Хаябуса ( яп .はやぶさ, « Сапсан ») — роботизированный космический корабль , разработанный Японским агентством аэрокосмических исследований (JAXA) дляна Землю образца материала с небольшого околоземного астероида под названием 25143 Итокава для дальнейшего анализа.Хаябуса , ранее известный как MUSES-C от Mu Space Engineering Spacecraft C , был запущен 9 мая 2003 года и встретился с Итокавой в середине сентября 2005 года. После прибытия на Итокаву Хаябуса изучил форму, вращение, топографию, цвет, состав астероида. плотность и история. В ноябре 2005 года он приземлился на астероид и собрал образцы в виде крошечных зерен астероидного материала, которые были возвращены на Землю на борту космического корабля 13 июня 2010 года.
На космическом корабле также находился съемный мини-посадочный модуль MINERVA , который не смог достичь поверхности.
Космические корабли НАСА «Галилео» и NEAR Shoemaker уже посещали астероиды, но миссия «Хаябуса» была первой, которая вернула на Землю образец астероида для анализа. [4]
Кроме того, «Хаябуса» был первым космическим кораблем, предназначенным для преднамеренной посадки на астероид и последующего взлета ( NEAR Shoemaker совершил управляемый спуск на поверхность 433 «Эрос» в 2000 году, но он не проектировался как посадочный модуль и в конечном итоге был деактивирован после этого). приехал). Технически Хаябуса не был предназначен для «приземления»; он просто касается поверхности своим устройством для захвата проб, а затем уходит. Однако это был первый корабль, изначально спроектированный для физического контакта с поверхностью астероида. Руководителем миссии был назначен Дзюнъитиро Кавагути из Института космоса и астронавтики . [5]
Несмотря на намерение конструктора обеспечить кратковременный контакт, Хаябуса приземлился и просидел на поверхности астероида около 30 минут (см. ниже).
Космический корабль «Хаябуса» был запущен 9 мая 2003 года в 04:29:25 UTC на ракете MV из Космического центра Учинура ( в то время еще называвшегося Космическим центром Кагосима ). После запуска название космического корабля было изменено с оригинального MUSES-C на Hayabusa , что по-японски означает сокол . Ксеноновые ионные двигатели космического корабля (четыре отдельных блока), работавшие почти непрерывно в течение двух лет, медленно приближали Хаябусу к встрече с Итокавой в сентябре 2005 года. По прибытии космический корабль не вышел на орбиту вокруг астероида, а остался на гелиоцентрической орбите станции неподалеку.
Хаябуса обследовал поверхность астероида с расстояния около 20 км (13,7 миль), «положения ворот». После этого космический корабль приблизился к поверхности («исходное положение»), а затем приблизился к астероиду для серии мягких приземлений и сбора образцов на безопасной площадке. В этот период широко использовалась автономная оптическая навигация, поскольку длительная задержка связи не позволяет осуществлять командование в реальном времени с Земли. При втором приземлении «Хаябусы» со своим развертываемым коллектором космический корабль был запрограммирован на запуск крошечных снарядов по поверхности, а затем на сбор образующихся брызг. Несколько крошечных пятнышек были собраны космическим кораблем для анализа на Земле.
После нескольких месяцев пребывания вблизи астероида космический корабль должен был запустить двигатели и начать обратный путь на Землю. Этот маневр был отложен из-за проблем с ориентацией (ориентацией) и двигателями корабля. Как только она вышла на обратную траекторию, возвращаемая капсула была отделена от основного космического корабля за три часа до входа в атмосферу, и капсула двигалась по баллистической траектории, снова войдя в атмосферу Земли в 13:51 13 июня 2010 г. по всемирному координированному времени. По оценкам, капсула испытала пиковое замедление около 25 G и скорость нагрева примерно в 30 раз больше, чем у космического корабля «Аполлон» . Он приземлился на парашюте недалеко от Вумеры , Австралия.
Что касается профиля миссии, JAXA определило следующие критерии успеха и соответствующие оценки для основных этапов миссии до запуска космического корабля «Хаябуса» . [6] Как видно, космический корабль «Хаябуса» представляет собой платформу для тестирования новых технологий, а основной целью проекта « Хаябуса» является первая в мире реализация ионных двигателей с микроволновым разрядом . Таким образом, «работа ионных двигателей более 1000 часов» — это достижение, дающее полную оценку в 100 баллов, а остальные вехи — это серия построенных на этом первых в мире экспериментов.
Хаябуса нес крошечный мини- посадочный модуль (весом всего 591 г (20,8 унции), примерно 10 см (3,9 дюйма) в высоту и 12 см (4,7 дюйма) в диаметре) под названием « МИНЕРВА » (сокращение от MI cro -Nano E xperimental ) . Робот - транспортное средство для стероида А ). Ошибка при развертывании привела к поломке корабля.
Этот корабль на солнечной энергии был спроектирован так, чтобы воспользоваться преимуществами очень низкой гравитации Итокавы за счет использования внутреннего маховика, позволяющего прыгать по поверхности астероида, передавая изображения со своих камер на Хаябусу всякий раз, когда два космических корабля находились в поле зрения друг друга. [7]
MINERVA была развернута 12 ноября 2005 года. Команда на выпуск посадочного модуля была отправлена с Земли, но прежде чем команда могла прибыть, высотомер Хаябусы измерил его расстояние от Итокавы до 44 м (144 фута) и, таким образом, запустил последовательность автоматического поддержания высоты. В результате, когда прибыла команда выпуска MINERVA, MINERVA была выпущена, когда зонд поднимался и находился на большей высоте, чем предполагалось, так что он вырвался из-под гравитационного притяжения Итокавы и упал в космос. [8] [9]
Если бы проект оказался успешным, MINERVA стала бы первым прыгающим космическим вездеходом. Советская миссия «Фобос-2» также столкнулась со сбоем при попытке запустить прыгающий марсоход.
Понимание учеными астероидов во многом зависит от образцов метеоритов, но очень сложно сопоставить образцы метеоритов с конкретными астероидами, из которых они произошли. Хаябуса поможет решить эту проблему, вернув нетронутые образцы с конкретного, хорошо изученного астероида. Хаябуса восполнил разрыв между данными наземных наблюдений астероидов и лабораторным анализом коллекций метеоритов и космической пыли . [10] Также сравнение данных бортовых приборов « Хаябусы» с данными миссии NEAR Shoemaker позволит вывести знания на более широкий уровень. [ нужна цитата ]
Миссия Хаябуса также имеет очень большое инженерное значение для JAXA. Это позволило JAXA дополнительно протестировать свои технологии в области ионных двигателей , автономной и оптической навигации, связи в дальнем космосе и близкого движения на объектах с низкой гравитацией, среди прочего. Во-вторых, поскольку это был первый в истории заранее запланированный мягкий контакт с поверхностью астероида ( посадка NEAR Shoemaker на 433 Эрос не была запланирована заранее), он оказал огромное влияние на дальнейшие миссии астероидов. [ нужна цитата ]
Профиль миссии Хаябуса менялся несколько раз как до, так и после запуска .
Миссия по исследованию астероидов Института космических и астронавтических наук (ISAS) началась в 1986–1987 годах, когда ученые исследовали возможность миссии по возвращению образцов на Антерос и пришли к выводу, что технология еще не разработана. [14] В период с 1987 по 1994 год совместная группа ISAS/NASA изучала несколько миссий: миссия по сближению с астероидами позже стала NEAR , а миссия по возвращению образцов кометы позже стала Stardust . [15]
В 1995 году ISAS выбрал возврат образцов астероида в качестве инженерной демонстрационной миссии MUSES-C, а проект MUSES-C начался в 1996 финансовом году. Астероид Нерей был первой целью, а 1989 ML был второстепенным выбором. На ранней стадии разработки Nereus считался недосягаемым, и основной целью 1989 года стало ML. [16] Неудачный запуск MV в июле 2000 года вынудил запуск MUSES-C быть отложен с июля 2002 года на ноябрь/декабрь, в результате чего и Nereus, и 1989 ML стали недоступными. В результате целевой астероид был изменен на 1998 SF 36 . [17] В 2002 году запуск был перенесен с декабря 2002 года на май 2003 года для перепроверки уплотнительных колец системы управления реакцией, поскольку было обнаружено, что одно из них изготовлено из материала, отличного от указанного. [12] 9 мая 2003 г. в 04:29:25 UTC ракетой MV был запущен MUSES-C, зонд получил название « Хаябуса ».
Проверка ионного двигателя началась 27 мая 2003 года. Работа на полной мощности началась 25 июня.
Астероиды названы в честь их первооткрывателя. ISAS попросил LINEAR , первооткрывателя 1998 SF 36 , назвать имя в честь Хидео Итокавы , и 6 августа Minor Planet Circular сообщил, что целевой астероид 1998 SF 36 был назван Итокава . [18] [19]
В октябре 2003 года ISAS и два других национальных аэрокосмических агентства Японии были объединены в JAXA .
31 марта 2004 года работа ионного двигателя была остановлена для подготовки к пролету мимо Земли. [20] Последний маневр перед заходом 12 мая. [21] 19 мая Хаябуса совершил обход Земли. [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] 27 мая работа ионного двигателя была возобновлена. [29]
18 февраля 2005 года Хаябуса миновал афелий на расстоянии 1,7 а.е. [30] 31 июля вышло из строя реактивное колесо оси X. 14 августа было опубликовано первое изображение Итокавы, сделанное Хаябусой . Снимок был сделан звездным трекером и показывает точку света, предположительно астероид, движущуюся по звездному полю. [31] Остальные снимки были сделаны с 22 по 24 августа. [32] 28 августа «Хаябуса» был переключен с ионных двигателей на двухкомпонентные двигатели для орбитального маневрирования. С 4 сентября камеры Хаябусы смогли подтвердить вытянутую форму Итокавы. [33] С 11 сентября на астероиде были различимы отдельные холмы. [34] 12 сентября Хаябуса находился в 20 км (12 милях) от Итокавы, и ученые JAXA объявили, что Хаябуса официально «прибыл». [3]
15 сентября 2005 г. было опубликовано «цветное» изображение астероида (однако серого цвета). [35] 4 октября JAXA объявило, что космический корабль успешно переместился в «исходную позицию» в 7 км от Итокавы. Были опубликованы фотографии крупным планом. Также было объявлено, что второе реактивное колесо космического корабля, управляющее осью Y, вышло из строя и что теперь корабль направляется с помощью вращающихся двигателей. [36] 3 ноября «Хаябуса» занял станцию в 3,0 км от Итокавы. Затем он начал снижение, которое планировалось включать доставку целевого маркера и выпуск мини-посадочного модуля «Минерва». Спуск поначалу прошел хорошо, были получены навигационные снимки широкоугольными камерами. Однако в 01:50 UTC ( 10:50 JST ) 4 ноября было объявлено, что из-за обнаружения аномального сигнала при принятии решения «Go/NoGo» спуск, включая освобождение «Минервы» и целевого маркера, был приостановлен. отменен. Руководитель проекта Дзюнъитиро Кавагути объяснил, что оптическая навигационная система не очень хорошо отслеживала астероид, вероятно, из-за сложной формы Итокавы. Потребовалась задержка на несколько дней, чтобы оценить ситуацию и перенести дату. [37] [38]
7 ноября Хаябуса находился в 7,5 км от Итокавы. 9 ноября «Хаябуса» совершил снижение на высоту 70 м для проверки посадочной навигации и лазерного высотомера. После этого Хаябуса отошел на более высокую позицию, затем снова спустился на 500 м и выпустил в космос один из целеуказателей для проверки способности корабля сопровождать его (это подтвердилось). Анализ изображений крупным планом показал, что место в пустыне Вумера (точка B) оказалось слишком каменистым, чтобы подходить для посадки. Местом высадки как первой, так и, по возможности, второй высадки был выбран участок Моря Муз (точка А). [39]
12 ноября «Хаябуса» приблизился к поверхности астероида на высоте 55 м . MINERVA была выпущена, но из-за ошибки не смогла достичь поверхности. 19 ноября Хаябуса приземлился на астероид. Во время и после маневра возникла значительная путаница относительно того, что именно произошло, поскольку антенна зонда с высоким коэффициентом усиления не могла использоваться на заключительном этапе приземления, а также отключение электроэнергии во время передачи антенны наземной станции от DSN к Станция Усуда. Первоначально сообщалось, что Хаябуса по неизвестным причинам остановился примерно в 10 метрах от поверхности и завис в течение 30 минут. Наземное управление отправило команду на прерывание полета и подъем, и к тому времени, когда связь была восстановлена, зонд отошел от астероида на 100 км. Зонд перешел в безопасный режим и начал медленно вращаться, чтобы стабилизировать ориентацию . [40] [41] Однако после восстановления контроля и связи с зондом данные о попытке приземления были загружены и проанализированы, и 23 ноября JAXA объявило, что зонд действительно приземлился на поверхность астероида. [42] К сожалению, последовательность отбора проб не была запущена, поскольку датчик обнаружил препятствие во время спуска; Зонд попытался прервать посадку, но, поскольку его ориентация не подходила для подъема, вместо этого он выбрал безопасный режим спуска. Этот режим не позволял взять пробу, но существует высокая вероятность того, что некоторое количество пыли могло попасть в трубку для отбора проб, когда она коснулась астероида, поэтому контейнер для проб, прикрепленный к трубке для отбора проб, был запечатан.
25 ноября была предпринята вторая попытка приземления. Первоначально предполагалось, что на этот раз сработало устройство для отбора проб; [43] , однако более поздний анализ показал, что это, вероятно, был еще один сбой и что пули не были выпущены. [44] Из-за утечки в системе двигателя зонд был переведен в «режим безопасного удержания». [45]
27 ноября у зонда произошло отключение электроэнергии при попытке переориентации космического корабля, вероятно, из-за утечки топлива. 30 ноября JAXA объявило, что контроль и связь с Хаябусой были восстановлены, но проблема с системой управления реакцией корабля осталась , возможно, связанная с замерзшей трубой. Центр управления полетами работал над решением проблемы до предстоящего запуска корабля для возвращения на Землю. [46] 2 декабря была предпринята попытка коррекции положения (ориентации), но подруливающее устройство не создало достаточной силы. 3 декабря было обнаружено, что ось Z зонда находится под углом от 20 до 30 градусов от направления Солнца и увеличивается. 4 декабря в качестве экстренной меры было взорвано ксеноновое топливо ионных двигателей, чтобы исправить вращение, и это было подтверждено успешно. 5 декабря ориентация была исправлена настолько, что удалось восстановить связь через антенну среднего усиления. Телеметрия была получена и проанализирована. В результате телеметрического анализа было обнаружено, что существует большая вероятность того, что снаряд пробоотборника не проник в цель при приземлении 25 ноября. Из-за отключения электроэнергии данные журнала телеметрии были ошибочными. 6 декабря Хаябуса находился в 550 км от Итокавы. JAXA провело пресс-конференцию, посвященную сложившейся ситуации. [47] [48]
8 декабря наблюдалась внезапная смена ориентации, и связь с Хаябусой была потеряна. Считалось вероятным, что турбулентность была вызвана испарением 8 или 10 куб.см вытекшего топлива. Это заставило ждать месяц или два, пока Хаябуса стабилизируется путем преобразования прецессии в чистое вращение, после чего ось вращения должна была быть направлена к Солнцу и Земле в определенном угловом диапазоне. Вероятность достижения этого оценивалась в 60% к декабрю 2006 г. и в 70% к весне 2007 г. [49] [50]
7 марта 2006 года JAXA объявило [51] [52] о том, что связь с Хаябусой была восстановлена в следующие этапы: 23 января был обнаружен сигнал радиомаяка от зонда. 26 января зонд отреагировал на команды наземного управления изменением сигнала маяка. 6 февраля была дана команда на выброс ксенонового топлива для управления ориентацией и улучшения связи. Скорость изменения оси вращения составляла около двух градусов в сутки. 25 февраля телеметрические данные были получены через антенну с низким коэффициентом усиления. 4 марта телеметрические данные были получены через антенну среднего усиления. 6 марта позиция Хаябусы была установлена примерно на 13 000 км впереди Итокавы на ее орбите с относительной скоростью 3 м в секунду.
1 июня менеджер проекта «Хаябуса» Дзюнъитиро Кавагути сообщил [53] , что они подтвердили, что два из четырех ионных двигателей работают нормально, чего было бы достаточно для обратного пути. 30 января 2007 года ДЖАКСА сообщило, что 7 из 11 батарей работают, а возвратная капсула запечатана. [54] 25 апреля JAXA сообщило, что Хаябуса отправился в обратный путь. [55] [56] 29 августа было объявлено, что ионный двигатель C на борту Хаябусы, в дополнение к B и D, был успешно повторно зажжен. [57] 29 октября ДЖАКСА сообщило, что первая фаза маневра по траектории завершилась и теперь космический корабль переведен в состояние стабилизации вращения. [58] 4 февраля 2009 года ДЖАКСА сообщило об успешном повторном запуске ионных двигателей и начале второго этапа маневра по коррекции траектории для возвращения на Землю. [59] 4 ноября 2009 года ионный двигатель D автоматически перестал работать из-за аномалии, вызванной деградацией. [60]
19 ноября 2009 года JAXA объявило, что им удалось объединить генератор ионов ионного двигателя B и нейтрализатор ионного двигателя A. [61] Это было неоптимально, но ожидалось, что будет достаточным для создания необходимой дельта-v. Из 2200 м/с delta-v , необходимых для возвращения на Землю, около 2000 м/с уже было достигнуто, а еще оставалось около 200 м/с . [62] 5 марта 2010 года «Хаябуса» находился на траектории, которая должна была проходить в пределах лунной орбиты. Работа ионного двигателя была приостановлена для измерения точной траектории в рамках подготовки к выполнению маневра коррекции траектории 1 на траекторию Земли. [63] [64] 27 марта, 06:17 UTC, «Хаябуса» находился на траектории, которая должна была пройти 20 000 км от центра Земли, завершая операцию по переходу на орбиту с Итокавы на Землю. [65] К 6 апреля был завершен первый этап маневра по коррекции траектории (TCM-0), который привел к неровной траектории по краю Земли. До возвращения в атмосферу планировалось пройти 60 дней. [66] [67] [68] [69] К 4 мая зонд завершил маневр TCM-1, чтобы точно выровняться по траектории земного края. [70] 22 мая TCM-2 стартовал, продолжался около 92,5 часов и завершился 26 мая. [71] За ним последовал TCM-3 с 3 по 5 июня, чтобы изменить траекторию от края Земли до Вумеры, Южная Австралия . [72] [73] TCM-4 выполнялся 9 июня в течение примерно 2,5 часов для точного Спуск в Запретную зону Вумера . [74]
Возвращаемая капсула была выпущена в 10:51 UTC 13 июня.
Возвращаемая капсула и космический корабль снова вошли в атмосферу Земли 13 июня 2010 года в 13:51 по всемирному координированному времени (23:21 по местному времени). [75] Капсула с теплозащитным экраном совершила приземление на парашюте в глубинке Южной Австралии , в то время как космический корабль разбился и сгорел в большом огненном шаре. [76]
Международная группа ученых наблюдала вхождение капсулы со скоростью 12,2 км/с с высоты 11,9 км (39 000 футов) на борту бортовой лаборатории НАСА DC-8, используя широкий набор изображений и спектрографических камер для измерения физических условий во время входа в атмосферу в атмосфере . Миссию возглавляет Исследовательский центр Эймса НАСА , а научным сотрудником проекта является Питер Дженнискенс из Института SETI . [77] [78]
Поскольку система управления реакцией больше не функционировала, космический зонд массой 510 кг (1120 фунтов) снова вошел в атмосферу Земли, подобно приближению астероида, вместе с возвращаемой капсулой с образцом, и, как ожидали ученые миссии, большая часть космический корабль распался при входе. [79]
Предполагалось, что возвращающаяся капсула приземлится на территории размером 20 на 200 км в запретной зоне Вумера в Южной Австралии . Четыре наземные группы окружили этот район и обнаружили возвращаемую капсулу с помощью оптического наблюдения и радиомаяка. Затем была отправлена группа на вертолете. Они обнаружили капсулу и зафиксировали ее положение с помощью GPS. Капсула была успешно извлечена в 07:08 UTC (16:38 по местному времени) 14 июня 2010 года. [80] Также были обнаружены две части теплового экрана, которые были сброшены во время спуска. [81]
После подтверждения безопасности взрывных устройств, использованных для раскрытия парашюта, капсула была упакована в двойной слой пластиковых пакетов, наполненных чистым газообразным азотом, чтобы снизить риск заражения. Также были взяты пробы почвы на месте приземления на случай загрязнения. Затем капсулу поместили в грузовой контейнер с пневматической подвеской, позволяющей удерживать капсулу при ударе до 1,5 G во время транспортировки. [82] Капсула и ее части теплозащитного экрана были доставлены в Японию чартерным самолетом и 18 июня прибыли в центр лечения в кампусе JAXA/ISAS в Сагамихаре . [83]
Советник столичного правительства Токио и бывший генерал-лейтенант Тосиюки Шиката заявил, что частью обоснования возвращения и приземления миссии была демонстрация того, «что японский потенциал баллистических ракет заслуживает доверия». [84]
Прежде чем капсулу извлекли из защитного пластикового пакета, ее осмотрели с помощью рентгеновской компьютерной томографии , чтобы определить ее состояние. Затем контейнер с образцами был извлечен из возвращаемой капсулы. Поверхность канистры очищали чистым газообразным азотом и диоксидом углерода; затем его помещали в устройство открывания канистры. Внутреннее давление баллона определялось путем небольшой деформации баллона при изменении давления окружающего газообразного азота в чистой камере. Затем давление газообразного азота регулировали так, чтобы оно соответствовало внутреннему давлению баллона, чтобы предотвратить утечку любого газа из образца при открытии баллона. [85]
16 ноября 2010 года ДЖАКСА подтвердило, что большая часть частиц, обнаруженных в одном из двух отсеков внутри капсулы для возврата проб Хаябуса , прибыла из Итокавы. [86] Согласно пресс-релизу JAXA, анализ с помощью сканирующего электронного микроскопа выявил около 1500 зерен каменистых частиц. [87] После дальнейшего изучения результатов анализа и сравнения минеральных составов было установлено, что большинство из них имеют внеземное происхождение и определенно с астероида Итокава. [88]
По мнению японских ученых, состав образцов Хаябусы больше напоминал метеориты , чем известные земные породы. Их размер чаще всего менее 10 микрометров. [89] Материал соответствует химическим картам Итокавы, полученным с помощью приборов дистанционного зондирования Хаябусы . Исследователи обнаружили концентрации оливина и пироксена в образцах Хаябусы .
Дальнейшее изучение образцов пришлось отложить до 2011 года, поскольку исследователи все еще разрабатывали специальные процедуры обращения, чтобы избежать загрязнения частиц на следующем этапе исследования.
В 2013 году JAXA объявило, что было обнаружено 1500 внеземных зерен, включая минералы оливин , пироксен , плагиоклаз и сульфид железа . Размер зерен составлял около 10 микрометров. [90] JAXA провело подробный анализ образцов путем расщепления частиц и изучения их кристаллической структуры на SPring-8 . [91]
В выпуске журнала Science от 26 августа 2011 года шесть статей были посвящены открытиям, основанным на пыли, собранной Хаябусой . [92] Анализ пыли с Итокавы, проведенный учеными, показал, что первоначально она, вероятно, была частью более крупного астероида. Считалось, что пыль, собранная с поверхности астероида, находилась там около восьми миллионов лет. [92]
Было обнаружено, что пыль из Итокавы «идентична материалу, из которого состоят метеориты». [92] Итокава — астероид S-типа , состав которого соответствует составу LL-хондрита . [93]
В Японии конкурирующие кинокомпании объявили о производстве трёх полнометражных полнометражных фильмов по мотивам истории Хаябусы , в одном из которых, «Хаябуса: Харуканару Кикан» (2012), главную роль сыграл Кен Ватанабэ . [94] [95]
Компания по производству строительных игрушек Lego выпустила модель Хаябусы на своем веб-сайте Cuusoo. [96]
Многие отсылки к Хаябусе появляются в японском сериале «Камен Райдер Фурз» , сериале токусацу на космическую тематику .
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )