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

Посадка зонда NEAR на поверхность 433 Эроса

    12 февраля американская АМС NEAR Shoemaker (Near Earth Asteroid Rendezvous) совершила управляемую посадку на поверхность астероида 433 Эрос. Впервые в истории космонавтики аппарат, для этого даже не предназначенный, успешно сел и мало того, продолжал передавать ценные научные данные с поверхности астероида.

Астероид Эрос
Изображение южного полушария Эроса, собранное из снимков, выполненных NEAR 30 ноября 2000 г. Собственно южный полюс расположен вверху, а место посадки аппарата – в тени, чуть левее центра кадра.
АСТЕРОИД ЭРОС

Как это было

    Близилась годовщина работы NEAR над Эросом. Программа была выполнена и перевыполнена. Средства Сети дальней связи (DSN) NASA были нужны для работы с другими КА.
    Топливо бортовой ДУ подходило к концу, и выделенные на проект деньги тоже. Полет надо было завершать, и прекращение работы с NEAR было назначено на 14 февраля, ровно через год после выхода на орбиту. Но можно было просто выключить бортовые системы, а можно было идти к поверхности и вести фоторепортаж до самого конца...

АСТЕРОИД ЭРОС
    Запуск NEAR к Эросу состоялся 17 февраля 1996 г. на РН Delta 2. По пути к цели 27 июня 1997 г. он провел съемку астероида 253 Матильда. В декабре 1998 г. КА приблизился к Эросу и должен был выйди на орбиту его искусственного спутника. Однако в заданное время не сработала маршевая ДУ КА, и аппарат пролетел мимо, оставшись на гелиоцентрической орбите. Тем не менее через год 14 февраля 2000 г., NEAR вновь встретился со своей целью, и вторая попытка была успешной. КА стал спутником астероида и выполнял научные наблюдения с орбит различной высоты и наклонения. В октябре 2000 и январе 2001 г. аппарат несколько раз проходил над Эросом на сверхмалой высоте (до 2.5 км).
    За год было получено огромное количество данных – в 10 раз больше, чем предусматривалось полетным заданием. Было принято около 160000 снимков поверхности. По ним, по 11 млн измерениям лазерного дальномера и допплеровским данным построили детальную карту поверхности Эроса, модель гравитационного поля и сделали вывод: астероид состоит из твердого вещества, хотя и растресканного. Измерения в рентгеновском, гамма, и инфракрасном диапазоне рассказали о его спектральных свойствах и составе: вещество Эрос близко к веществу метеоритов, хондритов.
    NEAR был первым КА, созданным в рамках американской программы Discovery. Он был построен под руководством Лаборатории прикладной физики (APL) Университета Джона Гопкинса (г. Лорел, Мэрилэнд) и обошелся в 223 млн $. Управление КА велиспециалисты APL, а навигационное обеспечение осуществляла Лаборатории реактивного движения (JPL). Уже в ходе полета станция NEAR получила второе имя в честь трагически погибшего планетолога и «ловца комет» Юджина Шумейкера.
АСТЕРОИД ЭРОС

    Конец января и первую половину февраля навигаторы и управленцы были загружены работой. К последнему дню надо было хорошо подготовиться. 2 февраля и 6 февраля в 23:15 UTC были проведены два маневра прицеливания, OCM,24 и OCM,25. После второго параметры орбиты КА составили: наклонение – 178°, расстояние от центра Эроса – 35x37 км. Время спуска было выбрано так, чтобы во время снижения остронаправленная антенна HGA была направлена на Землю, СБ КА были освещены Солнцем, а камера MSI направлена вниз; при этом NEAR летел «боком» вперед. Составили программу наведения камеры и съемки с учетом расчетной траектории снижения. «Точка прицеливания» лежала южнее седловины Химерос (Himeros). Было рассчитано время касания 12 февраля в 20:05 UTC по времени прихода сигнала (который в тот день шел до Земли 17 мин 35 сек) – и скорость посадки (1–3 м/с). Прикинули и вероятность того, что аппарат останется жив. Если он ударится о крупный камень или скатится в яму и опрокинется («примет позу страуса» – шутили управленцы), – не более 1%. А может, NEAR утонет в пыли на дне какой-нибудь ямы, или просто от удара выйдут из строя жизненноважные системы. И вот наступило 12 февраля…
    В 15:13:56 UTC АМС NEAR начала 20-секундный тормозной импульс EMM1 (End of Mission Maneuver 1) для схода с околокруговой орбиты, с высоты 26 км. (Это время начала маневра, соответствующее времени прихода сигнала на Землю (ERT) в 15:31:31 UTC.) Торможение проводилось вне связи с Землей: аппарат был временно переведен в один из защитных режимов. Дальше, говорил менеджер группы управления КА Роберт Нелсон (Robert Nelson), будет так: «По его результатам… мы совместно с навигационной командой из Лаборатории реактивного движения (JPL) изучим полученные после включения двигателя снимки и данные по дальности, чтобы определить положение КА. Затем мы отправим компьютеру NEAR Shoemaker еще один набор команд, задающих график окончательного спуска и съемок».
    Через час стало ясно, что самый важный импульс, определяющий весь дальнейший сценарий ухода с орбиты, был отработан без замечаний. Перицентр орбиты был опущен до 7.5 км и теперь лежал внутри Эроса. Навигационные снимки соответствовали расчетным – это означало, что маневр был выполнен точно.
    В течение трех часов КА приближался к поверхности астероида, набрав скорость около 9 м/с. Теперь надо было ее гасить, для чего были запланированы четыре тормозных импульса (EMM2–EMM5) маломощными двигателями ориентации с интервалами около 15 мин. В 18:58:35 UTC бортового времени (19:16:10 UTC ERT) на высоте 5 км КА начал первый тормозной импульс, рассчитанный на 151 сек. В 19:30 UTC ERT был начат второй (3 км от поверхности, длительность 5 мин), а в 19:46 UTC (1.25 км, 6 мин) – третий. Четвертый импульс начался в 19:59 UTC ERT на высоте 350 м и должен был продлиться 4 мин. Управленцы не сразу поняли, что во время этого импульса КА столкнулся с поверхностью, отчего двигатель выключился.

АСТЕРОИД ЭРОС
    Последние кадры
    В течение года на сайте проекта NEAR новые снимки появлялись ежедневно. Каждое публикуемое изображение называли «снимком дня» (Image of the Day), хотя указываемая при этом реальная дата съемки могла быть несколькими неделями раньше. В последний час перед посадкой снимки делались и выдавались два раза в минуту – сразу же при поступлении с аппарата, так что посетители сайта могли видеть «снимок минуты» (Image of the Minute) почти в тот же момент, как и ученые на своих мониторах. Последний снимок был выставлен уже после того, как КА оказался на поверхности Эроса.
    За те 45 минут, пока аппарат снижался над депрессией Химерос и кратерированной областью южнее ее, было выполнено 69 детальных снимков поверхности. Последний был сделан с высоты 120 м, охватил область диаметром 6 м и показал детали размером до 1 см! Аппарат не успел полностью его передать – нижняя часть картинки пропала. Ученые давно обратили внимание на то, что дно крупных кратеров усеяно камнями. Но с близкого расстояния, когда стали проступать самые мелкие детали поверхности, они заметили, что дно некоторых маленьких кратеров и углублений покрыто мелкодисперсной пылью – так, как будто она стекла вниз и образовала «озеро». Другая особенность – некоторые небольшие камни, лежащие на поверхности, окружены отколотым от них материалом. «Какой-то процесс разрушает камни на поверхности астероида, – говорит Дж.Веверка (Veverka), руководитель «видеогруппы» проекта NEAR. – Такого мы не наблюдали на Луне и только недавно заметили здесь».
АСТЕРОИД ЭРОС

Живой!

    В день посадки в зале управления было многолюдно, присутствовали журналисты. Все напряжено следили за данными, получаемыми с борта КА. Подошло расчетное время посадки, а радиомаяк NEAR все еще пищал. «Мы на поверхности? – спрашивал директор программы Роберт Фаркуар (Robert Farquhar) у своих коллег в центре управления КА. – Сигнал с КА пока есть... Похоже, аппарат коснулся поверхности и снова подпрыгнул, но сейчас будет точно видно...»

Астероид Эрос
Астероид Эрос
Астероид Эрос
Астероид Эрос
Четыре снимка поверхности Эроса, выполненные во время управляемого спуска с высот 1150 м (первый), 700 м (второй), 250 (третий) и 120 метров (четвертый). Первый имеет 54 м в поперечнике, размер крупного обломка породы в левом нижнем углу составляет 7.4 м. Длина тени, отбрасываемой крупным камнем в нижнем левом углу второго снимка, составляет 4.3 м. Размер третьего снимка составляет в поперечнике 12 м, а россыпь камней в верхнем правом углу 1.4 м. Нижний снимок – последний, полученный с КА. В кадр попал пятачок размером всего 6 м. Нижняя часть была потеряна из-за прекращения работы бортовой направленной передающей антенны при падении КА на поверхность. В кадр попал кусочек крупного камня (вверху изображения). Средняя часть снимка показывает, что поверхность здесь сглажена действием эрозии.
АСТЕРОИД ЭРОС

    В 20:06 Фаркуар повернулся к камерам и торжественно заявил: «Я счастлив сообщить, что аппарат NEAR коснулся поверхности Эроса. Мы продолжаем получать с борта некоторые сигналы, так что, очевидно, он продолжает передавать данные непосредственно с поверхности... Впервые КА сел на малое тело Солнечной системы». Аплодисменты и поздравления были ему ответом.
    Присутствовавший здесь же администратор NASA Д.Голдин поздравил всех, кто участвовал в проекте NEAR, с успехом и, связавшись с Хьюстоном, попросил сообщить на борт о том, что «мы только что сели на астероид».
    Время посадки уточнили по данным измерений – она состоялась в 19:44:35 UTC, а по времени прихода сигнала – 20:02:10. (К 14 февраля это время уточнили еще раз – 20:01:52.) Касание произошло в 200 м от расчетной точки. Посадочная скорость составила 1.5 м/с – это была одна из самых мягких посадок в истории космической техники! Но это было маленькое чудо, а вскоре случилось и большое. Примерно через час после посадки средства Сети дальней связи DSN зафиксировали работу телеметрического передатчика станции. Через шесть часов после посадки, когда Эрос сделал один виток, удалось принять один кадр телеметрии переданный с использованием бортовой ненаправленной антенны LGA. На это никто даже не надеялся. Телеметрия показала, что все системы на борту в норме (!), а приход энергии с СБ в 5 раз превышает нагрузку от систем КА. Аппарат встал на три точки опоры, две из которых – края панелей СБ, а третьей являлось днище КА, на котором, кстати, размещены его научные приборы.
    13 февраля командой с Земли отменили «запасной» импульс тяги ДУ, предусмотренный программой на тот случай, если после посадки сигнала КА слышно не будет. 14 февраля в 19:00 UTC аппарат должен был сделать прыжок примерно на 400 м вверх и, может быть, упасть в более удачной ориентации. Но теперь, то зачем? Бортовая камера – единственный прибор, требующий высокоскоростного канала передачи данных, – при посадке «уткнулась носом в землю» и вряд ли осталась работоспособна. Да и если бы она была исправна… Топлива на борту осталось не более 8 кг. С ними КА может подпрыгнуть максимум на километр. За относительно короткое время нужно построить ориентацию, выполнить съемку и успеть передать снимки на Землю. И специалисты сошлись во мнении, что в такой активности, сулившей больше проблем, чем выгоды, нет смысла. Пусть все будет как есть… «Мы и так уже получили то, что хотели, и даже сверх того – снимки высокого разрешения и очень удачную посадку... – сказал Бобби Уилльямс (Bobby Williams), руководитель навигационной группы из JPL. – Все математические модели, которые мы предложили для управляемого спуска, оказались верны… КА повел себя так, как мы и ожидали, чему мы все рады».

Еще 2 недели

    Феноменальный успех посадки позволил группе NEAR просить NASA о продолжении работ с КА. В график работы средств Сети дальней связи срочно были внесены изменения, и работа была продлена по 24 февраля. Средства для этого были выделены из резервов проекта NEAR.

АСТЕРОИД ЭРОС
    Посадка на Эрос
    Руководитель навигационной группы Бобби Вильямс ответил по Интернету на вопросы о завершающем этапе миссии NEAR. Вот сокращенный перевод беседы:
    – На что была похожа посадка на астероид?
    – В дни перед этим был полный хаос. В понедельник [12 февраля] пришлось встать в 2 часа ночи (10:00 UTC). Эл Хьюитт, отвечающий за работу Сети DSN, позвонил и сказал, что посланный нами прогноз прибытия NEAR к Эросу не работает... У нас было очень мало времени, чтобы ответить на вопрос – на сколько реально мы промахнулись по времени? Мы закончили расчет буквально за пару минут до срока.
    Оказалось, падение будет на 17 секунд позже. Мы мигом перевели бортовые часы на 17 сек назад, чтобы вписаться в уже заложенные программы, так что аппарат прожил эти 17 секунд еще раз. Мы думаем, что это помогло – если бы мы это не поправили, могла бы получиться значительно большая ошибка на поверхности.
    В общем, хорошая утренняя встряска…
    – Как себя чувствовала команда?
    – День накануне был напряженный, мы устали, да и весь месяц работали без передышек.
    Но утром в понедельник всю усталость как рукой сняло. Все очень волновались – это ведь была кульминация всей нашей работы. Это было похоже на сдачу последнего экзамена...
    – Что дало вашей группе возможность выполнить столь сложный маневр?
    – Мы не перетренировались, у нас не было большого количества всеобъемлющих тренировок, от этого все устают. У меня подход иной: во всем разобраться и протестировать отдельные маленькие части, чтобы каждый знал, что делать. Наши люди сообразительные! Мы надеемся на их врожденные способности и подготовку, и я думаю, люди оправдывают надежды.
    – Какая польза от первой посадки на малое тело для будущих посадок?
    – То, что NEAR сел без посадочного устройства, означает, что в будущем не потребуется слишком беспокоиться о его конструкции на аппарате, действительно предназначенном для посадки. Нам очень повезло – мы не врезались в камень и не отломили панель СБ при посадке. При плановой посадке, если нужно стартовать снова или сбросить ровер, такие проблемы не нужны. Но теперь мы знаем, что можем пережить столкновение с поверхностью. В этом смысле мы установили предел; мы знаем, какие конструкторские ограничения могут иметь место для реального посадочного КА для астероида или кометы.
    – Как вы решали проблемы навигации при посадке КА на малое тело, и какого рода эти проблемы?
    – Как мы теперь знаем, для астероидов ключ к успеху – это правильные математические модели, такие как модель гравитационного поля и модель солнечного давления на КА. Так как мы их хорошо проработали, все остальное было вопросом планирования и использования этих моделей. Мы поняли, что на астероид нельзя прилететь и тут же совершить посадку, как, например, на Марс. Сначала требуется узнать форму гравитационного поля, массу тела, а эти вещи не оценить, пока не подойдешь поближе.
    – А чем займется навигационая группа NEAR теперь?
    – Мы обеспечиваем навигацией несколько миссий... Несколько человек участвуют в других миссиях класса Discovery для APL, в частности в проекте Contour (который встретится как минимум с двумя кометами), а также в проекте Messenger (полет к Меркурию).
АСТЕРОИД ЭРОС

    14 февраля на Эрос были направлены команды конфигурации научного комплекса станции. Единственным прибором, который мог дать полезный результат при работе на поверхности, был спектрометр гамма, и рентгеновских лучей XGRS. «Это первый эксперимент с гамма-спектрометром на поверхности космического тела, помимо Земли!» – заявил руководитель научной группы Джейкоб Тромбка (Jacob Trombka). Находясь в 10 см над грунтом, прибор мог определять состав пород на глубине до 10 см (вместо нескольких микрон с орбиты) и примерно на порядок точнее. А сам факт его работы после такой посадки доказал, что подобный спектрометр может успешно работать на борту ровера – что и предполагается реализовать в дальнейшем.
    Все они были отключены от бортового ЗУ, и ученые сосредоточились на измерениях с помощью XGRS. Вечером 14 февраля под руководством Джона Голдстена он был включен, получил новое, срочно доработанное ПО и затем был откалиброван под новые условия работы (в частности, теперь прибор не мог излучать тепло в космос, и на поверхности ему было жарче, чем на орбите).
    Особенность проводимых измерений состояла в том, что результат будет тем точнее, чем дольше идет набор данных. К 22 февраля с XGRS был получен один комплект детальных измерений из трех запланированных. Чтобы получить с борта остальные два, руководители проекта NEAR «выцыганили» еще два сеанса связи, 26 и 28 февраля.
    Данные были получены. Их обработка и определение концентраций кислорода, кремния, железа и радиоактивных элементов может занять до двух лет, а результатом должен стать вывод о происхождении Эроса. Вероятно, – но это нужно доказать – он представляет собой одну из планетезималей, сохранившуюся со времен формирования Солнечной системы. 28 февраля в полночь по Гринвичу закончился последний сеанс связи с КА NEAR через 70-метровую антенну DSS-14 в Голдстоуне. Сеанс прошел без замечаний. На борт отправили программу инициализации режима спячки (отключение спектрометра и подсистемы навигации и управления), но чтобы не прерывать передачу научных данных, было предусмотрено ее срабатывание по таймеру. Непосредственно же перед окончанием сеанса аппарату был передан приказ отключить систему телеметрии и активный бортовой передатчик.
    После его исполнения сигнал с аппарата прервался...
    Итак, станция NEAR Shoemaker осталась лежать на южной границе области Химерос, в точке с координатами 35°ю.ш., 279°з.д. При необходимости поддерживать с ним связь можно было примерно до 2 апреля.
    В это время в районе посадки наступит зима, температура опустится до -150°C. Таких условий работы NEAR уже точно не переживет.
    «Мы раскрыли некоторые тайны и столкнулись с новыми загадками, – сказал научный руководитель проекта д,р Эндрю Ченг. – Теперь мы поделимся огромным объемом данных с учеными мира, чтобы вместе разобраться в них, обсудить, и, я надеюсь, нам помогут открыть такие факты об Эросе и Солнечной системе, которых сегодня еще никто не знает».
Автор: С.КАРПЕНКО, "НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ"
Ремонт распашных ворот привод для распашных ворот "Privod Me".
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru