Миссия новые горизонты


Автоматическая межпланетная станция New Horizons (с англ. «Новые горизонты») создана по заказу Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА; NASA) в Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса (Johns Hopkins University; г. Балтимор, штата Мэриленд, США).

Лаборатория также осуществляет общее руководство миссией New Horizons. За научную аппаратуру, установленную на космическом аппарате, отвечает Юго-Западный исследовательский институт (Southwest Research Institute; г. Сан-Антонио, штат Техас).

Работы по проектированию аппарата начались в конце 1990-х гг., по созданию стартовали в 2001 г. Стоимость проекта в 2006 г. оценивалась в $650 млн.

Характеристики АМС

  • Космический аппарат имеет форму неправильной призмы.
  • Его габариты — 2,2 x 2,7 x 3,2 м, общая масса — 478 кг.
  • Бортовой вычислительный комплекс состоит из двух систем — обработки команд и данных; навигации и управления. Каждая из них дублируется, в итоге на борту АМС четыре компьютера.

  • Двигательная установка включает 14 двигателей (12 — для ориентации и два — для коррекции), работающих на гидразине.
  • Энергообеспечение осуществляется за счет радиоизотопного термоэлектрического генератора (РИТЭГ), использующего диоксид плутония-238 (при запуске на борту находилось 11 кг радиоактивного топлива, которое было закуплено у России).
  • Мощность РИТЭГ — 240 ватт, при подлете к Плутону — около 200 ватт.
  • Для хранения научной информации предусмотрено два банка флеш-памяти общим объемом 16 гигабайт — основной и резервный.

Научная аппаратура

На аппарате установлено семь научных приборов:

  • ультрафиолетовая камера-спектрометр Alice («Элис»);
  • обзорная камера Ralph («Ральф»);
  • оптическая телескоп-камера LORRI («Лорри») с разрешением в 5 микрорадиан (единица измерения углового разрешения в астрономии), предназначенная для детальной и дальней съемки; радиоспектрометр REX («Рэкс»);
  • анализатор частиц SWAP («Своп»);
  • детектор частиц PEPSSI («Пепсси»);
  • детектор космической пыли SDC («Эс-ди-си»).

Помимо научного оборудования, на борту АМС находится капсула с частью праха астронома Клайда Томбо, а также компакт-диск с именами 434 тыс. 738 землян, участвующих в акции НАСА «Пошли свое имя на Плутон».

Запуск и полет


New Horizons был запущен 19 января 2006 г. ракетой-носителем Atlas V («Атлас-5») с космодрома на мысе Канаверал (штат Флорида, США).

Источник: tass.ru

Цели миссии

Основными целями миссии являются исследование формирования системы Плутона и Харона, формирования пояса Койпера, процессов, происходивших на ранних этапах эволюции Солнечной системы. Космический аппарат будет изучать поверхность и атмосферу объектов системы Плутона, ближайшее окружение Плутона. Аналогичные исследования возможны у объектов пояса Койпера в расширенной миссии.

В частности, будут произведены следующие научные наблюдения:

  • Картографирование поверхности Плутона и Харона
  • Исследование геологии и морфологии Плутона и Харона
  • Исследование атмосферы Плутона и её рассеяния в окружающее пространство
  • Поиск атмосферы у Харона
  • Построение карты температур поверхности Плутона и Харона
  • Поиск колец и новых спутников Плутона
  • Исследование объектов пояса Койпера

Описание аппарата

Масса аппарата — 478 кг, включая 77 кг топлива. Размеры — 2,2×2,7×3,2 метра. Для запуска использовалась американская ракета-носитель «Атлас-5» в конфигурации «551» с установленным на ней российским двигателем РД-180, что было обусловлено необходимостью значительного ускорения аппарата и является наиболее тяжёлым вариантом этой ракеты из использованных на 2012 год.


Система телеметрии и управления

Коммуникации с космическим аппаратом осуществляются в X-диапазоне с помощью антенн — узконаправленной с высоким коэффициентом усиления, широконаправленной со средним коэффициентом усиления и парой всенаправленных. Со стороны Земли обмен осуществляется при помощи антенн дальней космической связи, имеющих диаметр 70 метров и уже применявшихся для миссий за пределами орбиты Юпитера. Сигнал имеет круговую поляризацию.

Узконаправленная антенна диаметром 2,1 метра выполнена по схеме Кассегрена, обладает углом раскрытия 0,3 градуса и коэффициентом усиления 42 дБ. Широкополосная антенна диаметром 0,3 метра и углом раскрытия 14 градусов крепится на обратной стороне вторичного рефлектора узконаправленной антенны. Пара всенаправленных антенн расположены с противоположных сторон космического аппарата. Одна из них находится поверх приёмника широконаправленной антенны, а вторая — внутри переходника крепления к ракете-носителю. Всенаправленные антенны использовались только на ранних фазах полёта в околоземном пространстве и могли бы помочь в аварийных ситуациях при потере ориентации.

Исходящий сигнал усиливается 12-ваттной лампой бегущей волны, которая (вместе с резервной) смонтирована на корпусе космического аппарата под тарелкой узконаправленной антенны. Управление передающим устройством допускает одновременное использование обеих ламп, что позволяет практически удвоить скорость передачи данных на Землю. При этом поляризация сигнала будет двойной. Испытания такого способа передачи в начале миссии были признаны успешными и сейчас считаются рабочим вариантом (в том случае, если хватит запаса мощности системы электропитания).


Система связи имеет избыточную конструкцию — большинство ключевых устройств в системе связи продублировано, и в случае выхода из строя основных устройств их работу примут на себя запасные. Система позволила передавать данные на Землю со скоростью 38 кбит/с (4,75 кбайт/с) в районе Юпитера — скорость, сравнимая со скоростью устаревшего модема. По достижении Плутона аппарат сможет передавать данные со скоростью 768 бит/с (96 байт в секунду); 1 мегабайт будет передаваться примерно3 часа. Это крайне маленькая скорость, но и она позволит передать на Землю ценные научные данные и даже высококачественные фотографии. Помимо низкой скорости, дополнительным усложняющим фактором будет задержка сигнала, составляющая 4,5 часа в каждую сторону.

Научная информация, полученная в результате наблюдений, будет передаваться не сразу — сначала она сохраняется в банках памяти бортового вычислительного комплекса. Это происходит отчасти потому, что скорость поступления такой информации существенно выше пропускной способности передатчика, а также и потому, что вся аппаратура в целях снижения массы аппарата смонтирована непосредственно на корпусе космического аппарата и требует для её нацеливания поворота всего аппарата.
кой способ позволяет сделать космический аппарат более лёгким. Такой подход применяется не повсеместно — например, космические аппараты серии «Вояджер» имели поворотные платформы для научных приборов. Однако у «Вояджера-2» при пролёте Сатурна платформу заклинило, и в научную программу пришлось вносить коррективы — для получения снимков Урана и Нептуна с должной выдержкой без эффектов размазывания пришлось поворачивать аппарат вслед за планетой. Точно такой же подход теперь применён и на «Новых горизонтах».

Система энергообеспечения

В качестве источника электроэнергии был взят радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ). На старте его электрическая мощность составляла 250 Вт, и согласно прогнозам, она будет падать на 5 % каждые четыре года, что обеспечит мощность в 200 Вт в 2015 году, во время основного этапа миссии — пролёта системы Плутон—Харон, что гораздо меньше мощности РИТЭГа «Вояджеров» (470 Вт на старте, 290 Вт в 2006 году). Этим объясняется меньшая длительность миссии, которую планируется завершить в 2020-х годах, когда аппарат пройдёт 50—55 а. е.

За основу была взята существующая модель РИТЭГа «GPHS-RTG», которая уже использовалась в космических миссиях «Улисс»,«Галилео», «Кассини-Гюйгенс». РИТЭГ содержит около 11 кг радиоактивного топлива в виде 72 таблеток оксида плутония-238. Интересная параллель: химический элемент плутоний был назван в честь небесного тела Плутона, изучение которого и является целью АМС «Новые горизонты». Каждая таблетка заключена в силовой корпус из иридия и поверх него покрыта оболочкой из графита.


Особенностями этого изотопа являются высокое тепловыделение на единицу массы, а также радиоактивный распад, происходящий с испусканием только альфа-частиц, благодаря чему можно обойтись лёгкой радиационной защитой. Однако данный изотоп является побочным продуктом выработки оружейного плутония, производство которого остановлено и в США, и в России, что делает его крайне дефицитным материалом.

РИТЭГ был разработан в Министерстве энергетики США в Комплексе материалов и топлив (ранее Западный Аргонн), являющемся подразделением Национальной лаборатории Айдахо в Бингеме. В 2002 году Министерство энергетики США было вынуждено перевести программу разработки батарей космических аппаратов из Огайо в Айдахо по соображениям безопасности. Из-за проблем с финансированием и задержек в производстве генератор получился меньшей мощности, чем планировалось изначально. Это потребовало пересмотра научной программы миссии. На борту космического аппарата отсутствуют иные источники питания, вся энергия полностью генерируется РИТЭГом, периоды пиковых нагрузок парируются батареями конденсаторов. Управление нагрузкой производится посредством блоков быстрых переключателей.

Масса плутония, загруженного в РИТЭГ «Новых горизонтов», примерно втрое меньше, чем было в «Кассини-Гюйгенс». Тем не менее, этот проект вызвал протесты активистов. Министерство энергетики Соединенных Штатов оценило вероятность неудачного запуска, при котором произойдёт радиоактивный выброс в атмосферу, в1 к 350. Считалось, что худший вариант полного рассеивания плутония распространит радиоактивное заражение, эквивалентное 80 % средней ежегодной дозы фонового излучения в Северной Америке, в окрестности с радиусом 105 км (65 миль).


Бортовой вычислительный комплекс

Бортовой вычислительный комплекс состоит из двух систем — системы обработки команд и данных и системы навигации и управления. Каждая из двух систем дублируется, что в сумме даёт четыре компьютера. Компьютеры построены на базе процессора Mongoose-V с архитектурой MIPS, который является радиационно-стойкой версией процессора R3000 и работает на частоте 12 МГц. По сравнению с процессором RAD750, используемом в марсоходе Curiosity, он является менее производительным и работает на меньшей частоте (12 МГц против 200 МГц), но и гораздо более дешёвым (20 000 — 40 000 долл. против 200 000 долл., по состоянию контрактных цен на 2012 год).

Для хранения научной информации применены два банка флеш-памяти (основной и резервный) объёмом по 8 Гбайт.

Платы компьютеров размещены в интегрированных электронных модулях, внутри которых поддерживается необходимый режим. Помимо плат компьютеров, там размещены платы прочей электроники — научных приборов и органов управления. Каждый модуль содержит в себе 9 плат.

19 марта 2007 года в компьютере системы обработки команд и данных произошёл некорректируемый сбой ячейки памяти, в результате чего компьютер перезагрузился и перешёл в защищённый режим. Полное восстановление работоспособности заняло двое суток, при этом часть научных данных о магнитосфере Юпитера была утрачена. Данный сбой не повлиял на основную миссию аппарата.

Система ориентации и стабилизации


Расход топлива
Назначение ΔV
(м/с)
Затраты
топлива
(кг)
Коррекция траектории 110 22,3
Ориентация и стабилизация 29,3
Резерв первичной миссии 132 25,2
  • Основной резерв
91 17,5
  • Дополнительный резерв
41 7,7
Суммарное приращение скорости 242
Суммарный расход топлива 76,8

Космический зонд «Новые горизонты» не обладает достаточной мощностью бортового источника энергии, чтобы иметь возможность производить стабилизацию посредством маховиков. Поэтому задача ориентации и стабилизации полностью возложена на корректирующую двигательную установку. В качестве топлива для неё используется метилгидразин. Являясь монотопливом, метилгидразин обладает несколько худшими энергетическими характеристиками и требует определённой культуры исполнения системы для предотвращения преждевременного разложения, по сравнению с традиционными двухкомпонентными топливами.
другой стороны, двухкомпонентная система сложнее, а задача длительного хранения химически агрессивного высококипящего окислителя (например, азотной кислоты, тетраоксида диазота) была решена только в СССР в рамках работ по созданию МБР на жидком топливе. В Соединённых Штатах МБР традиционно твёрдотопливные, и подобных исследований не проводилось.

В топливном баке космического аппарата можно разместить до 90 кг метилгидразина, но в данной миссии было заправлено только 77 кг. Этой массы топлива достаточно, чтобы придать аппарату дополнительную скорость в 290 м/с. В качестве вытеснителя используется гелий.

Резерв первичной миссии (масса топлива, которая должна остаться после выполнения первичной миссии — пролёта мимо Плутона) делится на основной и дополнительный резерв и может быть использован для выполнения расширенной миссии — пролёта мимо объекта из пояса Койпера.

«Новые горизонты» имеют два режима стабилизации — обычный и высокоточный. В обычном режиме стабилизация двигателями производится по двум осям, а по третьей, направленной от Земли и проходящей через антенны, аппарат стабилизируется гироскопическим эффектом (вращение со скоростью пять оборотов в минуту). В высокоточном режиме стабилизация двигателями производится по всем трём осям. Высокоточный режим используется для проведения большинства научных исследований и требует бо́льшего расхода топлива. В обычном режиме стабилизации доступны наблюдения с помощью REX, SWAP, PEPSSI и VB-SDC.


Система обеспечения теплового режима

Температура внутри космического аппарата поддерживается в районе 10—30 °C. В начале миссии на стороне, обращённой к Солнцу, температура была выше, но не превышала 40 °C. Минимально допустимая температура составляет 0 °C, обусловлена температурой замерзания гидразинового топлива.

Температурный режим поддерживается балансировкой электропитания и отработанного тепла РИТЭГа и потерь тепла через термоизоляцию, внешние элементы инструментов и системы управления.

Для поддержания температуры космический аппарат обёрнут в лёгкую многослойную термическую изоляцию, которая удерживает тепло от работающей электроники по принципу «термоса».

Научные приборы

На самом аппарате установлены следующие приборы:

  • ультрафиолетовый спектрометр Alice (не расшифровывается — это имя собственное), который будет изучать состав атмосферы и структуру поверхности Плутона. Разработан Юго-западным исследовательским институтом. Аналогичный прибор был подготовлен для АМС «Розетта» Европейского космического агентства;
  • обзорная фотокамера Ralph, работающая в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн;
  • камера LORRI (Long-Range Reconnaissance Imager) с разрешением в 5 микрорадиан для детальной съёмки и съёмки с большого расстояния, разработанная в APL;
  • измеритель параметров частиц солнечного ветра SWAP (Solar Wind Analyzer for Pluto), разработанный в Юго-западном исследовательском институте. С его помощью планируется определить, есть ли у Плутона магнитосфера, а также установить скорость утечки его атмосферы;
  • спектрометр энергетических частиц PEPSSI (Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation) для поиска нейтральных атомов, покидающих атмосферу Плутона и превращающихся в заряженные частицы при взаимодействии с солнечным ветром;
  • детектор пыли VB-SDC (Venetia Burney Student Dust Counter) для измерения концентрации пылевых частиц в поясе Койпера. Прибор представляет собой веерообразное устройство радиусом 42 см и толщиной 3 мм из алюминиевого сотового материала, покрытого тонкой плёнкой, соединённое кабелем с блоком электроники;
  • радиоспектрометр REX ( Radio EXperiment), интегрированный с основной антенной зонда (с его помощью планируется исследовать структуру атмосферы Плутона, тепловые свойства его поверхности и измерять массу Плутона, Харона и ещё не выбранных объектов пояса Койпера).

События

Осуществление полёта неоднократно откладывалось из-за недостатка финансирования, а также задержек с изготовлением плутониевого термоэлектрического генератора. Стоимость осуществления проекта оценивалась в 2006 году в 650 млн долларов.

Прошедшие

  • 2004—2005 год — сборка космического аппарата;
  • 19 января 2006 года — космический аппарат «Новые горизонты» успешно запущен с мыса Канаверал;
  • январь 2006 года — осуществлена плановая коррекция траектории полёта аппарата для предстоящего выполнения гравитационного манёвра около Юпитера. 28 и 30 января были проведены кратковременные включения двух маневровых двигателей зонда, в результате чего скорость аппарата изменилась в общей сложности на 18 м/с;
  • 7 апреля 2006 года — аппарат пересёк орбиту Марса на расстоянии 243 млн км от Солнца. Скорость аппарата составляла около 21 км/с;
  • 13 июня 2006 года — аппарат прошёл в 110 тыс. км от небольшого астероида 132524 APL (ранее известного под временным обозначением 2002 JF56). Было проведено фотографирование и проверка систем захвата и сопровождения движущейся цели;
  • к сентябрю 2006 года проверена работоспособность всех семи научных приборов;
  • 28 февраля 2007 года — гравитационный манёвр в окрестностях Юпитера. В 05:43:40 по UTC аппарат приблизился к планете на расстояние 2,305 млн км; получены фотографии планеты и её спутников, сделанные с высоким разрешением;
  • 8 июня 2008 года — аппарат пересёк орбиту Сатурна;
  • с 7 июля по 2 сентября 2009 года — третья плановая проверка (АСО-3). Комплексная проверка началась с выведением станции из режима ожидания 7 июля. В ходе неё было установлено, что бортовая аппаратура функционирует нормально. После проверки «Новые горизонты» снова перешёл в режим гибернации;
  • 9 ноября 2009 года — проведена серия коррекций траектории, позволяющая обеспечить необходимую ориентацию диаграммы направленности антенны для связи с Землёй;
  • 29 декабря 2009 года — зонд пересёк условную границу, которая отмечает половину расстояния от Земли до Плутона;
  • 30 июля 2010 года — «Новые горизонты» успешно опробовал на Нептуне и его спутнике Тритоне камеру LORRI с расстояния примерно 23,2 а. е. от Нептуна.
  • 18 марта 2011 года — аппарат пересёк орбиту Урана;
  • 11 февраля 2012 года — аппарат находился на расстоянии 10 а. е. от Плутона;
  • 10 января 2013 года — очередной сеанс связи с аппаратом, прохождение планового цикла проверки оборудования, загрузка обновлённого программного обеспечения;
  • 1 и 3 июля 2013 года камера LORRI с расстояния 880 млн км сняла Плутон и его крупнейший спутник Харон. Прекрасная чувствительность и угловое разрешение LORRI показало Харон точно в предсказанном положении относительно Плутона, спустя 35 лет после его открытия Джеймсом Кристи. Камера сделала снимки Плутона и Харона при гораздо большем фазовом угле (угле между Солнцем, Плутоном и космическим аппаратом), чем можно достигнуть с Земли или околоземной орбиты. Это может дать важную информацию о свойствах поверхности Плутона и Харона — например, о наличии слоя мелких частиц, покрывающих поверхность;
  • октябрь 2013 года — аппарат находился на расстоянии 5 а. е. от Плутона;
  • в конце 2013 года аппарат прошел в 1,2 а. е. от троянского астероида Нептуна 2011 HM102 , однако, никакие наблюдения не проводились, так как уже шла подготовка выхода к Плутону;
  • 5 января 2014 аппарат вывели из режима гибернации в целях проверки антенны, обновления навигационной карты звёзд и ряда других технических проверок. 17 января аппарат был снова введён в режим гибернации;
  • 17 июня 2014 года — начало ежегодной проверки систем (последней перед прибытием к Плутону).
  • 14 июля 2014 года — впервые с 2010 года (и в шестой раз с момента запуска) аппаратом была проведена коррекция курса. Двигатели аппарата проработали87,52 секунды и обеспечили приращение скорости в 1,08 м/с, потратив около 250 г топлива из 53 кг, имеющихся на борту. В результате манёвра зонд прибудет к цели на 36 минут раньше — согласно расчётам на основе уточнённых данных об орбитах Плутона и Харона, их взаимное расположение в этот момент позволит провести наблюдения согласно планам. Выполнение коррекции на этом относительно большом расстоянии от цели позволяет избежать более серьезных манёвров в будущем.
  • 25 августа 2014 года — аппарат пересёк орбиту Нептуна.
  • 6 декабря 2014 года — успешный вывод аппарата из режима гибернации; всего с середины 2007 года до этого времени аппарат провёл в гибернации 1837 дней(почти две трети времени полёта), разделённых на 18 отдельных периодов длительностью от 36 до 202 дней.
  • 15 января 2015 года — аппарат пролетел в 75 млн км от астероида 2011 KW48. Это небесное тело обращается на расстоянии около 30—40 астрономических единиц от Солнца.
  • январь 2015 года — начало наблюдений Плутона с большого расстояния. Не исключалось, что потребуется выполнить коррекцию траектории, чтобы избежать столкновения зонда с космическими объектами, расположенными вблизи Плутона (невидимыми пока спутниками, кольцами);
  • 12 марта 2015 года аппарат приблизился к Плутону на расстояние менее 1 а. е.; за два дня до этого была проведена очередная коррекция траектории, ставшая самой удалённой в истории космонавтики — зонд находился на расстоянии около 4,77 млрд км от Солнца;
  • 5 мая 2015 года — разрешение изображений Плутона с «Новых горизонтов» превысило разрешение лучших снимков объекта, полученных космическим телескопом«Хаббл».
  • 12 мая 2015 года — опубликованы снятые «Новыми горизонтами» фотографии, на которых видны все известные на данный момент спутники Плутона (фото сняты с 25 апреля по 1 мая).
  • 30 июня 2015 — «Новыми горизонтами» с помощью инструмента Ralph подтверждено наличие на Плутоне метанового льда, ранее открытого космическим телескопом «Хаббл».
  • 4 июля 2015 — компьютер зонда «Новые горизонты» дал сбой, приведший к перерыву связи с центром управления полетом на 81 минуту. Задача устранения проблемы осложнялась временем прохождения пакетов команд от Земли до зонда (на момент обрыва связи оно составляло 4 часа 30 минут).
  • 6 июля 2015 — специалисты NASA заверили, что компьютерный сбой 4 июля не повлияет на дальнейший ход миссии.
  • 14 июля 2015 года, около 11:50 UTC — пролёт на расстоянии около 12,5 тысяч километров от поверхности Плутона. В целом аппарат проводил наблюдения всего 9 дней, за которые собрал примерно 50 гигабит информации. Передача всех собранных данных будет продолжаться до конца 2016 — начала 2017 года; После обработки всех данных они позволят проверить гипотезу о наличии на Плутоне океана воды (предполагается, что он находится под толщей льда на поверхности карликовой планеты).
  • 20 июля 2015 года — завершение передачи на Землю первого пакета изображений системы Плутона с пролётной траектории.
  • 5 сентября 2015 года — возобновление передачи данных, собранных во время пролёта мимо Плутона.
  • 22 октября 2015 года — первая после пролёта Плутона коррекция траектории космического зонда с использованием двух малых гидразиновых двигателей, проработавших 16 минут и изменивших скорость станции на 10 м/с.
  • 25 октября 2015 года — вторая коррекция траектории космического зонда.
  • 28 октября 2015 года — третья коррекция траектории космического зонда.
  • 2 ноября 2015 года — съёмка астероида (15810) 1994 JR1 камерой LORRI с расстояния в 274 млн км.
  • 4 ноября 2015 года — четвёртая коррекция траектории космического зонда.

Планируемые

  • 1 января 2019 года — пролёт аппарата вблизи объекта пояса Койпера 2014 MU69 (обозначение в команде «Новых горизонтов» — PT1, от (potential target 1) на расстоянии 43,4 а.е. от Солнца. Из-за крайне ограниченного запаса топлива любые коррекции траектории после пролёта Плутона были возможны в крайне небольшом диапазоне (примерно 1 градус). На момент старта аппарата известных объектов-целей не было. Лишь в 2014 году с помощью телескопа «Хаббл» удалось найти 3 подходящих астероида:2014 MU69 (1110113Y), вероятность достижимости 100 %, потребовалось бы около 35 % доступного топлива; 2014 PN70 (G12000JZ), вероятность достижимости 97 %, потребовалось бы почти всё топливо (размеры этого объекта примерно в 2 раза больше, чем размеры 2014 MU69), и 2014 OS393 (E31007AI) — вероятность достижимости 7 %. Последние две цели были отклонены.
  • 2026 год — планируемое окончание миссии.
  • 2038 год — аппарат достигнет 100 а. е. от Солнца.

Интересные факты

  • Помимо научного оборудования, на борту космического аппарата установлена капсула с частью праха астронома Клайда Томбо, первооткрывателя Плутона, компакт-диск с 434 738 именами людей, участвовавших в акции НАСА «Пошли своё имя на Плутон» (Send Your Name to Pluto), две монеты, два флага США, фрагмент первого обитаемого частного космического аппарата SpaceShipOne, компакт-диск с фотографиями аппарата и его разработчиков, почтовая марка США 1990 года «Pluto: Not Yet Explored».
  • Скорость передачи данных с расстояния в 4,5 млрд км будет составлять не более 2000 бит/с (для сравнения, находящийся на расстоянии в 15 млрд километров от Земли зонд «Вояджер-2» передаёт данные со скоростью примерно 160 бит/с). При условии непрерывной передачи информации после пролёта Плутона все научные данные будут передаваться более года, до октября-декабря 2016 года. На базе части данных будет создан сжатый обзорный набор, который будет полностью передан до завершения 2015 года (предположительно, в сентябре-ноябре) за 40 дней.
  • Вскоре после пролёта мимо Плутона и Харона АМС попал последовательно в тень каждого из тел, что позволило проверить наличие даже слабой атмосферы в виде дымки.
  • Полёт от Земли до Луны занял у зонда 8 часов 35 минут и проходил со скоростью 58 тыс. км/ч, что является рекордной скоростью для аппарата, запущенного по направлению к Луне. Однако, следует учитывать, что скорость аппарата (в отличие от миссий, ориентированных на спутник Земли) не снижалась для выхода на окололунную орбиту.

По материалам Wikipedia

Источник: aboutspacejornal.net

Новые Горизонты около Плутона. Текстовая трансляция (с фотографиями)! Смотрите подробнее…

    25 февраля 2003 года руководством NASA было принято решение о начале финансирования первой экспедиции к Плутону. Поддержку получил проект «Новые горизонты» (New Horizons), одна из малобюджетных альтернатив прекращенного проекта «Койпер». Разработкой проекта «Новые горизонты» занималась группа под руководством Алана Штерна.
    Старт миссии состоялся только с третьей попытки на 19 января 2006 года (22:00 по московскому времени). В космическое пространство аппарат вывела ракета носитель Атлас V. Старт космического аппарата уже дважды — 17 и 18 января — переносился на сутки. В первый раз это было связано с сильным ветром на космодроме, а второй — с аварийным отключением электроэнергии в ведущей лаборатории проекта. Первоначально «Новые горизонты» планировалось отправить в межпланетное путешествие 11 января. Однако эксперты еще в 2005 году назначили новую дату — 17 января. В этот день запуск переносился шесть раз из-за погодных условий. На мысе Канаверал во Флориде, где находится пусковая площадка, дул сильный ветер, его порывы достигали 60 километров в час. Кроме этого, на короткое время вышла из строя система космической связи. На первой ступени американской ракеты-носителя «Атлас-5», которая вывела «Новые горизонты» на траекторию межпланетного перелета, установлен уникальный российский двигатель РД-180. «Новые горизонты» — это первый аппарат такого класса, отправляющийся к другим планетам. На борту зонда New Horizons находится «радиоизотопный генератор электроэнергии», то есть компактный ядерный реактор, работающий на плутониевом топливе. По словам организаторов экспедиции, ограничиться традиционным для космических аппаратов источником энергии — солнечными батареями, в этом случае нельзя: большую часть времени зонд проведет на периферии Солнечной системы, где плотность светового потока слишком мала.

Новые Горизонты
    Обязательные задачи:
    — изучить геологию и морфологию Плутона и его спутника Харона;
    — картировать состав вещества их поверхностей;
    — исследовать нейтральную атмосферу Плутона, определить скорость ее потери;
    — установить переменность во времени поверхности и атмосферы Плутона;
    — произвести стерео-съемку Плутона и Харона;
    — произвести картирование с высоким разрешением районов, прилегающих к терминатору на Плутоне и на Хароне,
    — получить карты состава выбранных областей с высоким разрешением;
    — провести поиск в верхних слоях атмосферы нейтральных молекул H, H2, HCN, CxHy и других углеводородных соединений;
 
Новые Горизонты
ПЛУТОН — НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ

    Всего, по данным NASA, в реактор загружены 11 килограммов стержней из диоксида плутония. При подготовке к запуску экологи опасались, что в случае аварии этот материал будет рассеян над территорией нескольких штатов. В свою очередь, эксперты NASA и Министерства энергетики США заявили, что герметичный контейнер с плутонием выдерживает удар о землю или взрыв в воздухе, причем вероятность аварии не больше одной трехсотой. Детальные наблюдения Плутона и его окрестностей начнутся примерно за 5 месяцев до встречи. Эти данные позволят максимально точно скорректировать траекторию движения зонда. За 3 месяца до встречи, начиная с расстояния около 100 млн км, зонд New Horizons начнет картографическую съемку Плутона и Харона. А за месяц до встречи должны начаться ежедневные наблюдения Плутона. К этому моменту ученые надеются точно определить, есть ли у Плутона еще спутники (в 2005 г. у него открыли еще два спутника) и есть ли у него кольца из мелких обломков льда или скальных пород, которые могут представлять опасность для зонда при его пролете мимо Плутона. К этому времени в баке New Horizons должна остаться половина гидразинового топлива и в случае необходимости аппарат без проблем сможет изменить курс.
    В момент этого рандеву расстояние между Плутоном и Землей будет таково, что радиосигнал об этом дойдет до Земли почти через 4,5 часа. Для того чтобы отправить на Землю 2-3 самых важных снимка поверхности Плутона, понадобится несколько дней, а для передачи всего комплекта данных о Плутоне, записанных аппаратурой зонда, потребуется 9 месяцев.
    Пролетев мимо Плутона, New Horizons отправится дальше. Как было указано выше, для коррекции курса в окрестностях Плутона на зонде будет достаточно топлива, но для выхода на орбиту Плутона этого слишком мало (современные ракеты пока не могут отправлять в дальний космос такие тяжелые аппараты). Предполагается, что на своем дальнейшем пути к границе солнечной системы New Horizons проведет наблюдения и исследования нескольких астероидов из пояса Койпера, но конкретные кандидатуры астероидов будут выбраны позднее. Для этого есть еще масса времени.
    Через 53 минуты после старта зонд отделился от третьей ступени и отправился к Юпитеру, чтобы приобретенное там ускорение (гравитационный разгон) позволило ему долететь до Плутона быстрее (в феврале 2007 г. зонд должен совершить маневр в гравитационном поле Юпитера, увеличив таким образом свою скорость и изменив траекторию движения). Через 9 часов после старта он пересек орбиту Луны и отправился на периферию Солнечной системы. Кстати, на борту аппарата находится капсула с прахом открывателя Плутона Клайда Томбо (Clyde Tombaugh). Он открыл Плутон в 1930 году, когда был еще совсем молодым человеком, а умер он в 1997 г. в возрасте 90 лет. Во время запуска зонда New Horizons на космодроме присутствовала его жена Патрисия Томбо, которой сейчас 93 года. New Horizons пролетит мимо Плутона со скоростью 50235 км/ч на расстоянии около 8830 км от этой планеты.
    Полная стоимость миссии — 550 млн долларов. Аппарат будет пролетать около Плутона в июле 2015 года, со скоростью 11 км в секунду. К Харону же «Новые Горизонты» приблизится на расстояние в 27000 километров. В течение пролета аппарат должен будет получить изображения с разрешением 25 метров в пиксель, 4 цветные (с использованием основных фильтров) с разрешением 1,6 км/пиксель и изображения выбранных областей.
    Конструктивно аппарат представляет собой несимметричную шестиугольную призму из сотовых алюминиевых панелей, опирающуюся на несущий алюминиевый цилиндр, и имеет размеры 0.69х2.11х2.74 м. Его стартовая масса составляет 478 кг, из которых 77 кг приходится на топливо (гидразин) и 30 кг – на полезную нагрузку. Снаружи конструкция «одета» в многослойное легкое теплозащитное покрытие желтого цвета. Большую часть времени аппарат будет согреваться работой собственной аппаратуры, которая выделяет порядка 150 Вт, и внутри него будет поддерживаться температура в пределах 10–30°С. Если автоматическая система мониторинга обнаружит, что выделяемая электроникой мощность ниже необходимой, будут автоматически включаться небольшие нагреватели. Во время полета во внутренней области Солнечной системы для сброса лишнего тепла будут открываться специальные «жалюзи». Теплоизоляция состоит из 18 слоев (дакроновая сетка, алюминизированная майларовая пленка и каптон) и одновременно служит защитой от микрометеоритов.

Новые Горизонты
ПЛУТОН — НОВЫЕ ГОРИЗОНТЫ

    В состав двигательной установки КА входят топливный бак и 16 двигателей в восьми точках по периметру аппарата. Четыре двигателя для коррекций траектории, а остальные 12 тягой – для ориентации. Двигатели сгруппированы в два комплекта (основной и резервный), по восемь в каждом. Система электроснабжения аппарата состоит из радиоизотопного термоэлектрического генератора (РТГ) типа F-8, вынесенного вбок от корпуса КА, системы распределения питания. РТГ содержит примерно 11 кг двуокиси плутония-238. Он будет обеспечивать станцию мощностью до 240 Вт на начальных этапах полета, а к моменту прибытия к Плутону – около 200 Вт. Аккумуляторные батареи на станции отсутствуют, а излишек мощности, которая не нужна в данный момент, сбрасывается через шунты.
    Система связи диапазона X (8/7 ГГц) включает в себя две антенны низкого усиления LGA на противоположных сторонах КА для связи на малых расстояниях от Земли, антенну среднего усиления MGA диаметром 30 см (ширина луча 14°) и остронаправленную антенну HGA диаметром 2.1 м (ширина луча 0.3°), закрепленную на верхней плоскости КА. В систему связи также входит усовершенствованный цифровой приемоответчик для измерения дальности с малой потребляемой мощностью. Кроме того, в систему связи интегрирована аппаратура REX для радиопросвечивания атмосферы. Вся система является резервированной, за исключением остронаправленной антенны HGA. Передача данных из системы Плутона будет вестись со скоростью от 600 до 1200 бит/с на 70-метровые антенны Сети дальней связи NASA, причем для передачи всей научной информации по Плутону и Харону потребуется около 9 месяцев.
    Основой системы команд и обработки данных является бортовой компьютер с радиационно-стойким процессором Mongoose V с частотой 12 МГц. Для хранения данных используются два твердотельных запоминающих устройства (одно в резерве) емкостью по 64 Гбит. Бортовой компьютер, запоминающие устройства, преобразователи мощности, процессор управления и навигации, следящая электроника, а также различные интерфейсы, служащие для связи между процессорами и научными инструментами, входят в состав двух интегрированных модулей электроники IEM (основного и резервного). Определение текущей ориентации КА в пространстве осуществляется с помощью двух звездных датчиков, цифровых солнечных датчиков (в резерве), акселерометров и гироскопов, которые входят в состав основного и резервного инерциальных измерительных блоков IMU.
    В память звездных датчиков заложена звездная карта из 3000 звезд. Принцип работы заключается в следующем: 10 раз в секунду датчик делает широкоугольный снимок звездного неба, сравнивает его с картой в памяти и определяет ориентацию аппарата в пространстве. Блок IMU обновляет информацию о движении станции с частотой 100 раз в секунду. На борту КА установлена капсула с частью праха астронома Клайда Томбо, первооткрывателя Плутона. За разработку, изготовление КА и управление полетом отвечает Лаборатория прикладной физики (APL) Университета Джона Гопкинса (Мэриленд, США). На борту станции находятся семь научных приборов.


Научная аппаратура КА «New Horizons»

Источник: galspace.spb.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.