Акацуки (あかつき, 暁, «Рассвет») , также известный как «Климатический орбитальный аппарат Венеры » ( VCO ) и «Планета-C » , — космический зонд Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA)которому поручено изучение атмосферы Венеры . Он был запущен на борту ракеты H-IIA 202 20 мая 2010 года [7] , но не смог выйти на орбиту вокруг Венеры 6 декабря 2010 года. После того, как корабль вращался вокруг Солнца в течение пяти лет, инженеры успешно вывели его на альтернативную венерианскую эллиптическую орбиту. 7 декабря 2015 года, запустив двигатели ориентации на 20 минут, он стал первым японским спутником, вращающимся вокруг Венеры. [5] [6] [8] [9]
Используя пять разных камер, работающих на разных длинах волн, Акацуки изучает стратификацию атмосферы, динамику атмосферы и физику облаков. [10] [11] Астрономы, работавшие над миссией, сообщили об обнаружении возможной гравитационной волны (не путать с гравитационными волнами ) в атмосфере Венеры в декабре 2015 года. [12]
«Акацуки» - первая миссия Японии по исследованию планет после неудачного запуска зонда «Нозоми» на марсианской орбите , запущенного в 1998 году. Первоначально «Акацуки» предназначалась для проведения научных исследований в течение двух или более лет с эллиптической орбиты вокруг Венеры на расстоянии от 300 до 80 000 км (от 190 до 49 710 миль). ) по высоте, [1] но его альтернативная орбита должна была быть сильно эллиптической в диапазоне от 1000 до 10 000 километров (620 и 6 210 миль) в ближайшей точке и около 360 000 километров (220 000 миль) в самой дальней. Завершение этой большей орбиты займет 10 дней вместо первоначально запланированных 30 часов. [13] Бюджет этой миссии составляет 14,6 миллиардов йен ( 174 миллиона долларов США ) на спутник и 9,8 миллиардов йен (116 миллионов долларов США) на запуск. [14]
Наблюдения включают в себя получение изображений облаков и поверхности с орбиты вокруг планеты с помощью камер, работающих в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах волн, для изучения сложной метеорологии Венеры и выяснения процессов, лежащих в основе загадочного супервращения атмосферы . На Венере, хотя планета вращается на экваторе со скоростью 6 километров в час (3,7 миль в час), атмосфера вращается вокруг планеты со скоростью 300 километров в час (190 миль в час). Другие эксперименты призваны подтвердить наличие молний и определить, происходит ли в настоящее время на Венере вулканизм . [15]
Основная шина представляет собой короб размером 1,45×1,04×1,44 м (4,8×3,4×4,7 футов) с двумя солнечными батареями , каждая площадью около 1,4 м 2 (15 кв. футов). Солнечные батареи обеспечивают мощность более 700 Вт на орбите Венеры. Общая масса космического корабля при запуске составила 517,6 кг (1141 фунт). [1] Масса научной полезной нагрузки составляет 34 кг (75 фунтов). [16]
Движение обеспечивается двухкомпонентным орбитальным маневренным двигателем на гидразин - диазотном тетраоксиде мощностью 500 ньютонов (110 фунтов- сила ) и двенадцатью однокомпонентными двигателями управления гидразиновой реакцией, восемь с тягой 23 Н (5,2 фунт- сила ) и четыре с тягой 3 Н. (0,67 фунта f ). [1] Это первый космический корабль, в котором используется ретровентиляторный двигатель из керамики ( нитрида кремния ). [17] Общая масса топлива при запуске составляла 196,3 кг (433 фунта). [1]
Связь осуществляется через транспондер X-диапазона мощностью 8 ГГц и мощностью 20 Вт с использованием антенны с высоким коэффициентом усиления длиной 1,6 м (5 футов 3 дюйма). Антенна с высоким коэффициентом усиления имеет плоскую форму, что предотвращает накопление тепла в ней. [11] Акацуки также имеет пару рупорных антенн среднего усиления, установленных на проигрывателях, и две антенны с низким коэффициентом усиления для восходящей линии связи. Рупорные антенны со средним коэффициентом усиления используются для передачи служебных данных по нисходящей линии связи, когда антенна с высоким коэффициентом усиления не направлена на Землю. [1]
Научная полезная нагрузка состоит из шести приборов. Пять видеокамер исследуют Венеру в длинах волн от ультрафиолета до среднего инфракрасного диапазона: [18] [19]
В период с октября 2009 года по январь 2010 года Планетарное общество и JAXA провели кампанию по связям с общественностью , чтобы позволить людям отправлять свое имя и сообщение на борт Акацуки . [22] [23] Имена и сообщения были напечатаны мелкими буквами на алюминиевой пластине и помещены на борт Акацуки . [22] 260 214 человек представили имена и сообщения для миссии. [24] Для космического корабля было создано около 90 алюминиевых пластин, [25] в том числе три алюминиевые пластины, на которых были напечатаны изображения вокалоида Хацунэ Мику и ее супердеформированной фигуры Хачуне Мику. [26]
Акацуки покинул кампус Сагамихара 17 марта 2010 года и 19 марта прибыл в корпус 2 испытаний и сборки космических кораблей Космического центра Танегасима . 4 мая «Акацуки» был помещен в большой обтекатель полезной нагрузки ракеты H-IIA , которая запустила космический корабль вместе с солнечным парусом IKAROS в шестимесячное путешествие к Венере. 9 мая обтекатель полезной нагрузки был доставлен в цех сборки транспортных средств Космического центра Танегасима, где обтекатель был соединен с самой ракетой-носителем H-IIA. [27]
Космический корабль был запущен 20 мая 2010 года в 21:58:22 ( UTC ) из Космического центра Танегасима [15] после задержки из-за погоды от первоначальной запланированной цели на 18 мая. [28]
Планировалось, что Акацуки начнет операции по выведению на орбиту путем запуска двигателя орбитального маневрирования в 23:49:00 6 декабря 2010 года по всемирному координированному времени . [27] Предполагалось, что горение будет продолжаться в течение двенадцати минут до начальной орбиты Венеры с высотой апоцентра 80 000 км (50 000 миль), высотой перицентра 300 км (190 миль) и периодом обращения 30 часов . [29]
Было подтверждено, что маневр вывода на орбиту начался вовремя, но после ожидаемого отключения электроэнергии из-за покрытия Венерой связь с зондом не восстановилась, как планировалось. Было обнаружено, что зонд находится в режиме безопасного удержания, в состоянии стабилизации вращения с десятью минутами на один оборот. [30] Из-за низкой скорости связи через антенну с низким коэффициентом усиления потребовалось некоторое время, чтобы определить состояние зонда. [31] 8 декабря JAXA заявило, что маневр вывода зонда на орбиту не удался. [32] [33] На пресс-конференции 10 декабря официальные лица сообщили, что двигатели Акацуки работали менее трех минут, что намного меньше, чем требовалось для выхода на орбиту Венеры. [34] Дальнейшие исследования показали, что вероятной причиной неисправности двигателя были отложения солей, заклинившие клапан между баком наддува гелия и топливным баком. В результате сгорание двигателя стало обогащенным окислителем, в результате чего высокие температуры сгорания повредили горловину и сопло камеры сгорания. Похожая проблема с утечкой пара разрушила зонд NASA Mars Observer в 1993 году. [35]
В результате зонд оказался на гелиоцентрической орбите, а не на орбите Венеры. Поскольку полученная орбита имела орбитальный период 203 дня, [36] короче, чем орбитальный период Венеры, равный 225 дням, зонд дрейфовал вокруг Солнца по сравнению с Венерой.
JAXA разработало планы предпринять еще одну попытку выведения на орбиту, когда зонд вернется на Венеру в декабре 2015 года. Для этого потребовалось перевести зонд в «спящий» или безопасный режим , чтобы продлить срок его службы сверх первоначального расчетного срока в 4,5 года. JAXA выразило некоторую уверенность в сохранении работоспособности зонда, указав на снижение износа батареи, поскольку зонд тогда вращался вокруг Солнца, а не по намеченной венерианской орбите. [37]
Данные телеметрии первоначального отказа показали, что горловина его главного двигателя, двигателя орбитального маневра (OME), все еще была в значительной степени неповрежденной, а пробные реактивные тяги бортового OME зонда были выполнены дважды, 7 и 14 сентября 2011 года. [27 ] Однако тяга составила всего около 40 ньютонов (9,0 фунтов силы ), что составило 10% ожиданий. После этих испытаний было установлено, что для орбитального маневрирования OME будет недостаточно удельного импульса . Был сделан вывод, что оставшееся горло камеры сгорания было полностью разрушено в результате кратковременного зажигания двигателя. В результате была выбрана стратегия использования четырех гидразиновых двигателей ориентации , также называемых системой управления реакцией (RCS), для вывода зонда на орбиту вокруг Венеры. Поскольку двигатели RCS не нуждаются в окислителе, оставшиеся 65 кг (143 фунта) окислителя ( MON ) были сброшены за борт в октябре 2011 года, чтобы уменьшить массу космического корабля. [35]
Три орбитальных маневра вокруг Венеры были выполнены 1 ноября, [15], 10 и 21 ноября 2011 года с использованием двигателей RCS. Космическому кораблю была сообщена общая дельта- v 243,8 метра в секунду (800 футов/с). Поскольку удельный импульс двигателей RCS мал по сравнению с удельным импульсом OME, ранее запланированный выход на низкую орбиту Венеры стал невозможным. Вместо этого новый план заключался в том, чтобы разместить зонд на высокоэллиптической орбите с апоцентром в сто тысяч километров и перицентром в несколько тысяч километров от Венеры. Инженеры планировали, что альтернативная орбита будет прямой (в направлении супервращения атмосферы) и будет лежать в плоскости орбиты Венеры. Метод и орбита были объявлены JAXA в феврале 2015 года, а дата выхода на орбиту - 7 декабря 2015 года. [38] Зонд достиг своей самой удаленной точки от Венеры 3 октября 2013 года и с тех пор приближался к планете. [39]
После выполнения последнего из серии из четырех маневров коррекции траектории в период с 17 июля по 11 сентября 2015 года зонд был установлен на траекторию пролета мимо Венеры 7 декабря 2015 года, когда Акацуки должен был совершить маневр для выхода на орбиту Венеры после 20-часового полета. минутный ожог с четырьмя двигателями, которые не были рассчитаны на такой тяжелый маневр. [5] [6] [40] Вместо того, чтобы завершить вращение вокруг Венеры примерно за 30 часов, как планировалось изначально, новая целевая орбита выведет Акацуки на девятидневную орбиту после корректировки в марте 2016 года. [4]
После того, как инженеры JAXA измерили и рассчитали его орбиту после вывода на орбиту 7 декабря, JAXA объявило 9 декабря, что Акацуки успешно вышла на намеченную эллиптическую орбиту, на расстоянии 440 000 км (270 000 миль) от Венеры и на расстоянии 400 км (250 миль) от Венеры. миль) от поверхности Венеры с периодом обращения 13 дней и 14 часов. [41]
Последующий запуск двигателя 26 марта 2016 года снизил апоапсис Акацуки примерно до 370 000 км (230 000 миль), высота перицентра периодически менялась с 1 000 до 10 000 километров (от 620 до 6 210 миль), а период его обращения по орбите сократился с 13 до примерно 10. дни. [3] [4]
Орбитальный аппарат начал свой двухлетний период «обычных» научных операций в середине мая 2016 года. [42] С 9 декабря 2016 года камеры ближнего инфракрасного диапазона 1 мкм и 2 мкм недоступны для наблюдений из-за электронного сбоя. . [20] [21] Его длинноволновая инфракрасная камера, ультрафиолетовый формирователь изображения, а также камера молний и свечения воздуха продолжают работать в обычном режиме. [21]
К апрелю 2018 года Акацуки завершила регулярную фазу наблюдения и перешла к расширенной фазе эксплуатации. [43] Расширение операций утверждено до конца 2020 года, при этом дальнейшее продление миссии будет рассматриваться в зависимости от состояния космического корабля на тот момент. По состоянию на ноябрь 2019 года у Акацуки достаточно топлива, чтобы продолжать работу еще как минимум на 2 года. [44]
По состоянию на декабрь 2021 года Акацуки продолжает работать и собирать данные без запланированной даты окончания миссии. [45]
Через три часа после погружения в декабре 2015 года и «несколько проблесков в апреле и мае» 2016 года приборы корабля зафиксировали «дугообразную форму атмосферы, простирающуюся на 6000 миль, почти от полюса к полюсу — косую улыбку». [46] Ученые, участвовавшие в проекте, назвали эту особенность « гравитационной волной » в ветрах планеты над регионом Терры Афродиты, состоящим из рифтовых долин и гор, достигающих высоты более 4000 метров (13000 футов). [12] Миссия собирает данные во всех соответствующих спектральных диапазонах от ультрафиолета (280 нм) до среднего инфракрасного диапазона (10 мкм). [47]
Изображения с орбитального аппарата Акацуки показали нечто похожее на реактивные потоки ветра в области нижних и средних облаков, высота которых составляет от 45 до 60 километров (от 28 до 37 миль). [48] Скорость ветра максимальна вблизи экватора. В сентябре 2017 года ученые JAXA назвали это явление «экваториальной струей Венеры». [49] Они также опубликовали результаты по экваториальным ветрам на уровне верхних слоев облаков, отслеживая облака в УФ-спектре. [50] Важным результатом 2018 года стало появление толстых облаков из мелких частиц вблизи перехода между верхними и средними облаками, что было описано как «новая и загадочная морфология сложного облачного покрова». [46] К 2017 году научная группа опубликовала 3D-карты структуры атмосферы Венеры. [46] Полученные физические величины включают давление, температуру, H
2ТАК
4плотность пара, плотность ионосферных электронов и их вариации. [46] К 2019 году первые результаты о морфологии, временных изменениях [51] и ветрах в средних облаках Венеры были опубликованы и заслужили обложку в Geophysical Research Letters , сообщая о неожиданно высоких контрастах, которые могут указывать на присутствие поглотители, такие как вода. [52]
Чтобы получить изображение молнии, орбитальный аппарат видит темную сторону Венеры примерно 30 минут каждые 10 дней. [53] По состоянию на июль 2019 года накоплено 16,8 часов наблюдений ночной стороны, молний не обнаружено. [54]