| |||||||||||||
| Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы! |
|
Исследование Солнечной Системы - Венера
| |||||
 Исследователи |
|||||
Новые миссии |
Страница:
КА "Venus Express" (Part #1, Part #2)
| Выход на орбиту
| 2 года у Венеры
| Гидроксил на Венере
| Действующие вулканы?
| Геология
| Вулканы и ионосфера
| Японский Akatsuki (Part #1, Part #2);
|
|
Венера - кривое зеркало Земли
Старт миссии "Venus Express"9 ноября 2005 в 03:33:34.454 UTC (06:33:34 ДМВ) со стартового комплекса №6 (площадка №31) космодрома Байконур стартовыми командами Роскосмоса при поддержке боевых расчетов Космических войск РФ по заказу компании Starsem осуществлен пуск РН «Союз-ФГ» (11А511У-ФГ №010) с разгонным блоком (РБ) «Фрегат» (№1010) и АМС Venus Express Европейского космического агентства (ЕКА). После первого включения двигателя РБ «Фрегат» продолжительностью 20.2 сек была достигнута опорная орбита наклонением 51.74° и высотой 185.9x188.5 км. В результате второго включения на 824.5 сек КА Venus Express был выведен на гиперболическую отлетную траекторию (наклонение – 51.74°, перигей – 342.1 км, эксцентриситет – 1.132). По сообщению компании Starsem, отделение КА от РБ состоялось через 96 мин 30 сек после старта. В каталоге Стратегического командования США аппарат Venus Express получил номер 28901 и международное регистрационное обозначение 2005-045A. ПЕРВЫЕ ДНИ ПОЛЕТА Первая телеметрия с аппарата была получена станцией Нью-Норсия в Австралии в 05:30:42 UTC, примерно через два часа после запуска. Venus Express находился в нормальном состоянии, шла программа автономных операций после отделения, наддув ДУ был уже успешно осуществлен. За этим последовало замедление вращения аппарата и поиск Солнца. В 05:49 был завершен процесс развертывания двух панелей СБ, а в 06:11 автономная программа закончилась повторным захватом Солнца.
В 06:09:29 со станции Нью-Норсия на борт аппарата были переданы первые команды. Вскоре была достигнута необходимая начальная конфигурация аппарата, и в 08:44 он перешел в защитный режим, но очень ненадолго. Первый звездный датчик был включен еще в 07:45 UTC, в 08:57 были приведены во вращение маховики, обеспечивающие штатную стабилизацию станции, и в 10:00 UTC она была переведена в нормальный режим работы со стабилизацией по трем осям. Второй звездный датчик включился в 10:07 UTC, после чего программные вставки начального этапа полета были удалены и заменены, и КА Venus Express был полностью сконфигурирован для полета в нормальном режиме в 11:15 UTC. По результатам траекторных измерений было выявлено небольшое превышение расчетной скорости КА после запуска на РН «Союз-Фрегат». Было решено провести 10 ноября в третьем сеансе связи не имитацию коррекции траектории, как было заложено в плане, а настоящую коррекцию TCM-0. Как было объявлено, она позволила уменьшить суммарные затраты топлива.
Разворот КА был разрешен в 05:20 UTC; он начался в 05:43 и длился 30 мин. После этого была проведена собственно коррекция: импульс начался в 06:38:52 UTC и длился 48 сек, обеспечив приращение скорости всего в 0.5 м/с (вектор импульса был направлен в сторону Земли). Допплеровские измерения скорости показали, что импульс длился на 1 сек меньше, чем было задано, однако это не дало значительной погрешности. В 07:33 Venus Express был развернут в исходное положение. Четвертый сеанс проводился в ночь с 10 на 11 ноября через новую 35-метровую антенну станции Себрерос в Испании. В ходе его аппарат переключился на остронаправленную антенну HGA2, и впервые был опробован канал связи X-диапазона с увеличенной пропускной способностью (91.4 кбит/с). В пятом сеансе была проведена уже штатная коррекция TCM-1. Двигатели аппарата были включены в 06:14:33 UTC и проработали 209 сек. Приращение скорости составило 3.43 м/с, а ошибка – всего 0.034%. Начальный этап полета закончился 11 ноября в 08:48 UTC, через 53 час 15 мин после запуска, когда Venus Express находился в 634000 км от Земли.
Проверки всех систем КА и научной аппаратуры планируется закончить 14 декабря. На 16 февраля 2006 г. запланировано тестирование основного двигателя, который будет использован 11 апреля при выходе на орбиту вокруг Венеры. По оценке Дж.МакДауэлла (США), по состоянию на 24 ноября 2005 г. аппарат находился на гелиоцентрической орбите с параметрами: - наклонение – 0.26°; - перигелий – 0.702 а.е. (105.0 млн км); - афелий – 0.993 а.е. (148.6 млн км); - период обращения – 285 суток. ИСТОРИЯ ПРОЕКТА 8 марта 2001 г. ЕКА объявило конкурс предложений на повторное использование платформы Mars Express. К этому моменту полным ходом шло изготовление одноименной станции для исследования Марса, и появилась идея изготовить второй идентичный по служебному борту аппарат из запасных блоков и компонентов с комплектом научной аппаратуры из уже существующих приборов (разработанных для АМС Mars Express и Rosetta). Второй КА можно было бы использовать для исследования какого-нибудь другого объекта в Солнечной системе. В ответ на запрос ЕКА к 18 мая было подано девять предложений, среди которых был и проект Venus Express. 29 июня 2001 г. Консультативный совет по космической науке ЕКА по рекомендациям своих рабочих групп выбрал для дальнейшей проработки проекты Venus Express (изучение Венеры с орбиты спутника), Cosmic Dune (наблюдение космической пыли вблизи Земли) и SPORT Express (обсерватория для исследования поляризации реликтового излучения). Руководителям этих проектов была поставлена задача: провести дополнительные доработки в июле–октябре 2001 г.
22–23 мая 2002 г. на 99-м заседании Комитета по научным программам ЕКА в Норвегии была утверждена новая научная программа Cosmic Vision, разработку которой возглавил директор научных программ ЕКА профессор Дэвид Саусвуд (David Southwood). За полгода до этого, 14–15 ноября 2001 г., на совете стран – членов ЕКА на уровне министров на предстоящие 5 лет на космическую науку было выделено 1869 млн евро вместо запрошенных 1945 млн евро. Под предлогом нехватки средств Д.Саусвуд и его коллеги приняли решение отказаться от весьма дорогого проекта Venus Express (практически уже выбранного для немедленной реализации) в пользу другого, более дешевого проекта Eddington (отобранного в качестве резервного еще в октябре 2000 г.). Однако уже через два месяца, 11 июля 2002 г. Комитет по научным программам ЕКА пересмотрел принятое решение и единогласно постановил начать работы по проекту Venus Express, заявив, что «теперь достаточно обоснована возможность» начать исполнение проекта с запуском в ноябрьское астрономическое окно 2005 г. Головным подрядчиком по проекту стала компания Astrium SAS (Франция), которая в январе 2003 г. получила контракт от ЕКА на 82.4 млн евро на разработку и изготовление аппарата. За сборку, монтаж и испытания КА отвечала компания Alenia Spazio (Италия). Фирмами-подрядчиками проекта были 25 организаций из 14 стран мира. В подготовке научной программы участвовали ученые из Франции, Италии, Англии, Германии, Бельгии, Швеции, России и США. Руководителем проекта Venus Express с 2004 г. является Дональд МакКой (Donald McCoy), канадец по происхождению, сотрудник ЕКА с 1986 г. Ранее МакКой работал над европейской частью проекта телескопа имени Хаббла, был главным инженером по полезной нагрузке зонда Huygens, руководил сборкой и испытаниями КА Mars Express. Научный руководитель проекта – швед Хакан Сведхем (Hakan Svedhem). Стоимость проекта официально оценивается в 220 млн евро. ЭТАПЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЕНЕРЫ Автоматическая межпланетная станция Venus Express («Венерианский экспресс») стала первым европейским аппаратом, отправившимся к «Утренней звезде» – ближайшей к Земле и таинственной планете Венера. Исследования этой планеты были начаты советскими АМС в далеком 1961 г. и продолжались до 1985 г. включительно (программы «Венера» и «Вега»). Станции, запущенные до 1965 г. включительно, создавались в ОКБ-1 С.П.Королева, последующие – в НПО имени С.А.Лавочкина под руководством Г.Н.Бабакина (до 1971 г.), С.С.Крюкова (до 1977 г.) и В.М.Ковтуненко (до 1984 г.). «Венера-4» впервые провела измерения на спуске в атмосфере Венеры и определила, что она на 90% состоит из CO2. Спускаемые аппараты восьми КА «Венера» и двух «Вег» работали на поверхности планеты в общей сложности 11 час 33 мин. «Венера-7» впервые достигла поверхности в работоспособном состоянии и непосредственно измерила температуру, которая оказалась равной +475°C; было определено, что давление там примерно в 90 раз превышает земное. На «Венере-8» были измерены скорости ветра в атмосфере, уровень освещенности поверхности, измерена диэлектрическая проницаемость и оценена плотность грунта в районе посадки СА (1.4 г/см3), а также сделаны оценки характера пород по естественному гамма-излучению K, Th и U (сходны с земными гранитами). В 1975 г. впервые на Землю была передана телевизионная панорама поверхности Венеры, измерен химический состав атмосферы и скорость ветра на поверхности («Венера-9» и «Венера-10»). В 1982 г. на «Венере-13» и «Венере-14» впервые были получены цветные панорамы поверхности, взяты пробы грунта и проведен их химический анализ. По сей день вся фототека поверхности Венеры состоит из четырех панорамных снимков, сделанных при жутких условиях… Орбитальные аппараты АМС «Венера-15» и «Венера-16» провели радиолокационную съемку северного полушария планеты с раз-решением 1–2 км. В 1985 г. «Веги» доставили в атмосферу Венеры аэростатные зонды, исследовавшие ее состав и динамику в течение двухсуточного полета. Несмотря на свое явное предпочтение Марсу, американцы также изучали «соседку» Земли. Так, Mariner 2 стал первым аппаратом, передавшим научную информацию во время пролета мимо Венеры 14 декабря 1962 г., а Mariner 5 прозондировал атмосферу планеты с пролета одновременно со спуском «Венеры-4». В 1978 г. американские ученые исследовали атмосферу Венеры четырьмя зондами, а станция Pioneer Venus Orbiter с помощью радиолокационного высотомера провела первую грубую съемку поверхности планеты. Magellan произвел детальную радиолокационную съемку всей ее поверхности с разрешением лучше 0.3 км. АМС Сassini посетила Венеру последним из земных аппаратов и провела попутные исследования при пролете 24 июня 1999 г. И вот взоры ученых вновь обращены к таинственной и загадочной Венере! НАУЧНЫЕ ЗАДАЧИ МИССИИ Станция Venus Express должна провести комплексные исследования атмосферы, плазменной оболочки и поверхности Венеры, включая радиолокационное зондирование подповерхностного слоя планеты. Научные исследования будут сосредоточены на следующих направлениях: - атмосферная динамика; - структура атмосферы; - состав и химия атмосферы; - облачный слой и туманы; - радиационный баланс; - свойства поверхности и геология; - плазменная среда и переходные процессы. КОНСТРУКЦИЯ АППАРАТА Аппарат размерами 1.65х1.7х1.4 м представляет собой корпус из сотовых алюминиевых панелей, в который интегрированы служебные системы и семь научных инструментов. Общая масса аппарата составляет 1270 кг, из которых 93 кг приходится на полезную нагрузку и 570 кг – на топливо. Двигательная установка КА включает в себя основной двигатель тягой 415 Н, четыре пары небольших двигателей малой тяги (тягой 10 Н каждый) и работает на двухкомпонентном топливе. Система подразделяется на три зоны, характеризуемые определенным давлением и агрегатным состоянием топлива: газовую высокого давления (бак наддува на 35.5 л с клапанами и датчиком давления); газовую низкого давления (регулятор давления, клапаны и датчик давления); жидкостную, включающую два топливных бака на 267 л для основного двигателя и двигателей малой тяги. Топливные баки, один из которых содержит смесь оксидов азота, а второй – монометилгидразин, поставляют содержимое в двигатели посредством запирающих клапанов и клапанов управления подачей топлива. Система электроснабжения аппарата включает в себя две двухсекционные солнечные батареи суммарной площадью 5.7 м2, оснащенные фотоэлементами на арсениде галлия с тройным переходом. Эти СБ вырабатывают минимум 800 Вт на околоземной орбите, а вблизи Венеры они будут давать до 1100 Вт. При прохождении затененных участков орбиты или в том случае, когда потребности КА превысят мощность СБ, космический аппарат Venus Express будет снабжаться энергией от трех литий-ионных аккумуляторных батарей емкостью 24 А·час.
Система связи включает двухдиапазонный транспондер, способный передавать и получать сигналы в S- и X-диапазонах, блок распределения радиочастот RFDU (Radio Frequency Distribution Unit), два усилителя на лампе бегущей волны, интерфейсный блок волновода и четыре антенны – две антенны низкого усиления LGA и две высокого усиления (HGA1 диаметром 1.3 м и HGA2 диаметром 0.3 м), через которые ведется передача данных с венерианской орбиты с максимальной скоростью 228 кбит/с. Рабочие частоты передатчика КА – 2100 МГц (диапазон S) и 7166 МГц (диапазон X), приемника – 2296 МГц и 8419 МГц соответственно.
Выходы передатчика и входы приемника S-диапазона подключены к блоку распределения радиочастот, который объединяет каналы передачи и приема посредством диплексоров и переключает каналы, либо к антенне малого усиления LGA, либо антенне высокого усиления HGA1. Выходы передатчика X-диапазона подсоединены к усилителям на лампе бегущей волны мощностью 65 Вт. Выходы усилителей подключены к интерфейсному блоку волновода, где они могут быть направлены на один из двух диплексоров, питающих антенны высокого усиления HGA. Сигналы, принимаемые от диплексоров, могут соединять каждый из приемников X-диапазона с любой антенной HGA. Система управления данными DMS (Data Management System) основана на стандартной архитектуре шины бортовой системы обработки данных, модернизированной за счет высокоскоростных каналов, соединяющих процессоры блока управления данными с ПЗУ и с интерфейсным блоком системы ориентации. Система DMS отвечает за распределение командной информации по всему КА, а также за сбор телеметрических данных с систем аппарата и полезной нагрузки. Кроме того, система следит и за выполнением их функций. Для хранения данных используется твердотельное запоминающее устройство с памятью 12 Гбит. Система ориентации и управления КА включает в себя два звездных датчика, два солнечных датчика и два инерциальных измерительных блока, в состав каждого из которых входят по три гироскопа и три акселерометра. Трехосная стабилизация КА будет осуществляться на маховиках. НАУЧНАЯ АППАРАТУРА Полезная нагрузка станции Venus Express состоит из семи научных инструментов. Планетарный фурье-спектрометр PFS (Planetary Fourier Spectrometer) предназначен для измерения с высоким разрешением температуры атмосферы Венеры на высотах 55–100 км. Кроме того, этот прибор способен измерять температуру поверхности (поиск вулканически активных областей) и определять состав атмосферы. Устройство PFS представляет собой спектрометр ИК-диапазона с двумя каналами: коротковолновым (0.9–5.5 мкм; поле зрения – 1.6°, пространственное разрешение – 7 км с высоты 250 км) и длинноволновым (5.5–45 мкм; поле зрения – 2.8°, разрешение – 13 км). Инструмент в основном будет включаться при нахождении КА возле перицентра орбиты, но может использоваться и с большего расстояния. Каждое измерение занимает 4 сек, период повторения – 11.5 сек. Научным руководителем по прибору является Витторио Формизано (Vittorio Formisano; Институт физики межпланетного пространства IFSI, Фраскати, Италия).
Спектрометр для исследования характеристик атмосферы Венеры SPICAV (Spectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Venus) предназначен для изучения атмосферы с целью прогнозирования ее эволюции. В частности, с его помощью будет выполняться поиск водяного пара, а также молекулярного кислорода и соединений серы. SPICAV также позволит определить плотность и температуру атмосферы на высоте 80–180 км. Прибор SPICAV является доработанным вариантом прибора SPICAM станции Mars Express. SPICAV сохранил два канала SPICAM – ультрафиолетовый (SPICAV-UV, диапазон спектра 0.11–0.31 мкм) и инфракрасный (SPICAV-IR, диапазон спектра 0.7-1.7 мкм), но к ним был добавлен еще один инфракрасный канал SOIR (2.3–4.2 мкм) для изучения атмосферы Венеры при просвечивании ее Солнцем. В ночное время будет регистрироваться тепловое излучение ближнего ИК-диапазона, идущее из глубин атмосферы, с целью получения информации о составе нижних слоев и обнаружения горячих участков на поверхности. Кроме того, предусмотрены режимы наблюдения свечения над лимбом планеты и звезд через атмосферу при заходе и восходе. Научными руководителями по прибору являются Жан-Лу Берто (Jean-Loup Bertaux, Аэрономическая служба Национального центра научных исследований, Веррьер-ле-Бюиссон, Франция) и Олег Кораблев (ИКИ РАН, Россия). Тепловой видовой спектрометр видимого и ИК-диапазона VIRTIS (Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer) предназначен для спектрального картографирования поверхности Венеры, исследования состава атмосферы под облачным слоем, циркуляции облачности, поиска молний, следов сейсмических волн и др. Спектрометр будет вести измерения в трех каналах, два из которых предназначены для спектрального картографирования (оптическая картографирующая подсистема), а третий – для спектроскопии (оптическая система с высоким разрешением). Каналы картографирующей подсистемы расположены в видимом (0.25–1.0 мкм, спектральное разрешение – 2 нм) и инфракрасном диапазоне (1–5 мкм, 10 нм); спектроскопический канал – в инфракрасном (2–5 мкм, 3 нм). Научными руководителями по прибору являются Пьер Дроссар (Pierre Drossart, Лаборатория космических исследований и астрофизической аппаратуры Парижской обсерватории в Мёдоне, Франция) и Джузеппе Пиччони (Giuseppe Piccioni, Институт космической физики и астрофизики, Рим, Италия).
Анализатор космической плазмы и энергичных атомов ASPERA-4 (Analyser of Space Plasmas and Energetic Atoms) предназначен для исследования взаимодействия солнечного ветра с атмосферой Венеры и происходящих в ней плазменных процессов, изучения неизвестных параметров солнечного ветра, определения глобального распределения плазмы и нейтрального газа в атмосфере и др. В состав инструмента входят четыре датчика (см. таблицу). Прибор ASPERA-4 создан с использованием технологии прибора ASPERA-3 станции Mars Express с улучшением тепловых характеристик и радиационной стойкости для надежной работы в окрестностях Венеры. Научными руководителями по прибору являются Станислав Барабаш и Рикард Лундин из Института космической физики IRF (Кируна, Швеция). Эксперимент по радиозондированию Венеры VeRa (Venus Radio Science Experiment) заключается в радиопросвечивании венерианской атмосферы для определения вертикальных профилей плотности, давления и температуры с разрешением по высоте лучше 100 м, а также для исследования глобального поведения ионосферы в течение сезонных изменений и в зависимости от состояния солнечного ветра. Кроме этого, будут исследованы диэлектрические и рассеивающие свойства вещества поверхности Венеры в конкретных районах с использованием бистатической локации. Для проведения эксперимента используется бортовой радиопередатчик (S- и X-диапазоны) и остронаправленные антенны HGA. Научным руководителем по прибору является Бернд Хеуслер (Bernd Hausler, Университет Бундесвера, Мюнхен, Германия).
Камера мониторинга Венеры VMC (Venus Monitoring Camera) предназначена для изучения динамики верхних слоев атмосферы (высота примерно 70 км), загадочного полярного вихря с двойным «глазом», а также для наблюдения волн и других маломасштабных явлений. Камера VMC состоит из блока оптики, блока электроники, блока цифровой обработки данных и преобразователя мощности. Она имеет четыре раздельные системы линз, каждая из которых получает изображения в разных диапазонах длин волн, и одну регистрирующую ПЗС-матрицу размером 1032х1024 пикселя. Всего имеется четыре фильтра: F3 (с центром 0.365 мкм), F4 (0.513 мкм), F5 (0.935 мкм) и F6 (1.01 мкм). Поле зрения камеры VMC составляет 17.5°. Научным руководителем по прибору является Войцех Маркевич (Wojciech Markiewicz, Институт аэрономии Общества Макса Планка, Катленбург-Линдау, Германия). Магнитометр MAG предназначен для изучения напряженности и направления магнитного поля Венеры. Прибор состоит из двух трехкомпонентных датчиков (один из которых установлен на внешней стороне корпуса КА, а другой закреплен на конце разворачиваемой штанги длиной 1 м), а также блока электроники, блока обработки данных и блока питания. Магнитометр создан Институтом космических исследований Австрийской академии наук (г.Грац) совместно с Техническим университетом Брауншвейга (TU Braunschweig) и Имперским колледжем (г.Лондон). Научным руководителем по прибору является Телун Чжан (Tielong Zhang). В разработке приборов SPICAV и планетарного фурье-спектрометра PFS приняли участие российские специалисты из ИКИ РАН. НА ОРБИТЕ ВЕНЕРЫ После 153 суток полета в космическом пространстве, 11 апреля 2006 г. около 08:40 UTC станция Venus Express выйдет на орбиту вокруг Венеры. Для этого будет задействован маршевый двигатель, который обеспечит замедление скорости КА для его последующего «захвата» гравитационным полем планеты. Длительность выданного импульса составит около 53 мин, скорость аппарата уменьшится на 1310 м/с (!), вследствие чего станция перейдет на высокоэллиптическую околополярную орбиту спутника Венеры с наклонением 89.7°, высотой перицентра 250 км, апоцентра – 326550 км и периодом обращения около 5.5 суток. Затем аппарат будет переведен на рабочую орбиту с параметрами: высота перицентра – 282 км (над широтой 80–90°с.ш.), высота апоцентра – 66911 км, наклонение орбиты – 90°, период обращения около 24 часов. Расчетная продолжительность экспедиции составляет два венерианских дня (486 земных дней) с возможным продлением еще на два венерианских дня (если позволят ресурсы станции).
Через несколько лет европейские ученые смогут разместить свои приборы на борту российской автоматической межпланетной станции. Федеральной космической программой на 2006–2015 гг. предусмотрена разработка и запуск принципиально нового космического аппарата – долгоживущей напланетной станции «Венера-Д», предназначенной для детального исследования атмосферы и поверхности Венеры. Как ожидается, на поверхность планеты высадится аппарат с длительным (более месяца) сроком активного существования. Это поможет ученым приблизиться к разгадке множества тайн, которые скрывает в себе загадочная и притягательная Венера… Автор: П. ШАРОВ,
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|