Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Меркурий - планета ближайшая к Солнцу

Космические исследователи Меркурия

Первый искусственный спутник Меркурия

     18 марта 2011 в 01:08:31 UTC (здесь и далее приводится время приема сигнала в Центре управления полетом APL на Земле. По бортовому времени маневр закончился в 00:59:43 UTC) американская АМС Messenger вышла на орбиту вокруг Меркурия, став его первым в истории искусственным спутником. Впервые земной аппарат приступил к длительному детальному исследованию ближайшей к Солнцу планеты.

Космический аппарат MESSENGER
Синтезированный цветной снимок лимба Меркурия. Сделан на основе совмещения кадров WAC с фильтрами 433,749 и 996 нм, представленных соответственно синим, зеленым и красным цветом, с разрешением 1.5 км. Вариации окраски, различимые на снимке, могут быть следствием разных размеров частиц, возраста и состава поверхности. По вертикали кадр пересекает яркий луч кратера Хокусаи
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     Напомним, что Messenger был запущен 3 августа 2004 г.. За долгие шесть с половиной лет путешествия по Солнечной системе станция совершила один пролет у Земли (2 августа 2005 г.), два у Венеры (24 октября 2006 г. и 5 июня 2007 г.), три у самого Меркурия (14 января и 6 октября 2008 г., 29 сентября 2009 г.), а также провел пять больших маневров DSM и 16 более скромных коррекций траектории, прежде чем стать первым в истории искусственным спутником ближайшей к Солнцу планеты. А теперь подробнее о главном событии в «жизни» АМС Messenger,

Подготовка к выходу на орбиту

     Сентябрьский пролет 2009 г. задал условия новой встречи, до которой Меркурий должен был сделать шесть витков вокруг Солнца, а Messenger - пять. Специалисты начали фокусироваться на подготовке к торможению у Меркурия и выходу на орбиту еще в 2010 г. Детальный план был тщательно составлен и всесторонне обсужден экспертными группами, а с 17 по 29 августа операторы миссии провели «репетицию» подлета КА к Меркурию и работы на орбите.
     В течение этих двух недель на борту были отработаны такие операции, как работа системы электропитания аппарата при входе его в тень, функционирование звездных датчиков, переключение режимов и скоростей передачи, выдача команд с учетом времени запаздывания сигнала, еженедельные закладки эфемерид и загрузка новой программы работы раз в две недели, проверка памяти научных инструментов и др. Проверялась реалистичность «планетного» графика работы с «Мессенджером», когда потребуется отслеживать аппарат на протяжении 13 часов в сутки, а раз в неделю выполнять маневр для разгрузки маховиков системы ориентации.

Космический аппарат MESSENGER
Этот первый снимок с орбиты Меркурия КА Messenger сделал 29 марта с помощью широкоугольной камеры WAC системы MDIS. Центр изображения имеет координаты 53.3* ю.ш., 13.0* в. д., на нижней границе снимка расположен южный полюс. Разрешение составляет 2.7 км/пиксел. Кратер Дебюсси с лучевой системой выше и немного правее центра имеет диаметр 80 км.
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     Во второй половине экспериментального цикла камера MDIS сделала больше 1400 снимков (!), а лазерный высотомер MLA был включен четыре раза в течение двух дней, имитируя работу по поверхности Меркурия. Соответствующие бортовые программы генерировались автоматизированным комплексом планирования научных исследований. «Все работало как ожидалось», - заявил 3 сентября руководитель полета от Лаборатории прикладной физики (APL) Университета Джонса Хопкинса Энди Каллоуэй (Andy Calloway).
     В период с 3 по 16 ноября 2010 Messenger впервые после КА Voyager 1 сделал «семейный портрет» Солнечной системы. Мозаика была смонтирована из 34 кадров широкоугольной камеры WAC, на которые попали все планеты от Венеры до Сатурна; Уран и Нептун оказались для нее слишком слабыми. Из спутников камера увидела нашу Луну и галилеевы луны Юпитера. Интересная деталь: поиск удачных периодов съемки готовила Робин Воган (Robin Vaughan), которая в 1990 г. программировала команды наведения камеры в интересах «фотосессии» «Вояджера-1».

Космический аппарат MESSENGER
В 1990 году космический аппарат Voyager 1 получил первый портрет нашей Солнечной системы со стороны внешнего наблюдателя. В качестве дополнения к его точке обзора, аппарат MESSENGER получил представленную серию изображений для «семейного портрета» Солнечной системы изнутри. Этот обзор состоит из 34 снимков широкоугольной камеры WAC со вставками от узко угольной камеры NAC. Большинство кадров для этой мозаики получено 10 ноября 2010 года. Однако из-за своей орбиты снимки Нептуна аппарат получил 16 ноября 2010. На мозаике видны почти все планеты кроме Урана и Нептуна, так как они находятся на расстоянии 3 и 4,4 млрд. км от MESSENGER, поэтому свет, исходящий от них слишком слаб для камер аппарата, но их позиции на мозаике указаны. Спутник Земли Луну и галилеевы спутники Юпитера (Каллисто, Ганимед, Европа и Ио) можно увидеть на вставках от камеры NAK, так же запечатлена часть спирального рукава нашей галактики. Мозаика имеет изогнутую форму из-за наклона орбиты MESSENGER.
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     25 января 2011 г. Messenger достиг афелия и начал сближаться с планетой. Как и в трех предыдущих подходах к Меркурию, аппарат использовал давление солнечного ветра на корпус и солнечные батареи для прецизионного управления движением по траектории и шел к цели без коррекций. Платить за это приходилось длительными периодами специальной ориентации, не позволяющей вести радиообмен с Землей. По состоянию на 22 февраля отклонение от точки прицеливания составляло около 5 км по боковому смещению и менее 3 сек по времени прибытия.
     8 февраля были включены нагреватели КА, чтобы поднять до оптимальных значений давление компонентов топлива (гидразин и тетраксид азота) маршевого двигателя. На сайте проекта Messenger эту операцию сравнили с подогревом дизельного двигателя перед запуском в холодную погоду.
     7 марта Сеть дальней связи DSN приняла Messenger на круглосуточное сопровождение с использованием антенн в Голдстоуне, Мадриде и Канберре. В тот же день в 14:40 UTC бортовой компьютер станции начал отрабатывать последнюю недельную программу, относящуюся к этапу перелета. С 14 марта бортовой компьютер работал под управлением подлетной программы, которая была окончательно утверждена
     2 марта и после этого загружена на борт. По состоянию на 12 марта между КА и планетой оставалось всего 1.04 млн км.
     16 марта в 00:54 UTC Messenger начал готовиться к включению двигательной установки на торможение. В тот же день в 15:40 началось непрерывное сопровождение КА двумя антеннами DSN - основной 34-метровой и резервной 70-метровой. Земля внимательно следила за аппаратом, находящимся на расстоянии 46 млн км от Солнца и 155 млн км от родного дома! К 22:30 UTC 17 марта количество антенн увеличилось до пяти (!) - четыре основных 34-метровых и одна 70-метровая в запасе. В 23:45 аппарат привел ДУ в готовность к работе, в 00:21 настроил радиокомплекс и в 00:24 выполнил разворот для выдачи импульса.

Космический аппарат MESSENGER
Данные высотомера MLA, полученные 29 марта на двух витках вокруг Меркурия
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     И вот он - самый ответственный момент: 18 марта в 00:45:00 UTC по бортовому времени (00:53:48 UTC по времени прихода сигнала) двигатель был включен. ДУ аппарата отработала 883 секунды и обеспечила расчетное приращение скорости 0.862 км/с. Расход топлива составил 31% от первоначальной заправки, а после торможения в баках осталось менее 9.5% от исходного количества. Специалисты утверждают, что его хватит на все запланированные коррекции орбиты вокруг Меркурия в течение года. Более того: остаток больше, чем предусматривалось планом полета, из-за экономии топлива на коррекциях межпланетной траектории.
     В 01:10 UTC операторы в Лаборатории прикладной физики получили долгожданное подтверждение, что торможение прошло успешно: пройдя на высоте 200 км над Меркурием, Messenger вышел на вытянутую орбиту спутника планеты. В 01:45 UTC Messenger развернулся остронаправленной антенной к Земле и начал передавать данные. Успех!
     Первые витки и первые снимки 18 марта в 06:47 UTC Messenger начал первый полный виток вокруг Меркурия - в данном проекте началом витка считался апоцентр орбиты. Измерения дали следующие ее параметры (расчетные - в скобках):

     >- наклонение - 82.5° (82.5);
     >- минимальная высота - 207 км (200);
     >- максимальная высота - 15261 км (15193);
     >- период обращения - 724 мин (720).

     В течение первых двух недель Messenger находился в так называемом «режиме приемки», когда все его системы и приборы проверялись на предмет штатного функционирования на орбите и выявления возможных неисправностей. Шесть инструментов КА были включены 23 марта, а камера MDIS - 29 марта. Наконец, 4 апреля в 21:20 UTC началась научная фаза миссии.

Космический аппарат MESSENGER
Здесь показаны результаты магнитосферных измерений, проведенных «Мессенджером» с помощью магнитометра MAG за первые десять витков вокруг планеты. Уже после пяти витков было получено втрое больше данных, чем за все предыдущие пролеты у Меркурия (включая результаты КА Mariner 10)
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     Апоцентр начальной орбиты лежал над 60° с. ш., что позволяло осуществить обзор северной полярной области, включая бассейн Калорис - гигантскую депрессию диаметром 1300 км. Тем не менее первый снимок Messenger сделал 29 марта в 09:20 UTC над районом южного полюса, закрыв тем самым обширное «белое пятно», никогда ранее не наблюдавшееся ни «Маринером-10», ни им самим.
     В течение следующих шести часов было сделано и передано на Землю 363 фотоснимка с помощью системы камер MDIS, а за три следующих дня - еще 1185 изображений. Ученые впервые увидели структуры и детали рельефа Меркурия со столь близкого расстояния!
     «Мы действительно увидели новый Меркурий. Он предстал нам в новом понимании. Это очень динамичная планета: у нее происходят изменения в магнитосфере и атмосфере [экзосфере. - Авт.] в очень короткие промежутки времени - от нескольких минут до часов», - заявил научный руководитель проекта Messenger Шон Соломон (Sean Solomon). Он также отметил, что за время основной научной программы «Мессенджера» планируется получить до 75 000 снимков. Раз в день КА будет разворачиваться антенной к Земле и передавать данные на Землю.
     Орбита «Мессенджера» подвергается постоянным гравитационным возмущениям со стороны Солнца - как и у спутников Земли, медленно, но верно изменяются эксцентриситет и широта перицентра. В частности, минимальная высота постоянно пытается уйти «вверх», а максимальная, наоборот, уменьшается. Это ухудшает условия работы научной аппаратуры, поэтому в график полета внесены систематические коррекции траектории. Планируется, что Messenger будет делать их один раз за меркурианский год (88 земных суток) с подъемом перицентра до 500 км. Первым импульсом апоцентр будет подниматься на 300 км, вторым - через два с половиной витка - снижаться с 500 до 200 км перицентр.

Космический аппарат MESSENGER
Кратер Бокаччо диаметром 142 км в южной полярной области был открыт еще «Маринером-10» и вновь отснят 30 марта «Мессенджером». Разрешение кадра узкоугольной камеры NAC - 290 м.
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ MESSENGER

     Основная миссия «Мессенджера» рассчитана на двое местных солнечных суток, что соответствует 352 дням на Земле и примерно 700 виткам вокруг планеты. Это означает, что КА сможет увидеть каждый участок поверхности планеты с одинаковыми условиями освещенности лишь дважды. Иначе говоря, количество снимков ожидается очень большим, но каждый из них будет по-своему уникален.
     Messenger будет исследовать геохимию, геофизику и геологию Меркурия, а также его экзосферу и плазменную оболочку. Испещренная кратерами различного диаметра и возраста поверхность планеты представляет большой интерес для ученых. Например, снимки показывают наличие светлого и темного вещества, но природа его пока не изучена. Если первое могло быть выброшено из недр при падении метеорита, то природа второго - пока загадка. Специалисты имеют лишь самое общее представление о массивном железоникелевом ядре Меркурия и только предполагают наличие льда в полярных кратерах.
Автор материала: П. ШАРОВ, "НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ" 

2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru