evan_gcrm (evan_gcrm) wrote,
evan_gcrm
evan_gcrm

Category:

Пролетаем Плутон с «Новыми Горизонтами»

Оригинал взят у lozga
01.jpg

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


02.jpg
"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 РИТЭГ 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 определения положения аппарата в пространстве 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.

03.jpg

04.jpg

05.jpg

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


06.jpg

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.

07.jpg
Большое красное пятно глазами Ralph

08.gif
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:

09.gif

10.gif

11.jpg
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:

Порядок установки:

  1. Распаковываем в папку симулятора "Pluto and Moons".

  2. В папке \Config симулятора добавляем в файл Sol.cfg строки
    Planet## = Pluto
    Pluto:Moon1 = Charon
    Pluto:Moon2 = Nix
    Pluto:Moon3 = Hydra
    
    заменив решетки на номер планеты. В моем случае последний номер был 8, меняем ## на 9:
    12.jpg

  3. Распаковываем в папку симулятора "New Horizons".

  4. Распаковываем в папку симулятора "New Horizons Pluto Encounter", перезаписывая существующие файлы.


Запускаем Orbiter. Нужный нам сценарий так и называется - New Horizons - Pluto Encounter
13.jpg

Привет, Плутон!
14.jpg

Клавиши управления:

  • F1 - переключение вида от первого/третьего лица.

  • T - ускорить время в 10 раз, R - замедлить.

  • Клавиши управления ориентацией:
    15.jpg
    И очень полезная Num 5 останавливает вращение по всем осям.

  • Z - уменьшить поле зрения (приблизить объект), X - увеличить поле зрения (отдалить объект)

  • F9 - режим планетария, с подписанными названиями объектов и созвездиями.

  • H - режим индикатора на лобовом стекле. Циклически переключает режимы Орбита/Поверхность/Стыковка.



Плутон в прицеле:
16.jpg

14 июля:
17.jpg

11:11 UTC, Плутон и Харон крупным планом, до точки максимального сближения меньше часа.
18.jpg

11:32 UTC. Снимут ли "Новые Горизонты" такое фото?
19.jpg

11:50 UTC (14:50 МСК). Точка максимального сближения находится уже с внешней стороны орбиты Плутона, отсюда он будет виден как серп.
20.jpg

12:50 UTC (15:50 МСК). Входим в тень Плутона. Спектрометр Alice будет собирать здесь очень интересные данные.
21.jpg

14:15 UTC (17:15 МСК). Входим в тень Харона.
22.jpg

~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.
23.jpg

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.

А почему такая медленная связь?
Скорость связи определяется возможностью отличить сигнал от шума. Говоря очень простым языком, чем меньше мощность передатчика, меньше антенна и больше расстояние, тем медленнее приходится передавать данные, чтобы их можно было разобрать на принимающей стороне. Антенна размером с телескоп Аресибо, запитанная от АЭС, смогла бы передавать данные гигабитами, если не терабитами в секунду. "Новым Горизонтам" с антенной диаметром 2 метра и бортовым источником энергии в 200 Вт приходится довольствоваться гораздо меньшим.
Также см. теоремы Шеннона для канала с шумами.

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:

  1. Десятилетий на гравитационные маневры или просто более медленное движение (чтобы гасить меньшую относительную скорость у Плутона)

  2. Использования ядерных двигателей или связки ядерного реактора и ионных двигателей.

  3. Использования более тяжелой ракеты-носителя для вывода гораздо большей начальной массы на орбиту Земли.


На этом фоне идея разогнать до большой скорости сравнительно небольшой аппарат, долететь до Плутона всего за десять лет и собрать информацию с пролетной траектории выглядит быстрой, дешевой и эффективной.

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.

24.jpg

По тегу Orbiter другие публикации о виртуальных космических путешествиях.

При подготовке публикации использовались материалы журнала "Новости космонавтики". Теперь журнал можно приобрести не только в бумажном, но и в цифровом виде, в приложении "VipishiSmart: цифровая пресса", доступном для iOS и Android.
Tags: Интересное, Космос
Subscribe
promo evan_gcrm march 28, 2018 19:35 141
Buy for 30 tokens
Основополагающим элементом, основным двигателем всей жизни, является репликатор. Скопированная информация - это и есть «репликатор». На Земле первый репликатор довольно бесспорный - это гены, или информация, закодированная в молекулах ДНК. Точнее это первый репликатор, о котором мы знаем.…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments