WikiDer > Улисс (космический корабль) - Википедия

Ulysses (spacecraft) - Wikipedia

Улисс
Улисс - художественный рендеринг - b02.jpg
Художественный рендеринг Улисс космический корабль в внутренняя солнечная система
Тип миссииГелиофизика
ОператорНАСА / ЕКА
COSPAR ID1990-090B
SATCAT нет.20842
Интернет сайтСтраница НАСА
Страница ЕКА
Продолжительность миссии18 лет, 8 месяцев и 24 дня
Свойства космического корабля
Стартовая масса370 кг (820 фунтов)
Мощность285 Вт
Начало миссии
Дата запуска11:47:16, 6 октября 1990 г. (UTC) (1990-10-06T11: 47: 16Z)
РакетаКосмический шаттл "открытие" (СТС-41) с Инерционный разгонный блок и ПАМ-С
Запустить сайтСтартовый комплекс КСК 39Б
Конец миссии
УтилизацияСписан
Деактивировано30 июня 2009 г. (2009-06-30)
Параметры орбиты
Справочная системаГелиоцентрический
Эксцентриситет0.60262
Высота перигелия1,35 AU
Высота афелия5,4 AU
Наклон79.11°
Период2264,26 дней (6,2 года)
Эпоха12:00:00, 24 февраля 1992 г.
Пролетая Юпитер (помощь гравитации)
Ближайший подход8 февраля 1992 г.
Расстояние6.3 Радиусы Юпитера (279,865 миль)
Знак отличия миссии Улисс
Знаки отличия для Улисс миссия

Улисс (нас: /juˈлɪsяz/, Великобритания: /ˈjuлɪ-/) является списанным робот Космический зонд чья основная задача заключалась в том, чтобы вывести солнце и изучать 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. Улисс было совместным предприятием НАСА и Европейское космическое агентство (ESA) с участием канадской Национальный исследовательский совет.[1] Последний день работы миссии на Улисс было 30 июня 2009 года.[2][3]

Для изучения Солнца на всех широтах зонду нужно было изменить его наклонение орбиты и оставить самолет Солнечной системы. Для изменения наклона орбиты космического корабля примерно до 80 ° требуется большое изменение гелиоцентрической скорости, энергия для достижения которой намного превышает возможности любого ракета-носитель. Чтобы выйти на желаемую орбиту вокруг Солнца, разработчики миссии выбрали помощь гравитации маневрировать Юпитер, но эта встреча с Юпитером означала, что Улисс не может работать от солнечных батарей. Вместо этого зонд питался от радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ).

В космический корабль первоначально был назван Одиссей, из-за его протяженной и непрямой траектории для изучения полюсов Солнца. Он был переименован Улисс, то латинский перевод из "Одиссей", по просьбе ЕКА в честь не только Мифологический герой Гомера но также Данте персонаж в Inferno.[4] Улисс первоначально планировалось запустить в мае 1986 года на борту Космический шатл Претендент на СТС-61-Ф. Из-за утрата Претендент, запуск Улисс был отложен до 6 октября 1990 г. на борту Открытие (миссия СТС-41).

Космический корабль

Улисс космический корабль

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). Коробка установила 1,65 м (5,4 фута) тарелочная антенна и ГПЗ-РИТЭГ радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ) источник питания. 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 параболической антенны. РИТЭГ, штыревые антенны и приборная стрела были размещены для стабилизации этой оси с номинальной скоростью вращения 5 об / мин. Внутри тела был гидразин топливный бак. Гидразин одноразовое топливо использовался 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 управлялись импульсами во временной области, чтобы выполнить вращение или перемещение. 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. Такой способ определения взаимной ориентации называется коническое сканирование 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. Используемый космический корабль X-диапазон для научного возврата (только нисходящий канал) с использованием двойного 20 Вт TWTA до выхода из строя последнего оставшегося TWTA в январе 2008 года. Оба диапазона использовали спутниковую антенну с первичным фокусом, в отличие от Кассегрен питает большинство других блюд космического корабля.

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 противостоять как высокой температуре внутренней Солнечной системы, так и холоду на расстоянии от Юпитера. Обширные защитные покрытия 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. RCA CDP1802 микропроцессоры. Документированное использование 1802 включает в себя 1802 с двойным резервированием в COSPIN и как минимум по одному 1802 в инструментах GRB, HI-SCALE, SWICS, SWOOPS и URAP, с другими возможными микропроцессорами, встроенными в другие места.[5]

Полная 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

Улисс инструменты
Улисс испытание радиальной стрелой

Радио / плазменные антенны: Два бериллиевая медь антенны были развернуты наружу от корпуса, перпендикулярно РИТЭГу и оси вращения. Вместе это диполь пролетел 72 метра (236,2 фута). Третья антенна из полой бериллиевой меди была развернута из корпуса вдоль оси вращения напротив антенны. Это было монопольная антеннаДлиной 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: Стрела третьего типа, более короткая и более жесткая, выдвигалась 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. Он нес четыре типа инструментов: твердотельный рентгеновский снимок инструмент, состоящий из двух кремний детекторы, для изучения рентгеновских лучей от солнечные вспышки и Юпитера полярные сияния; эксперимент с гамма-всплесками, состоящий из двух CsI сцинтилляционные кристаллы с фотоумножителями; два разных магнитометрыгелиевый векторный магнитометр и феррозондовый магнитометр; и двухосный магнитная поисковая катушка антенна измеряла магнитные поля переменного тока.

Инструменты, устанавливаемые на корпусе: Детекторы для электроны, ионы, нейтральный газ, пыль, и космические лучи были установлены на корпусе корабля вокруг тихой секции.

SWOOPS (наблюдения солнечного ветра над полюсами Солнца) измеряли положительные ионы и электроны.[7]

Наконец, канал радиосвязи можно использовать для поиска гравитационные волны[8] (через Доплеровские сдвиги) и исследовать атмосферу Солнца через радиозатмение. Гравитационных волн не обнаружено.

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

Миссия

Планирование

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

До того как Улисс, Солнце наблюдали только с низких солнечных широт. Орбита Земли определяет эклиптика плоскость, 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 аппаратов (Маринер 10, Пионер 11, и Вояджеры 1 и 2) выполнил помощь гравитации маневры 1970-х гг. 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 Юпитер может произвести значительное изменение самолета. Таким образом, была предложена миссия за пределами эклиптики (OOE). См. Статью Пионер H.

Первоначально два космических корабля должны были быть построены НАСА и ЕКА, поскольку Международная солнечная полярная 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. Был спроектирован один космический корабль, и проект был преобразован в Улисс, из-за непрямой и непроверенной траектории 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 Космический шатл Претендент (усилено предложенным Кентавр G Prime верхняя ступень. Тем не менее Претендент катастрофа вынудил остановить флот шаттлов на два с половиной года, отменить разгонный блок Centaur-G и перенести дату запуска на октябрь 1990 года.[9]

Запуск

Улисс после развертывания из СТС-41

Улисс был выведен на околоземную орбиту с космического корабля "Шаттл" Открытие. Оттуда он был доставлен по траектории к Юпитеру с помощью комбинации твердотопливных ракетных двигателей.[10] Эта разгонная ступень состояла из двухступенчатой Боинг ВМС (Инерционный разгонный каскад), плюс Макдоннелл Дуглас ПАМ-С (Модуль поддержки полезной нагрузки-Специальный). ВМС была инерционно стабилизирована и активно управлялась во время ожога. PAM-S был неуправляемым, и он Улисс были раскручены до 80 об / мин для стабильности в начале горения. При выгорании ПАМ-С блок двигателя и космического корабля был йо-йо де-спун (веса, развернутые на концах кабелей) ниже 8 об / мин до отделения космического корабля. Покинув Землю, космический корабль стал самым быстрым объектом с искусственным ускорением и удерживал это звание до Новые горизонты зонд был запущен.

На пути к Юпитеру космический аппарат находился в эллиптическом не-Переходная орбита Хомана. На данный момент Улисс имел низкий наклон орбиты к эклиптике.

Юпитер пролетает мимо

Улисс' вторая орбита (1999–2004)
Анимация Улиссс траектория с 6 октября 1990 г. по 29 июня 2009 г.
   Улисс ·   земной шар ·   Юпитер  ·   C / 2006 P1 ·   C / 1996 B2 ·   C / 1999 T1

Он прибыл к Юпитеру 8 февраля 1992 г. обходной маневр что увеличило его склонность к эклиптика 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 должна была пройти мимо северного и южного полюсов Солнца. Размер и форма орбиты были скорректированы в гораздо меньшей степени, так что афелий остался примерно на 5 а.е., на расстоянии Юпитера от Солнца. , а перигелий был несколько больше, чем 1 а.е., то есть расстояние Земли от Солнца. Орбитальный период составляет примерно шесть лет.

Полярные области Солнца

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

Комета C / 1996 B2 (Хиякутаке)

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

Комета C / 1999 T1 (Макнот – Хартли)

Встреча с хвостом кометы снова произошла в 2004 году.[13] когда Улисс пролетел через ионные хвосты C / 1999 T1 (Макнот-Хартли). А выброс корональной массы нес кометный материал Улисс.[12][14]

Вторая встреча с Юпитером

Улисс подошел афелий в 2003/2004 г. и провел дальнейшие далекие наблюдения Юпитера.[15]

Комета C / 2006 P1 (Макнот)

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

Расширенная миссия

Улисс Радиоизотопный термоэлектрический генератор

Комитет по научной программе ЕКА одобрил четвертое продление Улисс миссия в марте 2004 г.[17] тем самым позволяя ему работать над полюсами Солнца в третий раз в 2007 и 2008 годах. После того, как стало ясно, что выходная мощность РИТЭГ космического корабля будет недостаточной для работы научных инструментов и поддержания контроль отношения топливо, гидразин, от замораживания было инициировано разделение мощности инструмента. 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 г., через 17 лет и 4 месяца после запуска космического корабля, ЕКА и НАСА объявил, что операции миссии для Улисс скорее всего прекратится в течение нескольких месяцев.[19][20] 12 апреля 2008 года НАСА объявило, что дата окончания - 1 июля 2008 года.[21]

Космический аппарат успешно отработал более чем в четыре раза жизнь дизайна. Компонент в последней оставшейся рабочей цепочке X-диапазон Подсистема нисходящего канала вышла из строя 15 января 2008 года. Другая цепочка в подсистеме X-диапазона вышла из строя ранее в 2003 году.[22]

Нисходящий канал к земной шар возобновился S-диапазон, но ширина луча из антенна с высоким коэффициентом усиления в S-диапазоне не был таким узким, как в X-диапазоне, поэтому принимаемый сигнал нисходящей линии связи был намного слабее, что уменьшало достижимую скорость передачи данных. Когда космический корабль двигался в обратном направлении траектория 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) Сеть Deep Space.

Еще до того, как сигнал нисходящей линии связи был потерян из-за расстояния, гидразин топливо для управления ориентацией на борту космического корабля считалось вероятным заморозить, как радиоизотопные термогенераторы (РИТЭГи) не смогли выработать достаточно энергии для обогревателей, 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 X-диапазон. TWTAпотому что, когда один из них работал, эта часть трубопровода оставалась 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 Улисс 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 мощность была отведена 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]

Полученные результаты

СТС-41 стартует с Космический центр Кеннеди, 6 октября 1990 г.

Во время круиза Улисс предоставил уникальные данные. Как единственный космический корабль вне эклиптики с гамма-луч инструмент Улисс была важной частью Межпланетная сеть (IPN). IPN обнаруживает гамма-всплески (GRB); поскольку гамма-лучи нельзя сфокусировать с помощью зеркал, было очень сложно определить местонахождение гамма-всплесков с достаточной точностью для их дальнейшего изучения. Вместо этого несколько космических аппаратов могут определить местонахождение прорыва. мультилатерация. 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 движутся со скоростью света, необходимы большие расстояния. Как правило, решение исходило из сравнения: один из нескольких космических аппаратов, вращающихся вокруг Земли, зонд внутренней Солнечной системы (чтобы Марс, Венера, или астероид), и Улисс. Когда Улисс дважды за орбиту пересекли эклиптику, многие определения гамма-всплеска потеряли точность.

Дополнительные открытия:[25]

  • Данные предоставлены Улисс привело к открытию того, что магнитное поле Солнца взаимодействует с Солнечной системой более сложным образом, чем предполагалось ранее.
  • Данные предоставлены Улисс привело к открытию, что пыли, поступающей в Солнечную систему из глубокого космоса, было в 30 раз больше, чем предполагалось ранее.
  • В 2007–2008 гг. Данные предоставлены Улисс привело к определению, что магнитное поле, исходящее от полюсов Солнца, намного слабее, чем наблюдалось ранее.
  • Что Солнечный ветер «становился все слабее во время миссии и в настоящее время является самым слабым с начала космической эры».[24]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Добро пожаловать в проект HIA Ulysses». Институт астрофизики Герцберга. Архивировано из оригинал 17 августа 2011 г. Институт астрофизики им. Герцберга (HIA) Национального исследовательского совета Канады предоставил контрольно-измерительные приборы и испытательное оборудование для исследования космических лучей и солнечных частиц (COSPIN). Улисс космический корабль. Прибор COSPIN состоит из пяти датчиков, которые измеряют энергичные нуклоны и электроны в широком диапазоне энергий. Это было первое участие Канады в межпланетной миссии в дальний космос.
  2. ^ а б «Улисс: 12 дополнительных месяцев ценной науки». Европейское космическое агентство. 30 июня 2009 г.. Получено 1 июля, 2009.
  3. ^ Одиссея завершается ... В архиве 24 февраля 2012 г. Wayback Machine
  4. ^ "Инферно Улисса" желание исследовать необитаемый мир за Солнцем. Каталог космических полетов Джейн 1988, ISBN 0-7106-0860-8
  5. ^ Архив документации Ulysses НАСА В архиве 17 марта 2013 г. Wayback Machine
  6. ^ Единое исследование радио и плазменных волн, Лаборатория реактивного движения В архиве 17 января 2009 г. Wayback Machine
  7. ^ Гольдштейн, Брюс. SWOOPS / Electron - Примечания пользователя В архиве 27 сентября 2006 г. Wayback Machine, Лаборатория реактивного движения
  8. ^ Эксперимент с гравитационной волной, астрономия и астрофизика В архиве 19 декабря 2008 г. Wayback Machine
  9. ^ Смертельный удар по звезде Смерти: взлет и падение космического корабля НАСА "Кентавр", ArsTechnica, октябрь 2015 г.
  10. ^ ESA - Космическая наука - Солнце зайдет 1 июля в рамках солнечной миссии Ulysses
  11. ^ Джонс Г.Х .; Балог А; Хорбери Т.С. (2000). «Идентификация чрезвычайно длинного ионного хвоста кометы Хиякутаке по сигнатурам магнитного поля». Природа. 404 (6778): 574–6. Bibcode:2000Натура.404..574J. Дои:10.1038/35007011. PMID 10766233.
  12. ^ а б Улисс ловит еще одну 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. ^ Улисс - Наука - Дистанционная встреча с Юпитером Избранные источники В архиве 23 сентября 2008 г. Wayback Machine
  16. ^ Neugebauer, Gloeckle; и другие. (1 октября 2007 г.). "Встреча космического корабля Улисс с ионным хвостом кометы МакНота". В Астрофизический журнал. 667 (2): 1262–1266. Bibcode:2007ApJ ... 667.1262N. Дои:10.1086/521019.
  17. ^ ESA Science & Technology: миссия Улисса расширена
  18. ^ Портал ЕКА - Улисс делает хет-трик
  19. ^ «Миссия Улисса подходит к концу». Европейское космическое агентство. 22 февраля 2008 г.. Получено 23 февраля, 2008.
  20. ^ «Международная солнечная миссия завершится после звездного выступления». НАСА. 22 февраля 2008 г.. Получено 23 февраля, 2008.
  21. ^ https://news.yahoo.com/s/ap/20080612/ap_on_sc/sci_solar_probe
  22. ^ «Операции в феврале 2003 г.». Европейское космическое агентство. Архивировано из оригинал 3 июля 2009 г.
  23. ^ Ulysses Mission Ops - больше нет воспроизведения данных В архиве 2 декабря 2008 г. Wayback Machine
  24. ^ а б "Космический корабль Улисс завершает историческую миссию открытия". 30 июня 2009 г.. Получено 1 июля, 2009.
  25. ^ НАСА: завершение международной миссии по изучению Солнца

внешняя ссылка