Астероиды - космические лилипуты
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Астероиды и Кометы
Кометы
Rosetta
Страница: Аппратат "Rosetta", Старт миссии (Part #1, Part #2), Встреча с Землей, В гостях у Марса, Встреча с Землей, Астероид Штейнс, 21 Lutetia (Part #1, Part #2), 67P/Чурюмова - Герасименко (Part #1, Part #2), Место посадки Rosetta, Посадка Philae (Part #1, Part #2.1, Part #2.2, Part #3, Part #4), Результаты (Part #1, Part #2), Завершение миссии;
Малые тела Солнечной системы

Космический аппарат Rosetta

Rosetta: последняя встреча с Землей

    Европейская межпланетная станция Rosetta вышла на финишную кривую, в конце которой - встреча в 2014 г. с кометой Чурюмова-Герасименко. Разработчики миссии, навигаторы и операторы ЕКА блестяще сдали экзамен на овладение «американской» методикой достижения далеких и сложных объектов Солнечной системы с использованием серии гравитационных маневров.
    С момента своего запуска 2 марта 2004 г. Rosetta выполнила четыре таких маневра при пролете планет: один раз Марса (25 февраля 2007 г.) и трижды Земли (4 марта 2005 г., 13 ноября 2007 г. и 13 ноября 2009 г.).

Земля
Rosetta: последняя встреча с Землей

    В пролете 2009 г., помимо получения необходимой «прибавки» скорости и формирования заданной гелиоцентрической орбиты, планировалось изучить магнитосферу Земли, получить ее фотоснимки в различных ракурсах, провести наблюдения Луны спектрометром MIRO в целях поиска признаков воды, а кроме того - выполнить калибровку приборов «Розетты».
    К пролету была организована обширная наблюдательная кампания, в которой, помимо астрономов-любителей, участвовала и станция оптического наблюдения ЕКА на острове Тенерифе. Осуществлялась и «обратная» операция, в ходе которой камера OSIRIS на борту АМС наблюдала луч лазера, посланный с той же европейской станции.

А что это с ними происходит?

    На третье свидание «Розетты» с Землей ученые возлагали особые надежды в связи с одной космической загадкой, которая не дает им покоя вот уже два десятилетия.
    История эта началась 8 декабря 1990 г., когда аппарат Galileo при гравитационном маневре вблизи Земли на пути к Юпитеру получил приращение скорости, превышающее рассчитанное на 3.92 мм/с. Мелочь? Нет, в космической навигации такая ошибка вполне заметна и может «увести» межпланетный аппарат далеко от цели.
    В дальнейшем баллистики центров управления ЕКА и NASA заметили, что и некоторые другие межпланетные станции при пролете вблизи Земли претерпевают непредсказуемые вариации кинетической энергии. Между расчетным и фактическим значением орбитальной скорости на отлете («на бесконечности») появляется небольшая, но заметная разница. Самая большая вариация скорости, достигавшая 13.46 мм/с, была отмечена 23 января 1998 г. при пролете аппарата NEAR. Первый пролет «Розетты» в 2005 г. также заставил баллистиков задуматься: им так и не удалось объяснить дополнительное приращение скорости на 1.82 мм/с.

Траектория Земли и аппарата до и после облета 13 ноября 2009 г.
Траектория Земли и аппарата до и после облета 13 ноября 2009 г.
Rosetta: последняя встреча с Землей

    Что самое странное - эффект наблюдается далеко не каждый раз. Так, при втором пролете «Розетты» никаких неожиданностей не произошло. При встрече с Землей межпланетной станции Messenger в 2005 г. вариация была очень мала - в пределах погрешности измерений.
    Проводившиеся на протяжении многих лет поиски не позволили объяснить вариации скорости никакими известными и моделируемыми эффектами. Были исключены возможные ошибки в определении траектории, ошибки в вычислениях, ошибки в программном обеспечении, и на сцену стали выходить более экзотические идеи.
    В 2006 г. ведущий специалист в области динамики полета «Розетты» Тревор Морли (Trevor Morley) и специалист в области орбитальной механики Франк Будник (Frank Budnik) опубликовали доклад, где исследовалась аномалия 2005 года и приводился перечень ее возможных причин. Список включал явления как вполне понятные, хотя и трудно моделируемые (приливные эффекты в околоземной среде, атмосферное сопротивление, давление прямых солнечных лучей и отраженного Землей солнечного излучения), так и экзотические - влияние «скрытой массы», «темной энергии» и неких вариаций общей теории относительности.
    Два года спустя американская команда под руководством Джона Андерсона (John D. Anderson) нашла эмпирическую формулу, в которой аномальное приращение скорости пропорционально разности косинусов экваториальных углов КА на подлете и отлете, а также попыталась объяснить аномалию искривлением структуры пространства-времени вблизи вращающейся Земли. В качественном плане такое предположение не противоречит общей теории относительности, но в количественном масса Земли недостаточна для столь заметных искажений...
    И уж, конечно, ученые не могли не вспомнить малое, но необъяснимое замедление движения автоматических аппаратов Pioneer 10 и 11, ушедших к моменту прекращения связи и измерения параметров движения далеко за орбиту Нептуна. Сразу же возник вопрос: может быть, произвольные скачки скорости у Земли и замедление «Пионеров» имеют общую природу?
    В общем причины, чтобы как можно более тщательно подготовиться к пролету 13 ноября и как можно более пристально за ним пронаблюдать, были вполне веские.

Подготовка пропета

    В прошлый раз мы довели жизнеописание «Розетты» до пролета попутного астероида Cтейне 5 сентября 2008 г.. В течение месяца после ухода от него, с 7 сентября по 4 октября, с помощью узкоугольной камеры NAC комплекса OSIRIS проводились съемки далеких космических объектов в поисках случаев микролинзирова-ния. Это была часть совместной с наземными обсерваториями программы поиска и оценки количества коричневых карликов диска Галактики. С начала октября в работе остался только радиационный монитор SREM.
    В сеансах 22 и 24 октября и 18 ноября специалисты «воевали» с масс-анализатором COSIMA, который в ходе наблюдений Штейнса работал нештатно. Кроме того, 12 и 14 ноября тестировались инструменты CIVA и COSAC на посадочном аппарате Philae, к которым были замечания в ходе общей проверки зонда.

Южная часть Тихого океана, 13 ноября 2009 года
Земля во время третьего пролета аппарата Розетта

    17 декабря Rosetta достигла афелия своего 4-го витка вокруг Солнца на расстоянии 2.26 а.е. от светила. В тот же день начался период верхнего соединения станции с Солнцем, который продолжался до б января 2009 г. Наименьшее угловое расстояние между ними с точки зрения земного наблюдателя было 27 декабря - всего 3.8°.
    В период с 26 января по 9 февраля был проведен девятый цикл проверок систем и приборов «Розетты». 16-18 февраля состоялся двухсуточный тепловой тест КА в условиях, аналогичных ожидаемым при пролете и съемке астероида Лютеция 10 июля 2010 г., но значительно ближе к Солнцу (2.2 вместо 2.7 а.е.). По существу Rosetta была развернута «хвостом» к светилу, проведя по 24 часа при угле отклонения 175° и 192°. В ходе теста у спектрометра ионов и нейтральных атомов ROSINA было отмечено газоотделение, которое при реальной работе исказило бы измерения, а у инфракрасного видового спектрометра VIRUS оказалась слишком высока температура датчиков. Все это придется принять во внимание при составлении детальной программы съемки Лютеции.
    25 февраля удалось окончательно разобраться с масс-анализатором COSIMA: состояние прибора изучено, причины сбоев при пролете Штейнса понятны и будут устранены организационными мерами.
    9-10 марта операторы с успехом протестировали новый вариант управления работой затвора камеры OSIRIS.
    18 марта состоялась большая коррекция DSM-4, задающая условия встречи с Землей 13 ноября.

Ночная Земля
OSIRIS/NAC, 13 ноября 2009 года. Снимок сделан с 10-секундной выдержкой.
Rosetta: последняя встреча с Землей

    В период со 2 апреля по 8 сентября Rosetta находилась в режиме «сна»: никаких активных операций на борту не проводилось, и лишь раз в неделю операторы ЕКА на станции Нью-Норсия в Австралии принимали служебную телеметрию КА и считывали радиационные данные SREM.
    После «пробуждения» 14-16 сентября 2009 г. был проведен 10-й цикл проверки КА, а с 17 сентября по 8 октября - научной аппаратуры и зонда Philae.
    Следует отметить, что 16 сентября аппарат самопроизвольно ушел в защитный режим, но был оперативно возвращен в работу с привлечением второй европейской наземной станции Себрерос.
    С 19 октября к контролю навигационных параметров и приему данных с «Розетты» были привлечены станции американской Сети дальней связи DSN в Голдстоуне и под Мадридом. Нужно было подготовить и провести серию маневров для прохождения КА через заданную точку околоземного пространства. Всего их было запланировано четыре: 22 октября, 5 ноября, 12 ноября (за сутки до пролета) и 13 ноября (за шесть часов до пролета).
    Первую коррекцию аппарат выполнил 22 октября. Целью маневра было сместить на 111 км точку прицеливания КА в так называемой В-плоскости и, как следствие, уменьшить высоту пролета на 33 км и сместить перицентр на 29 км к востоку. Необходимое приращение скорости оказалось исключительно мало - всего 8.789 см/с.
    В 15:26:10 UTC включились четыре осевых двигателя тягой по 10 Н, которые проработали 86 секунд и израсходовали 89 граммов топлива. Последующие измерения показали, что новая точка прицеливания лежит всего в 1 км от расчетной. Это позволило отказаться от трех последующих коррекций.
    6 ноября на расстоянии 6 млн км от Земли был включен ультрафиолетовый спектрометр Alice. 7 ноября к нему прибавились камера OSIRIS, видовой ИК-спектрометр VIRUS и микроволновой зонд MIRO, а 9 ноября - плазменный измерительный комплекс PRC. В постоянном режиме продолжал работать радиационный монитор SREM.

Пропет Земли

    13 ноября в 07:45:39.99 UTC станция пронеслась на минимальной высоте 2479.52 км над Землей на скорости 13.34 км/с. В этот момент она находилась над водами Индийского океана к югу от острова Ява над точкой с координатами 109.0° в.д., 8.2° ю.ш. Во время пролета аппарат работал автономно, ведя непрерывный репортаж через станции Голдстоун, Нью-Норсия, Куру, Канберра и Маспаломас. Связи не было лишь на участке с минимальной высотой - она возобновилась в 08:05, и стало ясно, что пролет удался. Спустя еще несколько часов, в 15:40, Rosetta сблизилась до 233 000 км с Луной.

Ночная Земля
Rosetta: последняя встреча с Землей

Ночная Земля
Rosetta: последняя встреча с Землей

    В результате гравитационного маневра Rosetta получила приращение гелиоцентрической скорости 3.6 км/с и довела ее до 38.7 км/с. Афелий орбиты резко увеличился (с 2.26 до 5.1 а.е.), а наклонение немного уменьшилось. 23 ноября, находясь в перигелии, аппарат успешно провел коррекцию погрешностей отлетной траектории, выдав импульс величиной 0.58 м/с. По состоянию на 31 декабря 2009 г. параметры орбиты «Розетты» составили:

    > наклонение - 4.374°;
    > расстояние в перигелии - 0.980 а.е.;
    > расстояние в афелии - 5.091 а. е.;
    > период обращения -1931.7 сут.

    Работа научной аппаратуры «Розетты» по Земле и Луне была завершена 19 ноября. Во второй половине ноября операторы провели обновление постоянной памяти четырех процессоров бортовой системы управления данными, навигационных камер и звездных датчиков.

Луна
Прощальный снимок Луны
Rosetta: последняя встреча с Землей

    Итак, с инженерной точки зрения третий пролет Земли был выполнен идеально, а вот ученые-баллистики оказались разочарованы. Траекторные измерения показали, как и в прошлый раз, отсутствие «сюрпризов»: выявленное отклонение скорости от расчетной оказалось не более - 4 мкм/с (микрона в секунду!) при погрешности 44 мкм/с. Пролет «Розетты» ни на шаг не приблизил ученых к пониманию и объяснению предыдущих «фокусов» земной гравитации...

Луна
Пролет станции Розетта, вид с Земли. Ночь с 12 на 13 ноября 2009 года. Тенерифе, Испания.
Rosetta: последняя встреча с Землей

    А «фотосессия» Земли и Луны удалась! Первый кадр Луны был получен 8 ноября в 03:10 UTC с расстояния 4.3 млн км. К числу же наиболее интересных фотоснимков, безусловно, относится «серп Земли», полученный узкоугольной камерой NAC комплекса OSIRIS с расстояния 350000 км. На снимке основная часть поверхности планеты находится в тени, но освещенная Солнцем часть Южной Америки и Антарктика через прозрачную околополярную атмосферу просматриваются очень хорошо. На следующем, ночном кадре NAC угадываются контуры атлантического побережья США, полуострова Флорида, Мексиканского залива и Кубы. Островки света - это города. Некоторые из них видны очень четко, а над другими свет рассеивается облаками и грязным воздухом.
    Были проведены и тесты навигационной камеры в интересах обеспечения пролета астероида Лютеция - она станет очередной «фотомоделью» для приборов «Розетты».

Ночная Земля
Трудно поверить, что на всех трех снимках, сделанных прибором VIRUS на отлете с расстояния 230000 км, изображена одна и та же часть Земли. Слева - снимок в видимом и ближнем ИК-диапазоне (350-1000 нм), в центре - в тепловом ИК-диапазоне (5 мкм), справа - в спектральной полосе хлорофилла картирующего канала VIRTIS-M
Rosetta: последняя встреча с Землей

    После Лютеции основными событиями в графике полета будут два больших маневра - в январе 2011 г. и в мае 2014 г., причем каждый из них потребует приращения скорости около 800 м/с. Между этими двумя событиями аппарат будет погружен в «спячку» на целых 2.5 года, с июня-июля 2011 г. по январь 2014 г. У его создателей и операторов нет особого выбора, так как Rosetta будет находиться на большом расстоянии от Солнца - вплоть до 5.1 а.е. - и испытывать острый дефицит электроэнергии.
    Если все пройдет по плану, то маневр 2014 г. позволит «Розетте» приблизиться с небольшой подлетной скоростью к своей основной цели - комете Чурюмова-Герасименко, которая обращается вокруг Солнца по орбите с перигелием около 1 а.е. и афелием 5.33 а.е.
Автор: И.СОБОЛЕВ, П.ПОВЕЛЬЦЕВ, "НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ"

Ставки лайв, прогнозы и крупные выигрыши тут можно найти.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru