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 (Near Earth Asteroid Randezvous)

    13 августа 1898 немецкий астроном Карл Густав Витт открыл неведомый ранее космический объект, известный сегодня человечеству как астероид 433 Эрос. На расстоянии 316 миллионов километров от Земли, за орбитой Марса он вращается вокруг Солнца со скоростью 64 тысячи километров в час. А так как в перигелии своей орбиты Эрос почти касается орбиты Земли, астероид стал объектом пристального внимания ученых. Пять лет назад Конгресс США принял решение о выделении средств на поиски астероидов, находящихся на пути Земли. Поэтому 17 февраля 1996 года НАСА запустило космический аппарат - зонд «Шумейкер» (Shoemaker) по программе «Сближение с астероидами, находящимися недалеко от Земли» (NEАR), полагая, что этот аппарат достигнет Эроса в середине февраля 2000 года. Управление зондом осуществлялось с Земли. Радиокоманды доходили до него только через 17 минут и возвращались назад в Центр управления через 34. Аппарат весом 805 килограмм был разработан Лабораторией прикладной физики Университета имени Джона Гопкинса (CШA). На eгo создание было потрачено 26 месяцев и 112 миллионов долларов.

    Near Earth Asteroid Randezvous проект NASA и Лаборатории прикладной физики (APL) Университета Джона Гопкинса. Основная цель миссии - астероид Эрос. Межпланетная станция должна выйти на орбиту вокруг астероида и провести его детальные исследования.
    Астероид Эрос был выбран в качестве объекта исследований главным образом потому, что он имеет большой размер и расположен достаточно близко к Земле. 433 Эрос имеет "арахисоподобную" форму с размерами 33x13x13 км. (Номер 433 означает, что Эрос был 433 астероидом, орбита которого была вычислена.) Это самое большое тело из группы ближайших к Земле астероидов (NEAs - Near Earth Asteroids). Остальные имеют диаметр порядка 1 км. Параметры орбиты Эроса позволяют запустить к нему исследовательский аппарат, используя ракету-носитель среднего класса. Перигелий орбиты астероида 1.13 АЕ (169045593 км), апогелий 1.78 АЕ (266284209 км), период обращения вокруг оси 5.27 часа.

Новые Горизонты
Виды астероида Эрос под разными углами просмотра (изображение получено аппаратом NEAR)
Новые Горизонты

    Эрос - астероид типа S, т. е. является представителем 17% астероидов (еще выделяют класс C 75% и M). Тип S подразумевает, что поверхность состоит из смеси металлических никеля, железа и минералов на основе кремния (Пироксен - Fe и Si и оливин - Mg и Si).
    Ученые пытаются сравнивать спектры астероидов и минеральный состав метеоритов, которые падают на Землю. Хондриты самые распространенные метеориты, по-видимому, не изменялись со времен формирования солнечной системы 4.6 млрд. лет назад. Каменно-железные метеориты с другой стороны, являются остатками больших тел, которые однажды были расплавлены, так что тяжелые металлы и легкие породы разделились в разные слои. Спектры Эроса близки к обоим типам этих метеоритов.
    NEAR должен был ответить на вопрос являются ли астероиды типа S дифференцированными телами, т.е. были ли они частью большого тела или нет. Если тело состоит в основном из легких элементов, значит, оно могло быть околоповерхностной частью большого объекта; если же в его состав входят тяжелые элементы, такие как никель и железо, оно могло входить в состав ядра древней планеты. Может оказаться, что четкой выраженности ни в ту, ни в другую сторону нет, и тогда оно является примитивным, первичным блоком.
    Итак, главными задачами миссии являются три научные цели:
    - определение физических и геологических свойств астероида.
    - получение информации о различиях между астероидами, кометами и метеоритами.
    - уточнение информации о том, как и в каких условиях, формировались и развивались планеты.
    NEAR является первым космическим аппаратом построенным по программе Discovery NASA. Этой программой предусматривается строительство небольших, дешевых КА для исследования солнечной системы. Основной девиз программы - "БЫСТРЕЕ, ЛУЧШЕ, ДЕШЕВЛЕ". Стоимость проектов должна быть порядка $150 млн. в ценах 1992 года. Общая стоимость проекта NEAR $224.1 млн. из них $124.9 млн. разработка КА, $44.6 млн. обеспечение запуска, $54.6 млн. управление миссией и анализ получаемых данных.
     Космический аппарат по форме напоминает восьмигранную призму, на верхнем основании которой установлена антенна высокого усиления диаметром 1.5 метра. На нижнем основании размещена неподвижная платформа с научными инструментами. Длина аппарата вместе с HGA около 2.8 м, площадь в плане 1.7 кв. м. NEAR имеет четыре солнечные батареи общей площадью 2.6 кв. м. Масса КА включая массу топлива 805 кг.

Основные подсистемы космического аппарата

     Командно - управляющая подсистема (C&DH - Command & Data Handling) предназначена для управления работой КА, выполнения команд получаемых с Земли, сбора, обработки и форматирования данных телеметрии для передачи на Землю, а так же для высокоуровневой защиты от сбоев. На станции NEAR функции C&DH выполняет бортовой компьютер 1750А. Это 16 разрядная машина изготовлена по военной технологии середины 80-х годов, она работает на частоте 12 МГц и имеет 256 КБ оперативной памяти. Для хранения данных имеется твердотельная память объемом 1.7 ГБ.
    Космический аппарат стабилизирован по трем осям. Система стабилизации обеспечивает следующие функции: направляет антенну высокого усиления на Землю во время сеансов связи, нацеливает платформу с инструментами на объект исследований, использует нагрев и охлаждение от солнечного света и тени для управления тепловым состоянием аппарата. Для выполнения этих функций используются малые реактивные двигатели. Информация о положении КА вычисляется с использованием данных от гироскопов и звездной камеры.
     Связь с Землей осуществляется посредством использования одной антенны высокого усиления. В случае если использование HGA невозможно, используются 2 антенны низкого усиления (LGA). Система связи работает в диапазоне X (~5 ГГц) сети дальней космической связи NASA. Использование HGA позволяет передавать данные со скоростью до 27 кбит/с, при работе через LGA темп обмена информацией может упасть до 9 бит/с.
    Подсистема энергоснабжения предназначена для обеспечения аппарата электрической энергией. Ее основу составляют четыре арсенид галлиевые солнечные батареи, которые обеспечивают мощность до 1800 Вт. Также имеются аккумуляторные батареи.
    Двигательная подсистема корабля предназначена для выполнения маневров и управления положением корабля. Она включает в себя один главный двигатель тягой 470 Н, 4 двигателя тягой по 21 Н, и 7 малых двигателей тягой по 3.5 Н. Также в двигательную установку входят 3 бака для топлива (гидразин), 2 бака для окислителя (тетраоксид азота), баллон с гелием, для вытеснения компонентов топлива из баков, и другие составляющие. Главный двухкомпонентный двигатель используется для совершения маневров в открытом космосе. Остальные двигатели однокомпонентные (гидразин разлагается в присутствии катализатора с выделением энергии), и используются для управления положением корабля.
    Большинство научных приборов размещено на неподвижной платформе. В состав научной нагрузки КА входят 6 основных приборов.
     Мультиспектральная камера (MSI - Multi-Spectral Imager) предназначена для получения изображений поверхности астероида в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. Камера имеет 7 фильтров, позволяющих получать изображения в диапазоне длин волн 450 - 1100 нм. Набор фильтров используется для распознания железо содержащих силикатов. Еще один широкополосный фильтр используется для получения изображений и оптической навигации. Камера имеет поле зрения 2.26°Х2.95° разделенное на 244Х537 пиксель в ПЗС матрице. Такие характеристики позволяют получить разрешение 9.6Х16.2 м с расстояния 100 км. Цвет представляется 12 битами на пиксель, встроенный цифровой модуль обеспечивает автоматический выбор выдержки и сжатие изображения. MSI используется для определения формы астероида, особенностей строения поверхности, для построения карты распределения минералов.
     Инфракрасный спектрометр (NIS - Near-Infrared Spectrometer) предназначен для изучения минерального состава Эроса, за счет измерения спектра отраженного от поверхности солнечного света. NIS сканирующий спектрометр, т.е. имеет золотое зеркало, которое качается на угол 140°, развертка обеспечивается за счет движения КА. 64 спектральных канала покрывают диапазон 800 - 2700 нм, свет воспринимается двумя линейками по 32 детектора на основе Ge и InGaAs. Информация представляется 12 битами на один канал.
    Лазерный высотомер (NLR - NEAR Laser Rangefinder) - используется для определения расстояния до Эроса. Позволяет проводить точные измерения формы астероида, данные, которых будут использованы для построения трехмерной модели Эроса. NLR состоит из двух основных частей: излучателя и приемника. Излучатель работает на длине волны 1.06 мм, вырабатывает импульсы длительностью 12 нс. Энергия импульса 15 мДж. Импульсы могут следовать с частотой 1/8, 1, 2 или 8 Гц. Приемная часть представляет, из себя компактный телескоп с фотодиодом. NLR - позволяет определять дальность с точностью лучше чем 0.5 м.
     Гамма лучевой и рентгеновский спектрометр (XGRS - X-Ray/Gamma-Ray Spectrometer) собирает данные об элементном составе астероида. Рентгеновский спектрометр используется для обнаружения рентгеновского излучения от элементов на поверхности Эроса, которое возбуждается под действием солнечных рентгеновских лучей. Гамма - лучевой спектрометр обнаруживает гамма излучение от некоторых элементов на поверхности. Это излучение частично вызывается действием космических лучей, а частично естественной радиацией Эроса. Измерения XGRS позволят установить взаимосвязь между метеоритами и астероидами.
     Рентгеновский прибор работает в диапазоне 1..10 кеВ и выявляет присутствие Mg, Al, Si, Ca, Ti, и Fe на поверхности с разрешением 2 км. Для измерения используются три газонаполненных счетчика: один без фильтров, один с Mg фильтром и один с Al. Также имеются два солнечных рентгеновских монитора, установленных на верхнем основании аппарата. Один монитор газонаполненный счетчик, а другой твердотельный прибор высокого разрешения на основе кремния. Гамма лучевой инструмент измеряет излучение в диапазоне 0.3..10 МеВ с шагом 10 кеВ. Он предназначен для выявления элементов O, Si, Fe, H, K, Th, U на глубине до 10 см под поверхностью астероида.
     Магнитометр (MAG - Magnetometer) - используется для поиска магнитного поля вокруг астероида. MAG смонтирован на "треножнике" антенны высокого усиления. Сенсор магнетометра имеет 8 уровней чувствительности в диапазоне от 4 нТ до 65536 нТ. Измерения проводятся 20 раз в секунду, значения сигнала представляются 16 битами.
     Радиоосцилятор (RS - Radio Science) - на борту КА установлен когерентный передатчик, который работает на частоте 8438 МГц (диапазон X). Измерение сигнала позволяют определить радиальную скорость аппарата с точностью 0.1 мм/с. RS позволит уточнить гравитационные параметры астероида Эрос 433.

Основные этапы полете аппарата NEAR

    КА NEAR был запущен 17 февраля 1996 года с космодрома на мысе Канаверал, ракетой-носителем Delta II. Так как орбита Эроса наклонена к плоскости эклиптики на 10.8° и космический аппарат запускался ракетой среднего класса, NEAR не имел достаточно энергии, чтобы непосредственно отправиться к Эросу. Поэтому КА был запущен по сложной траектории предусматривающей гравитационный маневр около Земли.
    27 июня 1997 года станция NEAR пролетела в 1212 км от другого астероида - 253 Матильда. Скорость сближения составляла 9.93 км/с, несмотря на это КА смог выполнить несколько снимков Матильды. Это первые снимки астероида типа С с такого близкого расстояния. Матильда представляет, из себя черное тело размерами 59х47 км, на котором имеется множество крупных кратеров. Плотность астероида очень мала 1.4 г/куб. см. В глубине кратеров находится такой же материал, что и на поверхности, это позволяет говорить о том, что астероиды такого типа не подвергались изменениям во время формирования планет и являются примитивными строительными блоками, из которых формировались планеты. Поверхность астероида отражает только 4% солнечного света. Вызывает удивление малая скорость вращения Матильды - 1 оборот за 17.4 суток. Возможно, это связано с многочисленными столкновениями.
    23 января 1998 года КА выполнил гравитационный маневр около Земли. Во время этого события приборы аппарата наблюдали Землю со стороны южного полюса.

Новые Горизонты
Вид астероида Эрос (изображение получено аппаратом NEAR); Посадка аппарата на астероид.
Новые Горизонты

    Первоначально выход на орбиту Эроса планировался на 10 января 1999 года. Но 20 декабря 1998 года во время выдачи первого тормозного импульса аппарат потерял ориентацию, и связь с ним была потеряна на 27 часов. Связь удалось восстановить, но время было упущено, и 23 декабря 1998 года NEAR прошел в 3828 км от Эроса.
    Специалисты разработали другую схему подлета к цели. 3 января 1999 года аппарат был переведен на орбиту совпадающую с орбитой Эроса. Такой маневр обеспечивал повторную встречу с астероидом в 2000 году. В течение года КА медленно сближался с целью. С января 2000 г. станция стала передавать научные снимки астероида. Выход на орбиту вокруг Эроса запланировали на 14 февраля 2000 года (день Св. Валентина, он же день всех влюбленных). В 16:00 UTC было объявлено, что NEAR вышел на орбиту.
    Первоначально высота орбиты составляла 300 км, но к маю 2000 года NEAR снизил высоту до 50 км, а в июле до 35 км.
    В результате работы КА NEAR на орбите астероида, удалось установить, что Эрос не проходил стадию тепловой дифференциации, т.е. не подвергался разогреву. Состав минералов на поверхности астероида похож на тот, что встречается среди метеоритов хондритов. Это позволяет предполагать, что Эрос является первоначальным строительным блоком, а не частью более крупного тела.
    12 февраля 2001 года в 20:06 по Гринвичу зонд NEAR совершил посадку на поверхность астероида. Во время снижения аппарат передавал высокодетальные изображения поверхности.
    Последний снимок сделан с высоты 120 м и накрывает область шириной 6 м.
    Хотя NEAR не был расчитан на посадку, после касания поверхности он остался работоспособен. До 28 февраля на борту зонда работал рентгеновский спектрометр. 28 февраля 2001 работа с АМС NEAR была прекращена.
    За время работы на орбите астероида КА передал более 160 тысяч изображений, выполнил более 11 миллионов лазерных импульсов для точного измерения формы поверхности.
    Достаточно миниатюрный зонд имеет длину корпуса 2,8 метра, четыре солнечные батареи длиной нo 1,8 метра каждая и 1,5-метровую тарелку антенны. При этом на нем размещены пять научно - исследовательских приборов: магнитометр для измерения магнитного поля Эроса, лазерный дальномер для уточнения рельефа, электронная фотокамера и два (рентгеновский - гамма и лазерный) спектрометра для изучения химического состава пород астероида. Полет зонда «Шумейкер» чрезвычайно значим хотя бы потому, что с его помощью мы учимся совершать сложнейшие маневры: выводить космический аппарат на орбиту вокруг тела с малой массой и небольшой силой притяжения и осуществлять посадку на нечто вроде большого камня. Первоначально намечалось, что аппарат сблизится с Эросом 10 января 1999 года. Его главный двигатель был запрограммирован на включение 20 декабря 1998-го и должен был проработать 15 минyт, замедлив скорость при сближении с астероидом, однако за 37 секунд до включения силовой установки связь с зондом внезапно прервалась. И только через 27 часов мол чания он вышел в эфир. Специалисты установили, что причиной сбоя стало программное обеспечение: бортовой компьютер зонда отметил, что двигатель работает с чрезмерной мощностью, поэтому в качестве защитной меры просто-напросто выключился. В результате аппарат вышел из-под контроля. Панели солнечных батарей не были сориентированы на Светило, и антенна оказалась направленной в никуда. Однако спустя 8 часов заработали резервные системы наведения и положение зонда удалось стабилизировать. «Поймав» Солнце, батареи снова зарядились. Хотя за время этого сбоя в работе бортового оборудования зонд отклонился от курса более чем на 3000 километров. Через два дня он был возвращен на исходный курс. Центр управления полетом отложил вывод зонда на орбиту Эроса еще на год, в течение которого тот кружил над его южным и северным полюсами, фотографируя каждый квадратный метр поверхности астероида. Как сообщили информационные агентства, 13 февраля 2001 года около 10 часов по московскому времени была осуществлена уникальная операция - космический аппарат «Шyмeйкep» успешно совершил мягкую посадку на поверхность астероида Эрос. Так была проведена самая удалённая от Земли за всю историю человечества техническая операция.

Поверхность астероида
Изображение получено с поверхности астероида Эрос, после посадки аппарата NEAR.

    Невозможно запомнить имена 10 тысяч малых планет - астероидов. Однако некоторые из них хорошо известны знатокам астрономии, Например, астероиды открытые в начале XIX века, - Церера, Паллада, Юнона и Веста. В 1960 году мир заговорил об Икаре, опасно близко пролетевшем от Земли. Большинство из астероидов, в том числе и Эрос, - это блуждающие в пустоте космические скалы, каждая из которых движется по уникальной и непостоянной орбите, порой близко подходя к Земле. Существует мнение, что падение одного из них миллионы лет назад стало причиной исчезновения динозавров. Вероятность же столкновения какого-то астероида с нашей планетой в этом тысячелетии составляет один процент. Эрос не угрожает нам, поскольку достаточно удален. Хотя в то же время размеры делают его прекрасным объектом для отработки сближения с любым астероидом и его ликвидации до того, как тот сделает попытку столкнуться с Землей.
    При посадке скорость движения зонда была снижена до 5 км/час, он покинул свою орбиту и опустился на поверхность астероида. Ученые опасались, что очень слабая сила притяжения, присущая небесным телам такого размера, не позволит зонду удержаться на поверхности, и он "отскочит" от нее, словно мяч. И в момент посадки показалось, что это произошло, но очень скоро выяснилось: "Шумейкер" твердо стоит на грунте в 10-километровой седловине центральной части астероида. Посадка на Эрос первоначально не планировалась. Ее идея пoявилась, когда аппарат выработал свой ресурс и должен был быть брошен в космосе. Но, несмотря на все опасения, зонд не только успешно выполнил сложнейший маневр, но и по продолжал передавать ценнейшую научную информацию на Землю. Опускаясь, аппарат продолжал снимать поверхность Эроса, делая два снимка в минуту с небывалым до того разрешением. Только за год он "снабдил" ученых ценной 160-тысячной коллекцией фотографий.


Первый астероид Эрос

    Эрос, похожий на шерoховатyю рябую картофелину с вмятиной - кратером посередине (четыре миллиарда лет назад астероид едва не был разбит надвое), имеет размеры приблизительно 34х11х11 км. Привлекает ocoбoe внимание исследователей по двум причинам. Во-первых, он - из числа старейших объектов Солнечной системы, поэтому на нем наверняка могут отыскаться ключи к разгадке некоторых тайн образования Земли. Во-вторых, поблизости от него обосновалось около 800 его космических родственников и один из них некогда посягал уничтожить жизнь на нашей планете. Сутки на Эросе длятся 5 часов 16 минут, но из-за сильного наклона экватора Эроса к плоскости его орбиты на астероиде случаются длинные полярные дни и ночи. В начале своей миссии NEAR обследовал лишь северное полушарие, так как южное постоянно находилось в тени. Согласно полученным снимкам большая часть поверхности Эроса имеет красноватый цвет, весьма популярный среди астероидов. В такой цвет летящие скалы окрашиваются вследствие воздействия на них солнечного ветра и космических лучей на протяжении миллионов лет. Серо-зеленые пятна возникают там, где осыпавшийся грунт обнажает горные породы, еще не тронутые космической эрозией. Вся поверхность астерoида испещрена кратерами (некоторые из них имеют непривычную для нас квадратную форму диаметром около 1 километра) и покрыта валунами, размер которых в поперечнике 30-100 метров. Кратерами покрыто 80% пoверхности астероида. Таким рельефом он обязан постоянной метеоритной бомбардировке.
    Эрос возник 4,5 миллиарда лет назад из вещества, оставшегося вне пределов Солнечной системы после формирoвания нашего Светила. Внутри себя он хранит бесценную информацию о зарождении планет. Солнечная система начиналась как закрученное облако газа и пыли. Частицы скапливались, со временем соединяясь в мелкие образования, из которых сложились планеты. По мере увеличения массы планет выделяемое ими тепло сплавило формирующие блоки в минеральные вещества. Тяжелые металлы, такие как железо, никель и золото, постепенно опускались в глубь тела планет, а легкие поднимались на поверхность. Астероиды не проходили фазу планетарного формирования и не достигали больших размеров. Составляющее их вещество никогда не сплавлялось. Астероиды так и остались неизменными и неповрежденными - нетронутыми временем вариантами того, чем некогда была Земля. Изучая их и порождаемые ими метеориты, мы как бы заглядываем в начальную пору существования планет. Эрос постоянно и беспощадно разрушался другими астероидами. Ученые полагают, что сегодня сам он - осколок более крупного космического тела. Измерения, произведенные лазерным прибором зонда, свидетельствуют: Эрос имеет однородную плотность, это не груда камней, удерживаемых вместе исключительно за счет гравитации.

Белгород изготовление памятников вакансии и работа изготовление памятников в белгороде.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru