Улисс ( / j uː ˈ l ɪ s iː z / yoo- LISS -eez , Великобритания также / ˈ j uː l ɪ s iː z / YOO -liss-eez ) был роботизированным космическим зондом , основной миссией которого было обращение вокруг Солнца и изучайте его на всех широтах. Он был запущен в 1990 году и совершил три «быстрых сканирования широты» Солнца в 1994/1995, 2000/2001 и 2007/2008 годах. Кроме того, зонд изучил несколько комет. «Улисс» был совместным предприятием Европейского космического агентства (ЕКА) и Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США (НАСА) под руководством ЕКА при участии Национального исследовательского совета Канады. [3] Последний день миссий на Улиссе был 30 июня 2009 года. [4] [5]
Для изучения Солнца на всех широтах зонду необходимо было изменить наклонение орбиты и покинуть плоскость Солнечной системы . Чтобы изменить наклонение орбиты космического корабля примерно до 80°, требуется большое изменение гелиоцентрической скорости, энергия для достижения которой намного превосходит возможности любой ракеты-носителя . Чтобы достичь желаемой орбиты вокруг Солнца, планировщики миссии выбрали гравитационный маневр вокруг Юпитера , но это столкновение с Юпитером означало, что Улисс не мог питаться от солнечных батарей. Вместо этого зонд питался от радиоизотопного термоэлектрического генератора общего назначения с источником тепла ( GPHS-RTG ). [6]
Первоначально космический корабль назывался «Одиссей» из-за его длинной и непрямой траектории для изучения солнечных полюсов. Он был переименован в «Улисс » , что является латинским переводом « Одиссея », по просьбе ЕКА в честь не только мифологического героя Гомера, но и персонажа Данте в « Аде » . [7] Первоначально «Улисс» планировалось запустить в мае 1986 года на борту космического корабля « Челленджер» на STS-61-F . Из-за гибели «Челленджера» 28 января 1986 года запуск «Улисса» был отложен до 6 октября 1990 года на борту «Дискавери» (миссия STS-41 ).
Космический корабль был спроектирован ЕКА и построен немецкой авиастроительной компанией Dornier Systems . Тело представляло собой коробку размером примерно 3,2 × 3,3 × 2,1 м (10,5 × 10,8 × 6,9 футов). В коробке были установлены зеркальная антенна длиной 1,65 м (5 футов 5 дюймов) и источник питания радиоизотопного термоэлектрического генератора (РТГ) GPHS-RTG . Коробка была разделена на шумную и тихую части. Шумная секция примыкала к РИТЭГу; в тихой секции размещалась электроника приборов. Особо «громкие» компоненты, такие как предусилители радиодиполя, были смонтированы снаружи конструкции целиком, а коробка выполняла роль клетки Фарадея .
Улисс был стабилизирован по вращению вокруг своей оси Z, которая примерно совпадает с осью тарелочной антенны. РИТЭГ, штыревые антенны и стрела приборов были размещены для стабилизации этой оси с номинальной скоростью вращения 5 об/мин . Внутри корпуса находился гидразиновый топливный бак. Гидразиновое монотопливо использовалось для корректировки курса на пути к Юпитеру, а позже использовалось исключительно для изменения направления оси вращения (и, следовательно, антенны) на Землю. Управление космическим кораблем осуществлялось восемью двигателями в двух блоках. Двигатели получали импульсы во временной области для выполнения вращения или перемещения. Четыре солнечных датчика определили ориентацию. Для точного управления ориентацией антенна S-диапазона была установлена немного вне оси. Эта смещенная подача в сочетании с вращением космического корабля привела к кажущимся колебаниям радиосигнала, передаваемого с Земли при приеме на борт космического корабля. Амплитуда и фаза этого колебания были пропорциональны ориентации оси вращения относительно направления Земли. Этот метод определения относительной ориентации называется коническим сканированием и использовался в ранних радарах для автоматического сопровождения целей, а также был очень распространен в первых ракетах с инфракрасным наведением.
Космический корабль использовал S-диапазон для передачи команд по восходящей линии связи и телеметрии по нисходящей линии связи через двойные резервные 5-ваттные приемопередатчики. Космический корабль использовал X-диапазон для научных исследований (только нисходящая линия связи), используя два TWTA мощностью 20 Вт до выхода из строя последнего оставшегося TWTA в январе 2008 года. В обоих диапазонах использовалась тарелочная антенна с каналами с прямым фокусом, в отличие от каналов Кассегрена большинства других посуда космического корабля.
Двойные магнитофоны, каждый емкостью примерно 45 Мбит, хранили научные данные между номинальными восьмичасовыми сеансами связи во время основной и расширенной фаз миссии.
Космический корабль был спроектирован так, чтобы выдерживать как жару внутри Солнечной системы, так и холод на расстоянии Юпитера. Обширное покрытие и электрические обогреватели защищали зонд от низких температур внешней Солнечной системы.
В нескольких научных приборах используются несколько компьютерных систем (ЦП/микропроцессоры/блоки обработки данных), включая несколько радиационно-стойких микропроцессоров RCA CDP1802 . Задокументированное использование 1802 включает в себя 1802 с двойным резервированием в COSPIN и по крайней мере по одному 1802 в инструментах GRB, HI-SCALE, SWICS, SWOOPS и URAP, а также другие возможные микропроцессоры, встроенные в другие места. [8]
Общая масса при запуске составляла 371 кг (818 фунтов), из которых 33,5 кг приходилось на гидразиновое топливо, используемое для ориентации и коррекции орбиты.
Двенадцать различных инструментов были предоставлены ЕКА и НАСА. Первая конструкция была основана на двух зондах, один НАСА и один ЕКА, но зонд НАСА был лишен финансирования и в конце концов инструменты отмененного зонда были установлены на Улиссе . [9]
До Улисса Солнце наблюдалось только из низких солнечных широт. Орбита Земли определяет плоскость эклиптики , которая отличается от экваториальной плоскости Солнца всего на 7,25°. Даже космические корабли, вращающиеся непосредственно вокруг Солнца, делают это в плоскостях, близких к эклиптике, поскольку для прямого запуска на солнечную орбиту с большим наклонением потребуется непомерно большая ракета-носитель.
Несколько космических кораблей ( Маринер-10 , Пионер-11 и Вояджеры-1 и 2 ) выполнили гравитационные маневры в 1970-х годах. Эти маневры должны были достичь других планет, также вращающихся по орбитам вблизи эклиптики, поэтому в основном они представляли собой изменения в плоскости. Однако гравитационные средства не ограничиваются маневрами в плоскости; подходящий облет Юпитера может привести к значительному изменению самолета. В связи с этим была предложена миссия за пределами эклиптики (OOE). См. статью Пионер Х.
Первоначально НАСА и ЕКА должны были построить два космических корабля для Международной солнечной полярной миссии. Один будет отправлен над Юпитером, а затем под Солнцем. Другой пролетел бы под Юпитером, а затем над Солнцем. Это обеспечит одновременное покрытие. Из-за сокращений запуск космического корабля США был отменен в 1981 году. Был спроектирован один космический корабль, а проект переименован в «Улисс» из-за непрямой и непроверенной траектории полета. НАСА предоставит радиоизотопный термоэлектрический генератор (РТГ) и услуги по запуску, ЕКА построит космический корабль, переданный Astrium GmbH, Фридрихсхафен , Германия (ранее Dornier Systems). Инструменты будут разделены на группы из университетов и исследовательских институтов Европы и США. В результате этого процесса на борту оказалось 12 инструментов.
Изменения отложили запуск с февраля 1983 года по май 1986 года, когда он должен был быть развернут космическим шаттлом «Челленджер» (усиленным предлагаемой верхней ступенью «Кентавр G Прайм» ). Однако катастрофа «Челленджера» привела к приостановке работы флота шаттлов на два с половиной года, потребовала отмены разгонного блока «Кентавр-G» и перенесла дату запуска на октябрь 1990 года.
«Улисс» был выведен на низкую околоземную орбиту с помощью космического корабля « Дискавери» . Оттуда его направили по траектории к Юпитеру с помощью твердотопливных ракетных двигателей. [17] Эта верхняя ступень состояла из двухступенчатого Boeing IUS (инерционная верхняя ступень) и McDonnell Douglas PAM-S ( специальный модуль помощи при полезной нагрузке ). IUS был инерционно стабилизирован и активно управлялся во время горения. PAM-S был неуправляемым, и его и «Улисса» раскручивали до 80 об/мин для обеспечения устойчивости в начале горения. При сгорании PAM-S двигатель и блок космического корабля раскручивались по принципу йо-йо (грузы, развернутые на концах тросов) до скорости ниже 8 об / мин перед отделением космического корабля. Покинув Землю, космический корабль стал самым быстрым в истории космическим кораблем с искусственным ускорением и удерживал этот титул до запуска зонда «Новые горизонты» .
На пути к Юпитеру космический корабль находился на эллиптической негомановской переходной орбите . В это время Улисс имел небольшое наклонение орбиты к эклиптике.
Он прибыл к Юпитеру 8 февраля 1992 года, совершив маневр, в результате которого его наклон к эклиптике увеличился на 80,2 °. Гравитация планеты-гиганта отклонила траекторию полета космического корабля на юг и в сторону от плоскости эклиптики. Это вывело его на последнюю орбиту вокруг Солнца, которая проведет его мимо северного и южного полюсов Солнца. Размер и форма орбиты были скорректированы в гораздо меньшей степени, так что афелий оставался на расстоянии примерно 5 а.е., расстояния Юпитера от Солнца, а перигелий был несколько больше, чем 1 а.е., расстояние Земли от Солнца. Орбитальный период составляет примерно шесть лет.
В период с 1994 по 1995 год он исследовал южную и северную полярные области Солнца соответственно.
1 мая 1996 года космический корабль неожиданно пересек ионный хвост кометы Хякутакэ (C/1996 B2), обнаружив, что длина хвоста составляет не менее 3,8 а.е. [18] [19]
Встреча с хвостом кометы повторилась в 2004 году [20] , когда Улисс пролетал через ионные хвосты C/1999 T1 (Макнот-Хартли). Выброс корональной массы принес кометный материал к Улиссу . [19] [21]
Улисс приблизился к афелию в 2003/2004 году и провел дальнейшие отдаленные наблюдения Юпитера. [22]
В 2007 году Улисс прошел через хвост кометы C/2006 P1 (Макнота). Результаты неожиданно отличались от результатов прохождения через хвост Хякутакэ: измеренная скорость солнечного ветра упала с примерно 700 километров в секунду (1 566 000 миль в час) до менее 400 километров в секунду (895 000 миль в час). [23]
Комитет научной программы ЕКА одобрил четвертое продление миссии «Улисс» до марта 2004 г. [24], что позволило ей в третий раз работать над полюсами Солнца в 2007 и 2008 гг. После того, как стало ясно, что выходная мощность РИТЭГ космического корабля будет недостаточно для работы научных приборов и предотвращения замерзания топлива для управления ориентацией , гидразина , было начато разделение мощности приборов. До этого самые важные инструменты постоянно находились в сети, тогда как другие были деактивированы. Когда зонд приблизился к Солнцу, его энергоемкие обогреватели выключились и включились все приборы. [25]
22 февраля 2008 года, через 17 лет и 4 месяца после запуска космического корабля, ЕКА и НАСА объявили, что операции миссии «Улисс» , вероятно, прекратятся в течение нескольких месяцев. [26] [27] 12 апреля 2008 года НАСА объявило, что конечной датой будет 1 июля 2008 года. [28]
Космический корабль успешно проработал более чем в четыре раза больше проектного срока . Компонент в последней оставшейся рабочей цепочке подсистемы нисходящей линии связи X-диапазона вышел из строя 15 января 2008 года. Другая цепочка подсистемы X-диапазона ранее вышла из строя в 2003 году. [29]
Нисходящая связь с Землей возобновилась в S-диапазоне , но ширина луча антенны с высоким коэффициентом усиления в S-диапазоне была не такой узкой, как в X-диапазоне, поэтому принимаемый сигнал нисходящей линии связи был намного слабее, что привело к снижению достижимой скорости передачи данных . Когда космический корабль двигался по исходящей траектории на орбиту Юпитера, сигнал нисходящей линии связи в конечном итоге упал ниже возможностей приема даже самых больших антенн (70 метров - 229,7 футов - в диаметре) сети дальнего космоса .
Еще до того, как сигнал нисходящей линии связи был потерян из-за расстояния, считалось, что гидразиновое топливо для управления ориентацией на борту космического корабля могло замерзнуть , поскольку радиоизотопные тепловые генераторы (РТГ) не могли генерировать достаточно энергии, чтобы нагреватели могли преодолеть радиационную потерю тепла в космос. Как только гидразин замерзнет, космический корабль больше не сможет маневрировать, чтобы его антенна с высоким коэффициентом усиления была направлена на Землю, и сигнал нисходящей линии связи был бы потерян в течение нескольких дней. Отказ подсистемы связи X-диапазона ускорил это, потому что самая холодная часть топливного трубопровода была проложена через усилители на лампах бегущей волны X-диапазона , поскольку во время работы они выделяли достаточно тепла, чтобы поддерживать тепло трубопроводов топлива.
Ранее объявленная дата завершения миссии - 1 июля 2008 года - пришла и прошла, но операции миссии продолжались, хотя и в сокращенном объеме. Доступность сбора научных данных была ограничена только тогда, когда «Улисс» находился в контакте с наземной станцией из-за ухудшения запаса нисходящей линии связи S-диапазона, который больше не мог поддерживать одновременное воспроизведение данных в реальном времени и воспроизведение с магнитофона. [30] Когда космический корабль потерял связь с наземной станцией, передатчик S-диапазона отключился, и мощность перенаправилась на внутренние нагреватели, чтобы дополнительно нагреть гидразин. 30 июня 2009 года наземные диспетчеры отправили команду на переключение на антенны с низким коэффициентом усиления. Это прекратило связь с космическим кораблем в сочетании с предыдущими командами на полное выключение его передатчика. [4] [31]
На этапах круиза «Улисс» предоставил уникальные данные. Будучи единственным космическим кораблем за пределами эклиптики с гамма- прибором, «Улисс» был важной частью Межпланетной сети (IPN). IPN обнаруживает гамма-всплески (GRB); поскольку гамма-лучи невозможно сфокусировать с помощью зеркал, было очень сложно обнаружить гамма-всплески с достаточной точностью для их дальнейшего изучения. Вместо этого несколько космических аппаратов могут обнаружить всплеск посредством мультилатерации . Каждый космический корабль оснащен детектором гамма-излучения, показания которого регистрируются за крошечные доли секунды. Сравнивая время прихода гамма-ливней с разлетом космического корабля, можно определить местоположение для дальнейшего наблюдения с помощью других телескопов. Поскольку гамма-лучи движутся со скоростью света, необходимы большие расстояния. Обычно решение принималось путем сравнения: одного из нескольких космических кораблей, вращающихся вокруг Земли, зонда внутри Солнечной системы (на Марс , Венеру или астероид ) и «Улисса» . Когда Улисс дважды пересекал эклиптику за виток, многие определения гамма-всплесков теряли точность.
Дополнительные открытия: [32] [33]
«Улисс» , скорее всего, продолжит находиться на гелиоцентрической орбите вокруг Солнца на неопределенный срок. Однако есть шанс, что при одной из его повторных встреч с Юпитером близкого пролета с одной из лун Юпитера будет достаточно, чтобы изменить свой курс, и тогда зонд выйдет на гиперболическую траекторию вокруг Солнца и покинет Солнечную систему. Система . [34]
Институт астрофизики Герцберга (HIA) Национального исследовательского совета Канады предоставил инструменты и испытательное оборудование для исследования космических лучей и солнечных частиц (COSPIN) на космическом корабле
«Улисс»
. Прибор COSPIN состоит из пяти датчиков, которые измеряют энергичные нуклоны и электроны в широком диапазоне энергий. Это было первое участие Канады в межпланетной миссии в дальний космос.
Эта статья включает текст из этого источника, который находится в свободном доступе . . Эта статья включает текст из этого источника, который находится в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
