stringtranslate.com

Пионер 11

Pioneer 11 (также известный как Pioneer G ) —роботизированный космический зонд NASA , запущенный 5 апреля 1973 года для изучения пояса астероидов , окружающей среды вокруг Юпитера и Сатурна , солнечного ветра и космических лучей . [2] Это был первый зонд, встретившийся с Сатурном , второй, пролетевший через пояс астероидов , и второй, пролетевший мимо Юпитера . Позже Pioneer 11 стал вторым из пяти искусственных объектов, достигших скорости убегания, позволяющей ему покинуть Солнечную систему . Из-за ограничений по мощности и огромного расстояния до зонда последний плановый контакт с космическим кораблём состоялся 30 сентября 1995 года, а последние хорошие технические данные были получены 24 ноября 1995 года. [3]

Предыстория миссии

История

Одобренные в феврале 1969 года, Pioneer 11 и его зонд-близнец Pioneer 10 были первыми, разработанными для исследования внешней Солнечной системы . Поддавшись многочисленным предложениям в течение 1960-х годов, ранние цели миссии были определены следующим образом:

Последующее планирование встречи с Сатурном добавило еще много целей:

Pioneer 11 был построен компанией TRW и управлялся в рамках программы Pioneer Исследовательским центром имени Эймса в NASA . [ 3] Резервный модуль, Pioneer H , в настоящее время экспонируется на выставке «Вехи полета» в Национальном музее авиации и космонавтики в Вашингтоне, округ Колумбия. [4] Многие элементы миссии оказались критически важными при планировании программы Voyager . [5]

Проектирование космических аппаратов

Автобус Pioneer 11 имеет глубину 36 сантиметров (14 дюймов) и шесть панелей длиной 76 сантиметров (30 дюймов), образующих шестиугольную структуру. Автобус вмещает топливо для управления ориентацией зонда и восемь из двенадцати научных приборов. Масса космического корабля составляет 259 килограммов. [6]

Управление ориентацией и движением

Ориентация космического корабля поддерживалась шестью 4,5- Н [ 7] двигателями на гидразиновом монотопливе : пара один поддерживает постоянную скорость вращения 4,8 об/мин , пара два управляет прямой тягой, пара три управляет ориентацией. Информация для ориентации предоставляется путем выполнения конических сканирующих маневров для отслеживания Земли на ее орбите [8] , звездного датчика, способного ссылаться на Канопус , и двух солнечных датчиков [9] .

Коммуникации

Космический зонд включает в себя резервную систему приемопередатчиков , один из которых прикреплен к антенне с высоким коэффициентом усиления , другой к всенаправленной антенне и антенне со средним коэффициентом усиления. Каждый приемопередатчик имеет мощность 8 Вт и передает данные по S-диапазону, используя 2110 МГц для восходящей линии связи с Земли и 2292 МГц для нисходящей линии связи на Землю, при этом Deep Space Network отслеживает сигнал. Перед передачей данных зонд использует сверточный кодер, чтобы обеспечить исправление ошибок в полученных данных на Земле. [10]

Власть

SNAP-19 RTG на реплике Pioneer 10/11
Pioneer 11 использует четыре радиоизотопных термоэлектрических генератора (РИТЭГ) SNAP-19 ( см. схему ). Они расположены на двух трехстержневых фермах, каждая длиной 3 метра (9 футов 10 дюймов) и на расстоянии 120 градусов друг от друга. Ожидалось, что это будет безопасное расстояние от чувствительных научных экспериментов, проводимых на борту. В совокупности РИТЭГи обеспечивали 155 Вт при запуске и снизились до 140 Вт при полете к Юпитеру. Космическому кораблю требуется 100 Вт для питания всех систем. [11]

Компьютер

Большая часть вычислений для миссии была выполнена на Земле и передана на зонд, где он способен сохранять в памяти до пяти команд из 222 возможных записей наземными контроллерами. Космический корабль включает в себя два декодера команд и блок распределения команд, очень ограниченную форму процессора, для управления операциями на космическом корабле. Эта система требует, чтобы операторы миссии готовили команды задолго до передачи их на зонд. Включен блок хранения данных для записи до 6144 байт информации, собранной приборами. Затем цифровой блок телеметрии используется для подготовки собранных данных в одном из тринадцати возможных форматов перед передачей их обратно на Землю. [12]

Научные приборы

Pioneer 11 имеет на один дополнительный прибор больше, чем Pioneer 10 , а именно феррозондовый магнитометр. [13]

Профиль миссии

Запуск ракеты-носителя «Пионер-11» с космодрома 36А
Запуск ракеты- носителя «Пионер-11» со стартового комплекса 36А .

Запуск и траектория

Зонд Pioneer 11 был запущен 6 апреля 1973 года в 02:11:00 UTC Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства с космодрома 36A на мысе Канаверал , штат Флорида, на борту ракеты-носителя Atlas-Centaur с двигательным модулем Star-37E . Его близнец, зонд Pioneer 10 , был запущен 3 марта 1972 года.

Pioneer 11 был запущен по траектории, направленной непосредственно на Юпитер, без каких-либо предварительных гравитационных сопровождений. [27] В мае 1974 года Pioneer был перенацелен на пролет мимо Юпитера по траектории север-юг, что позволило совершить пролет Сатурна в 1979 году. Маневр использовал 17 фунтов (7,7 кг) топлива, продолжался 42 минуты и 36 секунд и увеличил скорость Pioneer 11 на 230 км/ч. [28] Он также сделал две коррекции на середине курса, 11 апреля 1973 года и 7 ноября 1974 года. [1]

Встреча с Юпитером

Pioneer 11 пролетал мимо Юпитера в ноябре и декабре 1974 года. Во время своего наибольшего сближения 2 декабря он прошел на высоте 42 828 километров (26 612 миль) над верхними облачными вершинами. Зонд получил подробные изображения Большого Красного Пятна , передал первые изображения огромных полярных областей и определил массу спутника Юпитера Каллисто . Используя гравитационное притяжение Юпитера, гравитационный маневр был использован для изменения траектории зонда в сторону Сатурна и набора скорости. 16 апреля 1975 года, после встречи с Юпитером, детектор микрометеоритов был выключен. [1]

Медиа, связанные с встречей Пионера-11 с Юпитером на Wikimedia Commons

Встреча с Сатурном

«Пионер-11» пролетел мимо Сатурна 1 сентября 1979 года на расстоянии 21 000 км (13 000 миль) от облачных вершин Сатурна.

К этому времени Voyager 1 и Voyager 2 уже прошли мимо Юпитера и также были на пути к Сатурну, поэтому было решено направить Pioneer 11 через плоскость колец Сатурна в том же месте, которое вскоре будут использовать зонды Voyager для проверки маршрута до прибытия Voyagers. Если в этой области были слабые частицы кольца, которые могли бы повредить зонд, планировщики миссии посчитали, что лучше узнать об этом через Pioneer. Таким образом, Pioneer 11 действовал как «пионера» в истинном смысле этого слова; если бы была обнаружена опасность, то зонды Voyager могли бы быть перенаправлены дальше от колец, но при этом упускали бы возможность посетить Уран и Нептун.

Pioneer 11 сфотографировал — и едва не столкнулся — с одним из малых спутников Сатурна, пролетев на расстоянии не более 4000 километров (2500 миль). Объект был предварительно идентифицирован как Эпиметей , спутник, открытый накануне с помощью снимков Pioneer , и подозреваемый на основании более ранних наблюдений наземными телескопами. После пролётов Voyager стало известно, что на одной орбите находятся два спутника схожего размера (Эпиметей и Янус ), поэтому существует некоторая неопределённость относительно того, какой из них был объектом близкого пролёта Pioneer. Pioneer 11 столкнулся с Янусом 1 сентября 1979 года в 14:52  UTC на расстоянии 2500 км (1600 миль). В 16:20 UTC того же дня «Пионер-11» столкнулся с Мимасом на расстоянии 103 000 км (64 000 миль).

Помимо Эпиметея, приборы обнаружили еще одну ранее не обнаруженную маленькую луну и дополнительное кольцо, составили карту магнитосферы и магнитного поля Сатурна и обнаружили, что его луна размером с планету, Титан , слишком холодна для жизни. Пролетая под плоскостью колец, зонд передал фотографии колец Сатурна. Кольца, которые обычно кажутся яркими при наблюдении с Земли, на снимках Pioneer выглядели темными, а темные промежутки в кольцах, видимые с Земли, выглядели как яркие кольца.

Медиа, связанные с встречей Пионера-11 с Сатурном на Wikimedia Commons

Межзвездная миссия

25 февраля 1990 года «Пионер-11» стал четвертым искусственным объектом, который вышел за пределы орбиты планет. [29]

К 1995 году Pioneer 11 больше не мог питать ни один из своих детекторов, поэтому было принято решение о его закрытии. [30] 29 сентября 1995 года Исследовательский центр Эймса NASA , ответственный за управление проектом, выпустил пресс-релиз, который начинался словами: «После почти 22 лет исследований самых дальних уголков Солнечной системы одна из самых продолжительных и продуктивных космических миссий в истории подойдет к концу». В нем говорилось, что NASA будет использовать антенны Deep Space Network для прослушивания «один или два раза в месяц» сигнала космического корабля, пока «в какой-то момент в конце 1996 года», «его передатчик полностью не замолчит». Администратор NASA Дэниел Голдин охарактеризовал Pioneer 11 как «маленький космический корабль, который мог, почтенный исследователь, который многому нас научил о Солнечной системе и, в конце концов, о нашем собственном врожденном стремлении к познанию. Pioneer 11 — это то, чем занимается NASA — исследование за пределами границ». [31] Помимо объявления о завершении операций, в депеше был представлен исторический список достижений миссии «Пионер-11» .

НАСА прекратило регулярный контакт с космическим аппаратом 30 сентября 1995 года, но продолжало поддерживать связь в течение примерно двух часов каждые две-четыре недели. [30] Ученые получили несколько минут хороших инженерных данных 24 ноября 1995 года, но затем потеряли окончательный контакт, как только Земля вышла из поля зрения антенны космического аппарата. [1] [32]

Хронология

Скорость и расстояние от Солнца «Пионера 10 и 11»
Гелиоцентрические положения пяти межзвездных зондов (квадраты) и других тел (круги) до 2020 года с датами запуска и пролета. Маркеры обозначают положения на 1 января каждого года, с пометкой каждого пятого года.
Участок 1 просматривается с северного полюса эклиптики , в масштабе.
Участки 2–4 представляют собой проекции третьего угла в масштабе 20%.
В файле SVG наведите курсор на траекторию или орбиту, чтобы выделить ее и связанные с ней запуски и пролеты.

Текущий статус

Из-за ограничений по мощности и большого расстояния до зонда последний плановый контакт с космическим аппаратом состоялся 30 сентября 1995 года, а последние качественные технические данные были получены 24 ноября 1995 года. [3] [1]

По оценкам , по состоянию на 24 июня 2024 года Pioneer 11 находится на расстоянии 113,121 а.е. (16,9227 млрд км; 10,5153 млрд миль) от Земли и 114,089 а.е. (17,0675 млрд км; 10,6052 млрд миль) от Солнца. Он двигался со скоростью 11,155 км/с (40 160 км/ч; 24 950 миль/ч) относительно Солнца и удалялся от него со скоростью около 2,35 а.е. в год. [35] [36] Космический аппарат движется в направлении созвездия Щита вблизи текущего положения (июнь 2024 года) RA 18h 54m dec -8° 46' ( J2000.0 ), близко к Мессье 26 . Через 928 000 лет он пройдет на расстоянии 0,25 парсека (0,82 световых года ) от К-карлика TYC 992-192-1 [37] и пройдет вблизи звезды Лямбда Орла примерно через четыре миллиона лет. [38]

Pioneer 11 обогнали два зонда Voyager, запущенных в 1977 году. Voyager 1 стал самым далеким объектом, построенным людьми, и останется таковым в обозримом будущем, поскольку ни один зонд, запущенный после Voyager, не обладает достаточной скоростью, чтобы обогнать его. [39]

Аномалия пионера

Анализ данных радиослежения с космических аппаратов Pioneer 10 и 11 на расстоянии от 20 до 70 а.е. от Солнца последовательно указывал на наличие небольшого, но аномального дрейфа частоты Доплера . Дрейф можно интерпретировать как следствие постоянного ускорения (8,74 ± 1,33) × 10 −10 м/с 2 , направленного к Солнцу. Хотя предполагалось, что у эффекта есть систематическое происхождение , ничего обнаружено не было. В результате возник устойчивый интерес к природе этой так называемой « аномалии Pioneer ». [40] Расширенный анализ данных миссии, проведенный Славой Турышевым и его коллегами, определил, что источником аномалии является асимметричное тепловое излучение и возникающая в результате этого сила тепловой отдачи, действующая на поверхность Pioneer вдали от Солнца. [41] [42]

Пионерская табличка

Пионерская табличка

Pioneer 10 и 11 оба несут пластину из анодированного золота на случай, если какой-либо из космических кораблей будет когда-либо обнаружен разумными формами жизни из других планетных систем. На пластинах изображены обнаженные фигуры мужчины и женщины, а также несколько символов, которые предназначены для предоставления информации о происхождении космического корабля. [43]

Поминовение

В 1991 году Pioneer 11 был отмечен на одной из 10 марок Почтовой службы США, посвященных беспилотным космическим аппаратам, исследовавшим каждую из девяти планет и Луну. Pioneer 11 был космическим аппаратом, изображенным рядом с Юпитером. Плутон был указан как «еще не исследованный». [44]

Галерея

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcdefg "Pioneer 11 - NASA Science". science.nasa.gov . NASA . Получено 1 декабря 2022 г. .
  2. ^ ab Fimmel, Swindell & Burgess 1974, стр. 19.
  3. ^ abc "The Pioneer Missions". nasa.gov . NASA / Ames . 27 марта 2007 г. Архивировано из оригинала 19 октября 2021 г. Получено 3 марта 2015 г.
  4. ^ "Milestones of Flight". Смитсоновский национальный музей авиации и космонавтики . Архивировано из оригинала 15 апреля 2012 г. Получено 8 февраля 2011 г.
  5. ↑ Берроуз 1990, стр. 266–268.
  6. ^ Фиммел, Суинделл и Берджесс 1974, стр. 42.
  7. ^ Марк Уэйд. «Пионер 10-11». Энциклопедия астронавтики . Получено 8 февраля 2011 г.
  8. ^ "Pioneer 11". Космическая энциклопедия Weebau . 9 ноября 2010 г. Получено 12 января 2012 г.
  9. ^ Фиммел, Суинделл и Берджесс 1974, стр. 42–43.
  10. ^ Фиммел, Суинделл и Берджесс 1974, стр. 43.
  11. ^ Фиммел, Суинделл и Берджесс 1974, стр. 44–45.
  12. ^ Фиммел, Суинделл и Берджесс 1974, стр. 38.
  13. ^ "Pioneer 10 & 11". Виды Солнечной системы . Получено 20 декабря 2018 г.
  14. ^ EJ Smith. "Pioneer 11: Magnetic Fields". nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . Получено 19 февраля 2011 г. .
  15. ^ А. Барнс. «Pioneer 11: Quadrispherical Plasma Analyzer». nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . Получено 19 февраля 2011 г. .
  16. ^ abcdefghij Симпсон 2001, стр. 146.
  17. ^ JA Simpson. "Pioneer 11: Charged Particle Instrument (CPI)". nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . Получено 19 февраля 2011 г. .
  18. ^ FB MacDonald. "Pioneer 11: Cosmic-Ray Spectra". nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . Получено 19 февраля 2011 г. .
  19. ^ JA Van Allen. "Pioneer 11: Geiger Tube Telescope (GTT)". nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . Получено 19 февраля 2011 г. .
  20. ^ RW Fillius. "Pioneer 11: Jovian Trapped Radiation". nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . Получено 19 февраля 2011 г. .
  21. ^ WH Kinard. "Pioneer 11: Meteoroid Detectors". nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . Получено 19 февраля 2011 г. .
  22. ^ RK Soberman. "Pioneer 11: Asteroid/Meteoroid Astronomy". nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . Получено 19 февраля 2011 г. .
  23. ^ DL Judge. "Pioneer 11: Ультрафиолетовая фотометрия". nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . Получено 19 февраля 2011 г. .
  24. ^ T. Gehrels. "Pioneer 11: Imaging Photopolarimeter (IPP)". nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . Получено 19 февраля 2011 г. .
  25. ^ AP Ingersoll. "Pioneer 11: Infrared Radiometers". nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . Получено 19 февраля 2011 г. .
  26. ^ MH Acuña. "Pioneer 11: Jovian Magnetic Field". nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA . Получено 24 сентября 2013 г. .
  27. ↑ Джон Ури (3 сентября 2019 г.). «40 лет назад: Pioneer 11 первым исследовал Сатурн». nasa.gov . NASA . Получено 25 июля 2024 г. .
  28. ^ "Pioneer 11 успешно перенацелен на Сатурн". New Scientist . Том 62. 9 мая 1974 г. стр. 294. Получено 5 декабря 2017 г.
  29. ^ "Pioneer 11 Is Reported to Leave Solar System" . The New York Times . 25 февраля 1990 г. стр. 24 . Получено 3 декабря 2017 г. .
  30. ^ ab "Прощание с пионером". Science News . Vol. 148, no. 16. Society for Science . 14 октября 1995 г. стр. 250. JSTOR  4018121.
  31. ↑ D. Savage; Ann Hutchison (28 сентября 1995 г.). «Pioneer 11 прекратит работу после эпической карьеры» (TXT) . nssdc.gsfc.nasa.gov . NASA / Ames . Получено 7 августа 2011 г. .
  32. ↑ Элизабет Хауэлл (26 сентября 2012 г.). «Пионер 11: вблизи Юпитера и Сатурна». Space.com . Получено 10 декабря 2017 г. .
  33. ^ Фиммел, Суинделл и Берджесс 1974, стр. 61–94.
  34. ^ Дэниел Мюллер. "Pioneer 11 Full Mission Timeline". Моделирование и информация о космических полетах в реальном времени . Архивировано из оригинала 4 марта 2016 года . Получено 9 января 2011 года .
  35. ^ "Космический корабль покидает Солнечную систему". Heavens Above . Получено 24 августа 2022 г.
  36. ^ "Pioneer 11 - Live Position". www.theskylive.com . Получено 19 июля 2015 г. .
  37. ^ CAL Bailer-Jones; D. Farnocchia (3 апреля 2019 г.). «Будущие звездные пролеты космических аппаратов Voyager и Pioneer». Research Notes of the AAS . 3 (4): 59. arXiv : 1912.03503 . Bibcode : 2019RNAAS...3...59B. doi : 10.3847/2515-5172/ab158e . S2CID  134524048.
  38. ^ «Оборудование, покидающее Солнечную систему: где они сейчас?». DK Eyewitness - Энциклопедия космоса и Вселенной . 2001. ISBN 978-0-789-40881-5.
  39. ^ "Voyager - Статус миссии". voyager.jpl.nasa.gov . NASA / JPL . Получено 15 декабря 2021 г. .
  40. ↑ Роберт Рой Бритт (18 октября 2004 г.). «Проблема с гравитацией: новая миссия раскроет странную загадку». Space.com . Получено 7 июня 2011 г.
  41. ^ "Pioneer Anomaly Solved!". Планетарное общество . Архивировано из оригинала 22 апреля 2012 года . Получено 20 апреля 2012 года .
  42. ^ SG Turyshev; VT Toth; G. Kinsella; et al. (12 июня 2012 г.). "Поддержка термического происхождения аномалии Pioneer". Physical Review Letters . 108 (24): 241101. arXiv : 1204.2507 . Bibcode : 2012PhRvL.108x1101T. doi : 10.1103/PhysRevLett.108.241101. PMID  23004253.
  43. ^ C. Sagan; LS Sagan; F. Drake (25 февраля 1972 г.). «Послание с Земли». Science . 175 (4024): 881–884. Bibcode :1972Sci...175..881S. doi :10.1126/science.175.4024.881. PMID  17781060.
  44. ^ Сид Крониш (27 октября 1991 г.). «Космические запуски представлены» . The Index Journal . Южная Каролина, США. стр. 21. Получено 5 декабря 2017 г. – через Newspapers.com.

Библиография

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Пионер-11» .