stringtranslate.com

Исследователь гравитационного поля и стационарной циркуляции океана

Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer ( GOCE ) был первым из тяжелых спутников программы ЕКА Living Planet , предназначенных для беспрецедентного детального картирования гравитационного поля Земли . Основным прибором космического аппарата был высокочувствительный гравитационный градиентометр, состоящий из трех пар акселерометров , которые измеряли гравитационные градиенты вдоль трех ортогональных осей.

Запущенный 17 марта 2009 года, GOCE составил карту глубинной структуры мантии Земли и исследовал опасные вулканические регионы. Он принес новое понимание поведения океана; в частности, это было основным стимулом для миссии. Объединив данные о гравитации с информацией о высоте морской поверхности, собранной другими спутниковыми высотомерами, ученые смогли отслеживать направление и скорость геострофических океанических течений . Низкая орбита и высокая точность системы значительно улучшили известную точность и пространственное разрешение геоида ( теоретической поверхности равного гравитационного потенциала на Земле).

Уникальная стреловидная форма спутника и его плавники помогли сохранить GOCE стабильным, когда он пролетал через термосферу на сравнительно низкой высоте 255 километров (158 миль). Кроме того, ионная двигательная установка непрерывно компенсировала переменное замедление из-за сопротивления воздуха без вибрации обычного химического ракетного двигателя , тем самым ограничивая ошибки в измерениях градиента гравитации, вызванные негравитационными силами, и восстанавливая путь корабля как можно ближе к чисто инерциальной траектории.

После выработки топлива спутник начал сходить с орбиты и совершил неконтролируемый возврат в атмосферу 11 ноября 2013 года. [1]

Открытия и применения

Цели миссии

Гравитационная карта и модель

Окончательная гравитационная карта и модель геоида предоставят пользователям по всему миру четко определенный информационный продукт, который приведет к:

Выводы

Первая глобальная гравитационная модель Земли, основанная на данных GOCE, была представлена ​​на симпозиуме «Живая планета» Европейского космического агентства в июне 2010 года. [6]

Первоначальные результаты миссии спутника GOCE были представлены на осеннем заседании Американского геофизического союза (AGU) 2010 года доктором Рори Бингхэмом из Ньюкаслского университета, Великобритания. Карты, созданные на основе данных GOCE, показывают океанские течения гораздо более подробно, чем было доступно ранее. [12] Даже очень мелкие детали, такие как вихрь Манна в Северной Атлантике, были видны в данных, [13] как и эффект урагана Игорь в 2010 году. [14] Подробный анализ данных двигателя и акселерометра GOCE по счастливой случайности показал, что он обнаружил инфразвуковые волны, созданные землетрясением Тохоку 2011 года (после чего он непреднамеренно стал первым сейсмографом на орбите). [15]

Более поздние результаты, полученные с помощью данных GOCE, выявили детали мантии Земли, включая мантийные плюмы, древние зоны субдукции и остатки океана Тетис . [16]

Последующий анализ данных GOCE также предоставил новую информацию о геологическом составе Антарктического континента, включая обнаружение остатков древнего континента и по крайней мере трех кратонов под антарктическим льдом. [17] [18] [19]

Операции

Запуск

Первая попытка запуска 16 марта 2009 года была прервана из-за неисправности стартовой башни. [20]

GOCE был запущен 17 марта 2009 года в 14:21 UTC с космодрома Плесецк на севере России на борту ракеты-носителя Рокот / Бриз-КМ . [21] Рокот — это модифицированная межконтинентальная баллистическая ракета УР-100Н , которая была выведена из эксплуатации после Договора о сокращении стратегических наступательных вооружений. Пусковая установка использовала две нижние ступени жидкого топлива оригинальной ракеты и была оснащена третьей ступенью Бриз-КМ, разработанной для точного вывода на орбиту. GOCE был запущен на солнечно-синхронную орбиту закат-рассвет с наклонением 96,7° и восходящим узлом в 18:00. Отделение от пусковой установки было на высоте 295 км. Затем орбита спутника снижалась в течение 45 дней до рабочей высоты, запланированной на уровне 270 км. За это время космический аппарат был введен в эксплуатацию, а электрическая двигательная система была проверена на надежность в управлении ориентацией [ требуется обновление ] . [22]

Операция

Модель GOCE

В феврале 2010 года в компьютере спутника была обнаружена неисправность, из-за которой диспетчерам пришлось переключить управление на резервный компьютер.

В июле 2010 года GOCE столкнулся с серьезным сбоем связи, когда спутник внезапно перестал передавать научные данные на свои приемные станции. Обширные расследования, проведенные экспертами из ЕКА и промышленности, показали, что проблема почти наверняка была связана с каналом связи между процессорным модулем и телеметрическими модулями главного компьютера. [23] Восстановление было завершено в сентябре 2010 года: в рамках плана действий температура пола, на котором размещались компьютеры, была повышена примерно на 7 °C (13 °F), что привело к восстановлению нормальной связи. [24]

В ноябре 2010 года, в день завершения первоначальной 20-месячной миссии, которая была отложена из-за сбоев, было решено продлить срок миссии до конца 2012 года, чтобы завершить первоначальную работу и провести еще одну 18-месячную миссию для улучшения собранных данных. [25]

В ноябре 2012 года орбита была снижена с 255 до 235 км (со 158 до 146 миль) для получения данных с более высоким разрешением, после чего топлива осталось еще на 50 недель. [26]

Окончание миссии и возвращение в атмосферу

В мае 2013 года произошло дальнейшее снижение до 229 км (142 миль).

В октябре 2013 года у спутника закончилось ксеноновое топливо, и к этому времени ему потребовалось бы 2–3 недели , чтобы вернуться в атмосферу. [27] 18 октября 2013 года ЕКА сообщило, что давление в топливной системе ионного двигателя GOCE упало ниже 2,5 бар, что является номинальным рабочим давлением, необходимым для запуска двигателя. [28] Впоследствии, 21 октября, было официально объявлено о завершении миссии, когда у космического корабля закончилось топливо; лишенный ксенона ионный двигатель перестал работать в 03:16 UTC. [3] [29]

9 ноября 2013 года в опубликованном отчете говорилось, что спутник, как ожидается, вернется в атмосферу в течение дня или двух. [30] [31] К этой дате высота перигея снизилась до 155 км (96 миль). [32]

10 ноября ЕКА ожидало, что возвращение произойдет между 18:30 и 24:00 UTC в тот же день, при этом наиболее вероятная полоса удара о землю будет проходить в основном над океаном и полярными регионами. [33]

Его нисходящая орбита 11 ноября 2013 года прошла над Сибирью , западной частью Тихого океана , восточной частью Индийского океана и Антарктидой . [34] [35] Спутник окончательно распался около 00:16  UTC 11 ноября недалеко от Фолклендских островов . [5] [36]

Дизайн

Полезная нагрузка

Основной полезной нагрузкой спутника был электростатический гравитационный градиентометр (EGG) для измерения гравитационного поля Земли . Этот прибор состоял из трех пар емкостных акселерометров, расположенных в трех измерениях, которые реагировали на крошечные изменения в «гравитационном рывке» Земли по мере ее движения по орбите. Из-за их разного положения в гравитационном поле все они испытывали гравитационное ускорение Земли немного по-разному. Три оси градиентометра позволяли одновременно измерять пять независимых компонентов тензора градиента гравитации .

Другой полезной нагрузкой был бортовой GPS- приемник, используемый как Satellite-to-Satellite Tracking Instrument (SSTI); система компенсации всех негравитационных сил, действующих на космический аппарат. Спутник также был оснащен лазерным ретрорефлектором для обеспечения слежения наземными станциями лазерной локации спутников . [37]

Мощность и тяга

GOCE вспыхивает до магнитуды +2, поскольку солнечная панель на 67,5 градусов на короткое время отражает солнечный свет (3 января 2010 г., 17:24:23.15 UTC).

Рама GOCE размером 5 × 1,1 м (16 × 4 фута) имела фиксированные солнечные панели, покрывающие обращенную к солнцу сторону, которые вырабатывали 1300  Вт энергии. [38] Панели имели форму, позволяющую им действовать как плавники, стабилизируя космический корабль во время его движения по орбите через остаточный воздух в термосфере .

Ионный двигатель , разработанный и построенный в космическом центре QinetiQ в Фарнборо, Англия, выбрасывал ионы ксенона со скоростью, превышающей 40 000 м/с (140 000 км/ч; 89 000 миль/ч), что компенсировало потери от орбитального распада. Миссия GOCE завершилась, когда опустел 40-килограммовый (88 фунтов) ксеноновый топливный бак. [7] Двойные ионные двигатели типа Кауфмана могли вырабатывать до 20 миллиньютонов (0,0045 фунт-силы) тяги. [39]

Хотя прогнозируемый срок службы составлял 20 месяцев, в отчете ЕКА от июня 2010 года говорилось, что необычно низкая солнечная активность (что означает более спокойную верхнюю атмосферу и, следовательно, меньшее сопротивление для корабля) означает, что топлива хватит на большее время, чем прогнозируемые 20 месяцев — возможно, до 2014 года. В действительности, окончание миссии было официально объявлено 21 октября 2013 года после 55 месяцев, с последними 11 месяцами на более низкой орбите (с большей плотностью воздуха и, следовательно, большим потреблением топлива). [40]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab "GOCE завершает свою миссию". Европейское космическое агентство . Получено 11 ноября 2013 г.
  2. ^ "GOCE запущен и на орбите". Европейское космическое агентство. 17 марта 2009 г. Получено 10 октября 2013 г.
  3. ^ ab "Миссия ESA GOCE завершается" (пресс-релиз). Европейское космическое агентство. 21 октября 2013 г. № 33-2013 . Получено 10 июля 2017 г.
  4. ^ Scuka, Daniel (11 ноября 2013 г.). "ESOC update – 23:50CET". Европейское космическое агентство . Получено 28 декабря 2016 г.
  5. ^ ab Scuka, Daniel (11 ноября 2013 г.). "GOCE re-entry region". Европейское космическое агентство . Получено 28 декабря 2016 г.
  6. ^ abcde "GOCE дает новое представление о гравитации Земли". Европейское космическое агентство. 29 июня 2010 г. Получено 29 июня 2010 г.
  7. ^ ab "ESA's Gravity Mission GOCE". Европейское космическое агентство. 16 октября 2008 г. Архивировано из оригинала 10 сентября 2014 г. Получено 26 октября 2008 г.
  8. ^ Дринквотер, Марк; Хаагманс, Роджер; Керн, Майкл; Музи, Данило; Флобергхаген, Руне (февраль 2008 г.). «GOCE: Получение портрета самых интимных особенностей Земли» (PDF) . Бюллетень (133). Европейское космическое агентство: 4–13.
  9. ^ Дринквотер, MR; Флобергхаген, Р.; Хаагманс, Р.; Музи, Д.; Попеску, А. (июль 2003 г.). "GOCE: первая основная миссия ESA Earth Explorer" (PDF) . Обзоры космической науки . 108 (1–2). Kluwer Academic: 419–432. Bibcode : 2003SSRv..108..419D. doi : 10.1023/A:1026104216284. S2CID  121029480.
  10. ^ Йоханнессен, JA; Балмино, G.; Ле Провост, C.; Раммель, R.; Сабадини, R.; и др. (июль 2003 г.). «Европейское гравитационное поле и стационарная океаническая циркуляция исследовательской спутниковой миссии: ее влияние на геофизику» (PDF) . Surveys in Geophysics . 24 (4): 339–386. Bibcode : 2003SGeo...24..339J. doi : 10.1023/B:GEOP.0000004264.04667.5e. hdl : 1956/3796 . S2CID  55391538.
  11. ^ "GOCE scientific tasks". Европейское космическое агентство . Получено 11 ноября 2013 г.
  12. ^ Bingham, RJ; Knudsen, P.; Andersen, OB; Pail, R. (декабрь 2010 г.). Использование GOCE для оценки средней циркуляции в Северной Атлантике (приглашенный) . Американский геофизический союз, осеннее заседание 2010 г. 13–17 декабря 2010 г. Сан-Франциско, Калифорния. Bibcode : 2010AGUFM.G33B..08B.
  13. ↑ Амос, Джонатан (21 декабря 2010 г.). «Гравитационная миссия Гоце отслеживает циркуляцию океана». Новости Би-би-си . Проверено 21 декабря 2010 г.
  14. ^ "Миссии ЕКА представлены на крупнейшей в мире научной конференции". Европейское космическое агентство. 17 декабря 2010 г. Получено 22 декабря 2010 г.
  15. ^ "Спутник GOCE весом в 1 тонну падает на Землю в воскресенье вечером". CBC News . 21 марта 2009 г. Получено 11 ноября 2013 г.
  16. ^ Амос, Джонатан (27 января 2014 г.). «Европейский гравитационный спутник Goce исследует мантию Земли». BBC News . Получено 27 января 2014 г.
  17. ^ "Гравитационный картограф ЕКА обнаруживает реликвии древних континентов подо льдами Антарктиды". ЕКА . 7 ноября 2018 г. Получено 13 марта 2019 г.
  18. ^ Эндрюс, Робин Джордж (23 ноября 2018 г.). «Подо льдом Антарктиды находится кладбище мертвых континентов» . New York Times . Получено 13 марта 2019 г.
  19. ^ Эббинг, Йорг; Хаас, Питер; Ферраччоли, Фаусто; Паппа, Фолкер; Швиллус, Вольфганг; Буман, Йоханнес (5 ноября 2018 г.). «Тектоника Земли глазами GOCE — улучшенные спутниковые изображения гравитационного градиента». Научные отчеты . 8 (1). Nature Research : 16356. Бибкод : 2018NatSR...816356E. дои : 10.1038/s41598-018-34733-9. ПМК 6218487 . ПМИД  30397250. 
  20. ^ Боначина, Франко (16 марта 2009 г.). «Запуск спутника гравитационного картирования ЕКА отложен». Европейское космическое агентство.
  21. ^ Боначина, Франко (17 марта 2009 г.). "ESA запускает первую миссию Earth Explorer GOCE". Европейское космическое агентство.
  22. ^ Ферингер, Майкл; Андре, Жерар; Ламарр, Даниэль; Маеусли, Дэмиен (февраль 2008 г.). «Драгоценный камень в короне ЕКА» (PDF) . Бюллетень (133). Европейское космическое агентство: 14–23.
  23. ^ Амос, Джонатан (21 августа 2010 г.). «Компьютерный удар по европейскому гравитационному спутнику Goce». BBC News . Получено 22 августа 2010 г.
  24. ^ "GOCE Gravity Mission снова в действии". Европейское космическое агентство. 7 сентября 2010 г. Получено 29 сентября 2010 г.
  25. ^ "Миссия ESA по исследованию гравитации получила продление на 18 месяцев". Европейское космическое агентство. 25 ноября 2010 г.
  26. ↑ Виндер, Дженни (19 ноября 2012 г.). «GOCE – Как низко это может опуститься?». Вселенная сегодня .
  27. ^ "Миссия GOCE ЕКА завершится в этом году". Европейское космическое агентство. 13 сентября 2013 г. Получено 11 ноября 2013 г.
  28. ^ Scuka, Daniel; Steiger, Christoph (18 октября 2013 г.). «GOCE fuel persistent ends out» (Топливо GOCE постепенно заканчивается). Европейское космическое агентство . Получено 11 ноября 2013 г.
  29. ^ Scuka, Daniel; Steiger, Christoph (21 октября 2017 г.). «Обновление GOCE». Европейское космическое агентство . Получено 10 июля 2017 г.
  30. ↑ Allman, Tim (9 ноября 2013 г.). «'Don't panic': падение на Землю спутника весом в одну тонну». BBC News . Получено 11 ноября 2013 г.
  31. ↑ Хендерсон, Грег (9 ноября 2013 г.). ««Феррари из космоса» рухнет обратно на Землю — возможно, завтра». NPR . Получено 10 ноября 2013 г.
  32. ^ "GOCE - Orbit". Heavens Above . Получено 11 ноября 2013 г.
  33. ^ Scuka, Daniel; Klinkrad, Heiner (10 ноября 2013 г.). "GOCE re-entry forecast from ESA's Space Debris Office". Европейское космическое агентство . Получено 11 ноября 2013 г.
  34. ^ "GOCE give into gravity". Европейское космическое агентство. 11 ноября 2013 г. Получено 11 ноября 2013 г.
  35. ^ Смит, Мэтт (10 ноября 2013 г.). «Падающий европейский спутник сгорает при входе в атмосферу». CNN . Получено 11 ноября 2013 г.
  36. ^ О'Нил, Иэн (11 ноября 2013 г.). "Twitter: GOCE сгорел над Фолклендскими островами". Discovery News . Архивировано из оригинала 12 ноября 2013 г.
  37. ^ Стругарек, Дариуш; Сосница, Кшиштоф; Йегги, Адриан (январь 2019 г.). «Характеристики орбит GOCE на основе спутниковой лазерной локации». Достижения в области космических исследований . 63 (1). Elsevier: 417–431. Bibcode : 2019AdSpR..63..417S. doi : 10.1016/j.asr.2018.08.033. S2CID  125791718.
  38. ^ Амос, Джонатан (24 октября 2008 г.). "Гравитационный полет Goce откладывается до 2009 года". BBC News . Получено 26 октября 2008 г.
  39. ^ "GOCE Mission". Европейское космическое агентство . Получено 16 апреля 2017 г.
  40. ^ Амос, Джонатан (28 июня 2010 г.). «Спутник Goce в высоком разрешении фиксирует гравитацию Земли». BBC News . Получено 30 июня 2010 г.

Внешние ссылки