Ulysses ( / j uː ˈ l ɪ s iː z / yoo- LISS -eez , в Великобритании также / ˈ j uː l ɪ s iː z / YOO -liss-eez ) был автоматическим космическим зондом , чьей основной миссией было вращение вокруг Солнца и его изучение на всех широтах. Он был запущен в 1990 году и сделал три «быстрых широтных сканирования» Солнца в 1994/1995, 2000/2001 и 2007/2008 годах. Кроме того, зонд изучил несколько комет. Ulysses был совместным предприятием Европейского космического агентства (ESA) и Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA) под руководством ESA при участии Национального исследовательского совета Канады. [2] Последним днём работы миссии Ulysses было 30 июня 2009 года. [3] [4]
Для изучения Солнца на всех широтах зонду необходимо было изменить наклон своей орбиты и покинуть плоскость Солнечной системы . Для изменения наклона орбиты космического корабля примерно до 80° требуется большое изменение гелиоцентрической скорости, энергия для достижения которого намного превышает возможности любой ракеты-носителя . Чтобы достичь желаемой орбиты вокруг Солнца, планировщики миссии выбрали гравитационный маневр вокруг Юпитера , но эта встреча с Юпитером означала, что Ulysses не мог питаться от солнечных батарей. Вместо этого зонд питался от радиоизотопного термоэлектрического генератора общего назначения с источником тепла ( GPHS-RTG ). [5]
Первоначально космический аппарат был назван Odysseus из - за его длинной и непрямой траектории для изучения солнечных полюсов. Он был переименован в Ulysses , латинский перевод « Одиссея », по просьбе ЕКА в честь не только мифологического героя Гомера , но и персонажа Данте в « Аде » . [6] Первоначально запуск Ulysses был запланирован на май 1986 года на борту космического челнока Challenger на STS-61-F . Из-за потери Challenger 28 января 1986 года запуск Ulysses был отложен до 6 октября 1990 года на борту Discovery (миссия STS-41 ).
Космический корабль был разработан ESA и построен Dornier Systems , немецким производителем самолетов. Корпус представлял собой примерно коробку размером примерно 3,2 м × 3,3 м × 2,1 м (10,5 футов × 10,8 футов × 6,9 футов). В коробке была установлена антенна-тарелка размером 1,65 м (5 футов 5 дюймов) и источник питания радиоизотопного термоэлектрического генератора (РИТЭГ) GPHS-RTG . Коробка была разделена на шумную и тихую секции. Шумная секция примыкала к РИТЭГ; в тихой секции размещалась электроника прибора. Особо «громкие» компоненты, такие как предусилители для радиодиполя, были установлены полностью снаружи конструкции, а коробка действовала как клетка Фарадея .
Ulysses был стабилизирован вращением вокруг своей оси z, которая примерно совпадает с осью антенны-тарелки. RTG, штыревые антенны и инструментальная стрела были размещены для стабилизации этой оси, с номинальной скоростью вращения 5 об/мин . Внутри корпуса находился топливный бак с гидразином . Гидразиновое монотопливо использовалось для коррекции курса при приближении к Юпитеру, а позже использовалось исключительно для повторного наведения оси вращения (и, таким образом, антенны) на Землю. Космический корабль управлялся восемью двигателями в двух блоках. Двигатели импульсно работали во временной области для выполнения вращения или перемещения. Четыре солнечных датчика определяли ориентацию. Для точного управления ориентацией антенный облучатель S-диапазона был установлен немного вне оси. Этот смещенный облучатель в сочетании с вращением космического корабля вносил кажущиеся колебания в радиосигнал, передаваемый с Земли, при приеме на борту космического корабля. Амплитуда и фаза этих колебаний 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 ранних ракетах с инфракрасным наведением.
Космический аппарат использовал S-диапазон для команд, передаваемых вверх, и телеметрии, передаваемой вниз, через двойные резервные 5-ваттные приемопередатчики. Космический аппарат использовал X-диапазон для научного возврата (только нисходящий канал), используя двойные 20-ваттные TWTA до отказа последнего оставшегося TWTA в январе 2008 года. Оба диапазона использовали антенну-тарелку с прямым фокусом, в отличие от кассегреновского питания большинства других тарелок космических аппаратов.
Два магнитофона, емкостью около 45 мегабит каждый, хранили научные данные между номинальными восьмичасовыми сеансами связи во время основной и расширенной фаз миссии.
Космический аппарат был спроектирован так, чтобы выдерживать как жару внутренней Солнечной системы, так и холод на расстоянии Юпитера. Обширное покрытие и электрические нагреватели защищали зонд от низких температур внешней Солнечной системы.
Несколько компьютерных систем (ЦП/микропроцессоры/блоки обработки данных) используются в нескольких научных приборах, включая несколько радиационно-устойчивых микропроцессоров RCA CDP1802 . Задокументированное использование 1802 включает двойное резервирование 1802 в COSPIN и по крайней мере по одному 1802 в приборах GRB, HI-SCALE, SWICS, SWOOPS и URAP, а также другие возможные микропроцессоры, встроенные в других местах. [7]
Общая масса при запуске составила 371 кг (818 фунтов), из которых 33,5 кг приходилось на гидразиновое топливо, используемое для управления ориентацией и коррекции орбиты.
Двенадцать различных инструментов были получены от ESA и NASA. Первый проект был основан на двух зондах, один от NASA и один от ESA, но зонд NASA был лишен финансирования, и в конце концов инструменты отмененного зонда были установлены на Ulysses . [8]
До Улисса Солнце наблюдалось только с низких солнечных широт. Орбита Земли определяет плоскость эклиптики , которая отличается от экваториальной плоскости Солнца всего на 7,25°. Даже космические аппараты, вращающиеся непосредственно вокруг Солнца, делают это в плоскостях, близких к эклиптике, поскольку прямой запуск на высоконаклоненную солнечную орбиту потребовал бы непомерно большой ракеты-носителя.
Несколько космических аппаратов ( Mariner 10 , Pioneer 11 и Voyagers 1 и 2 ) выполнили гравитационные маневры в 1970-х годах. Эти маневры должны были достичь других планет, также вращающихся вблизи эклиптики, поэтому они в основном представляли собой изменения в плоскости. Однако гравитационные маневры не ограничиваются маневрами в плоскости; подходящий пролет мимо Юпитера может привести к значительному изменению плоскости. Таким образом, была предложена миссия Out-Of-The-Ecliptic (OOE). См. статью Pioneer H.
Первоначально NASA и ESA планировали построить два космических аппарата в рамках Международной солнечной полярной миссии. Один должен был пройти над Юпитером, затем под Солнцем. Другой должен был пролететь под Юпитером, затем над Солнцем. Это обеспечило бы одновременное покрытие. Из-за сокращений американский космический аппарат был отменен в 1981 году. Был разработан один космический аппарат, и проект был переименован в Ulysses из-за непрямого и неиспытанного пути полета. NASA должно было предоставить радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ) и услуги по запуску, ESA должно было построить космический аппарат, порученный Astrium GmbH, Фридрихсхафен , Германия (ранее Dornier Systems). Приборы должны были быть разделены на команды из университетов и научно-исследовательских институтов Европы и США. Этот процесс обеспечил наличие 12 приборов на борту.
Изменения отложили запуск с февраля 1983 года на май 1986 года, когда он должен был быть запущен космическим челноком Challenger (усиленным предложенной верхней ступенью Centaur G Prime ). Однако катастрофа Challenger вынудила флот шаттлов остановиться на два с половиной года, потребовала отмены верхней ступени Centaur-G и перенесла дату запуска на октябрь 1990 года. [15]
Ulysses был выведен на низкую околоземную орбиту с космического челнока Discovery . Оттуда он был выведен на траекторию к Юпитеру с помощью комбинации твердотопливных ракетных двигателей. [16] Эта верхняя ступень состояла из двухступенчатой ступени Boeing IUS (инерционная верхняя ступень) и McDonnell Douglas PAM-S ( модуль полезной нагрузки - специальный). IUS был инерционно стабилизирован и активно управлялся во время своего сгорания. PAM-S был неуправляемым, и он и Ulysses раскручивались до 80 об/мин для устойчивости в начале своего сгорания. После сгорания PAM-S двигатель и космический аппарат были де-спун (грузы были развернуты на концах кабелей) до скорости ниже 8 об/мин перед разделением космического корабля. Покинув Землю, космический корабль стал самым быстрым искусственно ускоренным космическим кораблем и удерживал этот титул до запуска зонда New Horizons .
На пути к Юпитеру космический аппарат находился на эллиптической не- гомановской переходной орбите . В это время у Улисса был низкий наклон орбиты к эклиптике.
Он прибыл к Юпитеру 8 февраля 1992 года для маневра пролета , который увеличил его наклон к эклиптике на 80,2°. Гравитация гигантской планеты искривила траекторию полета космического корабля к югу и от плоскости эклиптики. Это вывело его на финальную 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 примерно на 5 а.е., расстоянии Юпитера от Солнца, а перигелий был несколько больше 1 а.е., расстоянии Земли от Солнца. Орбитальный период составляет примерно шесть лет.
В период с 1994 по 1995 год он исследовал южные и северные полярные области Солнца соответственно.
1 мая 1996 года космический аппарат неожиданно пересёк ионный хвост кометы Хиякутаке (C/1996 B2), показав, что длина хвоста составляет не менее 3,8 а.е. [17] [18]
Встреча с кометным хвостом произошла снова в 2004 году [19], когда Улисс пролетел через ионные хвосты C/1999 T1 (Макнот-Хартли) . Выброс корональной массы перенес кометный материал к Улиссу . [18] [20]
Улисс приблизился к афелию в 2003/2004 годах и провел дальнейшие дальние наблюдения Юпитера. [21]
В 2007 году Улисс прошел через хвост кометы C/2006 P1 (Макнот). Результаты оказались на удивление отличными от его прохождения через хвост Хиякутаке, при этом измеренная скорость солнечного ветра упала с приблизительно 700 километров в секунду (1 566 000 миль в час) до менее 400 километров в секунду (895 000 миль в час). [22]
Комитет по научным программам ЕКА одобрил четвертое продление миссии Ulysses до марта 2004 года [23] , тем самым позволив ей работать над полюсами Солнца в третий раз в 2007 и 2008 годах. После того, как стало ясно, что выходной мощности RTG космического корабля будет недостаточно для работы научных приборов и предотвращения замерзания топлива для управления ориентацией , гидразина , было инициировано совместное использование мощности приборов. До этого момента наиболее важные приборы постоянно поддерживались в режиме онлайн, в то время как другие были деактивированы. Когда зонд приблизился к Солнцу, его энергоемкие нагреватели были выключены, а все приборы включены. [24]
22 февраля 2008 года, через 17 лет и 4 месяца после запуска космического корабля, ЕКА и НАСА объявили, что миссия «Улисс», скорее всего, прекратится в течение нескольких месяцев. [25] [26] 12 апреля 2008 года НАСА объявило, что датой окончания станет 1 июля 2008 года. [27]
Космический аппарат успешно проработал более четырех лет от своего проектного срока службы . Компонент в последней оставшейся рабочей цепи подсистемы нисходящей линии связи X-диапазона вышел из строя 15 января 2008 года. Другая цепь в подсистеме X-диапазона ранее вышла из строя в 2003 году. [28]
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 нисходящий сигнал был намного слабее, что снижало достижимую скорость передачи данных . По мере того, как космический аппарат двигался по своей траектории выхода к орбите Юпитера, нисходящий сигнал в конечном итоге упал бы ниже приемной способности даже самых больших антенн (70 метров - 229,7 футов - в диаметре) Deep Space Network .
Еще до того, как сигнал нисходящей линии связи был потерян из-за расстояния, считалось, что гидразиновое топливо для управления ориентацией на борту космического корабля, вероятно, замерзнет , поскольку радиоизотопные тепловые генераторы (РИТЭГ) не смогли выработать достаточно энергии для нагревателей, чтобы преодолеть потерю тепла за счет излучения в космос. После того, как гидразин замерзнет, космический корабль больше не сможет маневрировать, чтобы удерживать свою антенну с высоким коэффициентом усиления направленной на Землю, и сигнал нисходящей линии связи будет потерян в течение нескольких дней. Отказ подсистемы связи X-диапазона ускорил это, поскольку самая холодная часть топливного трубопровода была проложена через усилители бегущей волны X-диапазона , поскольку они вырабатывали достаточно тепла во время работы, чтобы поддерживать топливный трубопровод в тепле.
Ранее объявленная дата окончания миссии 1 июля 2008 года пришла и ушла, но операции миссии продолжались, хотя и в сокращенном объеме. Доступность сбора научных данных была ограничена только тем, когда Ulysses был на связи с наземной станцией из-за ухудшающегося диапазона нисходящей линии связи S-диапазона, который больше не мог поддерживать одновременные данные в реальном времени и воспроизведение магнитофона. [29] Когда космический корабль был вне связи с наземной станцией, передатчик S-диапазона был выключен, и мощность была перенаправлена на внутренние нагреватели, чтобы добавить подогрев гидразина. 30 июня 2009 года наземные диспетчеры отправили команды на переключение на антенны с низким коэффициентом усиления. Это прекратило связь с космическим кораблем, в сочетании с предыдущими командами на полное отключение его передатчика. [3] [30]
Во время фаз круиза Ulysses предоставлял уникальные данные. Будучи единственным космическим аппаратом вне эклиптики с гамма- инструментом, Ulysses был важной частью Межпланетной сети (IPN). IPN обнаруживает гамма-всплески (GRB); поскольку гамма-лучи не могут быть сфокусированы зеркалами, было очень трудно обнаружить GRB с достаточной точностью для их дальнейшего изучения. Вместо этого несколько космических аппаратов могут обнаружить всплеск с помощью мультилатерации . Каждый космический аппарат имеет детектор гамма-излучения, показания которого отмечаются в крошечные доли секунды. Сравнивая время прибытия гамма-ливней с разделением космического аппарата, можно определить местоположение для последующего наблюдения с помощью других телескопов. Поскольку гамма-лучи распространяются со скоростью света, необходимы большие разделения. Обычно определение происходило путем сравнения: одного из нескольких космических аппаратов, вращающихся вокруг Земли, зонда внутренней Солнечной системы (к Марсу , Венере или астероиду ) и Ulysses . Когда Улисс дважды за один оборот пересек эклиптику, многие определения гамма-всплесков потеряли точность.
Дополнительные открытия: [31] [1]
Ulysses , скорее всего, продолжит движение по гелиоцентрической орбите вокруг Солнца неопределенно долго. Однако есть вероятность, что в одной из его повторных встреч с Юпитером близкого пролета с одним из спутников Юпитера будет достаточно, чтобы изменить его курс, и поэтому зонд войдет в гиперболическую траекторию вокруг Солнца и покинет Солнечную систему . [32]
Институт астрофизики Герцберга (HIA) Национального исследовательского совета Канады предоставил приборы и испытательное оборудование для исследования космических лучей и солнечных частиц (COSPIN) на космическом аппарате
Ulysses
. 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 дальнем космосе.
«Инферно Улисса» — это стремление исследовать необитаемый мир за Солнцем.
В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
