stringtranslate.com

Генезис (космический корабль)

Genesis был зондом NASA по возврату образцов , который собрал образец частиц солнечного ветра и вернул их на Землю для анализа. Это была первая миссия NASA по возврату образцов, которая вернула материал со времен программы Apollo , и первая, которая вернула материал из-за орбиты Луны . [ 4] [5] Genesis был запущен 8 августа 2001 года, а капсула для возврата образцов совершила аварийную посадку в Юте 8 сентября 2004 года после того, как из-за конструктивного недостатка не удалось раскрыть ее тормозной парашют . В результате аварии многие из коллекторов образцов были загрязнены. Хотя большинство из них были повреждены, некоторые из коллекторов были успешно восстановлены. [6]

Научная группа Genesis продемонстрировала, что часть загрязнений можно удалить или избежать, и что частицы солнечного ветра можно анализировать с использованием различных подходов, достигая всех основных научных целей миссии. [7] [8]

Цели

Основными научными целями миссии были: [9]

Соответственно, для достижения научных целей миссии космический аппарат Genesis был разработан для сбора ионов солнечного ветра и возвращения их на Землю для анализа. [10] Genesis нес несколько различных коллекторов солнечного ветра, все из которых пассивно собирали солнечный ветер; то есть коллекторы находились в космосе лицом к Солнцу, в то время как ионы солнечного ветра врезались в них на скорости более 200 км/с (120 миль/с) и при ударе зарывались в поверхность коллекторов. Этот пассивный сбор представляет собой процесс, аналогичный тому, который используется в полупроводниковой промышленности для изготовления определенных типов устройств, и моделирование этого процесса дается в программе SRIM с бесплатным доступом . [11]

Большинство коллекторов Genesis непрерывно отбирали образцы всего солнечного ветра, с которым сталкивался космический аппарат («массовый солнечный ветер»). Однако космический аппарат также нес три массива коллекторов, которые развертывались при определенных «режимах» (быстрые, медленные, выбросы корональной массы ) солнечного ветра, определяемых электронными и ионными мониторами на борту. [12] Эти развертываемые массивы коллекторов были разработаны для предоставления данных для проверки гипотезы о том, что породообразующие элементы сохраняют свои относительные пропорции на протяжении процессов, формирующих солнечный ветер.

На Genesis был третий тип коллектора : концентратор, который собирал большую часть солнечного ветра, но был дискриминационным в том смысле, что он электростатически отталкивал водород и имел достаточно напряжения, чтобы сфокусировать более легкие элементы солнечного ветра на небольшой цели, концентрируя эти ионы примерно в 20 раз. Целью концентратора было вернуть образец с повышенным количеством ионов солнечного ветра, чтобы аналитики могли точно измерить изотопы легких элементов . [13] [14]

Операция

Профиль миссии

Траектория и план полета миссии Genesis

Genesis был миссией класса Discovery Лаборатории реактивного движения NASA (JPL) в Калифорнийском технологическом институте . Космический корабль был спроектирован и построен компанией Lockheed Martin Space Systems, общая стоимость миссии составила 264 миллиона долларов США .

NASA запустило корабль на ракете Delta II 7326 8 августа 2001 года в 16:13:40 UTC с мыса Канаверал . Разработкой траектории миссии руководил Мартин Ло . После запуска Genesis направился к точке Земля-Солнце L 1, затем выполнил манёвр выхода на орбиту Лиссажу , войдя на эллиптическую орбиту вокруг L 1 16 ноября 2001 года. Genesis выставил свои коллекторные массивы 3 декабря и начал собирать частицы солнечного ветра . Процесс сбора завершился через 850 дней, 1 апреля 2004 года, когда космический корабль совершил пять гало-петлей вокруг L 1. [17] Genesis начал возвращаться на Землю 22 апреля 2004 года. Фаза возвращения включала орбитальный обход в сторону точки Земли L 2 , чтобы корабль можно было вернуть в дневное время, поскольку прямой подход заставил бы его вернуть ночью. После завершения одного гало-витка вокруг L2 капсула с образцами Genesis отделилась от платформы космического корабля и вернулась на Землю для запланированного возвращения 8 сентября 2004 года. [18]

Фаза восстановления

После завершения фазы сбора массивы коллекторов были уложены в капсулу возврата образцов, и космический аппарат вернулся на Землю. Когда капсула приближалась к Земле и на первых этапах возвращения в атмосферу, все выглядело хорошо.

Для извлечения капсулы было проведено обширное планирование. Обычная парашютная посадка могла бы повредить хрупкие образцы, поэтому проект миссии предусматривал извлечение капсулы с образцами в воздухе . Примерно в 33 км (21 миля) над землей должен был быть развернут тормозной парашют для замедления спуска. Затем, на высоте 6,7 км (4,2 мили), должен был быть развернут большой парашют , чтобы еще больше замедлить спуск и оставить капсулу в устойчивом полете. Затем вертолет со вторым вертолетом в качестве резерва должен был попытаться поймать капсулу за ее парашют на конце пятиметрового крюка. После извлечения капсула должна была совершить мягкую посадку.

Капсула для возврата образцов вошла в атмосферу Земли над северным Орегоном в 16:55 UTC 8 сентября 2004 года со скоростью приблизительно 11,04 км/с (24 706 миль/ч). [18] Из-за конструктивного недостатка датчика замедления раскрытие парашюта так и не произошло, и снижение космического корабля замедлилось только за счет собственного сопротивления воздуха . [19] Запланированное возвращение в воздух осуществить не удалось, и капсула врезалась в пустыню на испытательном полигоне Дагвей в округе Туэле, штат Юта , на скорости около 86 м/с (310 км/ч; 190 миль/ч).

Капсула раскрылась при ударе, и часть внутренней капсулы образца также была повреждена. Повреждения были менее серьезными, чем можно было ожидать, учитывая его скорость; они были в некоторой степени смягчены падением на довольно мягкую землю.

Несработавшие пиротехнические устройства в системе развертывания парашюта и токсичные газы из батарей задержали подход спасательной группы к месту крушения. После того, как все было сделано безопасно, поврежденная капсула для возврата образцов была закреплена и перемещена в чистую комнату для осмотра; одновременно команда обученного персонала прочесывала место на предмет фрагментов коллектора и отбирала образцы местной пустынной почвы для архивирования в качестве эталона, с помощью которого можно было бы определить возможные загрязнители в будущем. Усилия по восстановлению, предпринятые членами команды Genesis на испытательном и учебном полигоне в Юте , которые включали осмотр, каталогизацию и упаковку различных коллекторов, заняли четыре недели. [20]

Судьба космического автобуса

Капсула возврата образца раскрылась, когда она ударилась о дно пустыни Юта. Капсула была 1,5 м (4,9 фута) в диаметре и имела массу 225 кг (496 фунтов).

После выпуска капсулы с образцами 8 сентября 2004 года космический корабль отправился обратно к точке Лагранжа Земля-Солнце ( L 1 ). Маневр коррекции траектории был выполнен 6 ноября 2004 года, что позволило космическому кораблю в конечном итоге покинуть L 1 , если он не будет использоваться для расширенной миссии. Последние команды были переданы на кораблю 2 декабря 2004 года, [21] переведя Genesis в спящий режим. Находясь в этом «безопасном» режиме, он продолжит передавать информацию о своем состоянии, автономно направляя свои солнечные батареи на Солнце. Космический корабль покинул L 1 около 1 февраля 2005 года, оставаясь на гелиоцентрической орбите, ведущей Землю. [22]

Извлечение образца и результаты

Главный исследователь проекта Genesis Дональд Бернетт разбирает мусор из контейнера с образцами.

Первоначальные исследования показали, что некоторые пластины раскрошились при ударе, но другие были в основном целы. Пустынная грязь попала в капсулу, но не жидкая вода. Поскольку предполагалось, что частицы солнечного ветра будут вкраплены в пластины, тогда как загрязняющая грязь, как предполагалось, будет просто лежать на поверхности, удалось отделить грязь от образцов. [23] Неожиданно оказалось, что не земная пустынная почва, привнесенная в результате крушения, оказалась самой сложной для анализа в процессе анализа образцов, а собственные соединения корабля, такие как смазочные материалы и материалы для строительства корабля. [24]

Группа аналитиков заявила, что они должны быть в состоянии достичь большинства своих основных научных целей. 21 сентября 2004 года началось извлечение, а в январе 2005 года первый образец алюминиевой пластины был отправлен ученым в Университет Вашингтона в Сент-Луисе для анализа. [25]

Образцы солнечного ветра Genesis находятся под долгосрочным хранением в Космическом центре имени Джонсона в НАСА, чтобы по мере развития методов анализа образцов первозданный солнечный ветер стал доступен научному сообществу в ближайшие десятилетия. [7]

Благородные газы

В 2007 году ученые из Вашингтонского университета опубликовали подробные результаты по изотопам неона и аргона . [26] Остальные результаты по элементному и изотопному составу благородных газов были представлены в 2009 году. [27] Результаты согласуются с данными по лунным образцам, содержащим «молодой» (~100 миллионов лет) солнечный ветер, что указывает на то, что состав солнечного ветра не менялся по крайней мере в течение последних 100 миллионов лет. [27]

Изотопы кислорода

20 апреля 2005 года ученые из Космического центра имени Джонсона в Хьюстоне извлекли четыре коллектора солнечного ветра из концентратора и обнаружили их в отличном состоянии. Цели концентратора собирали ионы солнечного кислорода во время миссии и будут проанализированы для измерения изотопного состава солнечного кислорода, что является наиболее приоритетной целью измерений для Genesis . [28]

Группа объявила 10 марта 2008 года, что анализ пластины из карбида кремния из концентратора Genesis показал, что Солнце имеет более высокую долю кислорода-16 ( 16 O ) по сравнению с Землей, Луной, Марсом и крупными метеоритами. [29] [30] Это означает, что неизвестный процесс истощил кислород-16 примерно на 6% из солнечного диска протопланетного материала до слияния пылевых частиц, которые образовали внутренние планеты и пояс астероидов. [31]

Изотопы азота

Азот был ключевым целевым элементом, поскольку степень и происхождение его изотопных изменений в материалах Солнечной системы были неизвестны. Целевой материал показал, что имплантированный азот солнечного ветра имеет соотношение 15 N/ 14 N2,18 × 10−3 (то есть, на ≈40% беднее 15 N по сравнению с земной атмосферой). Отношение 15 N/ 14 N протосолнечной туманности было2,27 × 10 −3 , что является самым низким отношением 15 N/ 14 N, известным для объектов Солнечной системы. Этот результат демонстрирует экстремальную гетерогенность изотопов азота в зарождающейся Солнечной системе и объясняет компоненты с обедненным 15 N , наблюдаемые в резервуарах Солнечной системы. [32]

Комиссия по расследованию несчастных случаев (MIB)

Вверху: вид на капсулу Genesis и автобус. Внизу: крупный план типа акселерометра , установленного задом наперед, с карандашом, показанным для масштаба.

Был назначен Совет по расследованию несчастных случаев NASA Mishap Investigation Board (MIB) из 16 человек, включая экспертов по пиротехнике , авионике и другим специальностям. MIB начал свою работу 10 сентября 2004 года, когда прибыл на испытательный полигон Дагуэй. Он определил, что все научное оборудование, которое должно было быть передано Космическому центру Джонсона, может быть выпущено и не требуется для работы совета. JPL и Lockheed Martin начали готовить полетные данные и другие записи для MIB.

20 сентября 2004 года MIB объявило, что капсула, из которой извлечен научный материал, будет перемещена на объект Lockheed Martin Space Systems недалеко от Денвера, штат Колорадо , для использования MIB. [33]

Первая возможная первопричина неудачного раскрытия парашютов была объявлена ​​в пресс-релизе от 14 октября. Lockheed Martin спроектировала систему с неправильно ориентированными внутренними механизмами датчика ускорения (переключатель G был в обратном положении), и обзоры проекта не выявили ошибку. Акселерометр был установлен в соответствии с неправильной конструкцией. Предполагаемая конструкция заключалась в том, чтобы создать электрический контакт внутри датчика при 3 g (29  м/с2 ) , поддерживать его до максимально ожидаемых 30 g (290  м/с2 ) и снова разорвать контакт при 3  g , чтобы начать последовательность раскрытия парашюта. Вместо этого никакого контакта так и не произошло. [34]

Та же общая концепция парашюта была использована на космическом аппарате Stardust , предназначенном для возвращения образцов кометного грунта , который успешно приземлился в 2006 году.

Председатель комиссии по расследованию НАСА Майкл Рышкевич отметил, что ни одна из строгих процедур проверки в НАСА не выявила ошибок, заявив: «Было бы очень легко все перепутать». [35]

Эта неудача похожа на первоначальное событие, которое вдохновило Эдварда А. Мерфи-младшего сформулировать ныне известный закон Мерфи : акселерометр, установленный в обратном направлении. [36] 6 января 2006 года Рышкевич сообщил, что Lockheed Martin пропустила процедуру предварительного тестирования самолета, и он отметил, что в ходе тестирования можно было бы легко обнаружить проблему. [37]

Ссылки

  1. ^ "Genesis: In Depth". NASA Solar System Exploration . Получено 25 сентября 2023 г.
  2. ^ abcde "Genesis: In Depth". NASA Solar System Exploration . Получено 2 февраля 2020 г.
  3. ^ abc "Genesis". Координированный архив космических научных данных NASA . Получено 2 февраля 2020 г.
  4. ^ Сиддики, Асиф А. (2018). Beyond Earth: A Chronicle of Deep Space Exploration, 1958–2016 (PDF) . Серия по истории НАСА (2-е изд.). Вашингтон, округ Колумбия: Офис программы истории НАСА. стр. 2. ISBN 9781626830424. LCCN  2017059404. SP2018-4041.
  5. ^ Миссия NASA Stardust стартовала за два года до Genesis , но вернулась на Землю только через два года после возвращения Genesis .
  6. ^ "Образцы солнечного ветра Genesis". Серия кураторов. NASA/JPL.
  7. ^ ab Reisenfeld, Daniel B.; et al. (июнь 2013 г.). «Состояние и состав солнечного ветра во время миссии Genesis по данным измерений космическими аппаратами in situ». Space Science Reviews . 175 (1–4): 125–164. Bibcode :2013SSRv..175..125R. doi :10.1007/s11214-013-9960-2. S2CID  120682800.
  8. ^ «Genesis Science Team». NASA/JPL.
  9. ^ "Предложение о миссии Genesis Discovery 5". NASA/JPL. Архивировано из оригинала 29 апреля 2009 г.
  10. ^ Бернетт, Д.С. и др. (январь 2003 г.). «Миссия Genesis Discovery: возвращение солнечной материи на Землю». Space Science Reviews . 105 (3–4): 509–534. Bibcode : 2003SSRv..105..509B. doi : 10.1023/A:1024425810605. S2CID  189763898.
  11. ^ Циглер, Джеймс Ф. «Остановка и пробег ионов в веществе». SRIM.org .
  12. ^ Barraclough, BL; et al. (январь 2003 г.). «Плазменные ионные и электронные приборы для миссии Genesis». Space Science Reviews . 105 (3–4): 627–660. Bibcode : 2003SSRv..105..627B. doi : 10.1023/A:1024426112422. S2CID  189794447.
  13. ^ Нордхолт, Джейн Э. и др. (январь 2003 г.). «Концентратор солнечного ветра Genesis». Space Science Reviews . 105 (3–4): 561–599. Bibcode : 2003SSRv..105..561N. doi : 10.1023/A:1024422011514. S2CID  119887884.
  14. ^ Хебер, В.С. и др. (март 2013 г.). Процессы элементарного фракционирования в солнечном ветре, выявленные с помощью образцов режима солнечного ветра Genesis (PDF) . 44-я конференция по лунной и планетарной науке. 18–22 марта 2013 г. Вудлендс, Техас. Bibcode : 2013LPI....44.3028H. LPI № 1719.
  15. ^ Падилла, Майкл (16 февраля 2009 г.). «Алмазоподобные пленки помогают в изучении солнечных ветров» (пресс-релиз). Национальные лаборатории Сандия.
  16. ^ Jurewicz, AJG; et al. (январь 2003 г.). «Материалы для сбора солнечного ветра Genesis». Space Science Reviews . 105 (3–4): 535–560. Bibcode : 2003SSRv..105..535J. doi : 10.1023/A:1024469927444. S2CID  51768025.
  17. ^ Кляйн, Джон и др. (июль 2004 г.). Отчет о расследовании отказа Genesis: JPL Failure Review Board, Avionics Sub-Team (отчет). Jet Propulsion Laboratory. hdl :2014/38719. Публикация 05-2.
  18. ^ ab "Genesis: Mission History". NASA/JPL . Получено 3 сентября 2009 г.
  19. ^ Рышкевич, Майкл и др. (13 июня 2006 г.). Отчет комиссии по расследованию инцидента Genesis Mishap: том 1 (PDF) . NASA . Получено 1 мая 2010 г.
  20. ^ Stansbery, EK Genesis Recovery Processing (PDF) (Отчет). NASA/JSC. Архивировано из оригинала (PDF) 21 июля 2011 г.
  21. ^ "Genesis science "a work in progress"". NASA. 2005. Получено 30 ноября 2012 г.
  22. ^ "Космический автобус Genesis летит в одиночку". NASA. 2005. Получено 30 ноября 2012 г.
  23. ^ "Salvaging Genesis Solar Wind Sample Science". NASA . Получено 6 декабря 2023 г.
  24. ^ Джонс, Никола (18 октября 2007 г.). «Разбившийся космический корабль приносит данные». Nature . 449 (7164). doi : 10.1038/news.2007.175 . S2CID  121899103.
  25. ^ Бисли, Долорес и др. (27 января 2005 г.). "NASA Sends First Genesis Early-Science Sample to Researchers" (пресс-релиз). NASA. Архивировано из оригинала 18 февраля 2006 г. Получено 24 апреля 2006 г.
  26. ^ Мешик, Алекс и др. (18 октября 2007 г.). «Ограничения на фракционирование изотопов неона и аргона в солнечном ветре». Science . 318 (5849): 433–435. Bibcode :2007Sci...318..433M. doi :10.1126/science.1145528. PMID  17947578. S2CID  5110897.
  27. ^ ab Heber, Veronika S.; et al. (декабрь 2009 г.). «Состав благородных газов солнечного ветра, собранный миссией Genesis». Geochimica et Cosmochimica Acta . 73 (24): 7414–7432. Bibcode : 2009GeCoA..73.7414H. doi : 10.1016/j.gca.2009.09.013.
  28. ↑ Бисли, Долорес; Джеффс, Уильям; Амброзиано, Нэнси (20 апреля 2005 г.). «NASA объявляет о том, что коллекционеры предметов науки о генезисе находятся в отличной форме» (пресс-релиз). NASA. Архивировано из оригинала 18 февраля 2006 г. Получено 24 апреля 2006 г.
  29. ^ "Department Directory: Kevin D. McKeegan". UCLA Department of Earth and Space Sciences. 26 июня 2010 г. Архивировано из оригинала 26 июня 2010 г.
  30. ^ Маккиган, К. Д. и др. (июнь 2011 г.). «Изотопный состав кислорода Солнца, полученный из захваченного солнечного ветра». Science . 332 (6037): 1528–1532. Bibcode :2011Sci...332.1528M. doi :10.1126/science.1204636. PMID  21700868. S2CID  6254168.
  31. ↑ Hand, Eric (13 марта 2008 г.). «Первое дыхание Солнечной системы». Nature . 452 (7185): 259. Bibcode :2008Natur.452..259H. doi : 10.1038/452259a . PMID  18354437. S2CID  789382.
  32. ^ Marty, B.; et al. (24 июня 2011 г.). «Изотопный состав с низким содержанием 15N для Солнечной системы, как показано образцами солнечного ветра Genesis» (PDF) . Science . 332 (6037): 1533–1536. Bibcode :2011Sci...332.1533M. doi :10.1126/science.1204656. PMID  21700869. S2CID  29773805.
  33. ↑ Savage, Donald (20 сентября 2004 г.). «Отчет о состоянии комиссии по расследованию инцидента Genesis Mishap № 1» (пресс-релиз). NASA. 04-306 . Получено 19 мая 2014 г.
  34. ^ Макки, Мэгги (15 октября 2004 г.). «Крушение Genesis связано с перевернутым дизайном». New Scientist . Архивировано из оригинала 4 ноября 2004 г.
  35. ^ Джонс, Никола (18 октября 2004 г.). «Неверные чертежи стали причиной крушения космического корабля». Nature . 431 (7010). doi : 10.1038/news041018-1 .
  36. ↑ Оберг, Джеймс (21 октября 2004 г.). «Закон Мерфи правит космическим пространством... И НАСА все еще нужно научиться его обходить». NBC News . Архивировано из оригинала 17 сентября 2016 г. Получено 8 марта 2019 г.
  37. ^ "Официально: предварительные испытания Genesis пропущены". Space.com . Associated Press . 7 января 2006 г. Архивировано из оригинала 10 января 2006 г. Получено 24 апреля 2006 г.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Genesis (космический корабль) .