (8 ГГц). Передача может вестись на скорости от 10 до 22000 бит/с. Стартовая масса КА, по данным ЕКА, составляет 3011 кг; Arianespace назвало общую массу ПН - 3187 кг, из которых на КА приходится 3065 кг. Так или иначе, 1650 кг (более половины!) приходится на заправленное в ходе предстартовой подготовки в Куру топливо, что обеспечивает запас характеристической скорости в 2.2 км/с. Научная аппаратура орбитального аппарата имеет массу 165 кг. Посадочный зонд 'тянет' на 100 кг, из которых 21 кг приходится на приборы. Посадочный аппарат
Зонд Philae диаметром около 1 м и высотой 0.8 м имеет корпус неправильной многоугольной формы с базовой панелью внизу и панелью научной аппаратуры (конструкция выполнена из высокомодульного углеволокна с алюминиевым покрытием). Внутри корпуса находится телескопическая труба с механизмами подъема и поворота, закрепленная в кардановом подвесе на низком шасси треножнике. Три ноги разворачиваются в посадочное положение после отделения зонда от основного КА. Для стабилизации аппарата во время спуска на ядро служит маховик.
После касания демпферы трех 'ног' поглощают большую часть кинетической энергии зонда, а специальный гарпун и 'кошки' на ногах обеспечивают закрепление зонда на поверхности. Без этого не обойтись никак, потому что вес зонда на поверхности ядра не превышает 3 граммов. Механизмы 'ног' позволяют выровнять корпус зонда, поднять или опустить его. Электропитание обеспечивают солнечные элементы на арсениде галлия, смонтированные на верхней панели зонда, и две батареи на 970 и 110 Втћчас. Сигнал с зонда передается на КА Rosetta передатчиком диапазона S мощностью 1 Вт, а с него ретранслируется на Землю. Часть приборов находится на приборной панели, другие - под панелью фотоэлементов. Научная аппаратура
Официально считается, что КА Rosetta несет 11 научных приборов, а посадочный зонд Philae - 10. При этом следует учитывать, что на орбитальном аппарате и на зонде установлены два отдельных комплекта газового хроматографа MODULUS (первый носит имя 'Береника', второй - 'Птолемей'), а радиозонд CONSERT один, но состоит из двух взаимодействующих частей, поскольку предназначен для радиопросвечивания сквозь ядро кометы при нахождении зонда на одной его стороне и орбитального аппарата над другой. CONSERT позволит понять крупномасштабную структуру ядра (найти размер образующих его частей, установить наличие и число слоев) и выяснить электрические свойства. Для дистанционного зондирования кометы предназначены камеры и спектрометры OSIRIS, ALICE, VIRTIS и MIRO. Анализ состава вещества кометы выполнят приборы ROSINA, COSIMA и MIDAS. Поток пыли и ее распределение по массе измерит аппаратура GIADA. Плазменная среда вблизи кометы и взаимодействие ее с солнечным ветром - объекты исследования прибором PRC. Массу и внутреннюю структуру ядра позволит установить радиоэксперимент RSI.
Аппаратура зонда позволит провести анализ элементного, молекулярного, минералогического и изотопного состава вещества поверхности и подповерхностного слоя ядра кометы, измерить его механические характеристики (плотность, прочность, структуру, пористость, наличие льда, тепловые свойства). Инструмент SD2 имеет в своем составе манипулятор с радиусом действия около 2 м, бур с рабочей глубиной 20-30 см и систему распределения образцов. Он обеспечит доставку образцов к анализирующим приборам или для микроскопического исследования. Многие ученые подозревают кометы в переносе жизни или ее 'строительных блоков' (аминоскислоты и др.) в пределах Солнечной системы, и, быть может, аппаратура зонда Philae позволит подтвердить эти предположения.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
