Астероиды - космические лилипуты
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Астероиды и Кометы
Кометы
StarDust
Малые тела Солнечной системы

Stardust и межзвездная пыль

    5 августа 2002 г. американская АМС Stardust во второй раз за полет приступила к сбору космической пыли межзвездного происхождения с помощью специальной аэрогелевой ловушки.
    Напомним, что Stardust был запущен 7 февраля 1999 г. для сбора космической и кометной пыли. Его аэрогелевая ловушка заполнена уникальным веществом, состоящим из тонких кварцевых нитей и имеющим плотность 0.002 г/см3. Технологию получения аэрогеля разработал сотрудник JPL Питер Цоу, китаец по происхождению. Кстати, в апреле 2002 г. аэрогель был внесен в Книгу рекордов Гиннесса как самое легкое твердое вещество в мире. Первый сбор космической пыли Stardust проводил с 22 февраля до 1 мая 2000 г.
    Мы расстались с этим аппаратом 1.5 года назад, 15 января 2001 г., когда он прошел на высоте 6008 км над поверхностью Земли. Пролет был выполнен в конце первого витка гелиоцентрической орбиты станции с целью изменить ее параметры. В результате наклонение орбиты вместо почти нулевого стало равным 3.59°, минимальное и максимальное расстояние от Солнца увеличились с 0.957x2.195 до 0.983x2.720 а.е., а период – с 722.8 до 920.2 сут. Двигаясь по этой орбите, 2 января 2004 г. станция выйдет в точку встречи с кометой Вильда-2.

УРОЖАЙ КОСМИЧЕСКОЙ ПЫЛИ

    Вот что было после января 2001 г. На 14 февраля планировалась коррекция орбиты, призванная устранить неизбежную погрешность при выполнении пролета. Предварительные расчеты показывали, что может потребоваться приращение скорости до 2.7 м/с, но первые оценки после пролета снизили его до 0.7 м/с, а последующие – до 0.4 м/с. Ради такой величины не стоило «разводить огород», и 2 февраля коррекция TCM-6 была отменена. А пользуясь тем, что по два сеанса в день с КА Stardust через Сеть дальней связи было заказано до конца марта, группа управления вместо коррекции и оценки ее результатов успела протестировать большую часть аппаратуры.
    3 февраля станция переключилась на работу через малонаправленную антенну MGA. (От момента пролета и до этого дня связь через MGA была нежелательна, так как потребовалось бы отклонить солнечные батареи на 60° и более от Солнца. Приходилось использовать антенну LGA, наклонив станцию на 45°.)
    В первой половине февраля был протестирован и введен в работу анализатор кометной и межзвездной пыли CIDA. Этот германский прибор регистрирует в реальном масштабе времени попадания в аппарат частиц межзвездной пыли и определяет их состав по тем ионам, которые образуются при ударе пылинки в мишень. CIDA был выключен в октябре 2000 г. из-за требований по тепловому режиму аппарата, а в ноябре попал под мощную солнечную вспышку; тестирование показало, что прибор не пострадал. За месяц испытаний прибор зарегистрировал пять ударов пылевых частиц – в дополнение к пяти, найденным в 2000 г. 16 марта по просьбе постановщиков он был включен в работу в режиме регистрации отрицательных ионов.

Лечение близорукости

    26 февраля протестировали сканирующее зеркало навигационной камеры, прогнав его с шагом 10° от угла 0° до 180° и сделав по снимку в каждом положении. При встрече с кометой это зеркало поможет камере отслеживать ее ядро без риска для себя. Итоги испытаний оказались нерадостными.
    Во-первых, четкость январских снимков Луны оказалась явлением временным. Стоило прекратить подогрев камеры, как на оптике вновь осела влага. Стало ясно, что камеру придется греть снова. Или длительный нагрев «вылечит» камеру окончательно, или нужен будет специальный сеанс нагрева непосредственно перед встречей с кометой.
    Во-вторых, во время испытаний выяснилось, что колесо с фильтрами застряло в одном положении – к счастью, в том, в котором камера смотрит через прозрачный фильтр для оптической навигации. Это означает, что Stardust сможет получить только черно-белые снимки ядра кометы Вильда-2. Ученых и разработчиков несколько утешило то, что увидеть на поверхности объекта яркие цвета они и не ожидали.
    А потому в конце марта 2001 г. начался очередной, третий сеанс нагрева навигационной камеры теплом включенной ПЗС-матрицы и нагревателей привода сканирующего зеркала. Это помогло: снятые через 2 недели тестовые кадры показали, что оптика очистилась. В самом конце апреля нагрев был прекращен, и за 12 часов температура ПЗС-матрицы упала с +9 до -38°C. Два снимка, сделанных сразу после этого, и снимок за 7 мая были самыми качественными за весь полет – на них были видны звезды до 10-й величины включительно. Операторы сделали вывод, что загрязнение удалось убрать, а все замечания к навигационной камере можно считать закрытыми.
    В это же время станция вернулась в режим полуавтономного существования. Количество сеансов связи в неделю сократилось с 15 до 1–2. Большую часть времени Stardust летел повернувшись мишенью CIDA к потоку и лишь изредка разворачивался для сброса отчета на Землю. К 11 мая прибор CIDA по просьбе разработчиков вернули в режим регистрации положительных ионов. Данных в «отрицательном» режиме было уже достаточно для их сопоставления и оценки.
    В апреле на Солнце происходили мощные вспышки, которые мешали работать звездному датчику Stardust. Максимальная длительность сбоя составила 20 сек и не привела к переходу в защитный режим, так как алгоритм системы управления позволяет работать с пятиминутным отсутствием данных от звездного датчика.

Думая о комете

    22–24 мая в г.Брекенридж (Колорадо) состоялась конференция участников проекта от JPL и Lockheed Martin и постановщиков научных экспериментов, на которой обсуждался и уточнялся составленный еще до старта план работы по комете Вильда-2.
    К 1 июня аппарат вышел за орбиту Марса, а 4 июня оказался в той самой точке, где в январе 2004 г. встретится с кометой. Руководители полета решили воспользоваться этим и провести имитацию ее поиска по тем же двум опорным звездам, которые будут использованы и зимой 2003 г. Из-за неполадки на станции Сети дальней связи первая попытка начать эксперимент не удалась, и он состоялся лишь 8 июня. Аппарат был развернут осью +X в направлении опорных звезд, а затем была проведена навигационная съемка через перископ с поворотом сканирующего зеркала на 180° и отдельно – съемка без использования перископа. Из 16 снимков 10 были приняты 14 июня с хорошим качеством (как следствие, планировавшийся на 3 июля заключительный сеанс навигационной съемки был отменен), а прием остальных растянулся еще на пять сеансов связи, до 13 июля.
    До запуска было подсчитано, что наиболее длинная полезная экспозиция составит около 1 сек, а при более длительных «уход» осей аппарата сдвинет звезды на целый пиксел или более. Это означало, что навигационная камера может увидеть звезды до 10.5m.
    Фактически качество стабилизации КА оказалось на порядок выше заданного, что позволило сделать снимки с выдержкой 5 сек и на одном из них идентифицировать не менее 90 звезд величиной 11.7m. (Менее яркие звезды на снимке видны, но не идентифицированы, так как звездный каталог как раз и ограничен величиной 11.7m.)
    12 августа 2001 г. аппарат закончил цикл регистрации межзвездной пыли ISP-2 на анализаторе CIDA. Причины было две: во-первых, по мере движения по орбите «расходились» и с середины сентября стали бы несовместимы требования к ориентации солнечных батарей на Солнце и мишени анализатора пыли CIDA в сторону набегающего потока межзвездных атомов; а во-вторых, аппарат прошел уже отметку 2.2 а.е. от Солнца, и на работу прибора перестало хватать электроэнергии. Ученых также насторожил тот факт, что за два последних месяца наблюдений прибор не зарегистрировал ни одного попадания, и уже в начале августа «подправили» предел чувствительности прибора.
    16 августа Stardust «вылетел» в защитный режим (причина названа не была), но 20 августа его удалось вернуть в нормальный режим, а в плановом сеансе связи 21 августа возобновить выполнение очередной месячной программы и заложить на станцию три поправки в бортовое ПО. Солнечная вспышка в конце сентября вызвала 44 сбоя в работе звездного датчика Stardust, но ни один из них не продолжался более 25 сек.
    29 августа был проведен «длинный» сеанс связи с использованием двух станций сети DSN с перекрытием. Аппарат сделал четыре снимка звездным датчиком и два – навигационной камерой. Все они были приняты через австралийскую станцию DSS-43 и оказались отличного качества.
    В сентябре операторы и специалисты научной группы Stardust участвовали в планировании и осуществлении пролета кометы Боррелли станцией Deep Space 1. Получилась неплохая тренировка: мало того, что оба аппарата имеют одинаковые блоки оптической навигации и соответствующее ПО – в обоих проектах за выбор экспозиции при съемке ядра кометы и за модель пылевой обстановки отвечают одни и те же люди.

Аккумулятор нужно береч

    Для КА Stardust, единственным источником питания которого является солнечный свет, расстояние от Солнца имеет очень большое значение. То, что дальше 2.4 а.е. от Солнца, считается «дальним космосом»; в октябре 2001 г. станция в него проникла и в конце октября 2002 г. выйдет обратно в «ближний космос». А за отметкой 2.4 а.е. – другие правила использования системы электропитания в нормальном и аварийном режимах полета.
    Еще в начале июля был проведен тест запасной бортовой аккумуляторной батареи для оценки скорости ее разряда во время сеанса связи на расстоянии 2.4 а.е. от Солнца. Выяснилось, что разряд от уровня 95% емкости до 60% происходит за два часа вместо трех, а заряд батареи до исходного уровня занимает 25 часов, как и предполагалось. Если заряд батареи упадет до 50%, бортовая программа аварийной защиты должна прервать работу и перевести станцию в защитный режим.

Такие треки частицы космической пыли оставляют в аэрогеле
УРОЖАЙ КОСМИЧЕСКОЙ ПЫЛИ

    С выходом в «дальний космос» в начале октября были изменены уставки блока управления зарядом аккумуляторной батареи станции. До этого подзаряд током 0.125 А начинался при емкости батареи в 95% номинальной и останавливался при 100%. Теперь предельными значениями стали 107 и 108% при напряжении 32 В. Кроме того, аппарату было предписано запоминать состояние системы электропитания раз в 15 мин, чтобы его можно было подробно проанализировать.
    Уже в сентябре на работу передатчиков во время сеанса связи уходило 83% мощности, вырабатываемой солнечными батареями. В начале декабря питания стало не хватать, и на сеансы связи стали подключать заранее заряженный аккумулятор. В одном из первых таких сеансов за 4 час 15 мин аккумулятор разрядился со 108 до 102.6%, хотя прогнозировался разряд до 97%.

Маневр DSM-2

    2002 год станция встречала далеко от Солнца и от Земли. 24 декабря аппарат прошел за Солнцем, всего в 0.5° от светила. С 21 по 30 декабря этот угол был меньше 3°, что делало связь ненадежной, а с учетом занятости средств Сети дальней связи команды на борт не подавались между 17 декабря и 4 января. Сигналы со станции, однако, принимались. В это время аппарат автоматически развернулся по рысканью на 180° – бортовая программа устроена так, чтобы Солнце всегда находилось со стороны оси -X и панели солнечных батарей не затенялись уиппловским экраном противопылевой защиты.

STARDUST И МЕЖЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ
В первых числах апреля в Лаборатории реактивного движения проводили на заслуженный отдых д-ра Кеннета Эткинса (Kenneth Atkins), который проработал в JPL 33 года и был первым менеджером проекта Stardust, довел его от идеи до запуска. В августе 2000 г. его заменил Томас Даксбери (Thomas Duxbury).
STARDUST И МЕЖЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ

    7 января 2002 г. аппарат достиг максимального удаления от Земли – 3.594 а.е., или 537.7 млн км; обмен радиосигналами занимал в этот день час без 13 секунд.
    18 января в 21:56 Stardust отработал по заданной программе разгонный маневр DSM-2 (он же TCM-7). Расчетное приращение скорости составило 2.65 м/с, время работы двигателей – 111 сек. Эта коррекция ликвидировала отклонение орбиты от расчетной и создавала условия для встречи с кометой двумя годами позже.

Афелий

    По мере удаления станции от Солнца сеансы связи становились все короче и короче: четыре часа, три, два с половиной, два, полтора... Хотя система электропитания и работала выше всяких похвал, руководители полета и операторы станции боялись глубокого разряда аккумуляторов. В феврале они решили поднять порог перехода в защитный режим с 50% уровня заряда до 80% и порог переключения на запасной полукомплект аппаратуры с 45 до 75%.
    Самой забавной посылкой с Земли в это время была поправка в бортовое ПО, исправляющая ошибку в одной из функций библиотеки операций с плавающей точкой. Не иначе, на нуль где-то делили…
    К счастью, ошибка была найдена до того, как соответствующая функция была бы использована.
    18 апреля станция Stardust достигла афелия и находилась в 2.719 а.е. (406.8 млн км) от Солнца. До сих пор ни один аппарат с питанием от солнечных батарей не забирался так далеко. Не забирался и сам Stardust на первом своем витке – тогда афелийное расстояние было 2.196 а.е.
    Снимаемая с фотоэлементов мощность составляла всего 13% от того, что они давали бы у Земли, и в последнем перед афелием сеансе уровень разряда аккумуляторной батареи составил 91.6%.
    Чтобы с гарантией сохранить положительный баланс по питанию, руководители полета отказались от сеансов связи между 11 и 25 апреля. Как показал последующий анализ, в афелии системы КА потребляли в среднем 84% тока, генерируемого фотоэлементами, или 5.8 А.
    В последующие дни фазовый угол Солнце – Stardust – Земля возрастал и к концу мая дошел до 20.8°; из-за этого солнечные батареи освещались плохо. Лишь к 7 июня приближение к Солнцу перевесило и был зарегистрирован рост тока от батарей на 0.1 А.
    7 и 11 июня состоялись опытные сеансы приема сигнала со Stardust'а на новую антенну ЕКА в Нью-Норсии (Австралия), параллельно с работой основной антенны DSN в районе Канберры.
    Из-за отсрочки запуска КА Contour ему пришлось отдать сеанс связи, планировавшийся на 6 июля. Затем сеанс 9 июля из-за отказа наземных систем стал односторонним – только на прием. Чтобы избежать срабатывания счетчика потери команд и перехода в защитный режим, пришлось организовать специальный сеанс управления в выходные.

Сбор свежей пыли

    Второй за полет цикл сбора межзвездной пыли планировалось начать 22 июля. Эта операция возможна лишь на небольшом участке орбиты, когда солнечные батареи станции обращены к Солнцу, а ловушка выставляется из возвращаемой капсулы в поток набегающего межзвездного вещества – пылевых частиц размером порядка 1 мкм. (На самом деле, конечно, это Солнце вместе с планетами и АМС движется сквозь межзвездную среду. Но с гелиоцентрической точки зрения – наоборот, межзвездная пыль идет к нам с определенного направления.)
    Считается, что эти частицы относительно молоды – они порождены современным поколением звезд. Кометная же пыль, которой станция займется в январе 2004 г., имеет возраст порядка 4.5 млрд лет – как у самой Солнечной системы. Так как комета Вильда-2 до 1974 г. не подходила к Солнцу ближе Юпитера, в ее ядре первичное вещество должно было сохраниться, как в самом надежном сейфе и холодильнике.
    Начало цикла сбора сначала пришлось задержать из-за июльского срыва сеансов связи. 25 июля всю операцию – ориентацию КА и выдвижение ловушки – проверили на наземном аналоге станции... и получили сбой системы ориентации с условным переходом в защитный режим. Как оказалось, ошибочными были уставочные данные по ориентации. Файл данных был исправлен и тест повторен с успехом, но к этому моменту очередной сеанс связи с КА уже прошел. Пришлось отложить операцию еще раз.
    Лишь 5 августа крышка возвращаемой капсулы была открыта, и аэрогелевая ловушка выставлена перпендикулярно потоку, под углом 56° к полностью развернутому положению. До ноября этот угол будет постепенно уменьшаться, так чтобы пыль все время падала на ловушку перпендикулярно. Затем еще несколько недель угол будет расти, а 9 декабря 2002 г. геометрия орбиты КА перестанет быть благоприятна для сбора пыли, и цикл будет остановлен.

STARDUST И МЕЖЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ
    «Вырезающая» программа должна была быть на борту еще при запуске, но из-за нехватки средств и времени ее разработка затянулась. Летом 2001 г. выяснилось, что старая уже рабочая станция SGI Onyx лаборатории испытаний КА Stardust в Денвере не справляется с задачей, да еще и выходит временами из строя. Сначала руководители проекта намеревались заменить ее подержанной, но все же более новой станцией SGI Challenger. Вместо этого, однако, было решено заменить процессор на частоту 200 МГц более скоростным, 250-мегагерцовым. В августе 2001 г. эта операция была проведена, однако апгрейд тянулся еще долго и закончился лишь в мае 2002 г. После этого отработка нового ПО была быстро закончена.
STARDUST И МЕЖЗВЕЗДНАЯ ПЫЛЬ

    К концу августа, несмотря на потерю части сеансов во время поисков Contour'а, были проведены важные работы с навигационной камерой. Во-первых, камера с успехом выдержала тест на минимальную скорость вращения сканирующего зеркала – это потребуется при работе по комете. В начале сентября планируется провести тест точности сканирования, прогнав весь диапазон в 200° с шагом 10°.
    Во-вторых, наконец-то завершилась разработка и состоялась загрузка на борт ПО, предназначенного для выделения в кадре навигационной камеры до 11 наиболее ярких объектов – в соответствии с переданной с Земли эталонной картинкой – и выбора соответствующих участков изображения. Если сброс видеоинформации ограничить только этими участками, объем данных с одной картинки уменьшится более чем в 1000 раз.
    Теперь станция сможет «по ходу дела» снимать звезды, планеты и астероиды основного пояса. Уже проведен поиск астероидов, с которыми Stardust мог бы встретиться до пролета кометы Вильда-2. Выяснилось, что станция пройдет достаточно близко лишь от астероида (5535) Annefrank. Решение об отклонении с трассы для его исследования пока не принято.
    После Вильда-2 в течение двух лет аппарат будет оставлен под самым минимальным присмотром – лишь бы до Земли долетел.
Автор: П. ПАВЕЛЬЦЕВ, "НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ"

Вот тут http://fotonow.ru/food-style/ можно заказать фудстайлинг.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru