| |||||||||||||
| Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы! |
|
Исследование Солнечной Системы - Научные Статьи
| |||||
Космические исследования |
|
Зевершение проекта Genesis
Сбор образцов солнечного вещества закончился 1 апреля 2004 г., а на следующий день аппарат закрыл крышку возвращаемой капсулы. 22 апреля состоялась первая из пяти запланированных коррекций. Аппарат ушел из окрестностей точки Лагранжа L1 и был направлен к точке L2, также расположенной в 1.5 млн км от Земли, но в противоположном от Солнца направлении. Двигаясь по этому пути, 1 мая станция встретилась с Землей и около 10:00 UTC прошла на расстоянии всего 386000 км от нашей планеты – чуть дальше, чем орбита Луны – на относительной скорости 1.26 км/с. Этот «маневр» был осуществлен для того, чтобы капсула вошла в атмосферу Земли в дневное время суток. 2 мая 2004 г. была проведена коррекция траектории. Аппарат описал размашистую петлю вокруг точки либрации L2 и стал вновь приближаться к Земле. Еще три коррекции – 9 августа в 10:15 UTC, 29 августа и 6 сентября – вывели Genesis на расчетную траекторию входа. Последняя из них потребовала приращения скорости всего в 0.93 м/с. 8 сентября 2004 около 08:00 UTC через станции Сети дальней связи на борт аппарата была послана команда, запускающая заложенную в бортовой компьютер программу отделения капсулы. В 10:30 UTC крышка капсулы была зафиксирована, «петля» механизма отведена от нее и два кабеля, соединяющие капсулу с аппаратом, были перерезаны. В 10:45 UTC аппарат был приведен во вращение со скоростью 10 об/мин и развернут в необходимую для отделения капсулы ориентацию. Еще через некоторое время скорость вращения была увеличена до 15 об/мин – благодаря этому капсула должна была войти в атмосферу в стабильной и правильной ориентации. В 11:53 UTC на высоте около 66000 км сработали пироболты, и с помощью шести пружин капсула была отделена от основного аппарата. Приблизительно через 22 мин после этого, когда капсула удалилась на безопасное расстояние, Genesis включил свои двигатели и выполнил маневр увода. Его падение на Землю не планировалось. Возвращение капсулы на Землю должно было пройти так. В 15:52:46 UTC она входит в атмосферу на высоте 122 км над городом Сейлем в штате Орегон (в некоторых сообщениях – над Тихим океаном). Место входа – вытянутый участок размером около 10х33 км – задается временем и местом подхода капсулы к Земле. Траектория объекта наклонена на 8.25° к горизонту. Попадание в эту область гарантирует правильное торможение в атмосфере и выход в запланированный район Испытательного полигона ВВС в штате Юта. Примерно через 45 сек объект уже испытывает перегрузку в 3g, и с этого момента запускается таймер, управляющий вводом парашютной системы. Всего за минуту капсула пролетает половину высоты (60 км) и оказывается над штатом Орегон.
Еще через 10 секунд наступает пик перегрузки (30g!), а лобовой теплозащитный экран разогревается до температуры 2500°C. За очень короткое время абляционное покрытие экрана «теряет» до 6% своей массы, или около 3 кг. Вытяжной парашют диаметром около 2 м вводится при срабатывании специального заряда на высоте 33 км, через 127 секунд после входа в атмосферу, еще на сверхзвуковой скорости, и стабилизирует движение капсулы до ввода основного парашюта. Одновременно скорость капсулы падает до дозвуковой, а лобовой экран быстро охлаждается. Шесть минут спустя на высоте около 6100 м срабатывают три пироболта, происходит отстрел вытяжного парашюта, и, уходя, он вытягивает за собой основной парашют-парафойл. Это летающее крыло размером 10.5х3.7 м раскрывается примерно за 6 сек. После этого капсула на основном парашюте совершает по спирали плавный, свободный спуск над территорией полигона до тех пор, пока она не будет «поймана» крюком вертолета – примерно через 18 минут после ввода вытяжного парашюта, т.е. в 16:03 UTC. Местонахождение капсулы контролируется двумя способами. Во-первых, ее сопровождают мощные радары Испытательного полигона в Юте и наводят на объект наземные телескопические камеры. Во-вторых, работает бортовой приемник навигационной системы GPS, данные с которого идут в штаб спасательных операций на авиабазе Хилл примерно в 160 км от полигона. По ним руководитель операции направляет два спасательных вертолета – основной и запасной, которые поднимаются в воздух за полчаса до входа капсулы в атмосферу и дежурят на высоте около 3 км на расстоянии 12 км от расчетной точки ее прибытия. Один из вертолетов должен «настичь» парашют и с высоты 2.5 м подхватить его специальным крюком длиной 5.6 м. Второй в это время идет в 300 м сзади, чтобы в случае неудачной попытки первого повторить «захват». Всего в распоряжении летчиков – не более пяти попыток. После захвата вертолет доставляет капсулу на армейский полигон Дагуэй в том же штате Юта. Там, на армейской авиабазе Майкл, она передается в руки NASA для транспортировки в специализированную лабораторию в Космическом центре имени Кеннеди. Подобные операции были частым явлением в 1960-е и 1970-е годы, когда с орбиты возвратилось примерно 350 капсул с пленкой американских разведывательных спутников. Однако такие аппараты не летают уже почти 20 лет, и соответствующие службы в ВВС давно ликвидированы за ненадобностью. Поэтому к операции по подхвату капсулы были привлечены частные фирмы Vertigo Inc. из городка Лейк-Эльсинор и South Coast Helicopters из города Санта-Ана в Калифорнии, которые подготовили два вертолета Eurocopter Astar 350-B2 и два экипажа из трех человек каждый: пилот, руководитель операции и мастер по полезному грузу. Их «обычная» работа – головокружительные трюковые съемки для голливудских блокбастеров. К подхвату капсулы Genesis’а они готовились 5 лет. Крушение капсулы Genesis Итак, стояла прекрасная безоблачная погода – казалось, все должно сложиться успешно. В 15:25 UTC два вертолета (красный Vertigo и синий South Coast – запасной) поднялись в воздух и в сопровождении военного вертолета Blackhawk направились к «месту прибытия». В 15:42 UTC пилот основного вертолета доложил, что их экипаж находится в трех минутах полета от расчетного «поста дежурства». И вот наконец капсула вошла в атмосферу Земли: это произошло на высоте 122 км в 15:52:47 UTC, всего на секунду позже запланированного. Примерно через две минуты должен был раскрыться вытяжной парашют, но этого не случилось… Капсула быстро кувыркалась, и никакого парашюта не было видно. Вертолетчикам ничего не оставалось, как «проводить» ее до земли. В 15:58 UTC возвращаемая капсула диаметром 1.52 м и массой 190 кг на большой скорости врезалась в Землю. Крушение произошло в точке 40°07’40’’с.ш., 113°30’29’’з.д. в самом центре полигона, недалеко от местной достопримечательности – Гранитного пика. В районе падения не было никаких построек и поселений, никто не пострадал. Капсула наполовину зарылась в грунт. Вертолеты, которые так и не смогли принять участие в спасении капсулы, приземлились вблизи нее через 17 минут после падения. Членов экипажей предупредили, что им следует быть очень осторожными: пирозаряд, который должен был ввести вытяжной парашют, мог находиться в заряженном состоянии и представлять опасность. Предварительный осмотр: парашюты действительно не были задействованы. Через некоторое время прибыла основная группа специалистов для того, чтобы обезвредить капсулу и извлечь ее из земли. До этого трудно было понять, насколько сильно она повреждена и есть ли какая-нибудь надежда извлечь из разбитого аппарата те образцы, ради которых было затрачено 260 млн $ и почти три года полета. Рой Хаггард из Vertigo Inc., который в числе девяти вертолетчиков первым подошел к капсуле, утверждал, что все не настолько плачевно, как показалось на первый взгляд: «Для такой скорости удара повреждений оказалось на удивление мало. Насколько я мог видеть, капсула проникла в грунт примерно на 50% своего диаметра. Корпус лопнул и появилась трещина примерно в 8 см. Я мог видеть внутри научный контейнер, и он, кажется, тоже имеет небольшую трещину».
Обезвреживание пирозаряда и аккумуляторной батареи, из которой мог идти сернистый газ, и обследование капсулы продолжались несколько часов. В 20:04 UTC руководители спасательной операции приняли решение извлечь капсулу из земли с помощью совков и транспортировать ее в «чистую комнату». Однако первым делом из нее извлекли контейнер с бесценными образцами, завернули в специальную пленку и 9 сентября в 03:05 UTC (по местному времени – вечером 8 сентября) доставили в специализированное помещение на территории армейской авиабазы Майкл полигона Дагуэй. Контейнер очистили от грязи и пыли и утром 9 сентября передали ученым. Уже в этот день они выразили осторожную надежду: кажется, доставленные столь варварским способом образцы все же позволят найти ответы на поставленные вопросы. Далее раз в неделю участники проекта Genesis публиковали отчет о результатах своей работы, и эти отчеты раз от раза становились более оптимистичными. Главной новостью за 10 сентября 2004 было то, что сравнительно мало пострадал ионный концентратор – место раздельного хранения изотопов кислорода 16O, 17O и 18O. Определение их соотношения в солнечном веществе было главной задачей Genesis, так как это позволит проверить ряд теорий о роли кислорода в формировании Солнечной системы. Из четырех сегментов концентратора два точно были на месте, и все четыре казались целыми. Второй приоритет миссии – это изотопы азота, знания о которых нужны для понимания образования атмосфер планет. Данные о них «откладывались» в золотой фольге на дне и стенках концентратора, и эта фольга также оказалась неповрежденной. Фольга на внутренней стороне крышки капсулы, куда «попадали» другие изотопы, оказалась загрязнена, но 3/4 ее можно было использовать. А вот четыре коллекторные пластины с шестиугольными ловушками сильно пострадали. После первичного осмотра контейнер положили «вверх ногами», на крышку, и, постепенно разрезая стенку, извлекали его содержимое. Так, 12 сентября удалось вытащить половинку сапфировой ловушки – самый крупный на тот момент фрагмент. К 16 сентября удалось выяснить, что три из четырех сегментов ионного концентратора совершенно целы, а от четвертого остался один довольно крупный кусок и один поменьше. «Когда я увидела это, мое сердце затрепетало, – призналась Айлин Стансбери, помощник директора Центра Джонсона по исследованию астроматериалов. – Это означало, что мы преодолели самую большую трудность». 20 сентября сотрудники JPL привезли специально изготовленный фиксатор, и с его помощью из контейнера «одним куском» вытащили четыре коллекторные пластины. На верхней из них было найдено несколько крупных кусков шестиугольных ловушек, а одна из них оказалась целой. Позднее удалось найти еще несколько почти целых ловушек из чистого сапфира и сапфира с покрытием, а также круглую ловушку из металлического стекла. К 23 сентября первый элемент проекта Genesis – фольга из крышки контейнера – был отправлен из Дагуэя в Беркли, в Лабораторию космических наук, в адрес Нисидзуми Кунихико. А к 30 сентября разборка контейнера и его содержимого была закончена, и материалы готовили к отправке в Хьюстон, в Космический центр имени Джонсона. Каждый найденный кусочек был сфотографирован, получил свой собственный идентификационный номер и транспортировочную сумку. Как сказал 8 сентября администратор NASA Шон О’Киф, «этот аппарат был разработан таким образом, что предоставил нам наилучшие шансы спасти ценный научный груз». Действительно, прочность возвращаемой капсулы оказалась выше всяких похвал. Про контейнер с образцами говорили, что он может быть поврежден даже в том случае, если вертолеты не смогут подхватить капсулу и она приземлится на парашюте. И вот – удар о землю, и все-таки многое уцелело! "У нас есть солнечный ветер" На ежегодной 36-й Лунно-планетной научной конференции (с 14 по 18 марта в г. Лиг-Сити (штат Техас)) научная группа проекта Genesis во главе с ее руководителем Доном Бернеттом (Don Burnett) представила предварительные результаты исследования фрагментов возвращаемой капсулы аппарата Genesis. При ударе возвращаемой капсулы о землю весь «полезный груз» сильно деформировался: ловушки разлетелись на мелкие кусочки, алюминиевая пластина и фольга двух видов были помяты и поцарапаны. Приятной неожиданностью для ученых стало то, что ионный концентратор практически не пострадал. Этот факт очень обнадеживал. При сортировке обломков ловушек насчитали 9338 фрагментов различного размера. К 30 сентября 2004 г. научный контейнер и его содержимое были полностью разобраны, и 4 октября образцы в специальных транспортировочных сумках доставили из Юты в Хьюстон, в Космический центр имени Джонсона (JSC), где их поместили в «чистую» комнату. Затем специалисты приступили к «распаковке» сумок, которых насчитывалось более 3000. «У нас есть солнечный ветер!»: именно эти слова сказал научный руководитель проекта Д.Бернетт после исследования некоторых образцов с применением усовершенствованной технологии и новейшего оборудования. В качестве примера был показан результат анализа одного из обломков ловушки на предмет присутствия изотопа магния 24Mg. Диаметр этого обломка не превышал 5 мм, но применяемая технология SIMS позволяет проводить исследования и таких крохотных образцов. На самом деле использованная для анализа площадь составляла около 100 мкм2 (!) – было подсчитано, что она содержит примерно 160 млн атомов 24Mg. Тот факт, что эти изотопы 24Mg действительно были частью солнечного ветра, подтверждается следующим: во-первых, ловушки «Генезиса» не содержали магния перед запуском, а сейчас он в них присутствует, а во-вторых, распределение магния по глубине имплантации в материал ловушки соответствует расчету, сделанному исключительно по данным мониторов ионов и электронов GIM и GEM. Алюминиевая пластина и золотая фольга. Пластина из отполированного алюминия (сплав 6061 Т6) площадью около 245 см2 была размещена с внешней стороны тепловой панели научного контейнера: ее целью было «улавливать» ионы инертных газов. После извлечения пластины на ее поверхности был обнаружен слой пыли, были заметны пятна грязи и высохшие брызги; их удаляли, сдувая азотом. Затем пластина была распилена на несколько кусков: для этого использовалась небольшая ручная ножовка, чтобы свести риск загрязнения к минимуму. После этого специалисты получили в свое распоряжение пять фрагментов пластины – и им были присвоены соответствующие идентификационные номера: 50684 (самый большой кусок), 50684.1, 50684.2, 50684.4 и 50684.5 (более мелкие). Фрагмент 50684.5 как самый грязный и скрученный был отделен от остальных, более чистых и плоских. Самый большой фрагмент (номер 50684) остается в лаборатории JSC для дальнейшего сканирования на наличие следов микрометеоритов. Пока они подсчитаны лишь на одном из фрагментов площадью 45 см2, который был предназначен для отправки в Сент-Луис, исследователям Университета Вашингтона Чарлзу Хохенбергу (Charles Hohenberg) и Алексу Мешику (Alex Meshik). Ученые будут изучать его с целью получить детальную информацию о солнечных инертных газах (ионы неона, аргона, криптона и ксенона). На этом фрагменте было найдено 13 повреждений, восемь из которых оказались кратерами диаметром от 40 до 300 мкм.
Научные исследования в Университете Вашингтона – это одна из двух задач начальной научно-исследовательской программы работ с образцами «Генезиса». Вторая состоит в исследовании образцов на предмет наличия ионов азота, которые «улавливала» золотая фольга с крышки научного контейнера. Она была передана для изучения исследователям Университета Миннесоты через несколько недель. Платиновая фольга. Ловушка из платиновой фольги с молибденовым покрытием предназначалась для регистрации долгоживущих и короткоживущих радионуклидов в солнечном ветре и экспонировалась в течение 884 суток. При разборке научного контейнера удалось извлечь примерно 90% от всей площади (около 8000 см2) этого вида фольги. Она состояла из платиновой подложки толщиной 48 мкм и нанесенного на нее молибденового слоя толщиной около 300 нм. 20 сентября 2004 г. ее перевезли из специализированного помещения на территории армейской авиабазы Майкл в Лабораторию космических наук в Беркли. Если бы полет завершился благополучно, ученые планировали очистить фольгу от грунтовой пыли (которая могла налипнуть на нее при штатной посадке капсулы на парашюте), а также от возможного «загрязнения» композитным материалом (углепластик) лобового экрана. При этом предусматривалось «очистить» платиновую подложку, оставив не более 1 мг загрязняющего вещества на всей коллекторной пластине на крышке, а молибденовое покрытие оставить нетронутым. Затем специалисты должны были распознать и удалить следы микрометеоритных ударов, оставив при этом не более 1 мкг примеси. После этого предполагалось растворить молибден и отделить от него все радионуклиды (без участия загрязнителей) и измерить их концентрацию. Реально фольга оказалась сильно измятой от удара, но в целом молибденовое покрытие осталось в хорошем состоянии, хотя местами оно отслоилось или было сцарапано. Фольга оказалась намного жестче, чем ее «дубликат» на Земле – вероятно, это стало следствием имплантации ионов водорода от солнечного ветра или воздействия солнечного тепла. Степень загрязнения фольги пылью с территории полигона на разных участках значительно отличалась. Для исследования фольги была применена оптическая и электронная микроскопия. Самый загрязненный кусок фольги (идентификационный номер 40391) был использован для экспериментов по очистке. Кусочки грязи были удалены с помощью легкого встряхивания или мягкой щетки. Тонкий же слой пыли, которая была влажной при попадании на молибденовый слой, с трудом поддался удалению, и эта работа продолжается. Авторы статьи: Материал:
| ||||||||||||||
 |
|
|