ОГЛЯД МІСІЇ
Кассіні–Гюйгенс (англ. Cassini-Huygens) [фото, додаток1] – автоматичний
космічний апарат (КА), створений спільно NASA, Європейським космічним
агентством та Італійським космічним агентством, який досліджував планету
Сатурн, її кільця й супутники. Станція складалася з двох основних елементів:
безпосередньо станції Кассіні (англ. Cassini orbiter) і зонду Гюйгенс (англ.
Huygens probe), призначеного для посадки на Титан.
Космічний апарат Кассіні–Гюйгенс запущено 15 жовтня 1997 року
ракетою-носієм Титан IV, і він досягнув системи Сатурна 1 липня 2004 року,
після міжпланетної подорожі, яка включала обліт Землі, Венери і Юпітера. Це
перший штучний супутник Сатурна.
Гюйгенс відділився від орбітального апарата 25 грудня 2004 року приблизно
о 2:00 UTC, досягнув супутника Сатурна – Титана – 14 січня 2005 року, увійшов в
його атмосферу й опустився на поверхню. Зонд успішно передав дані на Землю,
використовуючи орбітальний апарат як передавач (реле). Це була перша посадка в
зовнішній частині Сонячної системи.
Після 10-ти років перебування Кассіні на орбіті, 3 квітня 2014 року, NASA
повідомило, що виявлено докази існування великого підземного океану рідкої води
на Енцеладі, супутнику Сатурна. На думку вчених, підземний океан свідчить про
те, що Енцелад є одним з найімовірніших місць у Сонячній системі, де може
існувати життя.
30 червня 2014 NASA відзначило десяту річницю діяльності Кассіні,
підкресливши серед інших знахідок відкриття рідкої води на Енцеладі.
У квітні 2017 року на космічному апараті практично вичерпалося пальне,
потрібне для корекції орбіти. Аби уникнути неконтрольованого зіткнення з
супутниками (на яких ймовірно може існувати життя) було ухвалене рішення
спрямувати апарат в атмосферу Сатурна [1].
15 вересня 2017 о 14:55 за Київським часом «Кассіні», увійшовши в
атмосферу, згорів [2], [3].
Кассіні – Гюйгенс запущено 1997 року, його місія триватиме до 2017 року.
Космічний апарат Кассіні – Гюйгенс – це результат співпраці трьох
організацій. У створенні апарата брали участь 17 держав. Станція Кассіні була
побудована зусиллями NASA та Лабораторії реактивного руху. Зонд Гюйгенс був
створений Європейським космічним агентством. Італійське космічне агентство
сконструювало антену телекомунікації та радарний висотомір (RADAR).
Загальні витрати на місію перевищують 3,26 млрд доларів США, з яких 1,4
млрд на передстартову підготовку, 704 млн на обслуговування, 54 млн на
підтримку зв'язку з апаратом і 422 млн на маршевий двигун. Уряд США виділив 2,6
млрд доларів, Європейське космічне агентство — 500 млн та Італійське космічне
агентство — 160 млн.
16 квітня 2008 року діяльність апарата було продовжено на два роки (до
липня 2010). Нова місія отримала назву Рівнодення Кассіні (англ. Cassini
Equinox Mission). 2010 року було ухвалено рішення продовжити діяльність апарата
ще на сім років (до 2017) під назвою Сонцестояння Кассіні (англ. Cassini
Solstice Mission)[4].
Основними цілями місії є:
ü визначення структури та поведінки кілець;
ü визначення геологічної структури та поверхні
супутників; [фото, додаток 2]
ü визначення природи і походження темного матеріалу
на одній з півкуль Япета;
ü дослідження структури і поведінки магнітосфери;
ü дослідження поведінки атмосфери Сатурна та структури
хмар;
ü дослідження хмар та туману в атмосфері Титана;
ü визначення характеру поверхні Титана.
Місія Кассіні — Гюйгенс бере початок 1982 року, коли Європейський
науковий фонд та Американська Національна академія наук сформували робочу групу
зі створення майбутніх спільних місій. Два європейські вчені запропонували
парний проект Saturn Orbiter і Titan Probe як можливу спільну місію. У 1983
році Комітет з дослідження Сонячної системи НАСА запропонував Saturn Orbiter і
Titan Probe в парі — як основний проект НАСА. НАСА і Європейське космічне
агентство (ЄКА) провели спільне дослідження потенційної місії з 1984 по 1985.
ЄКА продовжували своє власне дослідження в 1986 році, у той час як
американський астронавт Саллі Райд у своїй доповіді 1987 року «Лідерство НАСА
та Американське майбутнє в космосі», також розглянула і схвально оцінила місію
Кассіні. Хоча в доповіді Райд описала Saturn Orbiter і Titan Probe як
самостійну місію НАСА, 1988 року заступник Адміністратора з питань космосу і техніки
НАСА Льон Фіск повернувся до ідеї спільного проекту НАСА та ЄКА. Він написав
своєму колезі в ЄКА, Роджеру Боннету, пропонуючи, щоб ЄКА вибрало Кассіні з
трьох кандидатів і обіцяючи, що НАСА візьметься за проект, як тільки ЄКА його
вибере.
У той час НАСА ставало все більш чутливим до напруження, яке склалося між
американською та європейською космічними програмами, бо європейці відчували, що
НАСА не сприймало європейську програму як рівну своїй під час попередніх
співробітництв. Чиновники НАСА та консультанти, які брали участь у просуванні й
плануванні Кассіні — Гюйгенс намагалися змінити цю тенденцію, підкреслюючи своє
бажання рівномірно розділити будь-які наукові та технологічні переваги,
отримані в результаті місії. Частково, це оновлене бажання співпрацювати з
Європою підігрівалось відчуттям конкуренції з Радянським Союзом, який розпочав
тісніше співпрацювати з Європою, тоді як ЄКА віддалився від НАСА.
Співпраця не лише поліпшила відносини між двома космічними програмами,
але й допомогла Кассіні — Гюйгенс пережити запроваджене конгресом скорочення
бюджетних витрат в Сполучених Штатах. Місія потрапила під політичний обстріл в
1992-му і 1994-му роках, але NASA змогло переконати Конгрес США, що було б
нерозумно згортати проект після того, як ЄКА вже вклав кошти в його розвиток,
бо розчарування через розбиті надії на освоєння космосу могло б перейти й на
інші галузі зовнішніх відносин. Проект тривав уже без політичних проблем після
1994, хоча групи громадян, стурбованих його потенційним екологічним впливом,
намагалися зупинити його шляхом протестів та судових позовів до запуску (1997
року), і навіть після того[6][7][8][9][10].
Це другий космічний апарат, що був розроблений зі стабілізацією по трьох
осях, з живленням від РТГа з програми Mariner Mark II, який проектувався для
польотів за межами орбіти Марса. Кассіні був розроблений одночасно з космічним
апаратом Comet Rendezvous Asteroid Flyby (CRAF), але через скорочення бюджету
NASA припинила розвиток CRAF, щоб зберегти місію Кассіні. В результаті цього,
Кассіні став більш спеціалізованим. Програма Mariner Mark II була скасована.
Космічний апарат включає в себе орбітальний апарат та зонд, це один із
найбільших та найскладніших міжпланетних апаратів, що були колись побудовані.
Орбітальний апарат має масу 2150 кг (4740 фунтів), зонд 350 кг (770 фунтів). З
адаптером ракети-носія й 3132 кг (6905 фунтів) ракетного палива на старті,
космічний апарат мав масу 5600 кг (12300 фунтів). Тільки радянська серія Фобос,
яка призначалася для дослідження Фобоса та Марса, була важча за цей космічний
апарат.
Космічний апарат Кассіні має 6,8 метрів (22 фути) у висоту й 4 метри (13
футів) в ширину. Складність космічного апарата зросла через траєкторію польоту
до Сатурна, і амбіції науковців щодо пункту призначення КА. Кассіні має 1630
взаємопов'язаних електронних компонентів, 22000 дротяних з'єднань, і 14 км (8,7
миль) кабелів. Ядром управління комп'ютером є процесорна система управління
MIL-STD-1750A.
КА Кассіні перебував на орбіті Сатурна, на відстані від 8,2 до 10,2 астрономічних одиниць від
Землі. Радіосигнал від Кассіні іде до нашої планети від 68 до 84 хвилин. Таким
чином, диспетчери не можуть дати інструкції для щоденних операцій або для
несподіваних подій в «реальному часі». Навіть якщо відповісти негайно, між
виникненням проблеми і прийомом відповіді інженерів мине принаймні 2 години.
Інструменти
«Кассіні»
оснащений такими приладами:
ü плазмовий спектрометр кассіні (caps),
ü аналізатор космічного пилу (cda),
ü композитний інфрачервоний спектрометр (cirs),
ü мас-спектрометр іонів і нейтральних частинок
(inms),
ü камера підсистеми (iss),
ü подвійний магнітометр (mag),
ü магнітосферна камера (mimi),
ü radar,
ü спектрометр плазми і радіохвиль (rpws),
ü радіо підсистема (rss),
ü ультрафіолетовий спектрометр-камера (uvis),
ü спектрометр для отримання карт у видимому
діапазоні (vims).
1.3.1.
Плазмовий спектрометр Кассіні (Cassini Plasma Spectrometer)
Цей прилад вимірює енергію і електричний заряд частинок, які потрапляють
в поле дії інструменту (число електронів і протонів в частинці). CAPS потрібен
для дослідження молекул іоносфери Сатурна, а також для визначення характеристик
його магнітного поля. Також CAPS використовується для дослідження плазми в цих
областях і сонячного вітру в районі дії магнітосфери Сатурна[11][12]. CAPS був
вимкнений з червня 2011 року через коротке замикання в приладі. Прилад знову
підключили до живлення з березня 2012 року, але після 78 днів, через друге
коротке замикання, інженери змушені були його вимкнути.[13]
1.3.2.
Аналізатор космічного пилу (Cosmic Dust Analyzer)
Аналізатор — це прямий зондувальний інструмент для вимірювання розміру,
швидкості і напряму крихітних часток пилу поблизу Сатурна. Деякі з цих частинок
(навколо Сатурна) можуть надходити з інших зоряних систем. АКП встановлений на
КА щоб дізнатися більше про ці загадкові частинки, а також про матеріали з
інших небесних тіл і, можливо, про походження Всесвіту.[11]
1.3.3. Композитний
інфрачервоний спектрометр
CIRS — це дистанційний зондувальний інструмент для вимірювання
інфрачервоних хвиль, що надходять від об'єктів, з метою отримання даних про їх
температуру, теплові властивості й склад. Протягом місії Кассіні — Гюйгенс,
CIRS буде вимірювати інфрачервоне випромінювання від атмосфери, кілець і
поверхонь різноманітних об'єктів системи Сатурна. CIRS дасть змогу вивчити
атмосферу Сатурна за трьома параметрами — зміну температури і тиску з висотою,
газовий склад та розподіл аерозолів і хмар. Крім того, CIRS буде вимірювати
теплові характеристики і склад супутникових поверхонь і кілець[11].
1.3.4. Мас-спектрометр
іонів і нейтральних частинок
Спектрометр — прямий зондувальний інструмент, який аналізує заряджені
частинки (такі як протони й важкі іони) і нейтральні частинки (такі як атоми)
поблизу Титана і Сатурна, отримуючи таким чином інформацію про їх атмосфери.
Прилад призначений також для вимірювання щільності позитивних іонів і
нейтральних атомів на поверхні крижаних супутників та кілець
Сатурна[11][14][15].
1.3.5. Камера
підсистеми (Imaging Science Subsystem)
Камера — являє собою зондувальний інструмент, який більшу частину світлин
захоплює у видимому світлі, а також деякі в інфрачервоному та
ультрафіолетовому. Для надсилання на Землю прилад зробив сотні тисяч зображень
Сатурна, його кілець і супутників. Прилад має камеру з широким кутом огляду
(WAC) для фотографування великих територій, і камеру з вузьким кутом огляду
(NAC), для фотографування на невеликих ділянках в дрібних деталях. Кожна з цих
камер використовує чутливі прилади з зарядовим зв'язком (CCD) як
електромагнітний детектор. Кожен прилад має 1024 квадратних пікселів, 12 мкм на
сторону. Обидві камери мають багато режимів збору даних, в тому числі стиснення
даних. Також камери оснащені спектральними фільтрами, режими яких можна
змінити, таким чином побачивши зображення в різних діапазонах в межах
електромагнітного спектру від 0,2 до 1,1 мкм[11][16]
1.3.6. Подвійний
магнітометр (Magnetometer)
Це прямий зондувальний інструмент, який вимірює силу і напрям магнітного
поля навколо Сатурна. Магнітні поля утворюються частково за рахунок гарячого
розплавленого ядра в центрі Сатурна, тому вимірювання магнітного поля — це один
із засобів дослідження ядра. Інструмент встановлений з метою створення
тривимірної моделі магнітосфери Сатурна, визначення магнітного поля Титана,
його атмосфери й крижаних супутників та їх ролі в магнітосфері Сатурна.[11][17]
1.3.7. Магнітосферна
камера (Magnetospheric Imaging Instrument)
Це прямий зондувальний інструмент, який створює світлини та робить
вимірювання, що стосуються часток, захоплених у величезному магнітному полі
Сатурна, чи в його магнітосфері. Ця інформація буде використана для моделювання
загальної конфігурації і динаміки магнітосфери, її взаємодії з сонячним вітром,
з атмосферою Сатурна і Титана, з кільцями і крижаними супутниками. Інструмент
включає в себе іонну і нейтральну камери (INCA), яка захоплює і досліджує
швидкі нейтральні атоми (Ēnas)[11][18].
1.3.8. RADAR
Інструмент для побудови детальних карт поверхні Титана і супутників, а
також для вимірювання висоти різних об'єктів на поверхні (англ. The Radio
Detection and Ranging Instrument). Інструмент вимірює радіосигнали, відбиті
поверхнею супутника. Також застосовується для прослуховування радіосигналів, що
утворюються Сатурном і його супутниками.[11]
1.3.9. Спектрометр
плазми і радіохвиль (Radio and Plasma Wave Science)
Спектрометр плазми і радіохвиль — це інструмент прямого і дистанційного
зондування, який отримує і аналізує радіосигнали, що надходять від Сатурна, в
тому числі радіохвилі, що випромінюються при взаємодії сонячного вітру з
Сатурном і Титаном. Спектрометр вимірює електричні і магнітні хвильові поля,
магнітосфери планет в міжпланетному середовищі. Він також визначає щільність
електронів і температуру поблизу Титана і на деяких ділянках магнітосфери
Сатурна. Прилад вивчає параметри магнітного поля Сатурна, а також займається
дослідженням і моделюванням його іоносфери, плазми і блискавок в атмосфері.[11]
1.3.10. Радіо
підсистема (Radio Science Subsystem)
Це науковий пристрій, який використовується для дослідження зміни
радіосигналів після проходження таких об'єктів як атмосфера Титана, кільця
Сатурна чи Сонця. Пристрій вивчає також склад, тиск і температуру атмосфери й
іоносфери, радіальну структуру та розподіл часток за розмірами в кільцях
Сатурна. RSS використовує зв'язок в Х-діапазоні, а також в S і
K-діапазонах.[11]
1.3.11. Ультрафіолетовий
спектрометр-камера (Ultraviolet Imaging Spectrograph)
Це інструмент дистанційного зондування, який робить фото в ультрафіолетовому
світлі, відбитому від таких об'єктів як, наприклад, хмари Сатурна та/або його
кільця, для дослідження їх структури та складу. Прилад призначений для
вимірювання ультрафіолетового випромінювання з довжиною хвилі від 55,8 до 190
нм, цей інструмент також є цінним для визначення складу атмосфери, її розподілу
і температури. На відміну від інших видів спектрометрів цей чутливий інструмент
може приймати як спектральні, так і просторові показники. Спектрограф допомагає
у визначенні складу газів.[11]
1.3.12. Спектрометр
для отримання карт у видимому діапазоні (Visible and Infrared Mapping
Spectrometer)
Це інструмент дистанційного зондування, що отримує дані про склад
поверхонь супутників Сатурна, кілець і атмосфер Сатурна і Титана, за допомогою
видимого та інфрачервоного світла. Він складається з двох камер в одному блоці:
одна для вимірювання у видимому світлі, інша — для вимірювання у
інфрачервоному. Спектрометр досліджує відбите і власне світло атмосфери, кілець
і поверхонь в діапазоні від 350 до 5100 нм. Він також «ловить» сонячне світло і
світло зір, яке проходить через кільця, що допомагає в глибшому вивченні їх
структури. Вчені планують використовувати цей спектрометр для довгострокових
досліджень руху хмар і морфології в системі Сатурна, а також щоб визначити
погодні умови на Сатурні.[11]
1.3.14.
Гюйгенс (зонд)
Зонд «Гюйгенс» (англ. Huygens probe) створений Європейським космічним
агентством і названий на честь голландського астронома XVII століття Крістіана
Гюйгенса. Зонд був запущений 15 жовтня 1997 у зв'язці з космічним апаратом
«Кассіні». 25 грудня 2004 зонд відокремився від свого носія і почав самостійний
рух до Титана. 14 січня 2005 зонд «Гюйгенс» успішно увійшов в атмосферу Титана
і здійснив посадку на його поверхню в області, що отримала назву Ксанаду. Це
була перша (і на 2014 рік єдина) в історії м'яка посадка, здійснена у Зовнішній
Сонячній системі. Зонд сів на тверду поверхню, хоча посадка в океан також була
передбачена його конструкцією.[20]
Через велику відстань Сатурна від Сонця використання сонячних батарей як
джерела енергії для апарату ускладнено. Щоб забезпечити енергією все
обладнання, такі батареї мали б надто великий розмір (понад 500 м²)[19] та
відповідну вагу. Тому Кассіні живиться енергією від радіоізотопного
термоелектричного генератора (РТГ), який використовує для отримання електрики
ізотоп плутонію-238 (у вигляді оксиду). Такі генератори вже застосовувалися для
енергозабезпечення інших апаратів, зокрема Галілео, Вояджер, New Horizons та
Улісс, і розраховані на тривалий час роботи. Наприкінці 11-го року експлуатації
встановлений на Кассіні РТГ вироблятиме від 600 до 700 ватт електроенергії[19].
Щоб отримати необхідне прискорення, траєкторія місії Кассіні включала в
себе кілька гравітаційних маневрів: два поблизу Венери, один — поблизу Землі,
ще один — біля Юпітера. Проліт повз Землю був останнім маневром, коли космічний
зонд Кассіні являв собою небезпеку для людей. Маневр був успішним, Кассіні
пролетів повз нашу планету на відстані 1171 км (728 миль) 18 серпня 1999.[20]
Якби в КА були якісь несправності, через що космічний зонд Кассіні зіткнувся б
із Землею, то, за оцінками НАСА, у найгіршому випадку, значна частина з 33 кг
плутонію-238 всередині РТГа розсіялася б в атмосфері Землі. У підсумку, до
п'яти мільярдів людей піддалися б радіаційному впливу, підвищилися б випадки
смерті від раку; але ймовірність, що таке могло статися була 1 до мільйона[19][18].
Коментарі
Дописати коментар