Венера - утренняя и вечерняя звезда
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Венера - кривое зеркало Земли
Космические исследователи Венеры

Японский аппарат Akatsuki (Рассвет) на пути к Венере

AKATSUKI НЕ СМОГ ВЫЙТИ НА ОРБИТУ ВЕНЕРЫ
Космический аппарат "Акацуки" (по-японски "Рассвет") не смог выйти на орбиту Венеры, сообщается на официальном сайте японского космического агентства (JAXA). 7 декабря 2010 года незадолго до трех часов ночи по московскому времени зонд Planet-C Venus Climate Orbiter (именно так полностью называется аппарат) предпринял маневр по выходу на орбиту этой планеты. После этого он ушел за диск небесного тела, и с ним на некоторое время была потеряна связь. Наконец в 5 часов утра 8 декабря уже после восстановления сообщения с аппаратом эксперты официально признали, что зонд "промахнулся" мимо Венеры. "Акацуки" должен был стать первым космическим аппаратом Японии, работающим на орбите другой планеты. Примечательно, что у него еще есть шанс это сделать - через шесть лет зонд снова сблизится с Венерой и сможет предпринять повторный маневр (если будет в рабочем состоянии).
AKATSUKI НЕ СМОГ ВЫЙТИ НА ОРБИТУ ВЕНЕРЫ

    21 мая в 06:58:22 по японскому поясному времени JST (20 мая в 21:58:22 UTC) с пусковой установки №1 стартового комплекса Йосинобу Космического центра Танэгасима специалисты компании Mitsubishi Heavy Industries и Японского агентства аэрокосмических исследований JAXA осуществили пуск ракеты-носителя H-IIA F17. Основной задачей пуска было выведение на траекторию полета к Венере межпланетной станции Akatsuki («Рассвет») и экспериментального КА с солнечным парусом IKAROS. В качестве дополнительных ПН ракета несла малые студенческие аппараты UNITEC-1, Waseda-Sat-2, KSAT и Negai.
    Запуск прошел в штатном режиме. Три микроспутника были отделены на низкой околоземной орбите, a Akatsuki, IKAROS и UNITEC-1, как и требовало полетное задание, вышли на межпланетную траекторию. Номера и международные обозначения аппаратов в каталоге Стратегического командования (СК) США и параметры орбит спутников представлены в таблице.


ЗАПУСК НА ОРБИТУ

    Межпланетный зонд Akatsuki получил свое имя 23 октября 2009 г. Расчетная дата запуска - 18 мая 2010 г. в 06:44:12 JST - была объявлена 3 марта. Аппарат, собранный и испытанный в центре Института космических и астронавтических наук ISAS в г. Сагамихара, был отправлен на космодром вечером 17 марта и прибыл туда 19 марта.
    30 апреля в Здании сборки космической головной части (КГЧ) Akatsuki установили на адаптер PAF900M, под которым ранее был размещен IKAROS. Четыре более мелких «попутчика» установили на боковые платформы. 4 мая КГЧ закрыли обтекателем, а 9 мая доставили в Здание вертикальной сборки для интеграции с носителем.

Venus Express - ESA
Nightflight to Venus All system are go Nightflight to Venus The sky is aglow. (Boney M - 1978)
МЕЖПЛАНЕТНАЯ СТАНЦИЯ AKATSUKI

    17 мая собранную РН вывезли на стартовый комплекс. Это была H-IIA в конфигурации 202 - с двумя стартовыми твердотопливными ускорителями (СТУ) SRB-A и ГO типа 4S диаметром 4.07 м. Стартовая масса носителя составляла 291 т, общая высота - 53 м, суммарная масса ПГ около 1400 кг.
    Первая попытка пуска была предпринята утром 18 мая*, но старт был отменен за четыре минуты до расчетного времени из-за плохой погоды по трассе полета ракеты (плотная облачность, опасность грозовых разрядов). Новой датой стало 21 мая.

*Астрономическое окно для пуска к Венере продолжалось с 18 мая по 3 июня 2010 г. Продолжительность пускового окна составляла, по словам представителей JAXA, «всего несколько мгновений». Циклограммы для разных дней различались, особенно по времени второго включения 2-й ступени.

    На момент пуска в районе стартового комплекса была легкая облачность, скорость северо-восточного ветра достигала 2.4 м/с, температура воздуха - 21.2°С. Старт состоялся в расчетное время. После выхода за пределы стартового сооружения началась отработка программных разворотов по крену и тангажу с выходом на азимут 93°. В момент Т+1 мин 55 сек на высоте 52 км завершили свою работу СТУ; еще через 9 сек они отделились от центрального блока. Сброс ГO был осуществлен в Т+4 мин 22 сек на высоте около 150 км. Еще через 2 мин 10 сек на скорости около 5.5 км/с отключился кислородно-водородный двигатель LE-7A первой ступени, а спустя 8 сек после отсечки первая ступень отделилась и затем упала в Тихий океан.
    Кислородно-водородный двигатель LE-5B второй ступени включился в первый раз в Т+6 мин 50 сек на высоте 224 км и проработал 4 мин 42 сек. Таким образом, в момент Т+11 мин 32 сек вторая ступень вместе с головным блоком вышла на околоземную орбиту высотой около 300 км. Через 1 мин 03 сек после этого из пускового устройства J-POD на боковой платформе головного блока вышел первый «кубсат» Negaift, за которым с интервалами в 10 сек последовали Waseda-Sat-2 и KSAT.

Venus Express - ESA
Старт ракены с космическим аппаратом на борту.
МЕЖПЛАНЕТНАЯ СТАНЦИЯ AKATSUKI

    В момент Т+22 мин 37 сек двигатель 2-й ступени запустился повторно и проработал 228 сек, обеспечив набор скорости 11.7 км/с и выход на отлетную траекторию к Венере. Через 64 секунды после выключения двигателя LE-5B, в Т+27 мин 29 сек, произошло отделение АМС Akatsuki, которое по плану должно было состояться двумя секундами раньше. Но на этом процесс выведения не завершился: в момент Т+35 мин 50 сек был сброшен адаптер, еще через б мин 55 сек отделился установленный под ним IKAROS, и наконец, в момент Т+47 мин 52 сек с боковой платформы сошел зонд UNITEC-1.
    Этот старт стал 11-й подряд успешной миссией H-IIA. Ракета, созданная компанией Mitsubishi Heavy Industries, с 2001 г. стартовала 17 раз, и лишь один пуск в ноябре 2003 г. был аварийным.
    21 мая в 16:40 JST сигналы с Akatsuki были приняты станцией ISAS Угиноура. Телеметрия подтвердила, что КА развернул две панели солнечных батарей, построил расчетную ориентацию по Солнцу и находится в исправном состоянии. В тот же день в 20:50 JST с расстояния 250000 км были сделаны пробные снимки Земли камерами UVI, LIR и IR1. Траектория КА оказалась очень близка к расчетной - наклонение гиперболической орбиты было на 0.004° меньше расчетного, а условная большая полуось - на 2.2 км больше. Поэтому первая коррекция не потребовалась. К16 июня Akatsuki удалилась от Земли на 10 млн км.

ПАРАМЕТРЫ ЗАПУСКА
Название
Номер
Обозначение
Параметры орбиты
i
Hp, км
Ha, км
P, мин
KSAT ?
36573
2010-020A
29.98°
290.2
299.9
90.28
Negate ?
36574
2010-020B
29.98°
290.5
299.5
90.28
Waseda-Sat-2
36575
2010-020C
29.98°
290.1
299.3
90.27
Akatsuki
36576
2010-020D
Выведены на гелиоцентрические орбиты
IKAROS
36577
2010-020E
UNITEC-1
36578
2010-020F
ПАРАМЕТРЫ ЗАПУСКА

    Аппарат прибудет к Венере 7 декабря 2010 г. и выйдет на орбиту ее спутника, на которой будет работать по крайней мере до конца 2012 г., хотя ученые рассчитывают на четыре года наблюдений.


ОСНОВНАЯ МИССИЯ

    Техническое наименование КА Akatsuki - VCО (Venus Climate Orbiter). Из него следует, что аппарат предназначен для изучения климата Венеры, и в частности - динамики и физики газового покрова планеты во всех его проявлениях. Это первый в истории межпланетный зонд, предназначенный исключительно для непрерывного мониторинга атмосферных процессов.
    «Akatsuki является первым метеорологическим спутником другой планеты, - говорит Сэйити Сакамото (Seiichi Sakamoto), директор по космической научной программе ISAS, входящего ныне в JAXA. - Детальное изучение сестры планеты Земля даст нам прорыв в области науки об атмосфере».

НЕМНОГО О ВЕНЕРЕ
Период обращения Венеры вокруг Солнца составляет около 225 суток и меньше, чем период вращения планеты вокруг своей оси (243 сут), причем направление вращения противоположно другим семи планетам. Таким образом, если бы не толстый слой облачности, восход Солнца с поверхности Венеры можно было бы наблюдать на «западе», а заход - на «востоке». До сих пор это «неправильное» вращение - одна из главных загадок Солнечной системы. Еще одним парадоксом является потрясающая разница между черепашьей скоростью вращения планеты и скоростью практически постоянных штормовых ветров, достигающей 100 м/с. Вторая в 60 раз выше первой, и поэтому период обращения облачного покрова Венеры на высоте 65 км составляет всего четверо суток! Метеорологи пока не могут объяснить это явление, которое называется суперротацией атмосферы.
НЕМНОГО О ВЕНЕРЕ

    Несмотря на то что по диаметру и массе Венера близка к Земле, фактически планеты сильно отличаются. «Хотя Венера, как полагают, образовалась в таких же условиях, как Земля, это совершенно другой мир, с очень высокой температурой из-за парникового эффекта и суперротации атмосферы, покрытой густыми облаками серной кислоты», -говорит Такэси Имамура (Takeshi Imamura), научный руководитель проекта Akatsuki.
    Изучение Венеры считается очень важным потому, что эта планета сформировалась подобно Земле и, возможно, была в далеком прошлом гораздо более спокойным местом Солнечной системы, нежели сейчас. Но потом «что-то пошло не так» - и в результате климат некогда «умеренной» Венеры «пошел вразнос», и теперь температура на ее поверхности достигает +480°С, а давление атмосферы - 90 атм. Выяснение причин таких кардинальных изменений, как считается, даст ученым ключ к пониманию рождения Земли и поведения ее климата.
    «Исследование атмосферы Венеры и сравнение ее с Землей, как мы надеемся, позволит больше узнать о факторах, определяющих природные условия на нашей планете, - считает Имамура. - С этой точки зрения мы сможем лучше понять причины, почему Земля стала такой, как сейчас, и как она может измениться в будущем».

Venus Express - ESA
МЕЖПЛАНЕТНАЯ СТАНЦИЯ AKATSUKI

    Исходя из задач изучения атмосферы была выбрана приэкваториальная высокоэллиптическая квазисинхронная рабочая орбита VCО. Наклонение ее составит 172°, то есть КА имеет обратное вращение по отношению к вращению планеты, а орбита лежит вблизи плоскости эклиптики. Высота апоцентра составит около 80 000 км, а перицентра - 300 км при периоде обращения 30 часов. На каждом витке в течение 20 часов угловое движение КА будет соответствовать суперротации атмосферы Венеры у нижней границы облаков (высота 50 км), что позволит непрерывно отслеживать изменения и эволюцию в структуре облачных слоев. Большой эксцентриситет орбиты позволит не только всесторонне исследовать метеорологические явления на планете и ее поверхности, но и наблюдать те составляющие атмосферы, которые уходят от Венеры в межпланетное пространство.
    Akatsuki имеет и третье имя - Planet-C, напоминающее, что это третий межпланетный зонд, созданный ISAS после АМС Suisei (Planet-A, запущена в 1985 г. для изучения кометы Галлея) и Nozomi (Planet-B, запущена в 1998 г. и должна была стать спутником Марса, но потерпела неудачу).

Venus Express - ESA
МЕЖПЛАНЕТНАЯ СТАНЦИЯ AKATSUKI

    Akatsuki, стабилизированный по трем осям, имеет стартовую массу около 500 кг, из которых 37 кг приходится на научные приборы. Зонд создавался с учетом наработок по программе Planet-B, но сильно отличается от Nozomi по компоновке: это не восьмигранная призма, а параллелепипед габаритами 1.04x1.45x1.40 м. Приборы и оборудование служебных систем размещены на боковых панелях, «охватывающих» каркас КА.
    Система электроснабжения, обеспечивающая мощность 500 Вт на орбите вокруг Венеры в конце расчетного срока, состоит из двух панелей солнечных батарей (СБ) площадью 1.4 кв. м каждая и буферных аккумуляторов. Две поверхности КА, где установлены панели СБ, всегда обращены перпендикулярно к плоскости орбиты (на север и на юг) и используются для радиационного охлаждения. Панели СБ имеют одностепенные приводы вращения вокруг оси север-юг, а их положение контролируется в зависимости от ориентации основной части аппарата.
    Стабилизация и ориентация зонда осуществляются с помощью четырех силовых гироскопов с использованием данных от инерциального измерительного блока, акселерометров, звездных и солнечных датчиков. Двигательная установка оснащена двух-компонентным (четырехокись азота - гидразин) ЖРД орбитального маневрирования тягой 500 Н и 12 однокомпонентными (гидразин) ЖРД системы управления - восемью тягой по 2.27 кгс и четырьмя по 0.3 кгс.
    Телеметрическая и научная информация передается на частоте 8410.926 МГц через остронаправленную антенну, ориентированную во время сеансов связи на Землю. Скорость передачи телеметрии с КА - не менее 4 кбит/сек на расстоянии 1.5 а.е. от Земли, 8 кбит/с - на 1.1 а. е., 16 кбит/с - на 0.7 а. е. и 32 кбит/с - на 0.5 а. е. Емкость бортового запоминающего устройства - 512 Мбайт.
    Расчетный срок активного существования на орбите Венеры - не менее четырех лет - ограничен деградацией бортовой аккумуляторной батареи.
    Японский аппарат сможет получать и передавать на Землю изображения венерианской атмосферы каждые два часа. Систематическое наблюдение благоприятно для обнаружения метеорологических явлений в различных временных и пространственных масштабах. Квазисинхронная рабочая орбита позволит по виду и направлению движения облаков получать данные о скорости и направлении ветра, особенно о небольших отклонениях векторов местных ветров на фоне суперротации. Также Akatsuki будет вести наблюдения в инфракрасном спектре для подтверждения наличия на Венере активных вулканов и гроз.
    Хотя орбита КА должна находиться вблизи экватора, станция сможет наблюдать и такие явления, как полярные диполи. Сеансы подобных наблюдений возможны из района апоцентра орбиты в силу ее наклона (8° по отношению к экватору). Изображения мелкомасштабных особенностей атмосферы и лимба, напротив, будут получаться около перигея. Теневая часть орбиты послужит для наблюдения слабых световых явлений, таких как молнии и свечение атмосферного газа. Эксперимент с радиопросвечиванием атмосферы будет выполняться, когда КА заходит за диск Венеры относительно земного наблюдателя.
    Целевая научная аппаратура представлена пятью инструментами различных диапазонов спектра - от инфракрасного (ИК) до ультрафиолетового (УФ).
    УФ-камера UVI (Ultraviolet Imager) изучает распределение двуокиси серы в верхней части облачного слоя и ищет неизвестные поглотители света. Ее действие основано на измерении солнечного ультрафиолетового излучения, рассеянного на уровне вершин облаков на высоте примерно 65 км, в двух полосах - 365 и 283 нм. Атмосфера Венеры имеет широкую полосу поглощения солнечного излучения в пределах от 200 до 500 нм, но если поглощение в диапазоне 200-320 нм объясняется наличием в верхней части облачного покрова двуокиси серы SО2, то поглощение волн длиннее 320 нм должно происходить по другой, неизвестной пока причине. Идентификация поглотителя важна не только для понимания химии атмосферы, но и для оценки баланса энергии и динамики. UVI позволит понять пространственное распределение УФ-поглотителей и их взаимосвязь со структурой облаков и ветром. Камера имеет поле зрения 12° и включает ПЗС-детектор с матрицей размером 1024x1024; ее масса 4.1 кг, а потребляемая мощность 9.4 Вт.
    Длинноволновая ИК-камера LIR (Longwave Infrared Camera) регистрирует тепловую эмиссию от вершин облаков в довольно широкой полосе 8-12 мкм. В отличие от других видовых приборов на борту станции, LIR в состоянии получать дневные и ночные изображения с одинаковым качеством. Измерения температуры позволят определить высотное распределение облаков, детальная структура которых известна только в приполярных широтах по данным Pioneer Venus, а также распределение температуры атмосферы. Кроме того, отслеживание особенностей на последовательных изображениях даст оценку вектора ветра, в том числе на ночной стороне Венеры. LIR обладает температурным разрешением 0.3 К, что соответствует разности высот в несколько сотен метров, а точность измерения абсолютной температуры составляет 3 К. Поле зрения камеры - 12°. Детектор включает оптическую систему, механический затвор и датчик изображения с приводом. Датчиком является неохлаждаемый микроболометр с матрицей 320x240 пикселей (фактически используются 240x240). Размер пиксела изображения - 37 мкм, угловое разрешение - 0.05°, что соответствует 26-70 км на поверхности Венеры. Температура болометра стабилизирована на уровне 313 К с помощью элемента Пельте. Отсутствие активной системы охлаждения делает инструмент очень легким: масса - не более 3.3 кг, потребляемая мощность - 29 Вт.

Venus Express - ESA
МЕЖПЛАНЕТНАЯ СТАНЦИЯ AKATSUKI

    Двухмикронная камера IR2 предназначена для изучения средней атмосферы и распределения СО. Она работает на длинах волн 1650,1735, 2020, 2260 и 2320 нм и является самым чувствительным инструментом Akatsuki к инфракрасному излучению, приходящему с уровней 35-50 км, то есть ниже плотного облачного слоя.
    Чтобы отследить движения облаков, будет использоваться ряд изображений, полученных на длине волны 2260 нм - это одно из «окон прозрачности» в атмосфере Венеры. Неоднородность облачного слоя планеты, как считается, существует в основном на высотах 50-55 км, и наблюдения IR2 помогут составить карты ветра (розы ветров) в этой области. По оптической плотности облаков в диапазонах 1735 и 2260 нм будут определяться размер и концентрация пылевых частиц.
    Сравнение данных в линиях 2260 нм и 2320 нм позволяет выявить поглотительную группу СО и изучить производство, циркуляцию и диссоциацию этого соединения. В полосе 2020 нм прибор будет «видеть» двуокись углерода СО2. Фильтр 1650 нм будет использоваться во время перелета от Земли к Венере для регистрации зодиакального света от космической пыли.
    Одномикронная камера IR1 (три окна) «заточена» под наблюдение поверхности Венеры и нижних слоев ее атмосферы, а также обнаружение паров воды. Она должна получать ИК-изображения дневной стороны Венеры в диапазоне 900 нм и ночной стороны - на 900,970 и 1010 нм. На дневной стороне визуализируется распределение облаков и измеряется скорость ветра с точностью до нескольких метров в секунду. На ночной стороне регистрируется тепловое излучение, главным образом от поверхности и в меньшей степени - от атмосферы. Волны 970 нм поглощаются водяным паром, что позволяет оценить содержание последнего ниже облаков. Измерения на 900 и 1010 нм дадут информацию о материале поверхности. Ожидается, в частности, что они смогут «опознать» горячую лаву вулканов.
    Конструктивно камеры IR1 и IR2 имеют много общего и используют единую 16-битную электронику для аналого-цифрового преобразования. Каждая камера имеет большую бленду, которая устраняет рассеянный свет от Солнца, оптическую систему с фокусным расстоянием 84.2 мм и относительным отверстием 1:4 и датчик с матрицей 1040x1040 пикселов (используется область 1024x1024) при размере пиксела 17 мкм. Поле зрения камеры - 12°, разрешение (проекция пиксела) - 16 км при съемке из апоцентра и до 6 км при съемке с расстояния в пять радиусов Венеры. Датчик камеры охлажден до 260 К.
    Общая масса камер IR1 и IR2 составляет 20.7 кг при потребляемой мощности 9.4 Вт. Собственно на IR1 приходится 2.8 кг, общий блок электроники имеет массу 3.9 кг, а остальное относится к IR2 с системой охлаждения приемника.
    Камера регистрации гроз и свечения атмосферы LAC (Lightning and AirgLow Camera) предназначена для обнаружения «обычных» молний и спрайтов (электрические разряды, направленные из облаков вверх, в ионосферу). Этот быстродействующий видовой прибор регистрирует с периодом 32 мкс вспышки молний и связанное с ними излучение возбужденных атомов кислорода на ночной стороне диска Венеры. Наблюдения молний дадут информацию относительно механизмов их формирования и разряда.
    LAC способна обнаружить с расстояния 1000 км вспышку, в 100 раз более слабую, чем «типичная» молния на Земле. Наблюдения с помощью LAC на волнах 545.0, 557.7, 630.0 и 777.4 нм и в полосе 480-605 нм позволят также получить данные о физике сернокислотных облаков, о среднемасштабной метеорологии и ее воздействии на атмосферные химические процессы.
    Поле зрения камеры -16°. Она использует мультианодный лавинный фотодиод с матрицей из 8x8 двухмиллиметровых квадратных пикселов (проекция пиксела - примерно 35 км на поверхности Венеры с 1000-киломе-тровой высоты и 850 км с высоты в три радиуса планеты), одна половина которого предназначена для работы в линии 777.4 нм, а вторая - в четырех остальных. Общая масса LAC - примерно 2.3 кг.

Venus Express - ESA
Научная аппаратура станции.
МЕЖПЛАНЕТНАЯ СТАНЦИЯ AKATSUKI

    К числу научных приборов относится и цифровой электронный блок DE (Digital Electronics), управляющий работой камер UVI, LIR, IR1 и IR2. Он используется также для калибровки и сжатия данных для передачи их на наземную станцию без серьезной деградации. Масса DE составляет 4.6 кг, потребляемая мощность - 20 Вт.
    Для наблюдения вертикальных профилей температуры атмосферы, «субоблаков» из паров серной кислоты и ионосферной плазмы будет использован метод просвечивания радиосигналом диапазона 8.4 ГГц, частоту которого задает ультрастабильный генератор US0 (Ultra-stable oscillator). Сочетание различных видов наблюдений обеспечит новый взгляд на трехмерную структуру и динамику атмосферы Венеры.
    Приборы Akatsuki жестко закреплены относительно корпуса и наводятся на диск Венеры разворотом всего КА.
    Первоначально аппарат предполагалось запустить на носителе M-V с разгонным блоком KM-V1, однако из-за завершения программы этой твердотопливной ракеты пришлось пересадить Akatsuki на H-IIA, для которой он явно мелковат.
    Япония потратила на проект Akatsuki в общей сложности около 270 млн $, из которых 108 млн $ пришлось на стоимость пуска. Однако японские ученые намерены окупить затраты. «Planet-С несет множество уникальных японских технологий, которые, как мы надеемся, будут собирать данные и помогут решить тайны Венеры, приведя к удивительным новым открытиям...» - говорит Нобуаки Исии (Nobuaki Ishii), инженер проекта Akatsuki.
Автор: И. АФАНАСЬЕВ, журнал "НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ" 
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru