| |||||||||||||
| Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы! |
|
Исследование Солнечной Системы - Астероиды и Кометы
| |||||
Кометы |
|||||
StarDust |
Страница:
Старт StarDust (Part #1, Part #2, Part #3),
Пролетая Аннефранк,
Комета Вильда-2 (Part #1, Part #2, Part #3),
Комета Темпеля-1,
Фотогалерея StarDust,
"Звездная пыль";
|
|
7 февраля 1999 г. в 21:04:15.238 UTC (16:04:15 EST), с задержкой на сутки, со стартовой площадки SLC-17A Станции ВВС 'Мыс-Канаверал' стартовала РН Delta 2 (модель 7426) с американской АМС Stardust на борту. Аппарат запущен для встречи с кометой Вильда-2 и сбора кометной пыли в ее коме. Во время перелета к комете КА соберет образцы межзвездной и межпланетной пыли. Если все пройдет нормально, образцы будут возвращены на Землю в посадочной капсуле 15 января 2006 г. Образцы будут исследованы в лабораторных условиях, где ученые проведут детальный химический, изотопный и биологический анализ пыли. Запуск межпланетного аппарата был выполнен с промежуточным выведением на орбиту ИСЗ. Отделение КА от третьей ступени произошло через 28 мин после старта. Затем КА погасил вращение включением бортовых ДУ, и через 4 мин были развернуты и ориентированы на Солнце солнечные батареи. Сигнал с КА был принят 34-метровой антенной Сети дальней связи DSN в Канберре через 51 мин после запуска.
В каталоге Космического командования США Stardust получил международное регистрационное обозначение 1999-003A и номер 25618. Вторая ступень осталась после четвертого включения на орбите с наклонением 22.48њ, высотой 292x6817 км и периодом 163.8 мин, третья вышла на межпланетную траекторию. Проект Stardust был выбран для реализации в 1995 г. и осуществляется в рамках программы NASA Discovery. Это первая американская АМС, созданная специально для исследования кометы, и первая, предназначенная для автоматической доставки внеземного вещества. Аппарат изготовлен компанией Lockheed Martin Astronautics (LMA). Стоимость разработки и изготовления КА - 128.4 млн $, управления - 37.2 млн $. Управление КА ведется из центра управления LMA при поддержке Лаборатории реактивного движения (JPL). 8 февраля в 17:16 UTC Stardust прошел в 53400 км от Луны, а к 11 февраля удалился от Земли на 1.6 млн км. Все системы аппарата работают нормально. В течение следующих двух недель на борту КА будут включены приборы DFMI и CIDA. Первая коррекция траектории запланирована на 22 февраля. О пользе сбора космической пыли
Межзвездная пыль - одна из основных форм вещества в Галактике - конечный результат развития звездных систем и одновременно - строительный материал новых звезд. Тяжелые элементы, из которых состоят Земля и наши тела, пять миллиардов лет назад существовали в виде звездной пыли.
Для астрономов главным свойством пыли является ее способность к поглощению и рассеиванию радиоизлучения. Следствием непрозрачности для радиоизлучения является эффект охлаждения пыли, способствующий сжатию пылевого скопления и формированию новых поколений звезд и планетных систем. Так около 5 млрд лет назад образовалась Солнечная система. На свойстве рассеивать и поглощать радиоизлучение основан 'дистанционный' метод изучения межзвездной пыли. Второй способ - исследование метеоритов, в которых присутствуют вкрапления межзвездных частиц. Некоторое количество оплавленных частиц космической пыли найдено также в океанических осадках и на большой высоте в атмосфере. В 1993 г. во время полета АМС Ulysses за пределами орбиты Марса был обнаружен и наблюдениями с АМС Galileo подтвержден поток частиц межзвездной пыли микронного размера, приходящий со стороны созвездия Стрельца. Поскольку именно туда движется Солнце, логично считать, что в действительности мы перемещаемся относительно более или менее неподвижной межзвездной пыли. К настоящему времени выяснено, что частицы звездной пыли: - имеют в основном размер порядка 0.01 мкм, но могут быть и больше 0.1 мкм; - содержат углерод (в скоплениях пыли обнаружено до 60 химических соединений, в состав которых входит углерод); - могут представлять собой небольшие аморфные силикатные частицы; - могут содержать молекулы NH3, H2O, CH2O, HCN и HC3CN. В составе метеоритов методами изотопного анализа найдены углеродосодержащие частицы: карбид углерода, графит, алмазы.
Наиболее актуальные вопросы, стоящие сейчас перед учеными: - не ясно точно, откуда в частицах межзвездной пыли столько углерода; - не до конца известны возраст частиц, не ясны процессы, которым они подверглись при формировании; - не известен состав ядра и периферии того скопления пыли (первичное облако), из которого сформировалась Солнечная система. Источниками кометной и межпланетной пыли являются кометы и астероиды. Кометы, по мнению ученых, сохранили в своем составе вещество в том виде, в котором оно находилось при формировании Солнечной системы: они, по-видимому, образовались на периферии первичного облака. Температура ам была и остается низкой, и частицы межзвездной пыли, попав в состав кометы, должны были остаться нетронутыми до наших дней. Тем не менее наблюдения показывают, что некоторые спектральные характеристики кометной и звездной пыли различаются. Было бы заманчиво 'заполучить' ее образцы для детального анализа. Большой интерес для ученых представляют летучие вещества, входящие в состав кометного ядра, органические соединения, а также микрочастицы субмикронного размера различных типов - силикаты, сульфиды и их смеси. Органические примеси в кометном веществе можно разбить на несколько групп, в зависимости от наличия ключевых элементов: H+C+N, H+C+O, H+C, H+C+N+О. Доказано, что из пяти соединений, найденных в межзвездной пыли (NH3, H2O, CH2O, HCN и HC3CN), первые четыре есть и в составе кометных ядер. Учитывая большие площади распространения кометной пыли, ее легкую переносимость, непредсказуемое воздействие радиации, можно предположить, что она сыграла важную роль в возникновении жизни на Земле и молекулярном синтезе. Один миллиграмм пыли на всю Солнечную систему
Stardust должен доставить на Землю около 1 мг пыли (любопытный читатель с калькулятором может подсчитать стоимость одного ее грамма). Это около 1000 кометных частиц размером более 15 микрон и более 100 частиц звездной пыли размерами от 0.1 до 1 микрона. Для анализа такого количества пыли будет достаточно. Как говорит научный руководитель проекта Stardust д-р Дональд Браунли (Donald C. Brownlee) из Университета Вашингтона, 'доставьте на Землю хоть тонну космической пыли - все равно основная необходимая нам информация находится на микронном и субмикронном уровне; так что для анализа нужно одно зернышко...'. Микроскопическое количество пыли будет изучаться не один десяток лет с применением всех вновь разрабатываемых методик - так же, как сейчас продолжаются исследования лунного грунта. Конечные цели исследования образцов кометной и межзвездной пыли: - определить элементный, химический состав и строение комет; - оценить количество строительного материала для комет, находящегося в межпланетной пыли и метеоритах; - оценить наличие воды в кометном веществе; - определить распределение и состав вещества первичного облака пыли, из которого впоследствии сформировались Солнце, планеты Солнечной системы и кометы; - определить, какие процессы происходили в первичном облаке до формирования Солнечной системы; - определить состав вещества межзвездной пыли. Целью сбора летучих веществ, испарившихся с поверхности кометы, является определение их элементного и изотопного состава и поиск элементов, обычно входящих в состав органических соединений - С, Н, N, O, P, S, Si. О комете Вильда-2
Комета Вильда-2 была выбрана в качестве цели не случайно. Выбор был обоснован удобством формирования перелетной траектории к ней и малой относительной скоростью встречи, возможностью попутного пролета потоков межзвездных частиц, а также 'послужным списком' самой кометы. До 1974 г. ее орбита вокруг Солнца была долгопериодичной, с перигелием 5 а.е. и афелием 24.7 а.е. Большую часть своей жизни комета проводила на значительном удалении от Солнца, что обеспечивало 'соранность' материала ее ядра. Однако 10 сентября 1974 г. комета сблизилась с Юпитером до расстояния 0.006 а.е. (0.9 млн км), вследствие чего форма орбиты резко изменилась, а период обращения уменьшился до 6 лет. Комета была открыта Паулем Вильдом из Астрономического института Бернского университета 6 января 1978 г. на орбите с наклонением 3.3њ, периодом обращения 6.17 года и эксцентриситетом 0.56.
Перигелий и афелий составляли 1.48 и 5.25 а.е. соответственно. (Вильд проводил станцию в полет и рассчитывает дождаться ее возвращения в 2006 г. - ему будет 80 лет.) Таким образом, это дальняя и 'свежая' комета, совсем недавно оказавшаяся в пределах досягаемости. Последующие наблюдения позволили оценить диаметр ядра кометы в 4 км, а его плотность в 0.5 г/см3. Характеристики аппарата
КА, который в шутку называют 'самым сложным пылесосом в мире', создан на базе платформы SpaceProbe компании Lockheed Martin Astronautics. (Производство началось 6 января 1998 г., и уже 11 ноября аппарат был отправлен на космодром.) Шасси в форме параллелепипеда имеет габариты 1.70х0.66х0.66 м (каркас алюминиевый, панели композитные). Полная масса КА на старте - 384.9 кг, в т.ч. собственно аппарата - 254 кг, возвращаемой капсулы - 45.7 кг, топлива - 85.0 кг.
Аппарат имеет трехосную стабилизацию. Определение текущей ориентации осуществляется с помощью звездной камеры и одного из двух инерциальных измерительных блоков, в резерве - два солнечных датчика. Инерциальный блок, имеющий в своем составе три кольцевых лазерных гироскопа и три акселерометра, используется для коррекций и во время пролета мимо кометы. Две солнечных панели общей площадью 6.6 м2 и размахом 4.8 м оснащены кремниевыми солнечными элементами. Снимаемая мощность от 170 до 800 Вт (в зависимости от расстояния от Солнца). Имеется одна никель-водородная аккумуляторная батарея на 16 Ач. Силовое электрооборудование взято с КА серии SSTI. Система терморегулирования использует жалюзи для поддержания теплового режима инерциальных измерительных блоков, аккумулятора и твердотельных усилителей системы связи. Аппарат укрыт ЭВТИ; термостатирование некоторых систем выполняется с помощью радиаторов и управляемых ЭВМ нагревателей.
Неподвижно установленная приемопередающая антенна высокого усиления HGA (диаметр 0.6 м) работает в Х-диапазоне и используется главным образом при встрече с кометой. На борту имеется также передающая антенна MGA и три антенны низкого усиления для связи вблизи Земли и для приема команд. Два приемопередатчика диапазона X были первоначально разработаны компанией Motorola Systems Solutions Group для КА Cassini и используют 15-ваттные твердотельные усилители. Они служат для контроля положения КА, получения команд и передачи телеметрии. Сходные приемопередатчики используются на АМС NEAR, Mars Pathfinder, Cassini, Mars Polar Lander, Mars Climate Orbiter. Пропускная способность радиолинии: HGA/34-метровая антенна - 1975 бит/с; HGA/70-метровая антенна - 7900 бит/с; MGA/34-метровая антенна - 100 бит/с. В двигательную систему входят восемь двигателей тягой по 4.4 Н (0.45 кгс, 1 фунт) и восемь тягой по 0.9 Н (0.091 кгс, 0.2 фунта), смонтированные в четырех блоках по четыре в каждом. Все используют однокомпонентное топливо - гидразин N2H4.
Система управления и обработки данных выполнена на базе 32-битного процессора RAD 6000 (самый популярный процессор для последних из запущенных АМС - радиационностойкий вариант процессора PowerPC). Рабочие частоты синхронизации: 5, 10 и 20 МГц. Память: программируемое ПЗУ - 3 Мбайт, оперативная - 128 Мбайт, из нее 20% занимают служебные программы; 75 Мбайт предусмотрены для снимков; 13 Мбайт - для прибора CIDA и 2 Мбайт - для DFMI. Аппарат не имеет специального бортового записывающего устройства. Противопылевая защита аппарата - одна из самых сложных задач при исследовании комет. Stardust имеет три 'щита', которые прикрывают края развернутых по потоку солнечных батарей и корпус аппарата. Так называемый уиппловский щит (название свое он получил в честь американского астронома Фреда Уиппла (Fred L. Whipple), в 1950 г. предложившего современную теорию строения кометного ядра) должен защитить корпус КА от столкновений с частицами размером до 1 см. От более крупных частиц защиты нет, но встреча с ними маловероятна. Уиппловский щит состоит из нескольких слоев. Первый слой ('бампер') выполнен из композитного материала. Сталкивающаяся с ним частица разрушается. Под композитной панелью находится многослойный 'пирог' из керамического материала некстел (Nextel). Защита корпуса имеет три некстеловых 'одеяла', защита батарей - два. Здесь осколки частицы рассеиваются. Третий композитный слой-ловушка окончательно тормозит и задерживает все осколки. Возвращаемая капсула SRC (Sample Return Capsule) имеет форму затупленного конуса с углом полураствора 60њ. Диаметр капсулы 0.81 м; высота - 0.5 м; масса - 45.7 кг. В ее состав входят алюминиевый контейнер образцов (содержит аэрогелевые ловушки с механизмом разворачивания), аэродинамический обтекатель, бортовая авионика (УВЧ-радиомаяк), парашютная система с вытяжным и основным парашютами. Конический носовой обтекатель выполнен на основе графитоэпоксидного материала, покрытого легкой абляционной теплозащитой (фенольно-углеродный материал PICA). Сзади капсула закрыта хвостовым обтекателем, защищенным от рециркуляции потока пробковым материалом SLA-561V, похожим на теплоизоляцию внешнего бака шаттла. Капсула выкрашена в белый и коричневый цвета. Бортовая аппаратура
Состав научной аппаратуры КА был предопределен выполняемой задачей - сбор межзвездной и кометной пыли, наблюдение за динамикой пылевых потоков, фотографирование ядра кометы, проведение радиоизмерений параметров движения КА для определения массовых характеристик кометы. Собственно научных приборов на борту три: коллектор пыли, анализатор пыли и монитор потока пыли. Навигационная камера используется также для научной съемки, а штатная радиосистема - для допплеровских измерений. 1. Коллектор пыли Сбор пыли осуществляет коллектор, включающий две группы ловушек на основе аэрогеля. Коллектор находится в возвращаемой капсуле, которая может открываться подобно раковине. После этого коллектор выдвигается на петлях нужной стороной кверху, экспонируется и убирается обратно. Аэрогель способен задерживать частицы пыли, ударяющиеся в него со скоростью порядка 6-7 км/с, с минимальными разрушениями и изменениями их внутренней структуры.
Коллектор имеет две стороны, одна из которых (сторона B) будет экспонироваться при сборе межзвездной пыли, вторая (сторона А) - при сборе кометной пыли и летучих веществ в коме. Экспонируемая площадь - с каждой из сторон по 1225 см2 - состоит из 130 прямоугольных ячеек размером 2x4 см и двух ромбовидных ячеек поменьше. Толщина аэрогеля на стороне A составляет 3 см при постоянной по объему плотности. Для звездной пыли используется аэрогель толщиной 1 см с возрастающей по глубине плотностью. Почему сделано по-разному? Известно, что частицы межзвездной пыли имеют меньшие размеры, скорости их будут выше, но свойства материала почти не известны. Условия столкновения были смоделированы математически, и такая конструкция было признана оптимальной.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||
