Астероиды - космические лилипуты
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Астероиды и Кометы
Лилипуты
Зонд NEAR
Страница: Миссия "NEAR", Астероид Матильда, Астероид Эрос (Part #1, Part #2, Part #3, Part #4), Посадка (Part #1, Part #2);
Малые тела Солнечной системы

NEAR Shoemaker: выход на орбиту Эроса

    14 февраля 2000 г. в 15:34 UTC (10:34 EST, 18:34 ДМВ) американская АМС NEAR вышла на орбиту вокруг астероида Эрос. Станция стала первым в истории искусственным спутником малого тела Солнечной системы, а Эрос – шестым объектом, на орбиту вокруг которого человечество сумело доставить свой аппарат, после Земли (1957), Луны (1966), Марса (1971), Венеры (1978) и Юпитера (1995). Седьмым в 2004 г. должен стать Сатурн, к которому летит станция Cassini.

Астероид Эрос
Дорога до астероида Эрос. Снимки сделаны в интервале с 22 января по 12 февраля 2000 года. Расстояние до астероида при этом сократилось с 29000 до 2025 км.
АСТЕРОИД ЭРОС

Предыстория

    Станция NEAR (Near-Earth Asteroid Rendezvous) была отправлена в полет к Эросу 17 января 1996 г. по сложной траектории, предусматривающей гравитационные маневры у Венеры и Земли. 27 июня 1997 г. NEAR прошел в 1212 км от другого астероида, Матильды, и сделал несколько его снимков.
    Выход на орбиту вокруг Эроса был запланирован на 10 января 1999 г. Однако 20 декабря 1998 г. во время выдачи первого разгонного импульса аппарат потерял ориентацию, маневр прервался, а связь прекратилась. Пока специалисты из Лаборатории реактивного движения (JPL) NASA и Лаборатории прикладной физики (APL) Университета Джона Гопкинса сумели выйти с ним на связь и «привести в чувство», время было уже упущено.
    23 декабря станция прошла в 3827 км от Эроса и стала от него удаляться. (Кстати, почему связь с КА прервалась на 27 часов, не удалось установить до сих пор. Зато известно, что за время сбоя аппарат сжег 29 кг топлива (20%) и сумел сориентировать панели солнечных батарей на Солнце всего за 10 минут до разряда аккумуляторов. NEAR был очень близок к гибели…)
    Специалистам удалось разработать другую схему подлета к цели. 3 января 1999 г. станция была переведена на орбиту, близкую к орбите Эроса и обеспечивающую повторное сближение с ним в феврале 2000 г.

Нет худа без добра

    Декабрьский пролет Эроса позволил сделать ряд ценных наблюдений. В частности, управленцы смогли уточнить форму и размеры астероида («арахис» величиной 33x13x13 км) по выполненным бортовой мультиспектральной камерой MSI снимкам его освещенной южной части (назвать это «полушарием» язык не поворачивается). Соответственно была доработана программа вывода на «околоэротическую» орбиту. Кроме того, были созданы компьютерные модели поверхности и вращения Эроса, которые совместно со снимками, полученными уже во время второго сближения, дали возможность правильно и точно определить видимое с КА положение Эроса на фоне звездного неба для лучшей навигации. Наконец, 1999 год, по словам руководителя научной группы по камере и ИК-спектрометру NIS Джозефа Веверки (Joseph Veverka, Корнеллский ун-т), «дал нам время набраться опыта управления КА».

«Крайние» месяцы

    В течение сентября–декабря 1999 г. станция медленно сближалась с Эросом (см. таблицу) под управлением бортового компьютера FC-1 с включенными научными инструментами. 27 октября новую версию бортового ПО V1.11 загрузили в запасной компьютер FC-2, проверили его и оставили в резерве.
    20 октября в 15:30 UTC была выполнена коррекция TCM-20. Величина выданного малого импульса оказалась на 35–40% ниже расчетной. Для компенсации ошибки 6 декабря была успешно проведена 10-секундная коррекция TCM-21 (расчетное приращение скорости – 1.417 м/с, недобор – 9.31 мм/с, или 6.57%).

Подготовка

    Наученные опытом, специалисты группы управления были очень осторожны. Были подготовлены запасные варианты вывода аппарата на орбиту в течение нескольких дней после расчетной даты. Положение облегчалось тем, что в начале декабря 1999 г. аппарат нагонял астероид с «черепашьей» скоростью (всего около 84 м/с), а коррекция TCM-21 уменьшила относительную скорость до 20 м/с.
    Управленцы дважды протестировали на самом КА программу последних 30 часов перед выходом на орбиту вокруг Эроса и самого выхода. Первый прогон состоялся 15–16 декабря 1999 г., и анализ выявил ошибку ориентации на 4° на одном из этапов работы ИК-спектрометра. После внесения необходимых поправок второй тест 19–20 января 2000 г. был проведен успешно.
    17 декабря не прошел тест совместной работы лазерного дальномера NLR с камерой MSI: из-за переполнения буферов дальномер отвергал адресованные ему команды. Были внесены изменения в программу, благодаря которым повторный тест 21 января прошел нормально.
    Зато тест приема научных данных 20 декабря был успешным. Камера MSI сделала несколько сот снимков Эроса, которые были дважды переданы на Землю, в Центр научных данных NEAR, на скорости 26 кбит/с. Состав оперативной группы APL, которая ведет управление КА, в ноябре–декабре 1999 г. был увеличен на четыре человека. Это позволило начать 10 января 2000 г. круглосуточное дежурство.
    Подлетная научная программа началась 11 января, а 12 января камера MSI сделала первый научный снимок с расстояния 45350 км. С этого дня камера MSI и спектрометр NIS регулярно вели наблюдения Эроса не только в навигационных целях и для калибровки приборов, но и для снятия кривой блеска Эроса и поиска его спутников. Данные ежедневно передавались на Землю.

Прибытие

    По состоянию на 28 января Эрос и NEAR находились в 1.788 а.е. от Земли и 1.433 а.е. от Солнца. Последняя коррекция TCM-22 перед выходом на орбиту планировалась на 2 февраля в 17:00 UTC и должна была снизить скорость подлета с 20 до 9.4 м/с. Однако в этот день, приблизительно в 05:00 UTC, аппарат «вылетел» в режим защиты от сбоев с ориентацией на Землю, и вся бортовая научная аппаратура была выключена.
    Случилось это потому, что в систему ориентации были заложены ошибочные данные и в момент включения бортовых акселерометров КА отреагировал автоматической разгрузкой маховиков. В тот же день аппарат «привели в чувство», разобрались в причинах сбоя и решили не выключать акселерометры вплоть до 14 февраля.
    Коррекция TCM-22 была пересчитана на 3 февраля, и ее первая часть длительностью 90 сек была успешно исполнена в 17:00 UTC примерно в 9000 км от астероида. Аппарат «сбавил скорость» относительно Эроса с 19 до 8 м/с, а его траектория стала на 100 км ближе к цели. 8 февраля в 22:00 EST, в 4700 км от Эроса, была отработана вторая часть импульса (23 сек), увеличившая относительную скорость КА с 8 до 10 м/с и сместившая точку прицеливания на 0.6°.

Астероид Эрос
12 февраля за 2 дня до выхода на орбиту Эроса, во время пятичасового промежутка была записана серия снимков вращения астероида вокруг своей оси с расстояния в 1800 км.
АСТЕРОИД ЭРОС

    11 февраля Эрос преподнес ученым «подарок» – ни много ни мало свое сердце! В 15:20 UTC камера MSI сделала с расстояния 2950 км снимок детали рельефа, действительно напоминающей сердце влюбленного. На самом деле это низменность, или депрессия, неясного происхождения размером в поперечнике 5 км, и напоминает она сердце из-за игры света и тени. Как сообщил научный руководитель проекта Эндрю Ченг (Andrew F. Cheng), она была заснята с низким разрешением еще в 1998 г., но тогда ее необычную форму не заметили.

Астероид Эрос
Астероид Эрос в цвете. Снимки сделаны на расстоянии 1800 км от астроида в момент завершающей стадии выхода на орбиту Эроса. 12 февраля 2000 года.
АСТЕРОИД ЭРОС

    12 февраля аппарат близился с Эросом до 1310 км, и ученые начали получать детальные снимки его поверхности с разрешением до 160–180 м. К 13 февраля число снимков достигло примерно 8000.

Астероид в подарок

    Дата прибытия NEAR'а к Эросу была выбрана сознательно, и сделал этот выбор руководитель миссии Роберт Фаркуар (Robert Farquhar). В «окне» длительностью в несколько месяцев он запланировал выход на орбиту Эроса на почитаемый в США день Св. Валентина, он же День всех влюбленных. «Потому что Эрос – бог любви, а единственное, что в жизни важно, – это любить и быть любимым», – объясняет он.
    13 февраля в 07:00 UTC на борту начала работу программа сближения с астероидом. В ночь на 14 февраля, ровно за 11 часов до выхода на орбиту, NEAR нагнал Эрос и прошел между ним и Солнцем. В отличие от декабря 1998 г., в это время «эротического» года освещена была северная часть малой планеты. Это был единственный момент, когда ее можно было отснять под прямыми лучами Солнца в разных полосах ИК-спектра и получить данные о составе поверхностных пород. Это и было сделано. Камера MSI в съемках участия не принимала, поскольку для ее ориентации на поверхность пришлось бы отвернуть солнечные батареи от Солнца, что нежелательно. За 4 часа до выдачи тормозного импульса данные по ИК-съемке поступили на Землю.

Астероид Эрос
В первые часы после выхода зонда на орбиту астероида Эрос 14 февраля 2000 года были получены эти изображения. Зонд тогда находился на расстоянии в 330 км над поверхностью.
АСТЕРОИД ЭРОС

    Скорость движения станции мимо Эроса составляла 9.8 м/с. Заключительный маневр NEAR'а сотрудник Корнеллского ун-та Питер Томас (Peter Thomas) описал так: «Достаточно чихнуть, чтобы выйти на орбиту, но надо чихнуть в нужном направлении!». И вот в 15:33:06 UTC по бортовому времени, когда NEAR находился в 333 км от центра Эроса, малые гидразиновые двигатели выдали импульс, который продолжался 57 сек и замедлил относительное движение аппарата настолько, что тот был захвачен гравитационным полем астероида.

Астероид Эрос
Подарок для всех влюбленных Земли: Эрос во всех видах глазами станции NEAR
АСТЕРОИД ЭРОС

Астероид Эрос
Подарок для всех влюбленных Земли: Эрос во всех видах глазами станции NEAR
АСТЕРОИД ЭРОС

    Сигнал от NEAR до радиоантенны в Голдстоуне шел в этот день 14 мин 21 сек. Уже в 15:50 по изменению частоты сигнала управленцы знали, что маневр прошел с погрешностью не более 0.04%. Через несколько минут была получена телеметрия, и в 16:00 Р.Фаркуар объявил, что NEAR вышел на орбиту. Высота перицентра лежала в пределах ±49 км от расчетной 327 км, а апоцентра – ±67 км от 450 км. Период обращения составил 27.6±0.5 суток, а орбитальная скорость… порядка 3 км/ч (скорость пешехода на прогулке!). Большая неопределенность в высотах была следствием неточного знания массы и плотности Эроса. К 18 февраля стали известны более точные значения: 323x370 км.

Астероид Эрос
Фотография сделана 15 февраля 2000 года. Зонд проходил над огромной бороздой, которая и придает астероиду форму большого арахиса. Поверхность астроида покрыта большим количеством кратеров, но в этой борозде их мало, что указывает на молодость образования.
АСТЕРОИД ЭРОС

    Впрочем, под действием возмущений из-за Солнца и неравномерности гравитационного поля астероида эти значения постоянно «плыли».
    Через час после выхода на орбиту КА выполнил первый снимок с высоты 330 км, на котором были видны детали размером до 30 м. Правда, первая попытка воспроизвести его не удалась из-за неготовности наземной станции Сети дальней связи (DSN) под Мадридом.

Эрос - это вам не булыжник

    17 февраля ученые рассказали о первых открытиях, сделанных станцией NEAR. Наиболее поразительное из них – указание на слоистую структуру Эроса. На поверхности, особенно в районе «седла» в узкой части астероида, видны длинные параллельные желоба. Очень похоже, что так проявляются слои, которые могли быть образованы последовательными извержениями лавы. Но это значит, что когда-то Эрос был частью тела гораздо большего размера!
    По мнению Марка Робинсона (Mark Robinson), руководителя «съемочной» группы NEAR, эти борозды могут быть и трещинами от столкновения с крупным метеоритом. Но в любом случае они говорят о том, что Эрос – единое тело, а не конгломерат слабо связанных обломков, как исследованная ранее Матильда. Об этом же говорит подтвержденная по новым радиоданным средняя плотность – 2.4 г/см3, примерно такая же, как у земной коры. По цвету поверхность Эроса напоминает Луну, но имеет желтоватый оттенок. Среди исследованных астероидов Эрос больше всего напоминает Иду. (На Гаспре кратеров меньше, а на Матильде есть гигантские кратеры, которых нет на Эросе.)
    Одна из борозд начинается вне небольшого кратера и спускается внутрь него, оканчиваясь огромным валуном. Это говорит в пользу другого сценария образования борозд: если небольшой спутник Эроса в результате возмущений опускается до поверхности, он должен долго катиться по ней, оставляя след.
    На снимках MSI видно, что поверхность астероида на 80–90% покрыта кратерами. Большое их количество говорит о том, что Эрос – относительно старый астероид. Свободна только область «седла», которая, вероятно, «вытерта» оползнем. Зато напротив «седла» найден кратер диаметром 5 км. Камней размером до 50 м на поверхности много – вероятно, они выброшены при ударах метеоритов.

Астероид Эрос
Изображение получено 18 февраля 2000 года с расстояния в 361 км. Разрешение снимка 35 метров на пиксель. В момент снимка зонд пролетал над затененным южном полушарии, обзор показывает полумесяц северного полушария.
АСТЕРОИД ЭРОС

    Первые результаты спектрографических исследований поверхности Эроса, по словам д-ра Джеймса Белла (James Bell, Корнеллский ун-т), показали наличие на поверхности двух железосодержащих минералов, оливина и пироксена. Они образуются из расплавленной породы! Что еще интереснее, «кончики» Эроса отличаются по составу от остальной поверхности. Пока последствия этого открытия не ясны. Некоторые области покрыты более светлым материалом, возможно – выброшенным из-под поверхности.
    Впереди – год поисков и открытий. «Работа только началась, но уже ясно, что Эрос гораздо более интересный и геологически разнообразный, чем мы ожидали», – говорит Ченг.

На вахте

    Итак, NEAR начал штатную работу на орбите спутника Эроса. Не обошлось без проблем – 16 февраля в 18:36 UTC он перешел в защитный режим из-за потери звездным датчиком опорных звезд, но 17 февраля был возвращен в штатный режим работы, и в 13:30 UTC выполнение программы продолжилось.
    24 февраля в 17:00 UTC аппарат провел первую коррекцию (OCM-1) и перешел с орбиты высотой 321x366 км на переходную орбиту 200x366 км. 3 марта в 18:00 UTC в результате маневра OCM-2 NEAR спустился с переходной орбиты 203x362 км на первую целевую орбиту высотой 200.6x209.1 км. С 5 марта станция должна начать съемки с этой орбиты.

Астероид Эрос
23 февраля зонд снял серию снимков для этой мозаики, которая показывает вращение поверхности астероида. Снимки сделаны на расстоянии 355 км.
АСТЕРОИД ЭРОС

    22–23 февраля был включен рентгеновский и гамма-спектрометр XGRS, а 25 февраля – лазерный дальномер NLR, который успешно провел первые измерения с высоты около 290 км. Дважды, 25 и 29 февраля, происходил сбой программы камеры MSI, но каждый раз удавалось найти «обходной» путь управления ею.

Перспективы

    Дальнейшее снижение орбиты будет проводиться с использованием данных по форме, массе, гравитационному полю и вращению Эроса, полученных с высотомера, камеры и при обработке сигналов бортовой радиоаппаратуры. 1 апреля орбиту планируется снизить до 100x200 км, 10 апреля NEAR снизится до 100 км и 30 апреля – до 50 км. На этой орбите КА будет работать до 27 августа и, в частности, в период равноденствия, 6 июля. Между 27 августа и 20 декабря орбита будет поднята с 50 до 500 км и превратится из околополярной в экваториальную. Камера MSI выполнит полную съемку поверхности Эроса, а 15 октября спектрометр NIS проведет ИК-съемку южной половины Эроса, аналогичную съемке 14 февраля.
    К 20 декабря 2000 г. высота будет уменьшена до 35 км, а затем до 1–2 км для выполнения высокодетальных снимков поверхности. Дальнейшие планы пока не определены. Один вариант – «зависнуть» над южным полюсом Эроса на высоте 500 м.

Астероид Эрос
Первая фотография после выхода на орбиту Эроса. 14 февраля 2000 года, 10:33 AM EST. Разрешение снимка 30 метров на пиксель.
АСТЕРОИД ЭРОС

    Второй – «царапнуть» поверхность астероида краем солнечной батареи с последующей съемкой «царапины». Третий – посадить станцию на поверхность и, если останется топливо, взлететь с нее. Решение должно быть принято летом 2000 г. Работа с КА запланирована до 14 февраля 2001 г.
    По мере снижения NEAR'а в работу, помимо NIS и MSI, вступят рентгеновский и гамма-спектрометр XGRS, лазерный дальномер NLR и магнитометр MAG.
    Гамма-лучевой и рентгеновский спектрометр будет собирать данные об элементном составе астероида (кремний, магний, железо, уран, торий, калий) начиная с апреля-мая 2000 г. По распределению элементов и соотношению между ними станет известно, проходило ли вещество Эроса стадию тепловой дифференциации. Если окажется, что Эрос состоит в основном из легких элементов, таких как сера и углерод, значит, он мог составлять когда-то околоповерхностную часть большего тела; если же в его состав входят тяжелые элементы, такие как никель и железо, он мог входить в состав ядра древней планеты. Может оказаться, что четкой выраженности ни в ту, ни в другую сторону нет, и тогда Эрос является примитивным, первичным объектом.
    Бортовой лазерный высотомер начиная с марта 2000 г. будет использован для определения формы и создания трехмерной карты поверхности Эроса. Измерения помогут понять механизмы формирования ландшафта астероидов, а также особенности ударных кратеров.

Астероид Эрос
Структурные особенности Эроса. Область седла с высоты в 204 км. Хорошо просматриваются многочисленные структурные особенности. На левой стороне стенки седла видна серия близко расположенный борозд/канавок, которые спускаются вниз по склону. Справа сверху отчетливо виден большой хребет.
АСТЕРОИД ЭРОС

    С использованием магнитометра начиная с апреля-мая 2000 г. ученые будут измерять магнитное поле астероида. Если будет обнаружено сильное поле, окружающее Эрос целиком, то можно говорить о том, что астероид был частью большого космического тела, обладающего внутренним динамо. Если же магнитное поле будет слабым, можно указать много механизмов его возникновения.
    По особенностям орбитального движения NEAR будет проводиться картографирование гравитационного поля астероида, а по этим данным ученые смогут определить внутреннюю структуру Эроса. Аппарат был создан в Лаборатории прикладной физики Университета Джона Гопкинса в рамках программы Discovery NASA США. Стоимость проекта NEAR – 224.1 млн $.
Автор: С.КАРПЕНКО, "НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ"
Смотреть американские сериалы онлайн.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru