Астероиды - космические лилипуты
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Астероиды и Кометы
Лилипуты
Зонд Чанъэ-2
Страница: Астероид 4179 Тутатис;
Малые тела Солнечной системы

Чанъэ-2 пролет Таутатиса

Астероид 4179 Таутатис (Аполлоны)

    13 декабря 2012 г. в 16:30 по пекинскому времени (08:30 UTC) межпланетная станция «Чанъэ-2» успешно выполнила пролет астероида Тутатис и съемку этого небесного тела. Китайский аппарат прошел от цели на уникально малом расстоянии - всего 3.2 км - с относительной скоростью 10.73 км/с.

Компьютерная модель астероида Тутатис по ранее полученным данным от радиотелескопов.
(4179) ТУТАТИС

    Основные даты и события полета перечислены в таблице 1.

Хроника полета «Чанъэ-2»
Дата
Событие
01.10.2010
Запуск с космодрома Сичан
06.10.2010
Выход на орбиту спутника Луны
09.10.2010
Снижение до рабочей орбиты высотой 100 км
26.10.2010
Временное снижение в периселении до 15 км для детальной съемки Залива Радуги
21.05.2011
Повторное снижение орбиты для съемки Залива Радуги
09.06.2011
Отлет с окололунной орбиты
20.06.2011
Промежуточная коррекция
25.08.2011
Выход на орбиту вокруг точки либрации L2 системы Солнце-Земля
15.04.2012
Коррекция орбиты. Медленный уход из района точки L2
01.06.2012
Первый маневр прицеливания
24.09.2012
Второй маневр прицеливания
13.12.2012
Пролет и исследование астероида Тутатис
Хроника полета «Чанъэ-2»

    Возможность направления «Чанъэ-2» к астероиду после выполнения основной задачи - детальной съемки Луны с орбиты - рассматривалась изначально, но средства космической связи на расстояниях свыше 3 млн км еще только создавались, а китайские специалисты в области управления не имели достаточного опыта в определении параметров орбиты и управлении КА на больших дистанциях. Поэтому решено было сделать промежуточную «остановку» вблизи точки либрации L2, находящейся в 1.5 млн км от Земли в противосолнечном направлении.

    (4179) Таутатис (Toutatis; Тутатис и Тоутатис) - сближающийся с Землей астероид из группы Аполлона, орбита которого находится в резонансах 3:1 с Юпитером и 1:4 с Землёй. Из-за малого наклонения его орбиты (0,47°) и малого периода обращения (около 4 лет) Таутатис часто сближается с Землей, причём минимально возможное на данный момент расстояние сближения (MOID с Землей) составляет 0,006 а. е. (в 2,3 раза больше расстояния до Луны). Сближение 29 сентября 2004 года было особенно близким, когда астероид прошёл на расстоянии в 0,0104 а. е. от Земли (4 радиуса лунной орбиты), дав хорошую возможность для наблюдений - максимальный блеск астероида составил 8,9 звёздной величины. Самое последнее сближение (на 0,0502 а. е.) произошло 9 ноября 2008 в 12:23 UTC.
    Вращение Таутатиса состоит из двух различных периодических движений, вследствие чего, кажется хаотическим; если находиться на поверхности астероида, то будет казаться, что Солнце всходит и заходит за горизонт в случайных местах и в случайное время.
    Таутатис был впервые обнаружен 10 февраля 1934 года, и впоследствии потерян. Тогда ему дали обозначение 1934 CT. Астероид оставался потерянным на протяжении нескольких десятилетий, пока его не переоткрыл 4 января 1989 года французским астрономом Кристианом Полла (Christian Pollas) в Коссоле. После подтверждения открытия, определения параметров орбиты и отождествления с наблюдавшимся в 1934 г. объектом 1934 СТ - постоянный каталожный номер 4179. Название было дано ему в честь кельтского бога войны, имя которого традиционно записывается как Тевтат (Teutates).
    Радиолокация Таутатиса, проведённая в 1992 году под руководством Александра Леонидовича Зайцева, была первой вне США радиолокацией малой планеты.
    Радарные исследования показали, что Таутатис имеет неправильную форму и состоит из двух «долей» размерами 4,6 км и 2,4 км соответственно. Существует предположение, что Таутатис сформировался из двух отдельных тел, которые в какой-то момент «слились», в результате чего астероид можно сравнить с «грудой камней».
    Тутатис оказался астероидом группы Аполлона, заходящим в перигелии внутрь орбиты Земли до 0.937 а.е., а в афелии удаляющимся на 4.12 а.е. от Солнца. Период обращения оказался равным 4.02 года; таким образом, движение Тутатиса синхронизировано с обращением Юпитера и еще лучше - с земным годом. С учетом очень небольшого наклонения (0.446°) раз в четыре года Тутатис проходит на близком расстоянии от нашей планеты. Минимальное известное в прошлом расстояние составило 0.88 млн км, а совсем недавно, 29 сентября 2004 г., астероид прошел в 0.0104 а.е. от Земли, или в 1.56 млн км. Сближение 2012 г. было не таким тесным: минимальное расстояние 12 декабря в 06:40 UTC составило 0.0463 а.е., или 6.93 млн км. В ноябре 2069 г. прогнозируется сближение до 3.0 млн км.
    Гравитационные возмущения от сближений малой планеты с большими возмущают орбиту Тутатиса, которая не может быть надежно предсказана более чем на несколько десятков лет. Существует ненулевой риск столкновения его с Землей, которое имело бы катастрофические последствия с учетом значительных размеров и массы астероида. Как следствие, его активно изучают при каждом прохождении.
Открытие
Первооткрыватель
Кристиан Полла
Дата обнаружения
4 января 1989
Альтернативные обозначения
1989 AC; 1934 CT
Категория
Аполлоны
Орбитальные характеристики
Эксцентриситет (e)
0,629003
Большая полуось (a)
378,587 млн км (2,530695 а. е.)
Перигелий (q)
140,454 млн км (0,93888 а. е.)
Афелий (Q)
616,719 млн км (4,12251 а. е.)
Период обращения (P)
1470,477 сут (4,026 г)
Средняя орбитальная скорость
16,698 км/с
Наклонение (i)
0,4464°
Долгота восходящего узла
124,3756°
Аргумент перигелия
278,6484°
Средняя аномалия
152,7085°
Физические характеристики
Диаметр
5,4 км
Период вращения
176 ч
Абсолютная звёздная величина
15,30 m
Астероид (4179) Таутатис

    После прибытия в этот район в августе 2011 г. «Чанъэ-2» обращался вокруг L2 по так называемой орбите Лиссажу (трехмерная траектория без точного повторения, характерного для более обычной гало-орбиты), сделав 1.3 оборота в течение 234 суток. Эксперимент показал, что сопровождение КА в течение 30 суток позволяет определить его орбиту с заданной точностью, а с привлечением антенн китайской подсистемы радиотелескопов со сверхдлинной базой VLBI в Куньмине и в Миюне вблизи Пекина этот срок может быть сокращен до 20 суток. Одновременно с помощью бортовой научной аппаратуры выполнялись измерения в хвосте магнитосферы Земли и регистрация солнечных рентгеновских вспышек и космических гамма-всплесков.

Перелет

    В январе 2012 г. был выпущен официальный запрос предложений по второй дополнительной программе «Чанъэ-2». Рассматривались варианты посещения точек либрации L1 и L4, многократных пролетов Земли и Луны и исследования малых тел Солнечной системы. Основными ограничениями были скромный запас топлива на борту КА (в единицах скорости на уход от Луны и перелет в точку L2 ушло свыше 700 м/с, а оставалось около 120 м/с) и предельное расстояние от Земли до КА, обусловленное недостаточными возможностями используемых для связи и управления 18-метровых антенн в Каши и Циндао. В итоге в марте было принято предложение Китайской исследовательской академии космической техники о встрече с Тутатисом на расстоянии около 7 млн км от Земли. Оценки показывали возможность вывода КА на цель с погрешностью порядка 30 км с имеющимся запасом топлива.
    Официально, однако, задача была поставлена иначе: сохранив управление аппаратом, достичь расстояния 10 млн км от Земли. Операция по переводу станции на траекторию перехвата астероида началась 5 апреля 2012 г. Детали ее до настоящего времени не опубликованы, но известно, что рассматривались по крайней мере два варианта перелета с разным расходом топлива на маневры: базовый (107.5 м/с) и оптимизированный (85.6 м/с). Проведенная 15 апреля коррекция величиной 6.2 м/с была общей для обоих вариантов, и после нее КА еще оставался на орбите, близкой к траектории Лиссажу. «Чанъэ-2» покинула ее лишь 1 июня и провела по дороге к астероиду еще одну большую коррекцию.

(4179) ТУТАТИС

    К сожалению, даты двух маневров прицеливания известны только для оптимизированной схемы - 31 мая (приращение скорости 32.9 м/с) и 24 сентября (46.5 м/с). По итогам встречи с Тутатисом заместитель главного конструктора системы управления Чжоу Цзяньлян сообщил, что топлива осталось менее чем на 10 м/с, но неизвестно, стало ли это следствием выбора базовой схемы или неточностью реализации оптимизированной траектории.
    0 плане встречи с Тутатисом в официальных китайских СМИ не сообщалось почти ничего вплоть до даты пролета - 13 декабря. Выступление академика Оуян Цзыюаня 15 июня, в котором впервые были оглашены планы исследования астероида, осталось незамеченным. 30 июля издание China Daily со слов все того же Оуяна написало, что 15 апреля «Чанъэ-2» начал перелет к Тутатису, и это было, кажется, единственное англоязычное сообщение по теме.
    На китайском этот перелет упоминался в сообщениях Китайской АН за 17 сентября и 28 октября о завершении строительства в районе Шанхая, на горе Шэшань в районе Сунцзян, 65-метрового радиотелескопа для системы VLBI. Указывалось, что он введен в строй как раз вовремя, для того чтобы опробовать в ходе пролета «Чанъэ-2» у астероида.

(4179) ТУТАТИС

    В вышедшей в ноябре статье об истории проекта «Чанъэ» сообщалось, что 9 октября 2012 г. КА находился на расстоянии 2.61 млн км от Земли. Вторая коррекция траектории к этому дню уже была проведена, все бортовые системы работали штатно. «В дальнейшем аппарат будет использоваться для проверки двух станций дальней связи», - говорилось в статье. Речь шла о новых станциях Сети дальней связи в Каши и Цзямусы с антеннами диаметром 35 м и бб м, введенных в строй досрочно и без особой рекламы.
    С 29 ноября началась и совместная работа в интересах проекта двух шанхайских антенн - 65- и 25-метровой. Суммарные возможности всех новых объектов позволили довести точность определения положения и прогноза КА до 11 км.
    Текущая орбита Тутатиса уточнялась в течение мая-ноября 2012 г. на трех китайских обсерваториях и привлеченными средствами на Гавайях и в Чили. Получив данные в более чем 300 сеансах съемки, астрономы баллистической лаборатории обсерватории «Пурпурная гора» построили модель, предсказывающую движение астероида с точностью лучше 5 км.

    Наибольшие результаты до сих пор приносили радиолокационные наблюдения. Они позволили определить форму астероида - неправильную, сильно вытянутую, примерно 4.6 км в длину и 2.1 км в поперечном направлении. Масса Тутатиса оценивалась в 50 млрд т, средняя плотность - 2.1 г/см3. Интересная деталь: две «половинки» Тутатиса состоят из разного материала, и меньшая из них имеет плотность на 15% выше, чем большая. Был определен период вращения (5.38 сут) и прецессии длинной оси (7.38 сут).
    Разрешение радиолокационных наблюдений на 300-метровом телескопе Аресибо достигло 7.5 м; в 2012 г. этот радиотелескоп не использовался, но станция Сети дальней связи NASA в Голдстоуне улучшила детальность до 3.75 м. Пролет «Чанъэ-2» позволил отснять освещенную часть Тутатиса с разрешением около 4.5 м.
(4179) ТУТАТИС

    В ночь на 13 декабря китайское телевидение наконец-то анонсировало пролет «Чанъэ» у Тутатиса. И - тишина... Утром 14 декабря вышло сообщение под заголовком "Чанъэ-2" начала изучение астероида №4179», но оно перечислило лишь цели исследования: съемка и зондирование астероида, определение его орбиты, размера, формы и состава.
    Скорее всего, причина задержки была очень проста: ограниченная пропускная способность радиоканала (20 кбит/с) заставила растянуть передачу записанных на борту данных на двое суток.

Пролет астероида

    Наконец, утром 15 декабря китайское телевидение объявило, что пролет был успешным, и продемонстрировало серию снимков астероида. Лучший из них, как было объявлено, аппарат сделал с расстояния 47 км, получив довольно скромное разрешение 5 м. Но самой фантастической была новость, что при выбранной прицельной дальности 15 км «Чанъэ-2» прошла на расстоянии всего 3.2 км от Тутатиса, едва не столкнувшись с ним!
    Ничего подобного в межпланетной программе не делал никто и никогда. Почему же китайцы выбрали столь дерзкий вариант - и почему при всей уникальности сделанного качество «картинки» оказалось «не блестящим»? Восстановить логику руководителей проекта в общем-то несложно.

Фотография с борта «Чанъэ-2»
(4179) ТУТАТИС

    Встреча с астероидом не входила в первоначальные задачи КА. Его основная научная стереокамера CCD рассчитывалась на съемку Луны с высоты 100 км с разрешением 7 м. Приемником изображения были две ПЗС-линейки, и развертка кадра обеспечивалась движением «Чанъэ» с орбитальной скоростью 1.6 км/с. Использовать эту камеру для съемки астероида при относительной скорости в семь раз большей было практически невозможно: во-первых, на относительно малой дистанции можно было бы сделать лишь один снимок, так как КА просто не успел бы перенавестись для повторного прохода цели через поле зрения; во-вторых, отдельные линии изображения имели бы существенно разный масштаб.

(4179) ТУТАТИС

    Китайские специалисты нашли красивое решение: провести съемку технической камерой. Эта цветная камера (см. таблицу снизу) - одна из четырех на борту «Чанъэ-2» - была разработана Пекинским институтом космической электромеханики и сразу после запуска отслеживала раскрытие солнечных батарей КА. В отличие от научной стереокамеры, ее приемником была CMOS-матрица размером 1024x1024. Расчет показал, что при съемке с расстояния 300 км изображение освещенной части астероида будет соответствовать примерно 55 пикселам. За цветной снимок с разрешением порядка 35 метров уже стоило побороться: он позволил бы подтвердить радиолокационные «прорисовки» и дать информацию о структуре поверхности Тутатиса. Кроме того, камера способна снимать малокадровое видео, из которого специальной обработкой можно получить еще более высокое разрешение.

Характеристики служебной CMOS-камеры КА «Чанъэ-2»
Параметр
Значение
Спектральный диапазон
430-710 нм
Поле зрения
7.2°
Экспозиция
1/15 сек
Частота съемки
5 кадров/сек
Тип матрицы
CMOS
Размер матрицы
1024x1024
Кодирование яркости
8 бит
Масса
358 г
Габариты
100x80x66 мм
Потребляемая мощность
2.45 Вт
Характеристики служебной CMOS-камеры КА «Чанъэ-2»

    Камеру и циклограмму съемки протестировали несколько раз на системе Земля-Луна и решили, что в качестве бонуса к уже очень успешной миссии такая программа годится. Однако оставалась проблема с ограниченным полем зрения и технической невозможностью оперативного наведения КА на цель. «Чанъэ» подходила к астероиду с теневой стороны и поэтому должна была снимать на отлете. При большой прицельной дальности - скажем, 200 км - можно было бы получить или буквально три-четыре снимка «сбоку» (если повезет!), или серию кадров на большом удалении.
    И тогда решили пройти на минимально возможной дистанции и снимать в направлении удаления Тутатиса: от появления его в поле зрения и до бесконечности. С учетом разрешения и ширины поля зрения прицельную дальность выбрали равной 15 км - при этом астероид с гарантией попадал в кадр при удалении примерно на 250 км. При более значительном промахе астероид попал бы в поле зрения на еще большем удалении от КА. Существовал и риск столкновения: его оценили в 10-7 и сочли допустимым.
    Китайцам повезло: отклонение оказалось в пользу «Чанъэ-2», который пронесся почти в пять раз ближе к цели, чем было запланировано!
    Пролетные операции 13 декабря начались в 15:25 по пекинскому времени (07:25 UTC). «Чанъэ-2» повернул солнечные батареи на 180°, чтобы фотоэлементы не отражали свет в камеру и не заглушали изображение астероида. С этого момента аппарат расходовал энергию аккумуляторных батарей, так что сеанс съемки был жестко ограничен во времени. В 15:30 станция перешла в режим инерциальной ориентации и в 15:45 и 15:48 выполнила два программных разворота по звездам №10 и №2. Камера была включена в 16:20 и работала 25 минут, захватив 10 минут до встречи и 15 минут после нее. В 16:45 питание с нее было снято -и КА начал возврат в штатный режим полета.

Результаты

    Как было объявлено 15 декабря, «Чанъэ-2» прошла на минимальном расстоянии от цели в 16:30:09 UTC (08:30:09 UTC), находясь при этом в 7.02 млн км от Земли. Из-за очень близкого прохода Тутатис в первый раз попал в кадр раньше, чем планировалось - на расстоянии всего 38-40 км. Разрешение снимка было оценено в 4.5 м, но он был смазан, так как смещение астероида за время экспозиции составило несколько пикселов, а левая часть поверхности оказалась закрытой краем солнечной батареи.
    Тутатис был виден более чем на 500 снимках, сделанных за 100 с лишним секунд, но 15 декабря опубликовали лишь восемь из них: неполный снимок, сделанный с 47 км с пятиметровым разрешением, и серию из семи кадров, сделанных на расстояниях от 93 до 240 км. Разрешение первого из них составило 10 м.
    Ровно через месяц, 15 января, на заседании Группы по малым телам Солнечной системы в Вашингтоне был представлен доклад о результатах полета «Чанъэ-2» вплоть до встречи с Тутатисом. В него была включена еще одна серия из 11 кадров. Приведенные вместе со снимками данные представлены в таблице.

публикованные снимки Тутатиса с КА «Чанъэ-2»
Время (пекинское)
Дальность, км
Разрешение, м
Примечание
Одиночный детальный снимок
16:30:05
47
5
Неполный
Серия из семи снимков от 15 декабря
16:30:09
93
10
Полный
16:30:24
240
 
 
Серия из 11 снимков от 15 января
16:30:00
38
4.6
Неполный
16:30:01
 
 
Неполный
16:30:03
 
9
Неполный
16:30:04
85
 
Полный
16:30:09
 
 
 
16:30:15
218
26
 
16:30:21
16:30:28
 
 
16:30:28
 
 
 
16:30:36
475
 
 
16:30:43
 
 
 
16:30:55
685
83
 
публикованные снимки Тутатиса с КА «Чанъэ-2»

    Почему мы приводим эти данные? Дело в том, что из-за низкой точности временной привязки (до целых секунд) и весьма приблизительных оценок дальности их невозможно совместить с известной геометрией пролета. Из данных, приведенных для двух крайних снимков в первой серии (две наклонные дальности и пройденное за 15 секунд расстояние), формально можно рассчитать минимальную дальность, и она оказывается равной 59 км. Значение это неправдоподобно не только потому, что противоречит заявленным 3.2 км и минимальной дистанции съемки в 38 км, но и из чисто физических соображений. При столь значительном промахе «Чанъэ» кадры были бы сняты под существенно разными углами; между тем ракурс явно меняется лишь на самых близких снимках.
    Все остальные пары расстояний вообще не позволяют вычислить элементы треугольника: он оказывается вырожденным. Привести данные «в чувство» можно лишь грубой силой - или завышая примерно на 10% интервалы времени, или сокращая в такой же пропорции расстояния.

(4179) ТУТАТИС

    Кроме того, в декабрьской и январской публикациях различается временная привязка данных. По сюжету первый одиночный снимок сделан чуть позже, чем первый снимок январской публикации, и заведомо раньше второго. Таким образом, по неизвестным причинам шкала времени сдвинута почти на пять секунд, хотя время выполнения каждого кадра должно быть заведомо известно и неизменно. Добавим, что заявленное 15 декабря время пролета в действительности, очевидно, соответствует первому снимку декабрьской серии.

(4179) ТУТАТИС

    Это не означает, что мы не доверяем представленным китайскими специалистами снимкам - однако документирование и оформление их оставляет желать лучшего.
    Цветные снимки Тутатиса хорошо соответствуют его трехмерной модели, созданной американскими специалистами на базе радиолокационного зондирования, но отличаются в мелких деталях. Общее впечатление от астероида таково, что он действительно состоит из двух слипшихся сравнительно рыхлых частей. На поверхности видны кратеры разной степени свежести и депрессии, а также булыжники, но в меньшем количестве, чем обнаружил на Итокаве японский зонд «Хаябуса». В целом поверхность Тутатиса довольно гладкая и, вероятно, покрыта слоем реголита.
    Итак, Китай стал четвертой космической державой, осуществившей исследование астероида, после США, Японии и ЕКА. Но странное дело: уникальный пролет Тутатиса стал в общем-то внутрикитайским делом. Как отметили американские эксперты, он не стал существенной новостью для специализированных изданий - как космических (Aviation Week & Space Technology), так и научных (Science, Nature).

Окончание следует

    5 января 2013 г. в 23:46 по пекинскому времени «Чанъэ-2» прошел рубеж 10 млн км от Земли, а к 17 января достиг отметки 12 млн км. По словам главного конструктора лунной программы У Вэйжэня, на борту осталось около 5 кг топлива, что позволит провести некоторые дополнительные эксперименты с использованием наземных средств.
    Прекращение работы с КА ожидается в конце марта, когда расстояние до него увеличится до 20 млн км. Стоит напомнить, что расчетный срок полета «Чанъэ-2» составлял шесть месяцев, и к марту 2013 г. он будет перекрыт в пять раз.
Автор: И. ЛИСОВ, "НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ"

Предлагаем посетить прекрасный ресторан для проведения свадьбы за городом Киев!
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru