stringtranslate.com

Марс Наблюдатель

Космический аппарат Mars Observer , также известный как Mars Geoscience/Climatology Orbiter , был роботизированным космическим зондом, запущенным NASA 25 сентября 1992 года для изучения поверхности, атмосферы, климата и магнитного поля Марса. 21 августа 1993 года во время межпланетного полета связь с космическим аппаратом была потеряна за три дня до выхода зонда на орбиту . Попытки восстановить связь с космическим аппаратом оказались безуспешными.

Предыстория миссии

История

В 1984 году Комитет по исследованию Солнечной системы поставил задачу высокоприоритетной миссии на Марс. Тогда он назывался Mars Geoscience/Climatology Orbiter , и планировалось, что марсианский орбитальный аппарат расширит информацию, уже собранную программой Viking . Предварительные цели миссии предполагали, что зонд предоставит данные о магнитном поле планеты, обнаружит определенные спектральные линии минералов на поверхности, изображения поверхности с разрешением 1 метр / пиксель и глобальные данные о высоте. [1]

Первоначально планировалось, что Mars Observer будет запущен в 1990 году с помощью космического челнока Space Shuttle Orbiter. Также предполагалась возможность использования одноразовой ракеты, если космический корабль будет спроектирован с учетом определенных ограничений. [1] 12 марта 1987 года миссия была перенесена на 1992 год вместо других отложенных миссий ( Galileo , Magellan , Ulysses ) после катастрофы космического челнока Challenger . [2] Наряду с задержкой запуска перерасход бюджета потребовал устранения двух инструментов для выполнения запланированного запуска в 1992 году. [3] [4] По мере развития разработки основные научные цели были окончательно сформулированы следующим образом: [3] [5] [6]

Общая стоимость программы оценивается в 813 миллионов долларов. [7]

Проектирование космических аппаратов

Космический аппарат Mars Observer имел массу 1018 килограммов (2244 фунта). Его шасси имело высоту 1,1 метра, ширину 2,2 метра и глубину 1,6 метра. Космический аппарат был основан на предыдущих спутниковых проектах, изначально предназначенных и разработанных для орбиты Земли. Конструкция спутника RCA AS-4000 Ku-диапазона широко использовалась для шасси космического аппарата, двигательной установки, тепловой защиты и солнечной батареи. Конструкции спутников RCA TIROS и DMSP Block 50-2 также использовались при внедрении системы управления ориентацией и артикуляцией (AACS), подсистемы управления и обработки данных и подсистемы питания в Mars Observer . Другие элементы, такие как двухкомпонентные компоненты и антенна с высоким коэффициентом усиления, были разработаны специально для миссии. [8] [7] [9]

Управление ориентацией и движением

Космический корабль был стабилизирован по трем осям четырьмя реактивными колесами и двадцатью четырьмя двигателями с 1346 килограммами топлива. Двигательная установка представляла собой двухтопливную систему с высокой тягой на основе монометилгидразина/тетроксида азота для более крупных маневров и однотопливную систему с низкой тягой на основе гидразина для небольших орбитальных коррекций во время миссии. Из двухтопливных двигателей четыре, расположенных на корме, обеспечивают 490 ньютонов тяги для коррекции курса, управления космическим кораблем во время маневра выхода на орбиту Марса и больших орбитальных коррекций во время миссии; еще четыре, расположенные по бокам космического корабля, обеспечивают 22 ньютона для управления маневрами крена. Из гидразиновых двигателей восемь обеспечивают 4,5 ньютона для управления маневрами балансировки орбиты; еще восемь обеспечивают 0,9 ньютона для смещения или «обесцвечивания» реактивных колес. Для определения ориентации космического корабля были включены датчик горизонта , 6-щелевой сканер звезд и пять солнечных датчиков . [8] [9]

Коммуникации

Для телекоммуникаций космический аппарат включал двухосную карданную 1,5 -метровую параболическую антенну с высоким коэффициентом усиления , установленную на 6-метровой стреле для связи с Deep Space Network через X-диапазон с использованием двух транспондеров GFP NASA X-диапазона (NXT) и двух блоков обнаружения команд GFP (CDU). Также были включены шесть антенн с низким коэффициентом усиления и одна антенна со средним коэффициентом усиления, которые должны были использоваться во время фазы полета, пока антенна с высоким коэффициентом усиления оставалась убранной, и для мер на случай непредвиденных обстоятельств, если связь через антенну с высоким коэффициентом усиления будет ограничена. При вещании в Deep Space Network можно было достичь максимальной скорости 10,66 килобайт/секунду, в то время как космический аппарат мог принимать команды с максимальной пропускной способностью 62,5 байта в секунду. [5] [8] [7] [9]

Власть

Питание космического корабля обеспечивалось через шестипанельную солнечную батарею , размером 7,0 метров в ширину и 3,7 метра в высоту, и обеспечивало в среднем 1147 Вт на орбите. Для питания космического корабля, когда он был закрыт от Солнца, были включены две никель-кадмиевые батареи емкостью 42 А·ч ; батареи перезаряжались по мере того, как солнечная батарея получала солнечный свет. [5] [8] [7] [9]

Компьютер

Вычислительная система на космическом корабле была переоснащением системы, используемой на спутниках TIROS и DMSP. Полуавтономная система могла хранить до 2000 команд в 64 килобайтах оперативной памяти и выполнять их с максимальной скоростью 12,5 команд/секунду; команды также могли обеспечивать достаточную автономную работу космического корабля в течение шестидесяти дней. Для записи данных были включены избыточные цифровые магнитофоны (DTR), каждый из которых мог хранить до 187,5 мегабайт для последующего воспроизведения в Deep Space Network. [8]

Научные приборы

[5] [7]

Изображения космического корабля
  • Маркированная схема Mars Observer
    Маркированная схема Mars Observer .
  • Mars Observer в опасном сервисном центре для полезной нагрузки
    Mars Observer в пункте обслуживания опасных грузов.
  • Техник собирает космический зонд Mars Observer
    Техник собирает космический зонд Mars Observer .
  • Mars Observer в чистой комнате
    Mars Observer в чистой комнате.

Профиль миссии

Запуск и траектория

Mars Observer был запущен 25 сентября 1992 года в 17:05:01 UTC Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства с космодрома 40 на станции ВВС на мысе Канаверал во Флориде на борту коммерческой ракеты-носителя Titan III CT-4 . Полная последовательность сгорания длилась 34 минуты после того, как твердотопливная переходная орбитальная ступень вывела космический аппарат на 11-месячную траекторию перехода к Марсу с конечной скоростью 5,28 км/с относительно Марса. [9]

25 августа 1992 года внутри космического корабля было обнаружено загрязнение частицами. После полной проверки была определена необходимость очистки, которая была проведена 29 августа. Предполагаемой причиной загрязнения были меры, принятые для защиты космического корабля до выхода на сушу урагана Эндрю, обрушившегося на побережье Флориды 24 августа. [9] [18] [19]

  • Схема Mars Observer в стартовой конфигурации
    Схема Mars Observer в стартовой конфигурации.
  • Ракета Titan III запускает космический аппарат Mars Observer
    Ракета-носитель Titan III запускает космический аппарат Mars Observer .
  • Схема межпланетной траектории Mars Observer
    Схема межпланетной траектории Mars Observer .

Встреча с Марсом

Mars Observer должен был выполнить маневр вывода на орбиту 24 августа 1993 года, но контакт с космическим аппаратом был потерян 21 августа 1993 года. Вероятной причиной отказа космического аппарата была утечка паров топлива и окислителя через неправильно спроектированный обратный клапан из ПТФЭ в общую систему наддува. Во время межпланетного полета смесь паров накопилась в линиях подачи и линиях наддува, что привело к взрыву и их разрыву после перезапуска двигателя для плановой коррекции курса. Похожая проблема позже парализовала космический зонд Акацуки в 2010 году. Хотя ни одна из основных целей не была достигнута, миссия предоставила данные о фазе межпланетного полета, собранные до даты последнего контакта. Эти данные будут полезны для последующих миссий на Марс. Научные приборы, первоначально разработанные для Mars Observer, были размещены на четырех последующих космических аппаратах для выполнения задач миссии: Mars Global Surveyor , запущенный в 1996 году, Mars Climate Orbiter, запущенный в 1998 году, Mars Odyssey , запущенный в 2001 году, и Mars Reconnaissance Orbiter, запущенный в 2005 году. [20]

  • Первое изображение Марса, полученное MOC 27 июля 1993 г.
    Первое изображение Марса , полученное MOC 27 июля 1993 года.
  • Второе узкоугольное изображение Марса с помощью MOC, полученное через час после первого
    Второе изображение Марса, полученное MOC через час после первого.
  • Одно из немногих широкоугольных изображений Mars Observer , выполненных в цвете.
  • Юпитер, полученный MOC по пути к Марсу
    Юпитер , полученный MOC по пути к Марсу.

Предполагаемые операции

Посмотреть видео
Комплект инструментов на борту Mars Observer мог бы предоставить большой объем информации о Марсе.

24 августа 1993 года Mars Observer должен был развернуться на 180 градусов и включить двухкомпонентные двигатели, чтобы замедлить космический корабль, войдя на высокоэллиптическую орбиту. В течение следующих трех месяцев последующие маневры «перехода на более низкую орбиту» (TLO) должны были быть выполнены, когда космический корабль достигал перицентра , в конечном итоге приводя к приблизительно круговой 118-минутной орбите вокруг Марса. [21]

Первичная миссия должна была начаться 23 ноября 1993 года, собирая данные в течение одного марсианского года (приблизительно 687 земных дней). Первая глобальная карта должна была быть завершена 16 декабря, за ней следовало солнечное соединение, начинающееся 20 декабря и продолжающееся девятнадцать дней, заканчивающееся 3 января 1994 года; в это время операции миссии должны были быть приостановлены, поскольку радиосвязь была бы невозможна. [21]

Двигаясь по орбите Марса со скоростью около 3,4 км/с, космический корабль будет двигаться вокруг Марса по полярной орбите с севера на юг. Когда космический корабль вращается вокруг планеты, датчики горизонта указывают ориентацию космического корабля, в то время как маховики будут поддерживать ориентацию инструментов по направлению к Марсу. Выбранная орбита также была солнечно-синхронной, что позволяло всегда захватывать дневную сторону Марса в середине дня каждого марсианского Сола . Хотя некоторые инструменты могли обеспечивать канал передачи данных в реальном времени, когда Земля находилась в поле зрения космического корабля, данные также записывались на цифровые магнитофоны и воспроизводились на Земле каждый день. Ожидалось, что в ходе основной миссии будет получено более 75  гигабайт научных данных, что намного больше, чем в любой предыдущей миссии на Марс. Ожидалось, что окончание срока службы космического корабля будет ограничено запасом топлива и состоянием батарей. [21]

Потеря связи

Следователи полагают, что окислитель просочился через обратные клапаны и смешался с топливом, когда были открыты пироклапаны 5 и 6.

21 августа 1993 года в 01:00 UTC, за три дня до запланированного выхода на орбиту Марса , произошла «необъяснимая» потеря связи с Mars Observer . [22] Новые команды отправлялись каждые 20 минут в надежде, что космический корабль отклонился от курса и сможет восстановить связь. Однако попытка оказалась безуспешной. [22] Неизвестно, смог ли космический корабль следовать своей автоматической программе и выйти на орбиту Марса или же он пролетел мимо Марса и теперь находится на гелиоцентрической орбите .

4 января 1994 года независимая комиссия по расследованию из Военно-морской исследовательской лаборатории объявила о своих выводах: наиболее вероятной причиной потери связи был разрыв топливного бака в двигательной системе космического корабля. [23] Считается, что гиперголическое топливо могло протечь мимо клапанов в системе во время полета на Марс, что позволило топливу и окислителю преждевременно объединиться до достижения камеры сгорания. Утечка топлива и газа, вероятно, привела к высокой скорости вращения, в результате чего космический корабль перешел в «аварийный режим»; это прервало сохраненную последовательность команд и не включило передатчик. [23] Двигатель был получен от двигателя, принадлежавшего орбитальному спутнику Земли, и не был рассчитан на то, чтобы простаивать в течение месяцев перед запуском. [ необходима цитата ]

Последствия

Программа исследования Марса была официально сформирована после провала миссии Mars Observer в сентябре 1993 года. [24] Цели этой программы включают определение местоположения воды и подготовку к пилотируемым миссиям на Марс. [24]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Jonathon Eberhart (1986). "NASA устанавливает датчики для возвращения на Марс в 1990 году". Science News . 239 (21). Society for Science & the Public: 330. doi :10.2307/3970693. JSTOR  3970693.
  2. ^ М. Митчелл Уолдроп (1987). «Компания предлагает купить ракету NASA». Science . 235 (4796). Американская ассоциация содействия развитию науки : 1568. Bibcode : 1987Sci...235.1568W. doi : 10.1126/science.235.4796.1568a. JSTOR  1698285. PMID  17795582.
  3. ^ ab "Возвращение на Красную планету: миссия Mars Observer" (пресс-релиз). Лаборатория реактивного движения . 1 августа 1993 г. hdl :2014/27541.
  4. ^ Джонатан Эберхарт (1988). «Акт открытия: снова в пути». Science News . 134 (15). Society for Science & the Public: 231. doi : 10.2307/3973010. JSTOR  3973010.
  5. ^ abcd Марк Уэйд. "Mars Observer". Encyclopedia Astronautica . Получено 23 декабря 2010 г.
  6. ^ abcdefgh Арден Л. Олби (1988). «Семинар по науке о возвращении образцов с Марса». В Институте Луны и Планет . Институт Луны и Планет: 25–29. Bibcode : 1988msrs.work...25A.
  7. ^ abcde "Mars Observer". nssdc.gsfc.nasa.gov . НАСА . Проверено 23 декабря 2010 г.
  8. ^ abcde "MARS OBSERVER: PHASE 0 SAFETY REVIEW DATA PACKAGE" (пресс-релиз). RCA Astro-Electronics. 17 ноября 1986 г. hdl :2060/19870011586.
  9. ^ abcdef "MARS OBSERVER PRESS KIT" (Пресс-релиз). NASA . Сентябрь 1992 г. Архивировано из оригинала 16 февраля 2004 г. Получено 21 марта 2011 г.{{cite press release}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  10. ^ "Mars Observer Camera (MOC)". nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . Получено 19 февраля 2011 г. .
  11. ^ "Mars Observer Laser Altimeter (MOLA)". nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . Получено 19 февраля 2011 г. .
  12. ^ "Thermal Emission Spectrometer (TES)". nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . Получено 19 февраля 2011 г. .
  13. ^ "Инфракрасный радиометр с модулятором давления (PMIRR)". nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . Получено 19 февраля 2011 г. .
  14. ^ "Гамма-спектрометр (GRS)". nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . Получено 19 февраля 2011 г. .
  15. ^ "Магнитометр и электронный рефлектометр (MAG/ER)". nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . Получено 19 февраля 2011 г. .
  16. ^ "Radio Science (RS)". nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . Получено 19 февраля 2011 г. .
  17. ^ "Mars Balloon Relay (MBR)". nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . Получено 19 февраля 2011 г. .
  18. ↑ Джон Нобл Уилфорд (28 августа 1992 г.). «Неудача задерживает миссию на Марс». The New York Times . Получено 21 июня 2008 г.
  19. ↑ Джон Нобл Уилфорд (26 сентября 1992 г.). «США запускают космический корабль на Марс». The New York Times . Получено 21 июня 2008 г.
  20. ↑ Трой Браунфилд (21 августа 2018 г.). «Когда 5000-фунтовый космический корабль необъяснимо исчез». Saturday Evening Post . Получено 3 марта 2021 г.
  21. ^ abc "Mars Observer: Mars Orbit Insertion Press Kit" (пресс-релиз). NASA . Август 1993 г. Архивировано из оригинала 16 февраля 2004 г. Получено 21 марта 2011 г.{{cite press release}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  22. ^ ab John Noble Wilford (23 августа 1993 г.). "NASA теряет связь с Mars Observer". The New York Times . Получено 17 июня 2008 г.
  23. ^ abc "Пресс-релиз о неудаче миссии NASA Mars Observer" (Текст) (Пресс-релиз). 4 января 1994 г.
  24. ^ ab Donna Shirley. "Mars Exploration Program Strategy: 1995–2020" (PDF) . Американский институт аэронавтики и астронавтики . Архивировано из оригинала (PDF) 11 мая 2013 г. . Получено 18 октября 2012 г. .

Внешние ссылки