Астероиды - космические лилипуты
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Астероиды и Кометы
Кометы
Исследователи
Страница: Встреча с кометой Галлея, Подробнее о комете Галлея (Part# 1, Part #2), ISEE-3/ICE, Охота за кометами, Хвост кометы, Deep Space 1 и StarDust;
Малые тела Солнечной системы

Космические исследователи комет

Deep Space 1

    Главной задачей проекта Deep Space 1 является демонстрация новых технологий в условиях космического полета. Кроме того, выполнение этой миссии позволит получить ряд важных научных данных о малых телах солнечной системы.
    Экспериментальная станция Deep Space 1 запущена 24 октября 1998 года. На ее борту проходят испытания двенадцать новых технологий.
     Ионный двигатель. В отличие от химического ракетного двигателя, ионный работает практически непрерывно, придавая каждому иону огромное приращение скорости. Двигатель аппарата DS1 дает в 10 раз больший удельный импульс (отношение импульса к массе использованного топлива), чем химический двигатель.
     Солнечные батареи с концентраторами солнечных лучей. 720 линз концентрируют свет на 3600 солнечных элементов, что позволяет получать 2,5 кВт энергии для питания двигателя и других систем, на расстоянии 1 а.е. от Солнца. Использование концентраторов позволяет уменьшить массу батарей и снизить их стоимость.
     Автономная оптическая навигация. Эта технология позволяет кораблю самостоятельно определять свое местоположение в солнечной системе, посредством наблюдения известных астероидов на фоне звездного неба. Примерно раз в неделю станция выполняет навигационные снимки, определяет свое положение и если надо корректирует траекторию движения.
     Телекоммуникационные устройства. Изготовлены фирмой Motorola и включают в себя новые: транспондер массой 3.2 кг и высокочастотный твердотельный усилитель. Все коммуникационное оборудование находится в одном контейнере. Транспондер позволяет вести прием сигнала в диапазоне X, и передачу в диапазонах X и Ka. Если бы эта система была создана по обычной технологии, то она весила бы в 2 раза больше, состояла бы из 4-х, 5-ти блоков и стоила бы в 3 раза дороже.
     Твердотельный усилитель Ka-диапазона. Частота диапазона Ka в 4 раза больше, чем у применяемого в настоящее время для дальней космической связи X-диапазона. Использование этого диапазона позволяет передавать больше информации за тоже время.
     Маяк состояния. Аппарат самостоятельно определяет свое состояние и в зависимости от него передает один из четырех сигналов. Первый означает, что все в порядке и внимание наземных служб не требуется, второй, что есть проблемы и нужен контакт в течении месяца, третий, что контакт должен быть установлен в течении недели, а четвертый, что миссия находится под угрозой. Такие сигналы можно принимать на небольшие антенны и дешевые приемники, что позволяет экономить ценные ресурсы сети дальней космической связи.

Комета Хейла-Боппа
Специалисты NASA направили во враждебную среду, окружающую далекую комету, стареющий космический зонд справедливо полагая, что даже если фрагменты кометы выведут его из строя, это не станет большой потерей. Тем не менее зонд "Дип Спейс-1" уцелел.
Изучение кометы Боррелли

     Автономная ОС. В этом эксперименте проверяется искусственный интеллект, который планирует, принимает решения и управляет собой. Сложное ПО заложенное в компьютер позволяет ему думать и действовать самостоятельно без вмешательства человека. Искусственный интеллект знает, что делать с отказами и когда необходимо запрашивать помощь.
     Экономичная электроника. В этом эксперименте используется электроника с низким напряжением питания и маленькой емкостью. Особый интерес представляет воздействие радиации на это оборудование.
     Конструкция КА. Размещение электроники непосредственно на панелях конструкции КА. Такая комбинация двух важных функций позволяет контролировать температуру одновременно двух узлов и предлагает путь к упрощению будущих космических аппаратов, чтобы сделать их меньше и легче.
     Блок распределителей энергии. Устройство содержит 2 блока по 4 переключателя мощности. Плотность монтажа увеличена в 4 раза по сравнению с обычной технологией. Переключатели могут сообщать бортовому компьютеру величину коммутируемого тока и напряжения.
     Миниатюрная камера и изображающий спектрометр. Один 12 кг блок включает две черно-белые камеры, ультрафиолетовый изображающий спектрометр и инфракрасный спектрометр, а также вспомогательные подсистемы. Все датчики используют 10 см телескоп.
    Изображающий спектрометр позволяет конструировать картинку, в которой каждый элемент (пиксель) содержит информацию о спектре. Получаемая информация позволяет ученым, помимо прочего, определять химический состав наблюдаемых объектов. КА DS1 определял состав астероида Брайль с помощью инфракрасного спектрометра. Ультрафиолетовый работает неправильно.
    Миниатюрный ионный и электронный спектрометр. Интегрирование двух устройств в одно позволяет снизить массу (5.6 кг) на 25% и потребление энергии (9.6 Вт) на 50%. Помимо проверки новой конструкции, выполняются так же исследование влияния работы ионного двигателя на окружающую КА плазму и другие наблюдения.
    Хотя главной целью программы является испытание новых технологий, она имеет и научные цели. Во время полета проводятся исследования солнечного ветра, а также измеряется влияние работы ионного двигателя на измерения плазмы. Траектория аппарата проложена таким образом, чтобы встретится с астероидом Брайль (1992 KD).
    Во время пролета астероида определяются основные физические параметры (размер, форма, морфология поверхности, альбедо, неоднородности), вычисляются масса, объем, плотность и параметры вращения. Также во время пролета исследуется элементный и минералогический состав астероида, включая поиск неоднородностей. Наблюдаются изменения в солнечном ветре, вызванные его взаимодействием с астероидом. Исследуется пыль "сдутая" с поверхности астероида солнечным ветром.
    Пролет астероида Брайль был выполнен 28 июля 1999 года. После встречи с астероидом траектория станции была изменена для того, чтобы встретиться с еще одним объектом, кометой Боррелли. Во время этой встречи будут определяться физические параметры ядра кометы, свойства пыли и газа, будет изучаться состав хвоста кометы.
    22 сентября 2001 года станция Deep Space 1 выполнила пролет кометы Боррелли. Во время сближения с кометой проводились следующие исследования: измерение энергии электронов и ионов, поиск магнитного поля, получение снимков ядра кометы, получение спектров ядра в ИК диапазоне. На фотографии представлено изображение ядра за несколько минут до момента максимального сближения КА и кометы. Минимальное расстояние между аппаратом и кометой составило 2200 км.
    Миссию станции Deep Space 1 можно считать завершенной, так как на борту практически не осталось топлива для гидразиновых двигателей ориентации.

КА StarDust

    КА StarDust встретился с кометой Wild-2 в начале 2004 года и собрал образцы кометного вещества. Затем в 2006 году КА должен сбросить капсулу с образцами на Землю для последующего анализа.
     Научные цели: в 1974 году комета Вилд 2 чуть не столкнулась с Юпитером, в результате ее орбита стала значительно ближе к Солнцу. Кометы состоят из вещества, которое образовалось в начальный этап развития солнечной системы. Большинство комет находятся в, так называемом, поясе Купера, который расположен за орбитой Плутона. Оттуда они по сильно вытянутым орбитам приближаются к Солнцу. Если комета приближается достаточно близко к звезде, то кометное вещество начинает испарятся.
    Комета Вилд 2 находилась достаточно далеко от Солнца и поэтому не подвергалась сильному воздействию. После 1974 года и до момента встречи с КА StarDust комета сблизится с Солнцем в пятый раз, в то время как комета Галлея подвергалась нагреву не менее 100 раз. Поэтому ученые выбрали Вилд 2 целью своих исследований
    Описание космического аппарата: КА представляет собой параллелепипед с длиной около 1,6 м, шириной и высотой по 0,66 м. Корпус изготовлен из композита с алюминиевой решеткой и заполнением на основе графита. Масса КА, включая массу топлива 380 кг. Для защиты от потока частиц кометного вещества во время сближения имеются три щита, один для защиты корпуса, два других для предохранения солнечных батарей.

Ловушка для частиц
Мощность аппарата предусматривает захват 1000 кометных частиц размером около 15 микрон в диаметре. Доставка на Землю в специальной капсуле (1 метр в диаметре, 57 кг). Для спуска через аимосферу капсула снабжена защитным слоем. Посадка будет с помощью парашюта.
Космический аппарат StarDust
Конструкция позволила захватывать кометные частицы на относительно низкой скорости - 6,1 км/сек, при этом полет осуществлялся на расстоянии 150 км от ядра кометы. (1 - солнечные батареи, 2 - защитный экран, 3 - аэрогелевый коллектор, 4 - открытая капсула, 5 - высокочастотная антенна)
Космический аппарат за работой

    Для связи с Землей используется передатчик с твердотельным усилителем мощностью 15 Вт. На корпусе коробля смонтирована антенна диаметром 0,6 м. Имеются так же одна антенна среднего усиления для передачи и три антенны малого усиления для приема.
    Управление КА осуществляет компьютер на основе процессора RAD6000. Имеется память объемом 128 МБ.
    Для энергоснабжения используются две солнечные батареи общей площадью 6,6 кв. м. Имеется никель-водородный аккумулятор емкостью 16 АЧ.
    КА стабилизирован по трем осям в течении всего полета, определение положения осуществляется с помощью звездной камеры и инерциальной системы.
    Двигательная система включает 8 однкомпонетных двигателей тягой по 4,45 Н и 8 двигателей тягой по 0,9 Н. Двигатели объединены в 4 группы по 4 двигателя. Топливом служит особо чистый гидрозин. N2H4.
    На борту КА есть капсула для возвращения образцов кометной и межпланетной пыли на Землю. Капсула имеет диаметр около одного метра, покрыта абляционным слоем для предотвращения перегрева во время входа в атмосферу. Посадка осуществляется с помощью парашюта.
     Научное оборудование: сборщик образцов - алюминивая конструкция в которой находятся ячейки заполненые веществом для сбора пыли и частиц кометного вещества. Ячейки заполнены аэрогелем - пористым веществом на основе кремния, которое позволяет захватывать образцы вещества без их повреждения. Одна сторона конструкции используется для сбора межпланетной пыли, другая для сбора пыли и кометного вещества во время сближения с кометой Вилд-2. По окончании полета сборщик убирается внутрь возвращаемой капсулы. Сборщик образцов использовался во время полетов КК Shuttle и ОС Мир.
    Анализатор кометной и межпланетной пыли - предназначен для анализа состава пыли в реальном времени. Прибор представляет собой масс-спектрометр. Принцип работы следующий: частица попадает на мишень из тяжелого металла, например золота, ионнизируется, под действием электростатического поля ион направляется в детектор по времени движения иона в приборе можно судить о его массе. Подобный прибор использовался во время поета КА Giotto, Вега 1, Вега 2.
    Навигационная камера - предназначена для оптической навигации во время сближения с кометой, получения изображений ядра кометы и пылевого облака с высоким разрешением. Камера имеет несколько фильтров, которые позволят определить состав газа окружающего кометное ядро, газовую и пылевую динамику в кометном облаке. Элементы кострукции камеры использовались при полетах КА Voyager и Galileo.
    Монитор движения пыли - установлен на защитном щите и предназначен для определения параметров движения и размеров частиц пыли в окружающем КА пространстве.
     Состояние проекта: КА запущен 7 февраля 1999 г. с космодрома на мысе Канаверал ракетой носителем Dela 2. Возвращение капсулы с образцами ожидают в районе 15 января 2006 года.
    Через некоторое время после запуска выяснилось, что оптика навигационной камеры загрязнена. Чтобы удалить грязь камеру нагревали по команде с земли. Таким образом удалось испарить часть загязнений. На данный момент (ноябрь 2005) космический аппарат возвращается на Землю посли встречи с кометой.


Ловушка для хвоста

    Аэрогель (синеватое вещество на изображении StarDust), состоящий на 99,9% из воздуха и на 0,1% из силиконово диоксидного геля, подвергается предельному высушиванию, что позволяет ему сохранять первоначальный размер и форму, так как обычное испарение может стать причиной разрушения геля. Из всех известных материалов аэрогель наименее плотный (лишь в З раза плотнее воздуха), но при этом является уникальным изолятором его изоляционные cвoйства в 39 раз выше, чем у стеклопластика, и это при том, что его плотность в 1 000 раз меньше, чем у стекла, также имеющего силиконовую структуру. Аэрогель способен выдерживать температуру, доходящую до 1 400°С. Аэрогелевый блок размером с человека, не превышающий 400 г, выдерживает вес, доходящий до полутонны. Аэрогель - это специальный материал с предельной пористостью микронного масштаба, состоящий из отдельных частиц размером в несколько манометров и связанных между собой в высокопористую разветвлённую структуру. Он был создан на основе геля, состоящего из коллоидального силикона, структурные части которого наполнены растворителями. Аэрогель прошёл высокотемпературную обработку под давлением, достигавшим критической точки, он очень прочен и легко переносит нагрузки как при запуске, так и находясь в условиях космического окружения. Этот материал уме был апробирован в космосе - «Шаттлами» Spacelab II и Eureca, а также использовался в работе вездехода марсианской миссии «Марс Пасфайндер».
    Основной проблемой при сборе образцов кoсмических микрочастиц, хоть и не превышающих размеров песчинки, но обладающих очень большими скоростями (в 6 раз превосходящими предельную скорость летящей пули), является необходимость исключения всех эффектов, способных повлечь за собой изменение их физической структуры, химического состава, а порой и полного испарения. Эту проблему способен решить аэрогель, позвoляющий собирать микрочастицы без всяких повреждений, - после того, как частица ударяется об него, она плавно погружается в его структуру, оставляя при этом вытянутый след, в 200 раз превышающий ее собственную длину. Именно этот аэрогель используется аппаратом StarDust для поимки частиц кометы.

Где можно купить справку из физкультурного диспансера с печатями.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru