Касини-Хюйгенс (мисия)
от Уикипедия, свободната енциклопедия
 |
|
| Анимация на космическия апарат Касини-Хюйгенс по време на изпълнение на маневра за влизане в орбита около Сатурн. | |
| Общи данни | |
|---|---|
| По програма на | НАСА, ЕКА, ИКА |
| Основни изпълнители | JPL, EADS |
| Тип | автоматичен |
| Основни цели | изследване на Сатурн и неговите спътници |
| Орбита/траектория | орбита около Сатурн |
| Запуск | 15 октомври 1997 г. Кейп Канаверъл |
| Стартова установка | Титан IVB/Кентавър |
| Маса | 5600 kg |
| Важни събития | спускане на сондата Хюйгенс на повърхостта на Титан |
| Продължителност | 12 години |
| Състояние | функциониращ |
| Интернет страница | http://saturn.jpl.nasa.gov |
| Оборудване | |
|
|
Касини-Хюйгенс е космически апарат съвместен проект на НАСА, Европейската космическа агенция (ЕКА) и Италианската космическа агенция (ИКА). Основна цел на мисията е изследване на Сатурн и неговите спътници. Апаратът се състои от две основни части: орбиталният модул Касини носещ името на астронома Джовани Доменико Касини и спускаемия модул Хюйгенс носещ името на астронома Кристиян Хюйгенс.
Апаратът беше изстрелян на 15 октомври 1997 г. и влезе на орбита около Сатурн на 1 юли 2004 г. На 25 декември 2004 г. спускаемият модул се отдели от орбиталния модул и навлезе в атмосферата на Титан на 14 януари 2005 г. Спускаемият модул предаде данни за атмосферата и повърхността на спътника, както и направи множество снимки.
Касини-Хюйгенс е първият апарат на орбита около Сатурн и едва четвъртият посетил планетата.
[редактиране] Общи задачи и характеристики
Основните цели на мисията са:
- Установяване на триизмерната структура и динамика на планетарните пръстени на Сатурн.
- Установяване на състава на спътниците и геологическата им история.
- Установяване на произхода на тъмния материал на водещото полукълбо на Япет
- Измерване на триизмерната структура и динамика на магнитосферата на Сатурн.
- Изследване на динамиката на атмосферата на Сатурн.
- Изследване на облачната покривка и смог на Титан.
- Изследване на повърхността на Титан.
Апаратът Касини-Хюйгенс беше изстрeлян на 15 октомври 1997 г. от базата на американските ВВС в Кейп Канаверал, Флорида, САЩ от стартов комплекс 40 използвайки ракетата на ВВС Титан IVB/Кентавър. Ракетата се състоеше от двустепенен ускорител Титан IV с присъединени два твърдогоривни ускорителя, горната степен Кентавър и полезен товар състоящ се от космическия апарат.
Космическият апарат от своя страна се състои от орбиталния модул Касини и спускаемия модул Хюйгенс. За орбиталния модул е предвидена орбита около Сатурн и сближавания с неговите спътници в продължение на четири години, а за спускаемия модул — изследване на повърхността и атмосферата на Титан.
Касини-Хюйгенс е продукт на сътрудничеството на три космически агенции включващи 17 страни. Орбиталният модул е построен и управляван от НАСА и JPL към Калифорнийския технологичен институт, докато сондата Хюйгенс е построена от ЕКА. ИКА достави основната антена на орбиталния модул и компактния и лек многофункционален радар.
Общата стойност на мисията е около 3,26 милиарда щатски долара, в това число 1,4 милиарда за предстартова разработка, 422 милиона за ракетата изстреляла апарата, 704 милиона за опериране на мисията и 54 за наблюдение. Делът на НАСА е 2,6 милиарда, следван от 500 милиона на ЕКА и 160 милиона на ИКА.
[редактиране] Конструкция
За апарата първоначално е било планирано да бъде стабилизиран по трите оси, захранван от РТГ тип Маринър Марк II, разработен за мисии отвъд орбитата на Марс. Касини е бил разработван съвместно с апарат предназначен за посещения на комети и астероиди, но поради съкращения в бюджета на НАСА, този проект е бил спрян.
Апаратът състоящ се от орбиталния и спускаем модули е един от най-големите (по-тежки са само апаратите по съветската програма Фобос) и със сигурност най-сложен апарат някога изстрелван. „Сухата маса“ на орбиталния модул е 2150 килограма. Общата маса на целият комплекс е 5600 килограма като в това число влизат и тежащата 350 kg сонда Хюйгенс и 3132 kg гориво за маневриране на орбиталния модул. Апаратът има размери от проблизително 6,9 метра височина и 4 метра ширина. На борда са налични 1630 електрически вериги, 22000 жични съединения и над 14 километра кабели.
Касини ще се намира от 8,2 до 10,2 АЕ от Земята по време на своята мисия, което значи че ще отнема на радиосигналите от апарата да достигнат до Земята между 1 час и 8 минути и 1 час и 24 минути. Този факт налага внимателно планиране на мисията поради факта че на наземното управление ще са необходими до 3 часа за изпращане на нови инструкции към апaрата вслучай на непредвидени обстоятелства.
[редактиране] Оборудване
Оборудването на Касини включва:
- радар със синтетична апертура
- CCD оптична система
- спектрометър във видимия и инфрачервен диапазон
- композитен инфрачервен спектрометър
- прибор за анализ на космически прах
- уред за радио и плазма експерименти
- плазмов спектрометър
- ултравиолетов спектрограф
- магнетосферен инструмент
- магнетометър
- масов спектрометър
Телеметрията се осъществява посредством антена и други специални предаватели ще се използва за анализ на атмосферите на Титан и Сатурн, както и за измервания на гравитационните полета на планетата и спътниците й.
- Плазмен спектрометър
- Плазменият спектрометър е прибор за измерване на енергията и заряда на частици като протони и електрони. Предназначен е за изследване на молекули от йоносферата на Сатурн и регистриране на конфигурацията на магнитното поле на планетата, както и нейното взаимодейстеив със слънчевия вятър [1].
- Анализатор на космически прах
- Анализаторът на космически прах е прибор за измерване на големината, скоростта и посоката на малки частици в близост до Сатурн. Някои от тези частици са на орбита около планетата, докато други са с междузвезден произход. Инструментът ще помогне да бъде разкрит строежа на планетарните системи и произхода на Вселената. [2]
- Инфрачервен спектрометър
- Инфрачервеният спектрометър е инструмент измерващ инфрачервеното лъчение на даден обект (идващо от атмосферата или повърхността на спътник), като по този начин бива установена термпературата и състава на този обект. Инструментът на борда на Касини-Хюйгенс ще измери температурата на атмосферата на Сатурн, както и неговите пръстени. Ще бъдат съставени вертикални температурни профили и оценени състава и концентрацията на аерозоли и облаци. [3]
- Йонно и неутрално масов спектрометър
- Йонно и неутрално масовия спектрометър е предназначен за анализиране на заредени частици като протони и тежки йони, както и неутрални частици като атоми в близост до Титан и Сатурн с цел изучаване на техните атмосфери. Ще бъдат направени измервания и ледените спътници на Сатурн, както и на пръстените на планетата. [4]
- Визуална система
- Визуалната система представлява система от камери позволяващи заснемането на снимки във видимия диапазон, както и в инфрачервения и ултравиолетовия диапазон. Налични са две камери — широкоъгълна и тясноъгълна. Всяка от тях включва високочувствителни CCD с разделителна способност от 1024 на 1024 пиксела, всеки размери от 12 микрометра. Налични са филтри позволяващи заснемането в диапазона на дължини на вълната от 0,2 до 1,1 μm. [5]
- Магнетометър
- Магнетометърът е инструмент измерващ силата и посоката на магнитните линии на магнитното поле на Сатурн. Магнитното поле на планетата отчасти е породено от движението на материал в разтопената й вътрешност, и измерванията на полето позволяват разгадаване на процесите протичащи там. С помощта на инструмента се очаква да се създаде триизмерен модел на магнитосферата на Сатурн, както и на Титан и другите по-малки спътници. [6]
- Инструмент за магнитосферни наблюдения
- Инструментът за магнитосферни наблюдения е инструмент за заснимане на частици в магнитното поле на Сатурн. С негова помощ ще бъдеф изследвана конфигурацията и динамиката на полето и взаимодействието му със слънчевия вятър, атмосферата на планетата и нейните спътници. [7]
- Радиолокационен инструмент
- Радиолокационният инструмент ще предостави възможност за съставяне на карти на повърхността на Титан и измерване на височината на различните геологични образувания на спътника. Инструментът генерира радиовълни които биват отразени от повърхността на Титан, като достигат обратно до Касини. Чрез точното измерване на продължителността на интервала между излъчеането и получаването на радиовълните може да бъде характеризиран терена на Титан. Ще бъдат изследвани и радиолъченията на Сатурн и други от неговите спътници. [8]
- Радио и плазмен инструмент
- Радио и плазмения инструмент ще изследва радиосигналите на Сатурн , в това число радиосигналите породени от взаимодействието на слъчевия вятър със Сатурн и Титан. Основните задачи на инструмента са изследване на електрическите и магнитни полета на междупланетното пространство и магнетосферата на Сатурн. Ще бъдат определени и електронната плътност и температура в близост до Титан и в някои райони от магнитосферата на Сатурн. В допъление, ще бъдат съставени карти на магнитното поле на Сатурн и йоносфера, както и ще бъдат изследвани светкавиците в атмосферата на планетата. [9]
- Радио система
- Радио системата използва радиоантени на Земята за регистриране на промените настъпващи в радиовълните излъчени от Касини след преминаване през различни обекти като атмосферата на Титан, пръстените на Сатурн или Слънцето. Ще бъдат изследвание състава на атмосферите и йоносферите, радиалната структура и размер на частиците в пръстените на Сатурн, както и въздействието на гравитацията на Слънцето върху разпространението на радиовълните. За целта се използва X-лентата за комуникации, както и S-лентата за комуникация Касини-Земя и Ka-лентата за комуникация Земя-Касини. [10]
- Ултравиолетов спектрограф
- Ултравиолетовия спектрограф е предназначен за заснемане на отразена ултравиолетова светлина от обекти като облаците и пръстените на Сатурн, с цел изучаване на техния състав. Регистрирани биват дължини на вълните от 55,8 до 190 nm. Инструментът може да заснеме многобройни снимки, като позволява изучаването на динамиката на обектите. [11]
- Спектрометър във видимия и инфрачервен диапазон
- Спектрометърът във видимия и инфрачервен диапазон е предназначен за заснимане на обекти във видимия и инфрачервен диапазон като повърхността на различни спътници и пръстени, както и атмосферите на Титан и Сатурн. Могат да бъдат наблюдавани окултации на звезди при тяхното преминаване през пръстените на Сатурн с цел изследване структурата на последните. Ще бъдат изследвани дължини на вълните от 0,35 до 5,1 mm. Една от основните цели на инструмента е изследване на атмосферните явления на Сатурн. [12]
[редактиране] Плутоний на борда
Поради отдалечеността на Сатурн от Слънцето, слънчевите панели не са практичен източник на енергия. Поради тази причина за генериране на електрическа енергия за захранване на системите на апарата бива използван радиоизотопен термоелектричен генератор (РТГ), който използва топлината на радиоактивния разпад на плутония, намиращ се под формата на плутониев диоксид. С времето енергията генерирана от РТГ намалява поради намаляването на концентрацията на плутония, средно с около 1% годишно. РТГ на борда на Касини е разчетен за използване в продължение на поне 11 години, като в края на периода той ще генерира поне 628 вата.
На борда на Касини по време на запуск се намират 32,8 kg плутоний — най-голямото количество дотогава изстрелвано в Космоса. Този факт привлича вниманието на значителен брой природозащитни групи който простетират изстрелването на толкова голямо количество радиоактивен материал, поради опасения че в случай на стартова авария той може да се разпръсне по земната повърхност, замърсявайки значителни площи и подлагайки на риск живота на много хора. НАСА от своя страна уверява обществеността че шансовете за авария са минимални. За последен път демонстрации се провеждат през август 1999 г. когато апарата се сближава със Земята, използвайки нейната гравитация за да се ускори по посока към Сатурн.
[редактиране] Спускане на Хюйгенс
Виж Хюйгенс (сонда) за повече информация
Сондата Хюйгенс конструирана от ЕКА навлезе в атмосферата на Титан на 15 януари 2005 г. Сондата успешно се спусна на повърхността на спътника и предаде данни. На борда на Касини се намира специална апаратура предназначена за комуникация със сондата, включваща електроника за следене на апарата и обработка на постъпващите данни.
[редактиране] Важни събития и открития
[редактиране] Хронология
За подробна хронология на мисията виж Касини-Хюйгенс (хронология).
[редактиране] Посещение на Юпитер
Касини се сближи максимално с Юпитер на 30 декември 2000 г. и проведе многобройни измервания. Около 26 хиляди снимки бяха заснети в продължение на един месец, позволили създаването на общата снимка на Юпитер с най-голяма разделителна способност — около 60 km/пиксел.
Едно от основните открития оповестено на 6 март 2003 г. ([13]) се отнасяше до атмосферната циркулация на планетата. В атмосферата на Юпитер са налични тъмни пояси редуващи се със светли зони. В миналото за светлите зони съдържащи облаци се е считало че съдържат възходящи конвекционни потоци, подобно на земните атмосферни явления. Анализ на снимките изпратени от Касини обаче показва че в тъмните пояси се издигат бели облаци, които са твърде бледи за да бъдат наблюдавани от Земята. Така учените заключват че потокът на конвекцията в тъмните пояси е възходящ, а в светлите зони — низходящ.
Други наблюдавани атмоферни явления включват тъмен облак с големина приблизително колкото Голямото червено петно вблизост то северния полюс на планетата. При инфрачервени наблюдения са разкрити и пояси на атмосферна циркулация на ширини близки до полюсите.
При наблюдения на отразената от пръстените на Юпитер светлина е установено че изграждащите ги частици са с неправилна форма и най-вероятно са породени вследствие на микрометеоритни сблъсъци на повърхностите на някои от спътниците на Юпитер, като Метис и Адрастея.
[редактиране] Проверка на теорията на относителността
На 10 октомври 2003 г. беше проведен експеримент с цел потвърждение на общата теория на относителността. За целта бяха изпратени радиосигнали от Касини към Земята и беше наблюдавана промяна в тяхната траектория при преминаването им вблизост до Слънцето. Така беше потвърден факта че масивен обект като Слънцето изкривява пронстранствено-времевия континум. Експерименталните резултати съвпаднаха с теоретичните с грешка по-малка от една 20 милионна част, което представлява най-точното до момента потвърждение на теорията на Айнщайн.
[редактиране] Липсващи спици в пръстените
На снимки разпространени на 9 февруари 2004 г. липсват очакваните "спици" в пръстен Б на Сатурн, които бяха открити през 1981 г. от апаратите Вояджър, не са наблюдавани, въпреки многократно по-чувствителните камери на Касини (виж тази снимка).
[редактиране] Новооткрити спътници
Използвайки снимки заснети от Касини през юни 2004 г. бяха открити два нови спътника. Двете тела са размери от едва няколко километра и носеха предварителните означения S/2004 S 1 и S/2004 S 2 съответно преди да бъдат именувани Метония и Палена в края на 2004 г.
На 1 май 2005 г. беше открит нов спътник в делението на Кийлър, носещ предварителното означение S/2005 S 1.
[редактиране] Посещение на Феба
На 11 юни 2004 г. Касини се сближи със спътника Феба, като осъществи първите близки наблюдения след Вояджър 2. Това посещение е единственото възможно за мисията поради отдалечеността на Феба от Сатурн. При анализа на снимките на повърхността беше установен терен покрит с множество кратери, част от който е необичайно ярък. Счита се че непосредствено под повръхността се съдържа лед.
[редактиране] Въртене на Сатурн
На 28 юни 2004 г. бяха оповестени резултатите от скоростта на въртене на Сатурн. За целта беше измерен периода на радиоемисиите на Сатурн от апарата, чийто резултати бяха потвърдени и от наземни наблюдения. Беше установена разлика от близо 6 минути спрямо период измерен от мисиите Вояджър през 1980 г. Учените изключват възмножността планетата да е забавила въртенето около оста си. Най-вероятното обяснение на този факт е преместването на източника на радиовълни на ширина с различна скорост на въртене.
[редактиране] На орбита около Сатурн
На 1 юли 2004 г. апаратът премина през делението на Енке на пръстените на Сатурн и влезе в орбита около планетата след седем годишно пътешествие през Слънчевата система. При осъществената маневра апаратът първо беше ориентиран така че антена му да предпази останалата част от апаратурата от частиците в равнината на пръстените. След преминаване през равнината, беше осъществено завъртане на 180 градуса, позволяващо на главния двигател да се задейства и забави движението на апарата достатъчно за да позволи на гравитацията на Сатурн да го прихване в силно елиптична орбита към 05:54 на 1 юли. По време на маневрата Касини премина на 20 000 km от връхните слоеве на атмосферата на планетата.
[редактиране] Посещения на Титан
На 2 юли 2004 г. само ден след влизане на орбита около Сатурн беше осъществен първото планирано наблюдение на Титан от разстояние 339 000 km. На снимките бяха наблюдавани облаци в областта на южния полюс за които се счита че съдържат метан, както и райони от повърхността със значително варираща яркост.
На 27 октомври 2004 г. беше осъществено сближаване само на 1200 km от повърхността на спътника, първото от общо 45 планирани за цялата мисия. Апаратът изпрати към Земята почти 4 гигабита данни за повърхността и атмосферата на спътника. Беше установен сравнително гладък терен, с вертикални отклонения не превишаващи 50 m. Не бяха намерени доказателства за или против наличието на морета от въглеводороди на повърхността. При следващите сближавания се очаква да се съберат достатъчно данни за картографирането на повърхността на спътника със значителна разделителна способност.
[редактиране] Спускане на Хюйгенс на повърхността на Титан
Сондата Хюйгенс се отдели от основния апарат на 25 декември 2004 г. и навлезе в атмосферата на Титан на 14 януари 2005 г. За повече информация виж Хюйгенс (сонда).
[редактиране] Посещение на Енцелад
По време едно от сближаванията си с Енцелад през 2005 г., Касини откри отклонение в магнитното поле на Сатурн в близост то спътника, издаващо наличието на тънка атмосфера. Установено беше наличието на йонизирана водна пара.
[редактиране] Радио-окултация на пръстените
На 3 май 2005 г. Касини започна да предава радиосигнали към Земята преминаващи през пръстените на Сатурн с цел установяване на размерите на изграждащите ги обекти.
[редактиране] Траектория
[редактиране] Виж още
- Хюйгенс (сонда)
- Хронология на Касини-Хюйгенс
[редактиране] Външни препратки
- Титан - спътник с атмосфера - Българският сайт за Титан
Страница на мисията Касини- Страница със снимки на Касини
- Информация за Касини от NSSDC
- Снимки на Касини
- Разходка из Слънчевата система на Касини (част 1), (част 2), (част 3), (част 4), (част 5), (част 6)
- Новини от мисията
[редактиране] Източници
- Дейвид Харланд, "Мисия до Сатурн: Касини и сондата Хюйгенс", 2002 ISBN 1852336560
- Ралф Лоренц и Жаклин Митон, "Повдигане на воала на Титан: Изследване на големия спътник на Сатурн", 2002 ISBN 0521793483
| Космически апарати на САЩ |
| Експлорър | Рейнджър | Сървейър | Маринър | Лунар орбитър |
| Пионер | Викинг | Вояджър | Магелан | Одисей | Хъбъл | Галилео | СОХО |
| Марс орбитър | Патфайндър | Марс глобъл сървейър | Касини-Хюйгенс |
| Марс експлорейшън ровър | Генезис | МЕСИНДЖЪР | Нови хоризонти |
| Космически апарати на ЕКА |
| Джиото | Розета | СОХО | Хъбъл | Хипаркос | Марс Одисей |
| Касини-Хюйгенс | Марс експрес | Смарт 1 | Венера експрес |
