Акацукі (касмічны апарат)
From Wikipedia, the free encyclopedia
Remove ads
Акацукі (яп.: あかつき, 暁, "Світанак"), таксама вядомы як Venus Climate Orbiter (VCO) і Planet-C — аўтаматычная міжпланетная станцыя JAXA маючая мэтай вывучэнне атмасферы Венеры. Станцыя была запушчана на ракеце H-IIA 202 20 мая 2010 года,[7] але не здолела выйсці на арбіту Венеры 6 снежня 2010 года. Пасля таго як апарат правёў на сонечнай арбіце 5 гадоў, у інжынераў атрымалася вывесці яго на альтэрнатыўную венерыянскую эліптычную арбіту 7 снежня 2015. Акацукі стаў першым японскім спадарожнікам на арбіце Венеры.[8][9]
Выкарыстоўваючы пяць розных камер на некалькіх даўжынях хваль, Акацукі вывучае структуру атмасферы, атмасферную дынаміку і фізіку аблокаў.[10][11] Астраномы місіі ў снежні 2015 года паведамілі аб выяўленні магчымай гідрадынамічнай гравітацыйнай хвалі ў атмасферы Венеры.[12]
Remove ads
Місія
Акацукі — гэта першая японская місія па даследаванні планет пасля няўдалага марсіянскага зонда Назомі 1998 года. Акацукі першапачаткова прызначаўся для правядзення навуковых даследаванняў на працягу больш чым двух гадоў з эліптычнай арбіты вакол Венеры ў дыяпазоне ад 300 да 80 000 км над паверхняй[4], але яго альтэрнатыўная арбіта атрымалася моцна эліптычнай у дыяпазоне ад 1 000 да 10 000 км у бліжэйшай кропцы і каля 360 000 км у найдалейшай. На абарот па гэтай арбіце трэба 10 дзён замест першапачаткова запланаваных 30 гадзін.[13] Бюджэт місіі склаў 14,6 млрд іен (ці $174 млн) на спадарожнік і 9,8 млрд іен ($116 млн) на запуск.[14]
Назіранні ўключаюць здымкі аблокаў і паверхні планеты з дапамогай камер інфрачырвонага, бачнага і ўльтрафіялетавага дыяпазонаў, каб даследаваць складаную метэаралогію Венеры і высветліць працэсы, якія ляжаць у аснове таямнічага супервярчэння атмасферы планеты. Хаця Венера круціцца з хуткасцю 6 км/г на экватары, яе атмасфера круціцца вакол планеты з хуткасцю ў 300 км/г. Іншыя эксперыменты прызначаны для пацвярджэння наяўнасці маланак і вызначэння таго, ці адбываецца вулканізм на Венеры ў цяперашні час.[15]
Канструкцыя апарата
Галоўны корпус гэта скрынка памерам 1,04 × 1,45 × 1,44 м з двума сонечнымі батарэямі, кожная з плошчай каля 1,4 м2. Сонечныя батарэі забяспечваюць больш за 700 Вт энергіі на арбіце Венеры. Агульная маса апарата на старце складала 517,6 кг. Маса навуковага абсталявання складае 34 кг.[16]
Рух забяспечваецца арбітальным манеўровым рухавіком магутнасцю 500 Н на двухскладовым паліве гідразін/тэтраксід діазота і дванаццаць гідразінавых рухавікоў кіравання арыентацыі, восем з 23 Н і чатыры з 3 Н цягі.[4] Гэта першы касмічны апарат, у якім выкарыстоўваецца керамічны (з нітрыду крэмнію) рухавік.[17] Поўная маса паліва пры старце складала 196,3 кг.[4]
Сувязь ажыццяўляецца праз 8 ГГц, 20-ватны транспондер X-дыяпазону з выкарыстаннем 1,6 метровай антэнай з высокім узмацненнем. Антэна з высокім узмацненнем плоская, каб прадухіліць назапашванне ў ёй цяпла ад Сонца.[11] Акацукі таксама мае пару рупарных антэн з сярэднім узмацненнем усталяваных на паваротных кружэлках, і дзве антэны з нізкім узмацненнем для прымання каманд з Зямлі. Рупарныя антэны сярэдняга каэфіцыента ўзмацнення выкарыстоўваюцца для адпраўкі даных калі мацнейшая антэна не скіравана да Зямлі.
Remove ads
Інструменты
Навуковая нагрузка складаецца з шасці прыбораў. Пяць камер даследуюць Венеру ў даўжынях хваль ад ультрафіялетавага да сярэдняга інфрачырвонага дыяпазону:[18][19]
- Камера маланак і свячэння паветра (LAC) шукае маланкі ў бачным спектры (552-777 нм)
- Ультрафіялетавая камера (UVI) вывучае размеркаванне спецыфічных атмасферных газаў, такіх як дыяксід серы і загадкавы паглынальнік на даўжынях хваль ультрафіялету (283-365 нм)
- Даўгахвалевая інфрачырвоная камера (LIR) вывучае структуру вышынных аблокаў на даўжыні хвалі выпраменьвання цяпла (10 мкм)
- Інфрачырвоная 1 мкм камера (IR1) здымала цеплавое выпраменьванне (0,90–1,01 мкм) з паверхні Венеры на начным баку, і дапамагала даследчыкам у пошуке дзеючых вулканаў, калі тыя існуюць. Знаходзячыся на дзённым баку, камера здымала сонечнае выпраменьванне ў блізкім інфрачырвоным дыяпазоне (0,90 мкм), адлюстраванае сярэднімі аблокамі. Са снежня 2016 г. не працуе з-за збою электроннага абсталявання.[20]
- Інфрачырвоная 2 мкм камера (IR2) даследавала на начным баку непразрыстасць ніжніх аблокаў да цеплавога выпраменьвання з глыбейшай атмасферы і паверхні (1,74–2,32 мкм). Яна таксама знайшла на дзённым баку дыяпазон CO2 у 2.02 мкм, што можа быць выкарыстана для знаходжання вышыні верхняй мяжы аблокаў. Таксама 1,65-мкм фільтр быў выкарыстаны падчас міжпланетнага пералёта для вывучэння задыякальнага святла. Інструмент не працуе са снежня 2016 г. з-за збою электроннага абсталявання.[20]
- Звышстабільны асцылятар (USO) для правядзення эксперыментаў па радыёакультацыі.
Remove ads
Публічны ўдзел
Ў перыяд з кастрычніка 2009 па студзень 2010 Планетарным таварыствам і JAXA была праведзена публічная кампанія каб заахвоціць людзей адправіць сваё імя і паведамленне на борце Акацукі.[21][22] Імёны і паведамленні друкавалісь дробнымі літарамі на алюмініевай пласціне і размяшчаліся на борце Акацукі.[21] 260 214 чалавек прынялі ўдзел у акцыі,[23] і каля 90 алюмініевых пласцін было створана для размяшчэння ўсіх імёнаў і паведамленняў.[24][25]
Ход місіі
Запуск
Акацукі пакінуў лабараторыю Сагаміхара 17 сакавіка 2010 года і 19 сакавіка прыбыў у 2 выпрабавальны і зборачны корпус спадарожнікаў касмічнага цэнтра Танегасіма. 4 мая апарат быў памешчаны ў абцякальнік карыснай нагрузкі ракеты H-IIA разам з іншым спадарожнікам, IKAROS. 9 мая абцякальнік з карыснай нагрузкай быў дастаўлены ў будынак зборкі ракет касмічнага цэнтра Танегасіма, дзе далей быў злучаны з самой ракетай-носьбітам.[26]
Касмічны апарат быў запушчаны 20 мая 2010 г. у 21:58:22 (UTC) з касмічнага цэнтра Танегасіма[15], пасля пераносаў з-за надвор’я на два дні пазней першапачаткова запланаванай даты.[27]
Няўдача замацавання на арбіце
Планавалася пачаць аперацыі па выхаду на арбіту Венеры шляхам запальвання рухавіка арбітальнага манеўравання 6 снежня 2010 у 23:49:00.[26] Праца рухавіка павінна была доўжыцца дванаццаць хвілін да фармавання пачатковай венерыянскай арбіты з вышынёй апацэнтру 80 000 км, перыцэнтру 300 км і арбітальным перыядам 30 гадзін.[28]
Было пацверджана, што манеўр выхаду на арбіту пачаўся своечасова, але пасля чаканага разрыва сувязі з-за зацямнення Венерай сувязь з зондам не аднавілася, як планавалася. Было выяўлена, што зонд знаходзіцца ў бяспечным рэжыме, у стане стабілізацыі кручэннем з частатой 10 хвілін на абарот.[29] З-за нізкай хуткасці сувязі праз антэну з нізкім каэфіцыентам узмацнення спатрэбіўся час, каб вызначыць стан зонда.[30] 8 снежня JAXA заявіла, што манеўр вываду Акацукі на арбіту не атрымаўся.[31][32] На прэс-канферэнцыі 10 снежня афіцыйныя асобы паведамілі, што рухавік працаваў менш за тры хвіліны, што значна менш чым патрабавалася для выхаду на арбіту Венеры.[33] Далейшыя даследаванні паказалі, што верагоднай прычынай няспраўнасці рухавіка сталі адклады соляў, якія закаркавалі клапан паміж геліевым і паліўным бакамі. У выніку згаранне рухавіка стала багатым на акісляльнік, з-за чаго высокія тэмпературы згарання пашкодзілі гарлавіну камеры згарання і сопла. Падобная праблема з уцечкай пары знішчыла зонд NASA Mars Observer у 1993 годзе.[34]
У выніку касмічны апарат апынуўся на геліяцэнтрычнай арбіце, а не на арбіце Венеры. Паколькі атрыманая арбіта мела арбітальны перыяд 203 дні[35], крыху меншы чым арбітальны перыяд Венеры ў 225 дзён, апарат дрэйфаваў вакол Сонца ў параўнанні з Венерай.
Намаганні па выпраўленню
JAXA распрацавала планы паспрабаваць яшчэ адзін выхад на арбіту, калі апарат зблізіцца з Венерай у снежні 2015 года. Для гэтага патрабавалася перавесці зонд у «спячы» або бяспечны рэжым, каб падоўжыць яго тэрмін службы адносна першапачаткова планаванага 4,5-гадовага перыяду працы. JAXA выказала ўпэўненасць у захаванні працаздольнасці зонда, указваючы на паменшаны знос батарэі, паколькі зонд у той час круціўся вакол Сонца, а не на арбіце Венеры.
Тэлеметрычныя даныя няўдачнай спробы сведчылі аб тым, што гарлавіна асноўнага рухавіка, арбітальнага манеўравальнага рухавіка (OME) у значнай ступені была цэлай, таму двойчы, 7 і 14 верасня 2011 года, былі выкананы пробныя запускі рухавіка.[26] Аднак яго цяга складала ўсяго каля 40 Н,10% ад чаканага. Пасля гэтых выпрабаванняў было ўстаноўлена, што для арбітальнага манеўравання OME будзе недастаткова ўдзельнага імпульсу. Быў зроблены вывад, што пакінутая гарлавіна камеры згарання была цалкам разбурана ў выніку выпрабавальнага запальвання рухавіка. У выніку абраная стратэгія заключалася ў выкарыстанні чатырох гідразінавых рухавікоў кіравання палажэннем (RCS) для вываду зонда на арбіту вакол Венеры. Паколькі рухавікі RCS не маюць патрэбы ў акісляльніку, астатнія 65 кг акісляльніка (MON) быў спушчаны за борт у кастрычніку 2011 года, каб паменшыць масу апарата.[34]
10 і 21 лістапада 2011 года былі выкананы тры перы-венерыянскія арбітальныя манеўры з выкарыстаннем рухавікоў RCS.[15] Агульны імпульс манеўраў змяніў хуткасць апарата на 243,8 м/с. Паколькі ўдзельны імпульс рухавікоў RCS нізкі ў параўнанні з удзельным імпульсам OME, выхад на нізкую арбіту з першапачатковых планаў стаў немагчымым. Замест гэтага новы план заключаўся ў тым, каб размясціць зонд на высокаэліптычнай арбіце з апацэнтрам у сто тысяч кіламетраў і перыцэнтрам у некалькіх тысячах кіламетраў ад Венеры. Інжынеры планавалі, што альтэрнатыўная арбіта будзе праграднай (у напрамку супервярчэння атмасферы) і ляжаць у плоскасці арбіты Венеры. Метад і арбіта былі анансаваныя JAXA ў лютым 2015 года з датай выхаду на арбіту 7 снежня 2015 года[36] Зонд дасягнуў самай аддаленай ад Венеры кропкі 3 кастрычніка 2013 года і з таго часу набліжаўся да планеты.[37]
Выхад на арбіту
Акацукі
·Пасля выканання апошняга з серыі з чатырох манеўраў карэкцыі траекторыі ў перыяд з 17 ліпеня па 11 верасня 2015 года, зонд апынуўся на траекторыі пралёту міма Венеры.[38] Планавалася правесці манеўр выхаду на арбіту планеты падчас максімальнага да яе набліжэння, 7 снежня 2015 года. Патрэбны для гэтага імпульс быў дасяжны праз 20-ці хвіліннае ўключэнне чатырох рухавікоў карэкцыі арыентацыі, хаця такі рэжым працы для іх не быў уласцівы. Замест таго, каб займець арбіту з перыядам у 30 гадзін, як было першапачаткова запланавана, згодна новаму плану Акацукі павінен быў пасля карэкціроўкі ў сакавіку 2016 года трапіць на арбіту з перыядам у дзевяць дзён.[5]
Пасля таго, як інжынеры JAXA вымералі і разлічылі атрымаўшуюся пасля манеўру 7 снежня арбіту апарата, JAXA абвясціла, што Акацукі паспяхова выйшаў на запланаваную эліптычную арбіту з апацэнтрам вышынёй 440 000 км ад Венеры і перыцэнтрам у 400 км, з арбітальным перыядам у 13 дзён і 14 гадзін.[39]
Наступнае ўключэнне рухавікоў было праведзена 26 сакавіка 2016 году і знізіла апацэнтр Акацукі прыкладна да 370 000 км, вышыня перыцэнтру стала пераменнай у дыяпазоне ад 1 000 км да 10 000 км, а арбітальны перыяд скараціўся з 13 да прыкладна 10 дзён.[6][5]
Статус
Арбітальны апарат пачаў свой двухгадовы перыяд запланаванай навуковай дзейнасці ў сярэдзіне мая 2016 года.[40] З 9 снежня 2016 года камеры блізкага інфрачырвонага дыяпазону 1 мкм і 2 мкм перасталі працаваць з-за электроннага збою.[41][20] Даўгахвалевая інфрачырвоная камера, ультрафіялетавая камера і камера маланак і свячэння паветра працягваюць працаваць у звычайным рэжыме.[20]
У красавіку 2018 года Акацукі скончыў свой запланаваны тэрмін назіранняў і пачаў падоўжаны тэрмін эксплуатацыі.[42]
Па стане на снежань 2021 года, Акацукі працягвае працаваць без запланаванай даты заканчэння місіі.[43]
Remove ads
Навука
Праз тры гадзіны пасля прыбыцця ў снежні 2015 года і ў красавіку—мае 2016 году прыборы аўтаматычнай станцыі зафіксавалі «дугападобную асаблівасць у атмасферы даўжынёй 6000 міль, амаль ад полюса да полюса — усмешка ўбок».[44] Навукоўцы, якія ўдзельнічалі ў праекце, назвалі гэтую асаблівасць «гравітацыйнай хваляй» у вятрах планеты над рэгіёнам зямлі Афрадыты з рыфтавымі далінамі і горамі, якія дасягаюць вышыні больш за 4 км. Місія збірае даныя ва ўсіх адпаведных дыяпазонах спектру ад ультрафіялету (280 нм) да сярэдніх інфрачырвоных даўжынь хваль (10 мкм).[45]
Выявы з Акацукі паказалі нешта падобнае на вышынныя струменевыя плыні ў вобласці нізкай і сярэдняй воблачнасці, якая знаходзіцца ад 45 да 60 км па вышыні.[46] Хуткасць ветру была максімальнай каля экватара. У верасні 2017 года навукоўцы JAXA назвалі гэтую з’яву «Венерыянскімі экватарыяльнымі струменямі».[47] Яны таксама апублікавалі вынікі назірання экватарыяльных вятроў на ўзроўні вяршыні аблокаў шляхам адсочвання аблокаў у УФ-спектры.[48] Значным вынікам у 2018 годзе стала знаходжанне тоўстых аблокаў з дробных часціц каля пераходу паміж верхнімі і сярэднімі аблокамі, што было апісана як «новая і загадкавая марфалогія складанага воблачнага покрыва».[44] Да 2017 года навуковая група апублікавала 3D-карты структуры атмасферы Венеры.[44] Атрыманыя фізічныя велічыні ўключаюць ціск, тэмпературу, шчыльнасць пары H2SO4, іанасферную электронную шчыльнасць і іх варыяцыі.[44] Да 2019 года былі апублікаваны першыя вынікі аб марфалогіі, часавых зменах[49] і вятрах у сярэдніх аблоках Венеры, паведамляючы пра нечакана высокія кантрасты, якія могуць паказваць на наяўнасць паглынальнікаў, такіх як вада.[50]
.jpg)
Каб зняць маланку, арбітальны апарат накіроўвае камеру на начны бок Венеры, прыкладна на 30 хвілін кожныя 10 дзён.[51] Па стане на ліпень 2019 года ён назапасіў 16,8 гадзін назіранняў начнога боку, і за ўвесь час назіранняў не было выяўлена ніводнай маланкі.[52]
Remove ads
Зноскі
Wikiwand - on
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Remove ads