Главная
Онлайн калькуляторы
Основные характеристики станции. Долгая дорога к Церере

Основные характеристики станции. Долгая дорога к Церере

Малые планеты и астероиды – источники ценной для ученых информации о ранних стадиях образования планетарных систем.

Ввиду малых размеров наблюдать их с помощью телескопов и другой наземной аппаратуры крайне тяжело. Даже выведенный на орбиту телескоп «Хаббл» недостаточно информативен для их изучения. Только находясь в непосредственной близости от этих тел, можно провести нужные исследования и затем передать результаты на Землю. Именно такая задача возложена на космический аппарат Dawn с временным ориентиром завершения работ – июль 2015 года.

Ракета-носитель

Для запуска исследовательского зонда использовалась ракета-носитель Delta II, являющаяся аналогом российского «Союз-У». Эта модификация разработана в 1989 году американской компанией «МакДоннел Дуглас» и относится к среднему классу носителей.

Получила активное применение после закрытия программы по использованию «Спейс Шаттл». Монополизация космического рынка США такими гигантами как Boeing и Lockheed Martin, привела к тому, что сейчас производством этих ракет (как и Atlas V) занимается их совместная коммерческая структура – United Launch Alliance.

Задачи экспедиции

Миссия аппарата Dawn – достичь астероида Веста и карликовой планеты Церера, которые располагаются в поясе астероидов, обращающемся вокруг Солнца между орбитами Марса и Юпитера. Имеющаяся на борту аппаратура позволяет собрать необходимые ученым данные и передать их на Землю. Эти два объекта в некотором смысле являются антиподами и именно поэтому выбраны в качестве объектов исследования. Считается, что поверхность Цереры покрыта толстым слоем льда (до 100 км), а Веста представляет собой базальтовый метеорит.

Основные характеристики станции

Межпланетная станция имеет форму близкую к параллелепипеду с максимальным и минимальным габаритными размерами 1,77 м и 1,27 м соответственно. Антенна, установленная на одной из граней, имеет диаметр 1,52 м. Масса летательного аппарата (с топливом) – 1217.7 кг. Двигательная установка состоит из 12 двигателей коррекции (тягой 0,9 Н), работающих на гидразине, и трех электрореактивных двигателей. Последние имеют регулируемый диапазон тяги 19–92 мН и суммарную продолжительность работы более 50 тысяч часов. Энергообеспечение станции осуществляется двумя внешними солнечными батареями и одной бортовой – никель-водородной.

Галерея снимков Цереры переданных зондом Dawn







Система управления

Система управления космического аппарата основана на трех стойких к радиации одноплатных процессорах RAD6000, обладающих памятью в 8 Гбит. По сути, они дублируют работу друг друга, создавая повышенную надежность системы в целом. Для связи с центром управления станция оборудована четырьмя антеннами: одной остронаправленной и тремя обычными. Мощность, потребляемая бортовым передатчиком, составляет 100 Вт, а скорость передачи информации на Землю варьируется в диапазоне от 41 до 128 кбит/с.

Бортовое оборудование

Космический аппарат оснащен тремя основными комплексами научной аппаратуры, предназначенными для изучения малых планет. В первый входят две дублирующие друг друга кадровые камеры Framing Camera, изготовленные в Германии. Они оснащены цветными фильтрами, работающими в видимом и инфракрасном диапазоне. Второй тип оборудования – детектор гамма лучей и нейтронного излучения, включающий в себя 21 датчик, которые должны помочь определить химический состав небесных тел. И третий – спектрометр, работающий в видимом и инфракрасном диапазоне и предназначенный для минералогических исследований.

Хронология событий

В 2007 году, 17 декабря межпланетная станция отправилась в космическое путешествие. Ключевыми событиями на первом этапе стали: гравитационный маневр для набора скорости в районе Марса в декабре 2009 года и прилет в зону астероида Веста в августе 2011.

Геологическая карта Весты, составленная по данным зонда Dawn

Полный календарный год был отведен на проведение исследований этого небесного тела. Первоначально планировалось задержаться там на три месяца меньше, но из-за необходимости более подробного изучения участка, скрытого в тени, экспедиция задержалась.

Производитель

Orbital Sciences, JPL, UCLA

Задачи

исследование Весты и Цереры

Пролёт Запуск Ракета-носитель

Дельта-2 7925H

Стартовая площадка

мыс Канаверал

Длительность полёта

в полёте 7 лет, 8 месяцев, 19 дней

NSSDC ID SCN Технические характеристики Масса Срок активного существования Логотип миссии Сайт проекта Dawn на Викискладе

Dawn (англ. Dawn, рус. Рассвет, произносится Дон) - автоматическая межпланетная станция (АМС), запущенная НАСА 27 сентября 2007 года для исследования астероида Веста и карликовой планеты Цереры.

К Церере аппарат «Dawn» приблизился 6 марта 2015 года и в 08:36 по EST перешёл на круговую орбиту. отличие от предыдущих АМС, исследовавших более одного небесного тела, «Dawn» промежуточное исследование Весты провёл не с пролётной траектории, а с орбиты вокруг неё - в течение года, - и в сентябре 2012 года продолжил дальнейший полёт к Церере.

  • 1 История запуска
  • 2 План полёта
  • 3 Ионный двигатель
  • 4 Исследовательские инструменты
  • 5 События
    • 5.1 Прошедшие
      • 5.1.1 2009 год
      • 5.1.2 2011 год
      • 5.1.3 2012 год
      • 5.1.4 2014 год
      • 5.1.5 2015 год
    • 5.2 Планируемые
      • 5.2.1 2015 год
  • 6 Примечания
  • 7 Ссылки

История запуска

АМС «Dawn»

АМС «Dawn», девятая миссия в рамках программы Discovery, была принята НАСА в ноябре 2002 года. Название АМС не связано с какой-то конкретной личностью, а является простым образом, характеризующим основную цель: получение информации, которая поможет лучше изучить ранние этапы формирования Солнечной системы.

Миссия как минимум трижды замораживалась или вовсе отменялась (2003, 2005, 2006 гг.). Однако после последнего публичного заявления об отказе от полёта к Церере в марте 2006 года это решение было официально отменено, и 27 марта 2006 года «Dawn» получил добро на запуск. сентябре 2006 года АМС уже была в состоянии готовности к запуску. 10 апреля 2007 года спутник доставили в монтажный цех подрядчика по запуску, SPACEHAB, Inc во Флориде. Запуск изначально был запланирован на 20 июня, но затем откладывался до 30 июня и 15 июля. июле запуск был отложен до осени - чтобы избежать наложения во времени пуска и первых фаз полёта «Dawn» и АМС Феникс (пуск которой состоялся 4 августа 2007 года).

26 сентября 2007 года ракета-носитель Дельта-2 с АМС на борту была готова к пуску на стартовом комплексе 17-В космодрома на мысе Канаверал. Из-за погодных условий и последующего появления корабля-нарушителя в запретной зоне запуска старт состоялся только утром 27 сентября. После почти трёх месяцев испытаний бортовых систем на земной орбите, 17 декабря 2007 года «Dawn» отправился в перелёт к Весте.

Целями полёта Веста и Церера избраны потому, что представляют собой противоположные типы больших астероидов: Цереру покрывает ледяной слой толщиной до 100 км, а Веста - монолитный безводный ахондрит. При этом Веста - основной «поставщик» метеоритов, достигающих поверхности Земли.

План полёта

Траектория полёта АМС «Dawn»

План полёта, рассчитанный на 8 земных лет, предусматривает расходящуюся спиральную траекторию, описывающую три оборота вокруг Солнца.

  • Сентябрь - октябрь 2007 года - старт с Земли.
  • Февраль 2009 года - манёвр в гравитационном поле Марса с набором скорости.
  • Август 2011 года - прибытие в район Весты и переход при помощи ксеноновых ионных двигателей на орбиту спутника астероида.
  • Август 2011 года - август 2012 года - исследование астероида Веста.
  • Август 2012 года - уход по раскручивающейся спирали из гравитационного поля Весты и переход на орбиту полёта к Церере.
  • Март 2015 года - прибытие к Церере и переход на её орбиту.
  • Июль 2015 года - завершение миссии.

По первоначальному плану на орбите около Весты аппарат должен был находиться до мая 2012 года, но этот срок был продлён до августа, с целью более полного картографирования некоторых областей, остававшихся в тени. Это не повлияло на сроки прибытия к Церере.

Ионный двигатель

АМС оборудована тремя ксеноновыми ионными двигателями, разработанными на основе образца, испытанного на зонде Deep Space 1. Каждый двигатель имеет тягу 30 мН и удельный импульс 3100 с; одновременно возможна работа одного двигателя. Из 425 кг рабочего тела (ксенона), имеющегося на борту, на полёт Земля - Веста предполагалось израсходовать 275 кг, на полёт Веста - Церера - 110 кг. При нормальной работе ионные двигатели «Dawn» обеспечивают прирост в скорости на 97 км/ч (60 миль/ч) за каждые 4 дня.

Исследовательские инструменты

Запуск АМС «Dawn» 27 сентября 2007
  • Отдельно размещённые две чёрно-белые ПЗС-матрицы (1024×1024 пикселя) с двумя объективами (D = 19 мм, F = 150 мм), каждая ПЗС-камера с набором из 7 узкополосных цветных фильтров + пустое поле; поле зрения у каждой камеры 5,5×5,5 градусов; выдержки от 0,001 сек до 3,5 часов.
  • GRaND - детектор нейтронов и гамма-квантов.
  • VIR (Visible and Infrared Mapping Spectrometer) - спектрометр видимого и инфракрасного диапазонов, предназначен для анализа состава поверхности Весты и Цереры. Инструмент является модификацией спектрометров, применявшихся на космических зондах «Розетта» и «Венера-экспресс». Инструмент регистрирует интенсивность освещения каждого пикселя матрицы для 400 различных длин волн в видимом и инфракрасном диапазоне. Прибор предоставлен Итальянским космическим агентством.

События

Прошедшие

Снимок Весты, сделанный АМС «Dawn» 17 июля 2011 года Снимок Цереры, сделанный АМС «Dawn» 19 февраля 2015 года

2009 год

  • Февраль - «Dawn» прошёл мимо Марса, ускорившись вследствие гравитационного манёвра с выходом из плоскости эклиптики.

2011 год

  • 3 мая - зонд сделал первую фотографию Весты с расстояния около 1,21 млн км.
  • 16 июля 01:00 EDT - Совершив почти два оборота вокруг Солнца, «Dawn» достиг Весты и перешёл на её круговую орбиту с высотой 16 000 км.
  • 17 июля - «Dawn» сделал первое изображение Весты с её орбиты.
  • 12 декабря - АМС спустился на самую низкую из предусмотренных в рамках его миссии орбит вокруг астероида Весты. Средняя высота орбиты составила 210 км. Планировалось, что зонд проработает в таком режиме как минимум 10 недель. Основные задачи зонда на текущем этапе полёта: точные измерения гравитационного поля для определения распределения массы в недрах астероида; регистрация детектором GRaND спектра нейтронов и гамма-квантов, рождающихся при взаимодействии космических лучей с поверхностью Весты, для определения элементного состава вещества на поверхности астероида.
  • 13 декабря - зонд отправил на Землю первые фотографии Весты с максимально возможным разрешением (до 23 мегапикселей). Больше недели ушло на обработку данных. Все собранные фотографии использованы для создания карты Весты высокого разрешения.

2012 год

  • 5 сентября - «Dawn» покинул Весту и отправился ко второму пункту назначения - Церере.

2014 год

  • 2 ноября - «Dawn» находился в 0,0175 а. e. от Цереры и 3,652 а. e. от Земли. Свет проходит это расстояние примерно за 31 минуту.

2015 год

  • 12 февраля - сделаны снимки Цереры с расстояния 84000 км
  • 19 февраля - снимки с расстояния 46000 км
  • 25 февраля - снимки с расстояния 40000 км
  • 6 марта - аппарат перешёл на круговую орбиту вокруг карликовой планеты высотой 42000 км.
  • 10 и 14 апреля - новая порция фотографий, вместе с данными телеметрии и первыми результатами работы приборов «Dawn» с высоты 24000 км
  • 23 апреля - «Dawn» на научной орбите в 13,5 тысячи километров сделал новые снимки карликовой планеты.
  • с 9 мая по 6 июня совершён переход на орбиту 4400 км.

Данные КА Dawn позволили уточнить в сторону уменьшения массу и размер Цереры. Экваториальный диаметр Цереры составляет 963 км, полярный диаметр - 891 км. Масса Цереры составляет 9,39·1020 кг.

Планируемые

2015 год

  • 30 июня планируется перевод зонда на орбиту 1450 км (начало работы на ней - 4 августа, окончание - 15 октября)
  • с 8 декабря - работа на орбите 375 км (изучение гамма-лучей, потоков нейтронов, исследование гравитационного поля в течении трех месяцев)

Примечания

  1. Dawn Mission Initiates Newsletter (англ.). NASA (11 ноября 2002). Архивировано из первоисточника 3 марта 2012.
  2. Dawn Frequently Asked Questions (FAQs) (англ.). NASA JPL. Архивировано из первоисточника 3 марта 2012.
  3. Das Kamerasystem - Die Augen von Dawn
  4. Spacecraft and Instruments
  5. Зонд НАСА «Dawn» сделал свой первый снимок астероида Веста, РИА Новости (11 мая 2011). Проверено 12 мая 2011.
  6. «Рассвет» сделал первое изображение Весты с её орбиты
  7. Dawn вышел на самую низкую орбиту вокруг Весты, Lenta.ru (13 декабря 2011 года). (Проверено 11 января 2012)
  8. Американский межпланетный зонд Dawn приблизился к астероиду Веста на 210 км, cybersecurity.ru (13 декабря 2011 года). (Проверено 11 января 2012)
  9. Jia-Rui Cook. NASA"s Dawn Spirals Down to Lowest Orbit (англ.), НАСА (12 декабря 2011 года). (Проверено 11 января 2012)
  10. Зонд Dawn прислал первые снимки Весты с низкой орбиты, Lenta.ru (22 декабря 2011 года). (Проверено 11 января 2012)
  11. Jia-Rui Cook. Dawn Obtains First Low Altitude Images of Vesta (англ.), НАСА (21 декабря 2011 года). (Проверено 11 января 2012)
  12. Dawn Gets Extra Time to Explore Vesta. NASA JPL (18 апреля 2012). Архивировано из первоисточника 6 июня 2012.
  13. Where is Dawn Now? (англ.)
  14. Chris Gebhardt. Dawn completes historic arrival at Ceres (англ.) (05 марта 2015). Проверено 6 марта 2015.
  15. Композитное изображение Цереры от КА «Рассвет»
  16. Dawn Journal | May 28, 2015

Ссылки

  • Описание АМС «Dawn» на официальном сайте NASA
  • Описание AМС «Dawn» на официальном сайте JPL
  • Космический аппарат «Dawn» стал самым быстрым межпланетным устройством
  • Миссия Dawn
  • Попов, Леонид Земной разведчик прибыл к тяжелейшему астероиду. membrana.ru (15 июля 2011). Архивировано из первоисточника 3 марта 2012.
  • Материалы АМС «Dawn» на русском языке NSTR

Dawn (космический аппарат) Информацию О

Исследовательский космический аппарат Dawn, выйдя на орбиту вокруг Цереры, достиг очередной вехи в выполнении его миссии по изучению космического пространства. Согласно информации, предоставленной американским космическим агентством НАСА, аппарат вышел на круговую орбиту в пятницу, 6 марта 2015 года в 12:39 по времени Гринвичского меридиана и в настоящее время находится на орбите на высоте около 61 тысячи километров от поверхности карликовой планеты. Данное событие делает космический аппарат Dawn первым в истории аппаратом, побывавшим возле карликовой планеты и первым аппаратом, которому удалось побывать на орбитах вокруг двух космических тел.Сигнал, подтверждающий выход аппарата Dawn на орбиту Цереры был получен приемниками сети дальней космической связи NASA Deep Space Network в 13:36 по Гринвичу. Это объясняется тем, что Церера и аппарат Dawn находятся на удалении 3.33 астрономических единиц (498 миллионов километров) от Земли, и радиосигналу требуется около 55 минут для того, чтобы дважды преодолеть это расстояние.То, что сделало возможным выполнение сложной мисси аппарата Dawn - это его ионный двигатель, который для вырабатывания силы тяги использует электрическую энергию, а не энергию сгорающего топлива. Из сопла двигателя вырывается поток электрически заряженных ионов ксенона, разогнанных до огромной скорости, благодаря чему ионный двигатель минимум в 10 раз более эффективен, нежели любой другой реактивный двигатель. Единственным недостатком ионного двигателя является малое значение вырабатываемой силы тяги, которая приблизительно равна весу одного листа бумаги. Но ионный двигатель может работать непрерывно в течение многих месяце и даже лет, плавно и постепенно разгоняя за это время космический аппарат до чрезвычайно высоких скоростей.

Результатом малого значения силы тяги двигателя подход аппарата Dawn к Церере был долгим и неторопливым, а сам процесс напоминал процесс сплава стволов спиленных деревьев по реке с очень медленным течением. Такой процесс потребовал очень точного исполнения, ведь любая из ошибок могла привести к тому, что аппарату Dawn пришлось бы провести очень медленную и длительную коррекцию курса и вернуться назад, произведя повторную попытку выхода на заданную орбиту. Напомним нашим читателям, что космический исследовательский аппарат Dawn был запущен в космос 27 сентября 2007 года. После пролета мимо Марса 4 февраля 2009 года и разогнавшись за счет сил его гравитации, аппарат Dawn сблизился и 16 июня 2011 года занял орбиту вокруг протопланеты под названием Веста. Там аппарат находился 14 месяцев, проводя различные научные исследования и съемку, после чего снова включил свой ионный двигатели и отправился в полет к Церере, который длился три с половиной года.Представители НАСА сообщают, что аппарат Dawn будет находиться на орбите Цереры очень долгое время. За последующие несколько месяцев аппарат будет постепенно приближаться к поверхности карликовой планеты, делая все более подробные снимки поверхности, выясняя природу происхождения светлых пятен, изучая особенности геологического строения и выискивая другие следы любой геологической активности.

1 июля основная миссия зонда Dawn подошла к концу. NASA не собирается прекращать работу аппарата, как . Но и дальше Цереры Dawn не полетит, как предполагалось. Раньше команда проекта планировала, что зонд после изучения планетоида Цереры полетит дальше - сначала к Солнцу, выйдя на безопасную для себя орбиту, и затем к астероиду Адеона . Последний пункт плана был рассчитан на май 2019 года.

Но сейчас специалисты пришли к выводу , что изучение Цереры стоит продолжить - научная ценность текущей миссии будет выше, чем посещение Адеоны. Ученые полагают, что Dawn сможет получить интересные для науки данные при прохождении планетоида через перигелий - минимально удаленную от Солнца точку орбиты. Команда проекта никак не могла прийти к общему мнению в плане продления миссии зонда. 1 июля на сайте NASA даже появился пост с информацией о полете Dawn к Адеоне. Чуть позже пост убрали, а представители агентства заявили о том, что публикация этого материала была ошибкой. Теперь на сайте размещена информация о том, что зонд остается на орбите Цереры.



Фотографии пятен на Церере, присланные Dawn в марте 2016 года (фото: NASA)

Долгая дорога к Церере

История зонда Dawn началась в 1992 году, когда ведущий специалист проекта Кристофер Рассел (Christopher Russell) представил эффективные ионные двигатели аппарата. Они не могут развивать такую значительную тягу, как ракетные двигатели, зато работают гораздо дольше. Такие движки изначально планировалось устанавливать на искусственные спутники Земли, но Рассел решил поставить их на аппарат, который отправится к поясу астероидов Солнечной системы.

Авторы проекта получили три отказа от руководства NASA, но в 2001 миссия все же получила одобрение. В рамках миссии зонд Dawn должен был посетить два крупнейших объекта пояса астероидов: Весту, самый большой астероид в Солнечной системе, и Цереру, карликовую планету. По словам Рассела, при использовании химических ракетных двигателей к Весте и Церере понадобилось бы запустить два аппарата - топлива просто не хватило бы на посещение сразу двух объектов в поясе астероидов. Но поскольку команда проекта решила использовать ионные двигатели, всю программу можно было выполнить с использованием всего одного аппарата.

Почему для изучения решили выбрать Весту и Цереру? Дело в том, что ученые считали их старейшими объектами Солнечной системы. Их изучение помогло бы прояснить некоторые аспекты происхождения планет и выяснить, какие процессы привели к формированию Солнечной системы в текущем ее виде. При этом оба объекта отличаются друг от друга. Веста - скалистый мир без большого количества жидкости или газов. Поверхность Весты покрыта метеоритными кратерами. Церера отличается от Весты меньшей плотностью, ранее высказывались предположения, что ее поверхность может быть покрыта льдом, а под поверхностью может скрываться океан жидкой воды. Кроме того, на поверхности Цереры астрономы заметили загадочные яркие пятна. Но с Земли было невозможно понять, что это за образования, и какова их природа. Церера - единственный объект в Солнечной системе с такими свойствами.

Успехи миссии Dawn

Зонд запустили в космос в 2007 году. Вывод аппарата за пределы Земли был осуществлен при помощи ракеты-носителя Delta II. К Весте аппарат приблизился в 2011 году.


Кратер Антония (южное полушарие Весты). Фото: NASA

Пробыв на орбите астероида год, зонд отправился к Церере. На орбиту планетоида Dawn вышел в марте 2015 года. В октябре 2015 года космический аппарат занял самую низкую орбиту.

По мере сближения с планетоидом ученые Земли получали все более и более качественные снимки Цереры и ее поверхности. Но природу пятен удалось выяснить только после максимального сближения с планетоидом. До этого момента одной группой ученых высказывались предположения о том, что пятна - это выход водяного льда на поверхность. Другие специалисты утверждали, что это выход солей на поверхность.

После того, как зонд выслал последние данные изучения пятен с фотографиями высокого разрешения этих образований, ситуация прояснилась. Вероятнее всего, пятна состоят из сульфата магния, химического соединения с большим альбедо. Кстати, не так давно ученые над этими пятнами.

Ученые выяснили, что под поверхностью планетоида находятся крупные запасы водяного льда. Ученые утверждают, что на ранних этапах своей эволюции Церера была теплым миром, и на ее поверхности плескался океан. К сожалению, с течением времени этот мир начал остывать. А поскольку собственного источника тепла (как у Европы, например) у планетоида не было, то вода замерзла.

Что дальше?

Зонд Dawn продолжит изучение планетоида, находясь на его орбите. Вопросов о происхождении Цереры, о структуре ее поверхностных слоев и недр больше, чем ответов. И ученые надеются получить ответы хотя бы на часть этих вопросов.

В последнее время человечество стало явно наверстывать упущенное, и интерес к исследованию «малых сих» Солнечной системы переживает бурный всплеск. Еще свежи воспоминания о не совсем удачной посадке зонда Philae на комету Чурюмова-Герасименко. Позже в этом году автоматическая межпланетная станция NASA New Horizons, наконец, покажет землянам, как выглядит разжалованный в карликовые планеты Плутон, а затем уйдет дальше, к объектам пояса Койпера. Но сейчас все внимание приковано к другому проекту NASA — к АМС Dawn («Рассвет»), которая этой весной выходит на орбиту Цереры (она теперь, как и Плутон, тоже называется карликовой планетой, хотя и по-прежнему числится в астероидах).

Астероид Веста стал первой целью миссии Dawn. Из-за относительно малой массы это небесное тело так и не приобрело вид правильного (точнее, слегка приплюснутого) шара. Астероид имеет каменистую поверхность, испещренную кратерами (как на Луне), и воды здесь нет.

«Рассвет» не наступал…

Миссия Dawn, отправленная в космос ради изучения двух очень крупных, но совершенно разнотипных астероидов — Весты и Цереры, долгое время находилась под большим вопросом. Казалось, что какая-то сила не хочет допускать человечество к тайнам малых планет. В 2003 году проект был закрыт, вновь открыт на следующий год, но с непонятными перспективами, потом в 2006-м опять закрыт. Но в 2007 году запуск АМС все же был назначен на 20 июня. Неудивительно, что никуда в тот день ничего не полетело, а по множеству разных причин запуск не раз откладывался и состоялся лишь 26 сентября 2007 года. Но и тогда все висело на волоске. Сначала в запретную зону, куда падают отработанные ракетные ускорители, случайно зашел корабль. Корабль выгнали, но пришлось отложить запуск еще на несколько минут, чтобы избежать столкновения с МКС. Лишь за 15 минут до истечения получасового «окна», в котором был возможен запуск, ракета Delta 7925-H унесла AMC Dawn в космическое пространство. В 2009 году станция совершила маневр в гравитационном поле Марса, а в сентябре 2011-го вышла на орбиту астероида Веста. Посвятив год Весте, которая представляет собой нечто вроде Марса или Луны в миниатюре — голая каменистая поверхность, изъеденная кратерами, — аппарат ушел к Церере, которая… ну совсем другое дело!


АМС Dawn начала свою миссию в сентябре 2007 года, а завершит ее летом-осенью 2015-го. Ионный двигатель не мог обеспечить аппарату ускорение ракет на химическом топливе, но мало-помалу довез куда надо. Однако удалось значительно сэкономить на общем весе конструкции, ведь не пришлось тащить с собой в космос большие запасы горючего.

Гостья из прошлого

Церера не зря получила новый статус — уникальное положение в поясе астероидов действительно того заслуживало. Ее поперечник (950 км) приблизительно равен расстоянию между Москвой и Ростовом-на-Дону по прямой и почти в два раза больше, чем у второго по величине астероида — Паллады (532 км). На поверхности Цереры (3 млн км2) можно было бы разместить такую немаленькую страну, как Аргентина. И наконец, масса Цереры составляет треть от общей массы астероидов. Благодаря своему размеру, а следовательно, более сильной гравитации Церера, подобно планетам, сформировалась в почти идеальное сферическое тело, в отличие от более легких астероидов, имеющих неправильную форму. Вот как, например, напоминающий картофелину астероид Лютеция, который европейский зонд «Розетта» облетел в 2010 году.


Но главное, что влечет ученых к Церере, — это желание заглянуть как можно дальше в прошлое Солнечной системы. Если с момента формирования большие планеты земного типа претерпели множество трансформаций в результате геологических процессов, то астероиды сохранились в относительно нетронутом виде. Изучив крупнейшие из них, можно составить представление о том, какую роль масса небесного тела и наличие на нем воды могли сыграть в формировании его облика. Как удалось выяснить с помощью АМС Dawn, на Весте, которая по массе в 3,5 раза уступает Церере, воды нет, хотя в большом количестве наличествуют минералы, содержащие водород. Церера, очевидно, напротив, обладает криомантией. Предполагается, что под каменистой корой на Церере может находиться слой льда, причем слой, по нынешним оценкам, имеет толщину 100 км, то есть на лед может приходиться около 50% общего объема карликовой планеты. Таким образом, Веста и Церера демонстрируют два разных пути формирования небесных тел, и более глубокое понимание этих путей должно приблизить науку к ответам на ряд вопросов о формировании Земли и других теллурических планет. 27 января, когда этот номер «ПМ» уже готовился к печати, Dawn передала на Землю первое относительно качественное изображение Цереры. Это еще не детальная картинка поверхности, но уже и не мутное пятнышко, как на фото с телескопа Hubble.


Сила дуновения

Миссию Dawn нельзя рассматривать в отрыве от конструкции самой станции, так как зонд воспринимается специалистами NASA не только как инструмент исследования небесных тел, но и как испытательная платформа для отработки технологий межпланетных полетов. Главная силовая установка, с помощью которой Dawn путешествует по Солнечной системе, — это ионный двигатель. Ионный двигатель — частный случай электрического ракетного двигателя (ЭРД), основной принцип работы которого заключается в превращении электрической энергии в направленную кинетическую энергию частиц. В самом ЭРД нет ничего принципиально новаторского — двигатели такого типа не раз применялись на орбитальных аппаратах, причем СССР в этой сфере шел впереди США. Однако использование ЭРД для перемещений в межпланетном пространстве — тема далеко не изученная. Предыдущий опыт применения ионного двигателя был у американцев в конце 1990-х годов на аппарате Deep Space 1, который, хоть и сближался с астероидом и кометой, был в основном испытательной платформой.


Солнце — единственный источник энергии для ионного двигателя и всей прочей аппаратуры АMС. Чтобы собрать максимум солнечного излучения, потребовалось сделать огромные батареи. В разложенном состоянии их длина — 19,7 м.

Ионный двигатель АМС Dawn построен по той же технологии NSTAR, что и силовая установка Deep Space 1. Суть его работы заключается в том, что атомы ксенона (инертный газ применяется в основном для того, чтобы избежать коррозии) бомбардируются электронами. Возникающий таким образом ионизированный газ попадает в электрическое поле и выбрасывается из сопла. За счет высокого отношения заряда к массе ионов истекающие частицы развивают огромную скорость — до 145 000 км/ч. Правда, возникающая при этом реактивная тяга смехотворна — всего 90 миллиньютонов. Это можно сравнить с давлением, которое оказывает на ладонь лежащий на ней лист писчей бумаги. Однако в безвоздушном пространстве ионный двигатель толкает станцию вперед и очень медленно ее разгоняет. Медленно, но верно. Максимальная скорость, которой достигает аппарат, составляет 38 000 км/ч. Преимущества ионного двигателя? Ничтожный расход рабочего тела. На всю миссию зонду выделено всего 425 кг ксенона. Если бы полет совершался на обычной химической силовой установке, в путь пришлось бы брать огромные запасы топлива, потребовалась бы более мощная ракета-носитель, и это была бы совсем другая, куда более затратная история. Которая, возможно, так и осталась бы в планах.


Впрочем, у ионного двигателя, работающего с электрическим полем, есть и уязвимое место. 11 сентября прошлого года в центре управления полетом узнали неприятную новость: ионный двигатель выключился. Вместе с ним вышла из строя главная антенна, через которую осуществлялась связь с Землей. Причиной было признано действие космической радиации, возможно, в результате вспышки на Солнце. Воздействовала ли радиация напрямую на работу двигателя или просто вызвала сбой в ПО, до конца непонятно, однако уже 15 сентября работу двигателя и остальной аппаратуры удалось возобновить.

Черные крылья

Ионный двигатель — это основное, но не единственное устройство, приводящее зонд в движение. АМС располагает также маневровыми двигателями, которые помогают выйти на орбиту астероидов и менять ориентацию аппарата во время съемок поверхности. Топливом для этих двигателей служит гидразин.

Поскольку полет проходит относительно недалеко от Солнца, в качестве источника энергии для питания АМС, включая ионные двигатели, служит массив солнечных батарей. Их установленная мощность — 10 КВт. Две панели батарей могут складываться в три раза, но в расправленном виде они производят впечатление огромных крыльев с размахом более 19 м. Батареи строили голландцы, и этим участие европейцев в американском проекте не ограничилось.


В наши дни космические экспедиции становятся не просто научными экспериментами, но и элементом поп-культуры. В этом, возможно, заинтересованы и сами производители космических аппаратов — ведь им, как, например, создавшей АМС Dawn компании Orbiter Sciences Corporation, тоже нужен PR. Примером такой пиар-акции может быть микрочип, на котором записаны имена 360 000 любителей космоса, которые в 2005—2006 годах активно поддерживали проект, находившийся на грани закрытия. Одна копия микрочипа отправилась в космос вместе с Dawn — она закреплена над соплом ионного двигателя. Другая копия хранится в музее Лаборатории реактивного движения NASA.

Свой вклад в научное оборудование АМС внесла Германия. Институт по исследованию Солнечной системы им. Макса Планка предоставил систему фотосъемки поверхности астероидов. Это две камеры, у каждой из которых черно-белая матрица размером 1024 x 1024 пикс. Цветная матрица тут и не нужна — ученым требуется не разноцветная картинка, а карта, отмечающая интенсивность излучения световых волн в той или иной части спектра. Для этого камеры оснащаются семью узкополосными цветными фильтрами. Каждый аппарат может снимать одним из двух объективов — с фокусными расстояниями 19 и 150 мм. Камеры способны делать снимки с выдержками от 0,001 с до 3,5 часа. А зачем АМС Dawn два одинаковых фотоаппарата? Дело том, что камера нужна как для научных нужд, так и для навигации, и, учитывая важность этого устройства, было решено прибегнуть к резервированию.

Дополнительно для изучения химического состава пород, слагающих кору Цереры, будет применяться прибор под названием GRaND. Это аббревиатура, обозначающая «детектор гамма-излучения и нейтронов». В дистанционном режиме устройство сможет обнаруживать как легкие элементы типа водорода, углерода или азота, так и элементы, обычно лежащие в основе горных пород, — алюминий, кремний, кислород, железо. Также на борту размещен спектрометр видимого и инфракрасного излучения (VIR), который на основе спектрального анализа может определить состав, свойства и температуру пород.


Жизнь на гидразине

Первые фото Цереры Dawn стала передавать еще начиная с декабря прошлого года, хотя поначалу они были не более информативны, чем хаббловский снимок. Попутно выяснилось, что на пути к орбите фото будет меньше, чем их было при приближении к Весте. Дело в том, что для съемки аппарат надо специально позиционировать. Сделать это можно двумя способами: или запускать маневровые движки, или использовать специальные маховики, с помощью которых АМС можно раскручивать вокруг центра массы или, напротив, тормозить такое движение. Однако по пути от Весты два маховика вышли из строя, а тратить драгоценный гидразин до достижения орбиты не представляется рациональным. Ведь по сути, когда закончится топливо для маневровых двигателей, миссия Dawn будет прекращена. До этого на орбите Цереры предстоит еще много сделать.


Первая орбита, на которую выйдет аппарат, будет находиться на высоте 13 500 км. Для общего ознакомления здесь будут сделаны первые орбитальные фотосъемки и замеры, но уже через две недели Dawn приблизится к карликовой планете на расстояние 4430 км. С этой так называемой обзорной орбиты станция сделает общие фотоснимки астероида и создаст «глобальные» спектральные карты. Данная фаза продлится 22 дня, после чего Dawn опустится на высоту 1480 км. На этой орбите сделают новые снимки (в том числе 3D) и карты поверхности, только с большим разрешением. Наконец, в ноябре текущего года станция выйдет на максимально близкое расстояние к Церере — 375 км. С этой высоты аппарат проведет последнюю фазу исследований — в дело вступит детектор нейтронов и гамма-излучения. Будет также изучаться гравитационное поле астероида.



Онлайн калькуляторы

Вам также может понравиться