AKATSUKI НЕ СМОГ ВЫЙТИ НА ОРБИТУ ВЕНЕРЫ
|
Космический аппарат "Акацуки" (по-японски "Рассвет") не смог выйти на орбиту Венеры, сообщается на официальном сайте японского космического агентства (JAXA). 7 декабря 2010 года незадолго до
трех часов ночи по московскому времени зонд Planet-C Venus Climate Orbiter (именно так полностью называется аппарат) предпринял маневр по выходу на орбиту этой планеты. После этого он ушел
за диск небесного тела, и с ним на некоторое время была потеряна связь. Наконец в 5 часов утра 8 декабря уже после восстановления сообщения с аппаратом эксперты официально признали,
что зонд "промахнулся" мимо Венеры. "Акацуки" должен был стать первым космическим аппаратом Японии, работающим на орбите другой планеты. Примечательно, что у него еще есть шанс это сделать -
через шесть лет зонд снова сблизится с Венерой и сможет предпринять повторный маневр (если будет в рабочем состоянии).
|
AKATSUKI НЕ СМОГ ВЫЙТИ НА ОРБИТУ ВЕНЕРЫ
|
21 мая в 06:58:22 по японскому поясному времени JST (20 мая в 21:58:22 UTC) с пусковой установки №1 стартового комплекса Йосинобу Космического центра Танэгасима
специалисты компании Mitsubishi Heavy Industries и Японского агентства аэрокосмических исследований JAXA осуществили пуск ракеты-носителя H-IIA F17. Основной задачей пуска было выведение на
траекторию полета к Венере межпланетной станции Akatsuki («Рассвет») и экспериментального КА с солнечным парусом IKAROS. В качестве дополнительных ПН ракета несла малые студенческие аппараты
UNITEC-1, Waseda-Sat-2, KSAT и Negai.
Запуск прошел в штатном режиме. Три микроспутника были отделены на низкой околоземной орбите, a Akatsuki, IKAROS и UNITEC-1, как и требовало полетное задание, вышли на межпланетную траекторию.
Номера и международные обозначения аппаратов в каталоге Стратегического командования (СК) США и параметры орбит спутников представлены в таблице.
ЗАПУСК НА ОРБИТУ
Межпланетный зонд Akatsuki получил свое имя 23 октября 2009 г. Расчетная дата запуска - 18 мая 2010 г. в 06:44:12 JST - была объявлена 3 марта. Аппарат, собранный и испытанный в центре Института
космических и астронавтических наук ISAS в г. Сагамихара, был отправлен на космодром вечером 17 марта и прибыл туда 19 марта.
30 апреля в Здании сборки космической головной части (КГЧ) Akatsuki установили на адаптер PAF900M, под которым ранее был размещен IKAROS. Четыре более мелких «попутчика» установили на боковые
платформы. 4 мая КГЧ закрыли обтекателем, а 9 мая доставили в Здание вертикальной сборки для интеграции с носителем.
|
Nightflight to Venus All system are go Nightflight to Venus The sky is aglow. (Boney M - 1978)
|
МЕЖПЛАНЕТНАЯ СТАНЦИЯ AKATSUKI
|
17 мая собранную РН вывезли на стартовый комплекс. Это была H-IIA в конфигурации 202 - с двумя стартовыми твердотопливными ускорителями (СТУ) SRB-A и ГO типа 4S диаметром 4.07 м. Стартовая
масса носителя составляла 291 т, общая высота - 53 м, суммарная масса ПГ около 1400 кг.
Первая попытка пуска была предпринята утром 18 мая*, но старт был отменен за четыре минуты до расчетного времени из-за плохой погоды по трассе полета ракеты (плотная облачность, опасность
грозовых разрядов). Новой датой стало 21 мая.
*Астрономическое окно для пуска к Венере продолжалось с 18 мая по 3 июня 2010 г.
Продолжительность пускового окна составляла, по словам представителей JAXA, «всего
несколько мгновений». Циклограммы для разных дней различались, особенно по времени
второго включения 2-й ступени.
|
На момент пуска в районе стартового комплекса была легкая облачность, скорость северо-восточного ветра достигала 2.4 м/с, температура воздуха - 21.2°С. Старт состоялся в расчетное время. После
выхода за пределы стартового сооружения началась отработка программных разворотов по крену и тангажу с выходом на азимут 93°. В момент Т+1 мин 55 сек на высоте 52 км завершили свою работу СТУ;
еще через 9 сек они отделились от центрального блока. Сброс ГO был осуществлен в Т+4 мин 22 сек на высоте около 150 км. Еще через 2 мин 10 сек на скорости около 5.5 км/с отключился
кислородно-водородный двигатель LE-7A первой ступени, а спустя 8 сек после отсечки первая ступень отделилась и затем упала в Тихий океан.
Кислородно-водородный двигатель LE-5B второй ступени включился в первый раз в Т+6 мин 50 сек на высоте 224 км и проработал 4 мин 42 сек. Таким образом, в момент Т+11 мин 32 сек вторая ступень
вместе с головным блоком вышла на околоземную орбиту высотой около 300 км. Через 1 мин 03 сек после этого из пускового устройства J-POD на боковой платформе головного блока вышел первый
«кубсат» Negaift, за которым с интервалами в 10 сек последовали Waseda-Sat-2 и KSAT.
|
Старт ракены с космическим аппаратом на борту.
|
МЕЖПЛАНЕТНАЯ СТАНЦИЯ AKATSUKI
|
В момент Т+22 мин 37 сек двигатель 2-й ступени запустился повторно и проработал 228 сек, обеспечив набор скорости 11.7 км/с и выход на отлетную траекторию к Венере. Через 64 секунды после
выключения двигателя LE-5B, в Т+27 мин 29 сек, произошло отделение АМС Akatsuki, которое по плану должно было состояться двумя секундами раньше. Но на этом процесс выведения не завершился: в
момент Т+35 мин 50 сек был сброшен адаптер, еще через б мин 55 сек отделился установленный под ним IKAROS, и наконец, в момент Т+47 мин 52 сек с боковой платформы сошел зонд UNITEC-1.
Этот старт стал 11-й подряд успешной миссией H-IIA. Ракета, созданная компанией Mitsubishi Heavy Industries, с 2001 г. стартовала 17 раз, и лишь один пуск в ноябре 2003 г. был аварийным.
21 мая в 16:40 JST сигналы с Akatsuki были приняты станцией ISAS Угиноура. Телеметрия подтвердила, что КА развернул две панели солнечных батарей, построил расчетную ориентацию по Солнцу и
находится в исправном состоянии. В тот же день в 20:50 JST с расстояния 250000 км были сделаны пробные снимки Земли камерами UVI, LIR и IR1. Траектория КА оказалась очень близка к расчетной -
наклонение гиперболической орбиты было на 0.004° меньше расчетного, а условная большая полуось - на 2.2 км больше. Поэтому первая коррекция не потребовалась. К16 июня Akatsuki удалилась от
Земли на 10 млн км.
ПАРАМЕТРЫ ЗАПУСКА
|
Название |
Номер |
Обозначение |
Параметры орбиты |
i |
Hp, км |
Ha, км |
P, мин |
KSAT ? |
36573 |
2010-020A |
29.98° |
290.2 |
299.9 |
90.28 |
Negate ? |
36574 |
2010-020B |
29.98° |
290.5 |
299.5 |
90.28 |
Waseda-Sat-2 |
36575 |
2010-020C |
29.98° |
290.1 |
299.3 |
90.27 |
Akatsuki |
36576 |
2010-020D |
Выведены на гелиоцентрические орбиты |
IKAROS |
36577 |
2010-020E |
UNITEC-1 |
36578 |
2010-020F |
ПАРАМЕТРЫ ЗАПУСКА
|
Аппарат прибудет к Венере 7 декабря 2010 г. и выйдет на орбиту ее спутника, на которой будет работать по крайней мере до конца 2012 г., хотя ученые рассчитывают на четыре года наблюдений.
ОСНОВНАЯ МИССИЯ
Техническое наименование КА Akatsuki - VCО (Venus Climate Orbiter). Из него следует, что аппарат предназначен для изучения климата Венеры, и в частности - динамики и физики газового покрова
планеты во всех его проявлениях. Это первый в истории межпланетный зонд, предназначенный исключительно для непрерывного мониторинга атмосферных процессов.
«Akatsuki является первым метеорологическим спутником другой планеты, - говорит Сэйити Сакамото (Seiichi Sakamoto), директор по космической научной программе ISAS, входящего ныне в JAXA. -
Детальное изучение сестры планеты Земля даст нам прорыв в области науки об атмосфере».
НЕМНОГО О ВЕНЕРЕ
|
Период обращения Венеры вокруг Солнца составляет около 225 суток и меньше, чем период вращения планеты вокруг своей оси (243 сут), причем направление вращения противоположно другим
семи планетам. Таким образом, если бы не толстый слой облачности, восход Солнца с поверхности Венеры можно было бы наблюдать на «западе», а заход - на «востоке». До сих пор это «неправильное»
вращение - одна из главных загадок Солнечной системы. Еще одним парадоксом является потрясающая разница между черепашьей скоростью вращения планеты и скоростью практически постоянных штормовых
ветров, достигающей 100 м/с. Вторая в 60 раз выше первой, и поэтому период обращения облачного покрова Венеры на высоте 65 км составляет всего четверо суток! Метеорологи пока не могут объяснить
это явление, которое называется суперротацией атмосферы.
|
НЕМНОГО О ВЕНЕРЕ
|
Несмотря на то что по диаметру и массе Венера близка к Земле, фактически планеты сильно отличаются. «Хотя Венера, как полагают, образовалась в таких же условиях, как Земля, это совершенно другой
мир, с очень высокой температурой из-за парникового эффекта и суперротации атмосферы, покрытой густыми облаками серной кислоты», -говорит Такэси Имамура (Takeshi Imamura), научный руководитель
проекта Akatsuki.
Изучение Венеры считается очень важным потому, что эта планета сформировалась подобно Земле и, возможно, была в далеком прошлом гораздо более спокойным местом Солнечной системы, нежели сейчас. Но
потом «что-то пошло не так» - и в результате климат некогда «умеренной» Венеры «пошел вразнос», и теперь температура на ее поверхности достигает +480°С, а давление атмосферы - 90 атм. Выяснение
причин таких кардинальных изменений, как считается, даст ученым ключ к пониманию рождения Земли и поведения ее климата.
«Исследование атмосферы Венеры и сравнение ее с Землей, как мы надеемся, позволит больше узнать о факторах, определяющих природные условия на нашей планете, - считает Имамура. - С этой точки
зрения мы сможем лучше понять причины, почему Земля стала такой, как сейчас, и как она может измениться в будущем».
|
МЕЖПЛАНЕТНАЯ СТАНЦИЯ AKATSUKI
|
Исходя из задач изучения атмосферы была выбрана приэкваториальная высокоэллиптическая квазисинхронная рабочая орбита VCО. Наклонение ее составит 172°, то есть КА имеет обратное вращение по
отношению к вращению планеты, а орбита лежит вблизи плоскости эклиптики. Высота апоцентра составит около 80 000 км, а перицентра - 300 км при периоде обращения 30 часов. На каждом витке в течение
20 часов угловое движение КА будет соответствовать суперротации атмосферы Венеры у нижней границы облаков (высота 50 км), что позволит непрерывно отслеживать изменения и эволюцию в структуре
облачных слоев. Большой эксцентриситет орбиты позволит не только всесторонне исследовать метеорологические явления на планете и ее поверхности, но и наблюдать те составляющие атмосферы, которые
уходят от Венеры в межпланетное пространство.
Akatsuki имеет и третье имя - Planet-C, напоминающее, что это третий межпланетный зонд, созданный ISAS после АМС Suisei (Planet-A, запущена в 1985 г. для изучения кометы Галлея) и Nozomi
(Planet-B, запущена в 1998 г. и должна была стать спутником Марса, но потерпела неудачу).
|
МЕЖПЛАНЕТНАЯ СТАНЦИЯ AKATSUKI
|
Akatsuki, стабилизированный по трем осям, имеет стартовую массу около 500 кг, из которых 37 кг приходится на научные приборы. Зонд создавался с учетом наработок по программе Planet-B, но
сильно отличается от Nozomi по компоновке: это не восьмигранная призма, а параллелепипед габаритами 1.04x1.45x1.40 м. Приборы и оборудование служебных систем размещены на боковых панелях,
«охватывающих» каркас КА.
Система электроснабжения, обеспечивающая мощность 500 Вт на орбите вокруг Венеры в конце расчетного срока, состоит из двух панелей солнечных батарей (СБ) площадью 1.4 кв. м каждая и буферных
аккумуляторов. Две поверхности КА, где установлены панели СБ, всегда обращены перпендикулярно к плоскости орбиты (на север и на юг) и используются для радиационного охлаждения. Панели СБ имеют
одностепенные приводы вращения вокруг оси север-юг, а их положение контролируется в зависимости от ориентации основной части аппарата.
Стабилизация и ориентация зонда осуществляются с помощью четырех силовых гироскопов с использованием данных от инерциального измерительного блока, акселерометров, звездных и солнечных датчиков.
Двигательная установка оснащена двух-компонентным (четырехокись азота - гидразин) ЖРД орбитального маневрирования тягой 500 Н и 12 однокомпонентными (гидразин) ЖРД системы управления - восемью
тягой по 2.27 кгс и четырьмя по 0.3 кгс.
Телеметрическая и научная информация передается на частоте 8410.926 МГц через остронаправленную антенну, ориентированную во время сеансов связи на Землю. Скорость передачи телеметрии с КА -
не менее 4 кбит/сек на расстоянии 1.5 а.е. от Земли, 8 кбит/с - на 1.1 а. е., 16 кбит/с - на 0.7 а. е. и 32 кбит/с - на 0.5 а. е. Емкость бортового запоминающего устройства - 512 Мбайт.
Расчетный срок активного существования на орбите Венеры - не менее четырех лет - ограничен деградацией бортовой аккумуляторной батареи.
Японский аппарат сможет получать и передавать на Землю изображения венерианской атмосферы каждые два часа. Систематическое наблюдение благоприятно для обнаружения метеорологических явлений в
различных временных и пространственных масштабах. Квазисинхронная рабочая орбита позволит по виду и направлению движения облаков получать данные о скорости и направлении ветра, особенно о
небольших отклонениях векторов местных ветров на фоне суперротации. Также Akatsuki будет вести наблюдения в инфракрасном спектре для подтверждения наличия на Венере активных вулканов и гроз.
Хотя орбита КА должна находиться вблизи экватора, станция сможет наблюдать и такие явления, как полярные диполи. Сеансы подобных наблюдений возможны из района апоцентра орбиты в силу ее наклона
(8° по отношению к экватору). Изображения мелкомасштабных особенностей атмосферы и лимба, напротив, будут получаться около перигея. Теневая часть орбиты послужит для наблюдения слабых световых
явлений, таких как молнии и свечение атмосферного газа. Эксперимент с радиопросвечиванием атмосферы будет выполняться, когда КА заходит за диск Венеры относительно земного наблюдателя.
Целевая научная аппаратура представлена пятью инструментами различных диапазонов спектра - от инфракрасного (ИК) до ультрафиолетового (УФ).
УФ-камера UVI (Ultraviolet Imager) изучает распределение двуокиси серы в верхней части облачного слоя и ищет неизвестные поглотители света. Ее действие основано на измерении солнечного
ультрафиолетового излучения, рассеянного на уровне вершин облаков на высоте примерно 65 км, в двух полосах - 365 и 283 нм. Атмосфера Венеры имеет широкую полосу поглощения солнечного излучения
в пределах от 200 до 500 нм, но если поглощение в диапазоне 200-320 нм объясняется наличием в верхней части облачного покрова двуокиси серы SО
2, то поглощение волн длиннее 320 нм
должно происходить по другой, неизвестной пока причине. Идентификация поглотителя важна не только для понимания химии атмосферы, но и для оценки баланса энергии и динамики. UVI позволит
понять пространственное распределение УФ-поглотителей и их взаимосвязь со структурой облаков и ветром. Камера имеет поле зрения 12° и включает ПЗС-детектор с матрицей размером 1024x1024;
ее масса 4.1 кг, а потребляемая мощность 9.4 Вт.
Длинноволновая ИК-камера LIR (Longwave Infrared Camera) регистрирует тепловую эмиссию от вершин облаков в довольно широкой полосе 8-12 мкм. В отличие от других видовых приборов на борту станции,
LIR в состоянии получать дневные и ночные изображения с одинаковым качеством. Измерения температуры позволят определить высотное распределение облаков, детальная структура которых известна
только в приполярных широтах по данным Pioneer Venus, а также распределение температуры атмосферы. Кроме того, отслеживание особенностей на последовательных изображениях даст оценку вектора
ветра, в том числе на ночной стороне Венеры. LIR обладает температурным разрешением 0.3 К, что соответствует разности высот в несколько сотен метров, а точность измерения абсолютной температуры
составляет 3 К. Поле зрения камеры - 12°. Детектор включает оптическую систему, механический затвор и датчик изображения с приводом. Датчиком является неохлаждаемый микроболометр с матрицей
320x240 пикселей (фактически используются 240x240). Размер пиксела изображения - 37 мкм, угловое разрешение - 0.05°, что соответствует 26-70 км на поверхности Венеры. Температура болометра
стабилизирована на уровне 313 К с помощью элемента Пельте. Отсутствие активной системы охлаждения делает инструмент очень легким: масса - не более 3.3 кг, потребляемая мощность - 29 Вт.
|
МЕЖПЛАНЕТНАЯ СТАНЦИЯ AKATSUKI
|
Двухмикронная камера IR2 предназначена для изучения средней атмосферы и распределения СО. Она работает на длинах волн 1650,1735, 2020, 2260 и 2320 нм и является самым чувствительным инструментом
Akatsuki к инфракрасному излучению, приходящему с уровней 35-50 км, то есть ниже плотного облачного слоя.
Чтобы отследить движения облаков, будет использоваться ряд изображений, полученных на длине волны 2260 нм - это одно из «окон прозрачности» в атмосфере Венеры. Неоднородность облачного слоя
планеты, как считается, существует в основном на высотах 50-55 км, и наблюдения IR2 помогут составить карты ветра (розы ветров) в этой области. По оптической плотности облаков в диапазонах
1735 и 2260 нм будут определяться размер и концентрация пылевых частиц.
Сравнение данных в линиях 2260 нм и 2320 нм позволяет выявить поглотительную группу СО и изучить производство, циркуляцию и диссоциацию этого соединения. В полосе 2020 нм прибор будет «видеть»
двуокись углерода СО
2. Фильтр 1650 нм будет использоваться во время перелета от Земли к Венере для регистрации зодиакального света от космической пыли.
Одномикронная камера IR1 (три окна) «заточена» под наблюдение поверхности Венеры и нижних слоев ее атмосферы, а также обнаружение паров воды. Она должна получать ИК-изображения дневной стороны
Венеры в диапазоне 900 нм и ночной стороны - на 900,970 и 1010 нм. На дневной стороне визуализируется распределение облаков и измеряется скорость ветра с точностью до нескольких метров в секунду.
На ночной стороне регистрируется тепловое излучение, главным образом от поверхности и в меньшей степени - от атмосферы. Волны 970 нм поглощаются водяным паром, что позволяет оценить содержание
последнего ниже облаков. Измерения на 900 и 1010 нм дадут информацию о материале поверхности. Ожидается, в частности, что они смогут «опознать» горячую лаву вулканов.
Конструктивно камеры IR1 и IR2 имеют много общего и используют единую 16-битную электронику для аналого-цифрового преобразования. Каждая камера имеет большую бленду, которая устраняет рассеянный
свет от Солнца, оптическую систему с фокусным расстоянием 84.2 мм и относительным отверстием 1:4 и датчик с матрицей 1040x1040 пикселов (используется область 1024x1024) при размере пиксела 17
мкм. Поле зрения камеры - 12°, разрешение (проекция пиксела) - 16 км при съемке из апоцентра и до 6 км при съемке с расстояния в пять радиусов Венеры. Датчик камеры охлажден до 260 К.
Общая масса камер IR1 и IR2 составляет 20.7 кг при потребляемой мощности 9.4 Вт. Собственно на IR1 приходится 2.8 кг, общий блок электроники имеет массу 3.9 кг, а остальное относится к IR2 с
системой охлаждения приемника.
Камера регистрации гроз и свечения атмосферы LAC (Lightning and AirgLow Camera) предназначена для обнаружения «обычных» молний и спрайтов (электрические разряды, направленные из облаков
вверх, в ионосферу). Этот быстродействующий видовой прибор регистрирует с периодом 32 мкс вспышки молний и связанное с ними излучение возбужденных атомов кислорода на ночной стороне диска Венеры.
Наблюдения молний дадут информацию относительно механизмов их формирования и разряда.
LAC способна обнаружить с расстояния 1000 км вспышку, в 100 раз более слабую, чем «типичная» молния на Земле. Наблюдения с помощью LAC на волнах 545.0, 557.7, 630.0 и 777.4 нм и в полосе 480-605
нм позволят также получить данные о физике сернокислотных облаков, о среднемасштабной метеорологии и ее воздействии на атмосферные химические процессы.
Поле зрения камеры -16°. Она использует мультианодный лавинный фотодиод с матрицей из 8x8 двухмиллиметровых квадратных пикселов (проекция пиксела - примерно 35 км на поверхности Венеры с
1000-киломе-тровой высоты и 850 км с высоты в три радиуса планеты), одна половина которого предназначена для работы в линии 777.4 нм, а вторая - в четырех остальных. Общая масса LAC -
примерно 2.3 кг.
|
Научная аппаратура станции.
|
МЕЖПЛАНЕТНАЯ СТАНЦИЯ AKATSUKI
|
К числу научных приборов относится и
цифровой электронный блок DE (Digital Electronics), управляющий работой камер UVI, LIR, IR1 и IR2. Он используется также для калибровки и сжатия
данных для передачи их на наземную станцию без серьезной деградации. Масса DE составляет 4.6 кг, потребляемая мощность - 20 Вт.
Для наблюдения вертикальных профилей температуры атмосферы, «субоблаков» из паров серной кислоты и ионосферной плазмы будет использован метод просвечивания радиосигналом диапазона 8.4 ГГц,
частоту которого задает ультрастабильный генератор US0 (Ultra-stable oscillator). Сочетание различных видов наблюдений обеспечит новый взгляд на трехмерную структуру и динамику атмосферы Венеры.
Приборы Akatsuki жестко закреплены относительно корпуса и наводятся на диск Венеры разворотом всего КА.
Первоначально аппарат предполагалось запустить на носителе M-V с разгонным блоком KM-V1, однако из-за завершения программы этой твердотопливной ракеты пришлось пересадить Akatsuki на H-IIA,
для которой он явно мелковат.
Япония потратила на проект Akatsuki в общей сложности около 270 млн $, из которых 108 млн $ пришлось на стоимость пуска. Однако японские ученые намерены окупить затраты. «Planet-С несет
множество уникальных японских технологий, которые, как мы надеемся, будут собирать данные и помогут решить тайны Венеры, приведя к удивительным новым открытиям...» - говорит Нобуаки Исии
(Nobuaki Ishii), инженер проекта Akatsuki.