Миссия New Horizons. Пролетаем Плутон с «Новыми Горизонтами Новые горизонты космический аппарат плутон
Наука
Накануне космический аппарат "Новые горизонты" совершил первый в истории облет Плутона, собрав данные этой карликовой планеты и ее спутников.
Проведя больше 9,5 лет в космосе, аппарат совершил максимальное сближение с Плутоном, находясь на расстоянии 12 500 км от его поверхности.
Этот событие навсегда останется в истории как момент, когда человечество впервые посетило Плутон. Вот несколько интересных фактов о миссии "Новые горизонты" к Плутону.
Космический корабль "Новые горизонты"
1. "Новые горизонты" - самый быстрый космический аппарат, который когда-либо был запущен.
В 2006 году ракета-носитель "Атлас-5" запустила "Новые горизонты" в космос. На третей стадии отделения, аппарат двигался со скоростью 16 км в секунду. Чтобы лучше представить себе эту скорость: астронавтам "Аполлона" потребовалось 3 дня, чтобы добраться до Луны, а "Новые горизонты" прошел бы то же расстояние за 9 часов.
2. Когда "Новые горизонты" был запущен, Плутон был еще планетой.
Когда был запущен космический аппарат, ученые уже выражали сомнения в отношении статуса Плутона, как планеты . Это было вызвано открытием объекта, похожего с Плутоном размера – Эридой, открытой в 2005 году.
Ученым предстояло решить, станет ли Эрида 10-й планетой, либо нужно внести изменения в определение термина "планета".
В конечном счете, Плутон лишили статуса планеты через 8 месяцев после запуска "Новых горизонтов".
3. Гравитация Юпитера оказала эффект рогатки на зонд.
Гравитационный маневр подразумевает, что космический аппарат, пролетающий возле планеты, пользуется гравитацией планеты, чтобы изменить скорость или направление, как если бы его запустили с помощью огромной рогатки.
Гравитация Юпитера запустила "Новые горизонты", увеличив его скорость до 83 700 км в час . Проходя через юпитерианскую систему, аппарат впервые запечатлел такое явление, как молния возле полюсов Юпитера.
4. На его борту находится прах человека, который открыл Плутон.
В 1930 году Клайд Томбо (Clyde Tombaugh) – американский астроном из Обсерватории Лоуэлл открыл планету, которую впоследствии назвали Плутоном. Томбо умер в 1997 году, и на борту "Новых горизонтов" находится часть его праха. Его последним желанием было отправить его прах в космос.
Когда космический аппарат пройдет за пределы Пояса Койпера, прах астронома станет первым, пересекшим Солнечную систему. Также на борту зонда есть компакт-диск с именами 434 000 людей , которые участвовали в акции "Отправь свое имя на Плутон".
Фото Плутона с "Новых горизонтов"
5. Ученые считают Плутон "научным миром чудес".
Команда ученых из Университета Джона Хопкинса, которые управляют миссией "Новых горизонтов" для НАСА, описывает систему Плутона, как "научный мир чудес".
Кроме отображения геологии и морфологии, анализа атмосферы и погоды, зонд исследует и самый крупный спутник Плутона - Харон. Эти два небесных тела, вращающихся вокруг одного центра гравитации, составляют единственную бинарную систему в Солнечной системе . Впервые мы сможем изучить этот новый планетарный класс известный, как "ледяной карлик"
6. Для всей миссии использовано меньше энергии, чем для лампочки мощностью 100 Ватт.
Этот космический аппарат использует в качестве источника электроэнергии радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ) – своего рода электростанцию плутония.
Как и термос, аппарат завернут в термозащитное покрытие, чтобы удерживать тепло, вырабатываемое электроникой зонда, и поддерживать ее стабильную температуру. РИТЭГ не обеспечивает реактивное движение, а зонд летит на скорости, созданной при запуске и с помощью гравитации Юпитера.
7. Данные отправляются на Землю со скоростью 2 кбит/сек.
Космический аппарат использует огромную антенну для связи с Сетью дальней космической связи НАСА. Это не такая простая задача: луч шириной всего 0,3 градуса должен попасть на Землю с Плутона и дальше. Требуется 4 часа, чтобы данные попали на космический аппарат, а когда облет закончится, нужно будет еще 16 месяцев, чтобы отправить все данные на Землю .
Миссия к Плутону "Новые горизонты" 2015
8. Практически нет права на ошибку.
"Новые горизонты" преодолел расстояние почти в 4,8 миллиардов километров, двигаясь со скоростью примерно 50 000 км в час. Если в силу орбитальной механики он отклонится всего на 100 секунд в сторону, он не сможет собрать все нужные научные данные. Задумайтесь: небольшое отклонение, которое может перечеркнуть 9,5 лет полета.
9. Новые спутники могут представлять новые опасности.
В 2011 году "Новые горизонты" открыл второй спутник, вращающийся вокруг Плутона – Кербер , а через год третий – Стикс . Это было волнующим и тревожным открытием.
У этих спутников не достаточно массы и гравитации для удерживания мусора, появляющегося в результате планетарных столкновений, которые могут попасть на космический аппарат. При этом необязательно, чтобы мусор был большим, чтобы представлять опасность. Даже частица размером с рисовое зернышко может стать катастрофической для зонда, так как он двигается с огромной скоростью.
10. Миссия "Новых горизонтов" не останавливается на Плутоне.
Когда космический аппарат пройдет Плутон, у него будет достаточно энергии, чтобы продолжить свой путь до Пояса Койпера – огромной области ледяных тел и загадочных небольших объектов, вращающихся за пределами Нептуна.
Эти объекты являются строительным материалом для Плутона и похожих планет. "Новым горизонтам" предстоит пройти больше миллиарда километров за пределами Плутона.
Впервые (и единственный раз) в истории космической эры NASA обратилось за разрешением на посещение окрестностей планеты к ее первооткрывателю. Разрешение было дано, и сейчас мы можем наблюдать удивительные картины далекого мира - бывшей планеты Плутон, самой далекой от Солнца.
Американский астроном Клайд Томбо, еще молодым человеком открывший Плутон в 1930 году, вряд ли предполагал в тот момент, что когда-нибудь люди смогут послать космический аппарат к его новой находке. Идея миссии к девятой планете возникла в начале 1990-х годов, когда ее первооткрыватель был еще жив. В результате в 1992 году 86-летний Томбо получил неожиданное сообщение из Лаборатории реактивного движения (JPL) NASA, в котором у него просили разрешения на посещение Плутона. Разумеется, никакого юридического статуса это разрешение не имело, но это был очень красивый жест - дань уважения к человеку, открывшему самый дальний рубеж Солнечной системы.
Томбо умер в 1997 году, не дожив менее десяти лет до старта миссии к его планете. Однако он удостоился самых, вероятно, престижных, необычных и уж точно самых далеких похорон в истории человечества: примерно унция (31 г) его праха была помещена в космический аппарат, отправившийся к Плутону и далее. Вместе с прахом Томбо к Плутону отправились еще несколько символических вещей: компакт-диск с записанными именами почти полумиллиона человек, которые приняли участие в акции «Пошли свое имя на Плутон», часть обшивки первого частного космического корабля SpaceShipOne и марка 1991 года со слоганом «Плутон. Еще не исследовано».
Анатомия миссии
Работа над миссией New Horizons («Новые Горизонты») по-настоящему началась в 2000 году под руководством Алана Штерна, директора Отдела космических исследований в Юго-Западном исследовательском институте (Southwest Research Institute, SwRI). Предшественниками New Horizons были проекты Pluto 350 и Pluto Kuiper Express, запуск последнего даже был первоначально намечен на 2000 год с достижением планеты в 2012–2013 годах. Но проекту не повезло - в том самом 2000 году бюджет урезали, поскольку стоимость полета оценивалась в миллиард долларов, и в итоге миссию просто отменили. Новый проект был осуществлен в весьма сжатые сроки - от создания научно-инженерной команды до готового аппарата прошло всего пять лет: к зиме 2005−2006 годов собранный и укрытый термоизоляцией зонд уже находился на мысе Канаверал, готовый к запуску.
При взгляде на этот космический аппарат сразу становится очевидной одна важная деталь: по силуэту он не похож на современные спутники - у него отсутствуют солнечные батареи. Это неудивительно, поскольку солнечного света у Плутона очень мало. Самая далекая планета, куда посылали космический аппарат с питанием от солнечных батарей, - это Юпитер. Треугольная платформа с остронаправленной антенной на одной из плоскостей завершается странным выступающим из одного из углов цилиндром. Это - РИТЭГ, радиоизотопный термоэлектрический генератор. В нем электричество вырабатывается напрямую преобразованием тепла распада радиоактивного изотопа. Такой же источник питания используется в знаменитом аппарате Cassini, более десяти лет работающем в системе Сатурна, и в марсоходе Curiosity.
Внутри РИТЭГа находятся 11 кг плутония-238. Это очень удобный для таких целей изотоп: при его распаде выделяется много тепла, причем этот плутоний испускает только тяжелые альфа-частицы, от которых достаточно легко защититься. Главный недостаток данного изотопа состоит в его дефицитности: он был побочным продуктом при производстве оружейного плутония, а в настоящее время этот процесс остановлен и в США, и в России. Поэтому на New Horizons плутония (и запаса энергии) втрое меньше, чем, скажем, на Cassini.
Девять с половиной лет пути
Российские двигатели РД-180, установленные на ракете-носителе Atlas V, унесли аппарат с космодрома на мысе Канаверал. New Horizons стал самым быстрым космическим аппаратом «на старте»: после того как разгонные двигатели были выключены, скорость зонда относительно Земли оказалась равной 16,26 км/с, а скорость относительно Солнца - 45 км/с. Впрочем, сейчас относительно Солнца аппарат летит со скоростью 14,5 км/с, так что звание самого быстрого космического аппарата вернулось к знаменитому Voyager-1, который удаляется от нашей звезды со скоростью более 17 км/с. Но даже с такими скоростями добираться до Плутона придется долго. Сейчас сигнал от аппарата идет до Земли почти пять часов.
Попутно New Horizons установил мировой рекорд не только по скорости удаления от Земли, но и по скорости путешествия к Луне: всего лишь 8 часов 35 минут. Через год с небольшим аппарат совершил гравитационный маневр около Юпитера. В это время были протестированы все научные инструменты и изучены удивительные галилеевы спутники Юпитера и самая большая планета Солнечной системы. К примеру, удалось получить прекраснейшие снимки вулканов на спутнике Ио. В начале полета New Horizons сумел пофотографировать еще и небольшой астероид - для проверки систем захвата изображений. Первый снимок Плутона аппарату удалось сделать уже на первом году полета, в сентябре 2006 года. Никакой научной ценности снимок не имел, однако продемонстрировал возможности камеры LORRI. Но большую часть времени, две трети всего полета, аппарат «спал», или, по-научному, находился в режиме гибернации, - 1837 дней, разбитых на 18 периодов длиной от 36 до 202 дней, аппарат не выходил на связь, а просто летел, экономя энергию.
Разжалованная планета
Летом 2006 года, когда аппарат уже летел к своей цели, произошло эпохальное событие, вызвавшее бурные дебаты. Дело в том, что очередная Генеральная ассамблея Международного астрономического союза (МАС) решила, наконец, навести порядок в планетной терминологии. Ведь за последние десятилетия в поясе Койпера за Нептуном было открыто множество самых разных объектов, и кое-какие из них были сравнимы по размерам с Плутоном, а то и больше его. Неужели и их тоже нужно записывать в планеты? В результате жестких дебатов астрономы решили изменить формулировки и считать планетой лишь то тело, которое удовлетворяет следующим трем условиям. Во-первых, оно само вращается вокруг Солнца. Во-вторых, оно достаточно массивно, чтобы под действием гидродинамического равновесия приобрести форму, близкую к шарообразной. И в-третьих, оно достаточно массивно, чтобы окружающее его пространство оказалось очищенным от других небесных тел.
Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун новый тест от МАС прошли, а Плутон «срезался» на третьем условии. Теперь он, как и Церера из пояса астероидов, а также Хаумеа, Макемаке и Эрида из пояса Койпера, считается карликовой планетой. Впрочем, сейчас снова развернулось движение «Верните Плутон в семью!». Семью классических планет, разумеется.
22 часа молчания
Тем не менее, несмотря на то что главная цель миссии оказалась пораженной в правах, полет продолжался. С января 2015 года астрономы уже постоянно наблюдали приближающийся Плутон. Весной же были пройдены два важных рубежа. 12 марта до Плутона осталось меньше одной астрономической единицы (1 а.е. - это расстояние от Земли до Солнца), а 5 мая разрешение снимков системы Плутона и его спутников превысило максимальное значение, которое можно получить при помощи телескопа Hubble. Чуть позже были опубликованы фотографии и анимации, на которых видно движение всех пяти спутников Плутона - крупного Харона и совсем мелких Никты, Гидры, Кербера и Стикса. Эти снимки подтвердили расчеты, основанные на наблюдениях телескопа Hubble: из-за гравитационных возмущений, вызванных Хароном, остальные спутники (маленькие дынеобразные тела) кувыркаются в полете и летят по неправильным орбитам. С каждым днем Плутон и Харон были виднее все отчетливее, на них можно было разглядеть все больше и больше деталей. Все ждали дня максимального сближения 14 июля, как вдруг...
За десять дней до даты максимального сближения, 4 июля, в работе бортового компьютера аппарата произошел сбой. Связь с центром управления на Земле прервалась на 81 минуту. В условиях, когда сигнал в одну сторону идет четыре с половиной часа, а ответа нужно ждать все девять, это заставило ученых несколько поволноваться. Тем не менее со сбоем справились сами компьютерные системы аппарата, и подготовка к сближению продолжилась.
И вот настал «день Х для планеты Х» - 14 июля 2015 года, день, которого все астрономы ждали более девяти лет. Аппарат передал на Землю первый подробный снимок поверхности Плутона... и замолчал, на этот раз - на долгих 22 часа. Но это было плановое молчание, на время основной научной миссии радиосвязь с Землей была отключена. Зонд пролетел сквозь систему Плутона на расстоянии 12 500 км от его поверхности, сумел развернуть камеры и успел сфотографировать темную сторону Плутона, увидев ореол атмосферы вокруг темного диска. А потом началось самое интересное.
Те, кто застал зарождение интернета в 1990-х, помнят, сколько времени требовалось, чтобы закачать коротенький видеофайл с помощью телефонного модема со скоростью 16 600 бит/с на домашний компьютер. Так вот, на Плутоне ситуация еще хуже. Скорость передачи информации едва достигает 1000 бит/с.
А за время пролета мимо Плутона зонд собрал около 50 ГБ научной информации, которые нужно передать на Землю, - именно в этом состоит цель миссии. Передача этих данных займет... почти два года, до марта 2017-го. Разумеется, первые снимки и важнейшие научные данные уже были переданы в первые дни. А сейчас передача новых изображений приостановлена на целых два месяца.
За время пролета мимо Плутона зонд собрал около 50 гигабайт научной информации, которые нужно передать на Землю, - именно в этом состоит цель миссии.
Виды Плутона
Главные снимки, которые уже получены, - это изображения Плутона и Харона в высоком разрешении. Система Плутон-Харон вообще уникальна - это единственная двойная планета в Солнечной системе. Именно двойная: Харон настолько большой, что они с Плутоном вращаются вокруг общего центра масс, который находится за поверхностью Плутона. Чтобы проще это представить себе, вообразите молотобойца, раскручивающего молот. Здесь не молот вращается вокруг спортсмена, а они вдвоем «танцуют» вокруг какой-то точки.
Сам Плутон поразил астрономов. Во-первых, он оказался весьма похож на Тритон: это подтверждает догадку, что самый большой спутник Нептуна был захвачен из пояса Койпера. Во-вторых, никто не ожидал увидеть на Плутоне сердце. Однако именно на символ сердца оказался похож светлый регион на первом же крупном снимке карликовой планеты. Впрочем, шутники удачно вписали в него портрет диснеевского пса Плуто.
Началась и плутонианская картография. Два самых крупных образования на Плутоне получили названия Томбо в честь первооткрывателя планеты и Спутник в честь первого советского космического аппарата. К слову, Спутник стал главным сюрпризом Плутона - уже через несколько дней выяснилось, что это не равнина, а ледниковый щит с движущимися ледниками. Прибор Ralf подтвердил большое количество метанового и азотного льда на Плутоне. На подробных снимках хорошо видно, как на северной границе ровного (без единого кратера!) Спутника ледник затекает в старый кратер. Ученые уже отметили, что снимки Спутника напоминают спутниковые снимки Антарктиды, и это было совершенно неожиданно.
Далекие миры
Плутон—Харон - единственная двойная планета в Солнечной системе. Спутник карликовой планеты Харон довольно массивен, так что они обращаются вокруг общего центра масс, который находится за пределами поверхности Плутона. Первые крупномасштабные изображения Плутона позволили астрономам сделать вывод, что он похож на Тритон (спутник Нептуна), - это стало одним из подтверждений того, что Тритон является одним из «уроженцев» пояса Койпера. Фотографии позволили создать первые карты Плутона, два самых крупных образования получили названия «равнина Томбо» в честь первооткрывателя планеты и «ледниковый щит Спутник» в честь первого советского космического аппарата. После пролета аппарат сделал снимок солнечного затмения Плутоном (структура сияния может рассказать о составе и динамике плутонианской атмосферы). И наконец, впервые сделаны крупномасштабные снимки спутников - Харона, а также гораздо более мелких Никты и Гидры.
Аппарат успел увидеть и обратную сторону Плутона и сделать снимок солнечного затмения в поясе Койпера. New Horizons сумел сфотографировать то, как Плутон закрывает Солнце, и увидеть сияние атмосферы вокруг карликовой планеты. По структуре сияния уже делаются первые выводы о составе и о динамике плутонианской атмосферы.
Очень необычными оказались и горы на Плутоне. По высоте - не меньше 3,5 км - это уже почти Уральские горы, но они молодые, на снимке гор почти не видно мелких кратеров. Фотографии пиков в высоком разрешении уже переданы на Землю. Возможно, это не просто горы, а криовулканы.
Есть первые данные и о спутниках - уже переданы снимки крошечных Никты (цветной) и Гидры (черно-белый). На Никте видно загадочное красное пятно, но что это такое - пока непонятно. Разумеется, не остался без внимания и Харон. Одним из первых на Землю передали его детальный снимок, на котором хорошо видны многочисленные кратеры и следы геологической активности Харона - разломы и молодые горы. Предположительно удалось увидеть и растущий криовулкан (впрочем, пока без следов жизнедеятельности). Огромное темное пятно, которое было видно еще на ранних снимках, оказалось странной впадиной, не очень похожей на ударный бассейн крупного кратера.
Далекие цели
На ближайшие два года задача аппарата - передавать полученные данные и радовать обывателей красивыми картинками, а ученых - новыми загадками. И просто лететь. Дело в том, что сейчас New Horizons представляет собой брошенный в небо камень. У него нет топлива для значительной смены курса. Максимум, что может себе позволить команда аппарата, - это отклонить его траекторию на небольшой угол, до одного градуса. Но вот куда именно отклонить? К моменту старта миссии в той области космического пространства не было известно ни одного объекта пояса Койпера. Неужели все закончится Плутоном? Ведь энергии радиоизотопного генератора хватит еще на десяток лет. К счастью, в космосе уже давно работает ветеран астрономического флота телескоп Hubble. Специально для миссии New Horizons был проведен поиск подходящих кандидатов в нужном секторе неба. Удалось найти три объекта - с разной вероятностью достижения их исследователем Плутона.
Объект 2014 MU69 (1110113Y) диаметром около 60 км представляется самым удачным - до него New Horizons долетит со 100-процентной вероятностью, потратив на маневры всего 35% оставшегося топлива. Вторым кандидатом стал астероид 2014 PN70 (G12000JZ). Вероятность удачно добраться до него чуть меньше - 97%, при этом топливо будет израсходовано почти всё, однако у данной цели есть и плюсы: этот объект вдвое больше первого, что повышает его научную ценность. Поначалу рассматривался и третий открытый Hubble объект - астероид 2014 OS393 (e31007AI), но потом стало ясно, что вероятность его увидеть всего 7%. Сейчас его исключили из списка кандидатов.
Выбор цели будет сделан очень скоро - как только ученые получат небольшую передышку. А значит, скоро мы снова будем ждать фотографий мира, которого никто и никогда доселе не видел.
На этой неделе нас ждет историческое событие - впервые земной аппарат пролетит мимо Плутона. Зонд «Новые Горизонты» днем 14 июля окажется на расстоянии всего 12 500 км от карликовой планеты. Но из-за того, что скорость передачи данных на таких расстояниях составит примерно 1 килобит в секунду, данные с зонда будут передаваться месяцами. Посмотреть на пролет мимо Плутона в режиме онлайн-трансляции не получится, но это не беда. Благодаря сообществу энтузиастов мы можем пролететь мимо Плутона виртуально, в космическом симуляторе Orbiter, и почти самому посмотреть на то, как будет проходить это событие.
Немного матчасти
«Новые Горизонты» в монтажно-испытательном комплексе
Зонд «Новые Горизонты» имеет начальную массу 478 кг, из которых 77 кг занимает топливо (гидразин) и 30 кг - научная аппаратура. В качестве источника электроэнергии используется с 11 кг плутония-238. На момент прибытия к Плутону РИТЭГ вырабатывает примерно 200 Вт мощности. Аппарат закутан в многослойное теплозащитное покрытие (дакрон, майлар, каптон), которое также служит для защиты от микрометеоритов, и обогревается теплом, выделяющимся при работе электроники. Для сброса лишнего тепла во внутренних регионах Солнечной системы предусмотрены жалюзи, а если тепла от электроники окажется недостаточно, то автоматика включит нагреватели. На зонде установлены две антенны низкого усиления (для связи на малой дальности) и по одной антенне среднего и высокого усиления. Двигательная установка состоит из 16 двигателей, объединенных в две группы по 8 для большей надежности. В каждой группе два двигателя тягой 0,5 кг используются для коррекции траектории, а 6 двигателей тягой 80 грамм для ориентации. Бортовой компьютер имеет радиационно-стойкий процессор с частотой 12 МГц и твердотельный накопитель на 8 ГБ. Компьютер и накопитель также дублированы. Для используются два звездных датчика, два солнечных датчика (резерв) и два инерциальных измерительных блока с гироскопами и акселерометрами. Ориентация аппарата в пространстве производится с помощью двигателей, в режиме полета к цели зонд также стабилизируется вращением.
На борту «Новых Горизонтов» установлены семь научных приборов:
- Alice . Спектрометр УФ-диапазона. Его задача - определить параметры атмосферы Плутона. В режиме свечения атмосферы он фиксирует то, что атмосфера излучает в УФ-диапазоне, а в режиме затмения, когда «Новые Горизонты» будут пролетать через тень Плутона, он определит состав атмосферы по спектру поглощения солнечного света. Модификация этого прибора также стоит на зонде «Розетта».
- Ralph . Камера и спектрометр видимого и ИК-диапазонов. Она даст нам черно-белые и цветные снимки поверхности и даже стереоизображения для изучения топографии.
- LORRI . Телескоп видимого диапазона для съемок с большой дальности и получения детальных снимков поверхности. Изначально говорили о разрешении 50 м/пиксель, сейчас называют цифру 100 м, посмотрим, что получится в итоге.
- SWAP . Анализатор солнечного ветра. Самый большой прибор в своем классе из-за удаленности Плутона от Солнца.
- PEPSSI . Спектрометр энергетичных частиц. Дополняет SWAP и отличается от него тем, что может фиксировать частицы гораздо более высоких энергий.
- SDC . Студенческий детектор космической пыли. Фиксирует массу и скорость частиц, с которыми сталкиваются «Новые Горизонты».
- REX . Антенна высокого усиления будет использоваться не только для связи с Землей, но и для зондирования атмосферы Плутона в радиодиапазоне.
Запуск
Подготовка к старту и запуск не обошлись без неприятностей. Осенью 2005 года на мыс Канаверал пришел ураган Вильма, который повредил ускоритель первой ступени обломками ворот монтажно-испытательного комплекса. Ускоритель пришлось менять. Бак горючего первой ступени пришлось дополнительно проверять, потому что аналогичный бак разрушился на испытаниях. Все эти происшествия сдвинули старт с 11 на 17 января. С каждым днем баллистическая ситуация ухудшалась, Земля уходила из района перицентра своей орбиты, и на то, чтобы преодолеть притяжение Земли и Солнца нужно было потратить все больше топлива. Меньше топлива оставалось на разгон, а это удлинняло путь к Плутону. А старт после 2 февраля делал невозможным гравитационный маневр у Юпитера, что задержало бы миссию еще сильнее.
17 января старт не состоялся - помешал сильный ветер. 18 января внезапно обесточился центр управления зондом. 19 января старт пришлось отложить на 52 минуты из-за низкой облачности, но, наконец, в 19:00 UTC «Новые Горизонты» оторвались от земли:
Спустя ~100 секунд отделились боковые ускорители первой ступени, их было целых пять - для запуска использовался самый тяжелый вариант ракеты-носителя «Атлас V». Спустя четыре с половиной минуты отключились российские двигатели РД-180, стоявшие на первой ступени, а спустя десять минут вторая ступень вышла на опорную орбиту. После двадцатиминутной паузы двигатель второй ступени включился вновь, и «Новые Горизонты» достигли скорости 12,4 км/с. Затем пришла очередь твердотопливного разгонного блока Star-48. Связку зонда и разгонного блока раскрутили до 60 оборотов в минуту, и после ~80 секунд работы двигателя «Новые Горизонты» разогнались до 16 км/с относительно Земли, став первым аппаратом, развившим третью космическую скорость сразу с земной орбиты («Пионеры» и «Вояджеры» достигли ее только после гравитационного маневра у Юпитера).
Анимация отделения от разгонного блока и дальнейшего полета
Пролет Юпитера
Спустя всего год, в феврале 2007 года «Новые Горизонты» пролетели мимо Юпитера на расстоянии 2,3 млн. км (примерно 32 диаметра), получив «бесплатные» 4 км/с за счет гравитационного маневра и сократив путь к Плутону на три года. Научные приборы не только проверили в реальном сценарии пролета небесного тела, но и собрали интересные данные. После окончания миссии «Галилео» в 2003 году окрестности Юпитера никто не посещал, а приборы «Новых Горизонтов» были гораздо лучше.
Большое красное пятно глазами Ralph
Анимация вулкана на Ио
Плутон
После Юпитера «Новые Горизонты» годами летели в спящем режиме. Орбиту Сатурна зонд пересек в июне 2008, Урана - в марте 2011. Несмотря на то, что отдельные приборы начали работать раньше, полностью зонд «проснулся» 6 декабря 2014 года. И, начиная с января, мы получаем все более близкие фотографии Плутона и его спутников:
Плутон. Самый свежий снимок от 11 июля
Циклограмма пролета уже известна, ее можно посмотреть, скачав приложение NASA"s Eyes с официального сайта или посмотрев запись на YouTube (лучше разверните на весь экран):
А мы с вами посмотрим на этот пролет в Orbiter. Для этого нам понадобится:
- Аддон «Pluto and Moons»
- Аддон «New Horizons»
- Аддон «New Horizons Pluto Encounter»
Запускаем Orbiter. Нужный нам сценарий так и называется - New Horizons - Pluto Encounter
Привет, Плутон!
Клавиши управления:
Плутон в прицеле:
14 июля:
11:11 UTC, Плутон и Харон крупным планом, до точки максимального сближения меньше часа.
11:32 UTC. Снимут ли «Новые Горизонты» такое фото?
11:50 UTC (14:50 МСК). Точка максимального сближения находится уже с внешней стороны орбиты Плутона, отсюда он будет виден как серп.
12:50 UTC (15:50 МСК). Входим в тень Плутона. Спектрометр Alice будет собирать здесь очень интересные данные.
14:15 UTC (17:15 МСК). Входим в тень Харона.
~20 часов UTC 14 июля. Из окрестностей этой точки «Новые Горизонты» должны послать сигнал «звонок домой», означающий, что все прошло благополучно. На Земле его примут примерно в 4 часа утра по Москве.
Небольшой FAQ
Будет ли онлайн-трансляция с зонда?Нет, не будет. 14 июля зонд будет лететь почти все время в режиме радиомолчания. Это связано с тем, что антенна и научные приборы жестко закреплены на корпусе, и можно либо собирать данные, либо передавать их на Землю. К тому же скорость передачи данных низкая, в районе 1 килобита в секунду. В таком режиме одна фотография LORRI будет передаваться примерно час. Я уж не говорю о том, что антенны Deep Space Network, которые работают с межпланетными станциями, не отданы целиком для нужд «Новых Горизонтов», в Солнечной системе хватает станций, с которыми надо работать, и ЦУП «Новых Горизонтов» счастлив, если получает 8 часов антенного времени в сутки.
А на что тогда ориентироваться, каких событий ждать?
Самое важное событие, о котором будет известно общественности - это «звонок домой» в районе 4 утра по Москве. Он будет означать, что «Новые Горизонты» ни с чем не столкнулись, не ушли в безопасный режим, и не случилось никаких других происшествий.
Когда будут новые уникальные фотографии?
Фото Плутона с участка максимального сближения ожидают получить 15 июля, фото Харона ожидаются 16 числа. Первые цветные фото ожидаются в районе 18 июля. А передача всех собранных данных займет месяцы, ее планируют завершить аж в 2016 году.
Что с «Новыми Горизонтами» будет потом?
После пролета Плутона будут произведены поиски подходящего объекта в поясе Койпера . Специфика траектории означает, что подходящая цель должна быть в очень узком конусе, например, Эрида в качестве цели точно не подходит.
А можно было выйти на орбиту Плутона?
«новые Горизонты» имеют скорость относительно Плутона ~13 км/с. Всего запаса топлива на зонде хватит на изменение скорости на ~500 м/с. А если бы мы проектировали корабль, произвольно меняя соотношение деталей, то торможение на химических двигателях станции массой 478 кг доставило бы на орбиту Плутона примерно 6 килограмм, включая двигатели, которыми бы производилось торможение, и баки, где бы хранилось топливо.
В то же время, теоретически миссия с выходом на орбиту Плутона возможна. Но она потребует:
- Десятилетий на гравитационные маневры или просто более медленное движение (чтобы гасить меньшую относительную скорость у Плутона)
- Использования или связки и ионных двигателей.
- Использования более тяжелой ракеты-носителя для вывода гораздо большей начальной массы на орбиту Земли.
А где сейчас Плутон?
Если после полуночи посмотреть на небо и провести мысленно линию через Денеб и Альтаир, то Плутон будет низко над горизонтом в созвездии Стрельца. Его звездная величина 14, и в любительские телескопы увидеть Плутон не получится.
По тегу другие публикации о виртуальных космических путешествиях.
При подготовке публикации использовались
Описание проекта
Проект «Новые горизонты» – миссия НАСА по изучению Плутона и его спутников с помощью АМС, запущенной 19 января 2006 года. Миссия является частью программы «New Frontiers» (Новые рубежи). Для получения дополнительного ускорения аппарата был использован гравитационный манёвр в поле тяготения Юпитера в 2007 году и Плутона - в 2015. К сожалению, выход на орбиту Плутона не предусматривался. к тому времени АМС набрала слишком большую скорость. После пролёта вблизи Плутона АМС продолжила свой путь в поясе Койпера. Работа станции «New Horizons» рассчитана на 15 – 17 лет.
Плутон был открыт 18 февраля 1930 года американцем Клайдом Томбо в обсерватории в городе Флагстафф. До 2006 года он считался девятой планетой Солнечной системы, пока Международный астрономический союз не «понизил» его в звании до карликовой планеты. Причиной этого стал целый ряд открытий объектов пояса Койпера, почти не уступающих, а то и превосходящих его по массе.
Окрестности Земли станция «New Horizons» покинул с самой большой скоростью среди всех существовавших до того космических аппаратов, при выключении двигателей она составляла 16,26 километра в секунду относительно Земли. Гелиоцентрическая скорость составляла 45 километров в секунду, что позволило бы не совершать гравитационный манёвр около Юпитера. Но к 2015 году гелиоцентрическая скорость аппарата упала до 14,5 километров в секунду, тогда как скорость «Вояджера-1», успешно преодолевшего притяжение Солнца, составляет 17,012 километров в секунду (для приобретения такой бо́льшой скорости аппарат совершил дополнительный гравитационный манёвр около Сатурна).
Цели миссии New Horizons
Главная задача миссии - исследовать формирование системы Плутона и Харона , пояса Койпера, процессы, сопровождавшие раннюю эволюцию Солнечной системы. Космическая станция «New Horizons» должна заняться исследованием поверхности и атмосферы объектов в системе Плутона . Расширенная миссия включает в себя аналогичные исследования некоторых объектов пояса Койпера .
К задачам миссии относятся:
- 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
Устройство аппарата Новые Горизонты
1 - РИТЭГ, 2 - узконаправленная антенна, 3 - широконаправленная антенна, 4 - всенаправленная антенна, 5 - двигатели коррекции,6 - звёздные датчики, A - Alice,R - Ralph, L - LORRI, S - SWAP,P - PEPSSI, X - REX, D - VB-SDC.
1 - РИТЭГ, 2 - жалюзи системы обеспечения теплового режима, 3 - двигатели коррекции, 4 - всенаправленная антенна, 5 - звёздные датчики, A - Alice, R - Ralph, L - LORRI, S - SWAP, P - PEPSSI, X - REX, D - VB-SDC.
Масса аппарата - 478 кг, включая 77 кг топлива. Размеры - 2,2×2,7×3,2 метра.
Запуск был осуществлен с помощью американской ракеты-носителя «Атлас-5» в конфигурации «551» с применением российского двигателя РД-180, наиболее тяжёлого варианта этой ракеты из примененных в 2012 году, так как требовалось значительное ускорение аппарата.
Телеметрия и управление
Для связи АМС использует 4 антенны X – диапазона: узконаправленную с высоким коэффициентом усиления, широконаправленную со средним коэффициентом усиления и две всенаправленные антенны. На Земле для обмена данными используются антенны дальней космической связи, имеющие диаметр 70 метров и уже применявшиеся в проектах дальше орбиты Юпитера. Всенаправленные антенны применялись только на ранних этапах полёта АМС в околоземном пространстве и чтобы оказать помощь при аварийной ситуации (например, в случае потери ориентации).
При управлении передающим устройством допускается удвоение скорости передачи данных на Землю, такой способ передачи был успешно испытан в начале миссии и сейчас считается рабочим вариантом.
При проектировании системы связи большинство важных узлов были продублированы, чтобы при выходе из строя основного устройства его функции приняло на себя запасное. В районе Юпитера система отправляла на Землю данные со скоростью 38 килобит в секунду (4,75 кбайт/с), эта скорость, сравнима со скоростью работы устаревшего dial-upмодема. Информацию о системе Плутона аппарат передает со скоростью 768 бит в секунду (96 байт в секунду); на передачу одного мегабайта уходит примерно три часа. Хотя эта скорость и крайне мала, но она позволяет отправить на Землю бесценные научные данные и даже фотографии высокого качества. Кроме малой скорости, сложность работы с системой связи заключается в задержке сигнала, составляющей четыре с половиной часа в каждую сторону.
Полученные данные первоначально будут сохраняться в накопителях бортового компьютера. Это вызвано отчасти высокой скоростью поступления информации, существенно превышающей пропускную способность передатчика, а также тем, что для уменьшения массы станции монтаж аппаратуры выполнен прямо на корпусе АМС и для её нацеливания требуется поворот всего аппарата.
Энергообеспечение
Источником электроэнергии служит радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ). Вначале миссии его мощность составляла 250 Ватт, каждые четыре года она уменьшается на 5 процентов, что обеспечивает мощность в 200 Ватт при выполнении основного этапа миссии - пролёте в системе Плутона. Это значительно уступает мощности РИТЭГов, установленных на «Вояджерах» (470 Ватт на старте, 290 Ватт по состоянию на 2006 год). Это объясняет меньшую длительность проекта, который должен завершиться в 2020-ых годах, когда АМС пролетит расстояние в 50 - 55 астрономических единиц.
Основой системы питания послужила уже опробованная в других миссиях («Улисс», «Галилео», ) модель РИТЭГа «GPHS-RTG». В генераторе содержится около 11 килограммов топлива в виде 72 капсул оксида плутония-238. Каждая капсула расположена в силовом корпусе из иридия, поверх которого находится оболочка из графита.
Этот изотоп отличается высоким тепловыделением на единицу массы, а также радиоактивным распадом, проходящим с испусканием только альфа-частиц, что позволяет использовать только лёгкую радиационную защиту. Данный изотоп можно получить лишь при выработке оружейного плутония, однако эти работы остановлены и в США, и в России, и это делает его крайне дефицитным и дорогим.
Проблемы с финансированием и задержки в производстве привели к тому, что генератор получил меньшую мощность, чем было изначально запланировано, что привело к пересмотру программы исследований. Масса плутония в РИТЭГе «NewHorizons» примерно в три раза меньше, чем было в миссии «Кассини-Гюйгенс».
Вычислительный комплекс станции
Вычислительный комплекс АМС представлен двумя системами - системой обработки команд и данных и системой навигации и управления. Каждая из них продублирована, всего вычислительный комплекс состоит из четырех компьютеров. В основе каждого лежит процессор Mongoose-V (радиационно-стойкая версия процессора R3000) с архитектурой MIPS, работающий на частоте 12 мегагерц. В сравнении с процессором RAD750, используемом в миссии , он менее производителен и работает с меньшей частотой (12 против 200 мегагерц), но его стоимость гораздо меньше. Для сохранения полученной информации служат два банка флеш-памяти (основной и запасной) объёмом по 8 гигабайт.
Платы компьютеров расположены в специальных модулях, в которых поддерживается нужный температурный режим; также там размещены электронные компоненты приборов и органов управления.
19 марта 2007 года в результате сбоя компьютер произвел перезагрузку и перешёл к защищённому режиму работы. Для полного восстановления работоспособности потребовалось двое суток, но часть собранных данных о магнитосфере Юпитера была потеряна. Данное происшествие не повлияло на основную миссию АМС.
Ориентация и стабилизация
Поскольку бортовой источник энергии АМС не располагает нужной мощностью для стабилизации посредством маховиков, ориентация и стабилизация аппарата выполняется только корректирующей двигательной установкой, топливом для которой служит метилгидразин. В топливном баке «New Horizons» помещается до 90 килограммов метилгидразина, но было загружено лишь 77 килограммов, чего достаточно для придания аппарату дополнительной скорости в 290 метров в секунду.
- АМС New Horizons сделала снимок этот снимок Европы после максимального сближения с Юпитером
- 1Юпитер и его спутник Ио. Снимок сделан АМС New Horizons в начале 2007 года.
- Комбинированный снимок северного сияния на Юпитере, сделанный New Horizons и косми́ческой рентгеновской обсерватоорией Chandra
- Изображение Малого красного пятна в атмосфере Юпитера, составленное из снимков космического телескопа Hubble и АМС New Horizons
Обеспечение теплового режима
Температура внутри АМС колеблется от 10 до 30 °C. В начале полета на стороне аппарата, обращённой к Солнцу, температура хотя и выходила из этого коридора, но не была выше 40 °C. Минимум допустимой температуры составляет 0 °C, это обусловлено температурой замерзания гидразина.
Температурный режим зависит от баланса электропитания, тепла, выделяемого РИТЭГом, выделения тепла через термоизоляцию и внешние элементы станции.
Для поддержания температурного режима аппарат обёрнут лёгкой многослойной термической изоляцией, удерживающей тепло, выделяемое работающей электроникой.
Приборы, установленные на АМС
АМС «Новые Горизонты» оснащена следующими приборами:
- ультрафиолетовым спектрометром Alice для изучения состава атмосферы и структуры поверхности Плутона. Он был разработан в Юго-западном исследовательском институте. Такой же прибор был создан для АМС «Розетта» Европейского космического агентства;
- обзорной фотокамерой Ralph, работающей в видимом и инфракрасном диапазонах;
- камерой LORRI (Long-Range Reconnaissance Imager) с разрешением в 5 микрорадиан, способной производить детальную съёмку и съёмку с большого расстояния. Камера была разработана в APL;
- измерителем параметров частиц солнечного ветра SWAP (Solar Wind Analyzer for Pluto), разработанным в Юго-западным исследовательским институтом. Он поможет установить наличие у Плутона магнитосферы, а также определить скорость, с которой он теряет атмосферу;
- спектрометром энергетических частиц PEPSSI (Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation). Задача прибора - поиск нейтральных атомов, уходящих из атмосферы Плутона и получающих заряд от солнечного ветра;
- детектором пыли VB-SDC (Venetia Burney Student Dust Counter) для определения концентрации пылевых частиц в поясе Койпера;
- радиоспектрометром REX (англ. Radio EXperiment), интегрированным с основной антенной АМС. Его задача - изучение структуры атмосферы Плутона, тепловых свойств его поверхности и измерение массы Плутона, Харона и некоторых объектов пояса Койпера).