11 февраля 2010 г. в 10:23:00 EST (15:23:00 UTC) со стартовой площадки SLC-41 станции ВВС CША «Мыс Канаверал» стартовыми командами компании United Launch Alliance осуществлен пуск PH Atlas V (№AV-021, конфигурация 401) с научным спутником - обсерваторией солнечной динамики SDO (Solar Dynamics Observatory) на борту.
    Ракета ушла со старта и легла на азимут 93.6°. Первая ступень «Атласа» отделилась через 4 мин 09 сек после старта. Еще через 10 секунд заработал двигатель разгонного блока Centaur, а в Т+4 мин 27 сек был сброшен обтекатель.

Ракета-носитель Atlas V разработана компанией Lockheed Martin Space Systems в рамках Программы развитого одноразового носителя EELV по заказу ВВС США.     Первая ступень, аналогичная для всех вариантов PH семейства, единый центральный блок ССВ (Common Core Booster) высотой 32.46 м и диаметром 3.81 м. Эта конструкция с жесткими несущими баками, выполненными из фрезерованных вафельных панелей, имеет много общего с первой ступенью другого семейства PH - Titan IV, разработчиком которого также являлась фирма Lockheed Martin.     На первой ступени установлен мощный двухкамерный кислородно-керосиновый двигатель РД-180, разработанный и построенный по заказу Lockheed Martin российским НПО «Энергомаш» имени академика В. П. Глушко. ЖРД имеет высочайшие удельные показатели в своем классе.     Второй ступенью служит новый криогенный РБ, построенный на базе многократно испытанных в полете верхних ступеней Centaur. Для увеличения топливной загрузки баки блока удлинены. В качестве двигательной установки используется форсированный вариант известного кислородно-водородного двигателя RL10 фирмы Pratt & Whitney, оснащенный соплом с раздвижным насадком.

ОБСЕРВАТОРИЯ SDO

    Двигатель «Центавра» проработал в первом включении 658 сек, обеспечив выход связки из разгонного блока, переходника и КА на промежуточную орбиту наклонением 28.7° и высотой 175.94x3707.74 км. Последовала баллистическая пауза продолжительностью 87 мин 24 сек, а затем двигатель РБ был запущен во второй раз на 195 сек.
    Через 108 мин 46 сек после старта SDO отделился от «Центавра» и вышел на орбиту с параметрами:

    >- наклонение - 28.55°;
    >- минимальная высота - 2495 км;
    >- максимальная высота - 35281 км;
    >- период обращения - 666.1 мин.

    Пуск «Атласа» с SDO намечался на 9 февраля, но из-за переноса старта «Индевора» с 7 на 8 февраля был также отложен на сутки. Во вторник 9 февраля носитель был вывезен на старт, в среду заправлен и подготовлен к пуску, но из-за сильного ветра (12 м/с и выше) запуск был перенесен на четверг 11 февраля.
    Состоявшийся пуск стал 602-м для ракет семейства Atlas, в том числе 316-м с мыса Канаверал. Для носителя Atlas V этот старт был 20-м.
    В каталоге Стратегического командования США аппарат получил номер 36395 и международное обозначение 2010-005А.
    До рабочей геосинхронной орбиты SDO добирался «своим ходом», выдав в общей сложности девять импульсов для поднятия перигея. Процесс шел медленнее, чем хотелось бы, потому что во время второго импульса аппарат ушел в защитный режим в связи с возмущениями ориентации. Специалисты подозревают, что возмущения возникли из-за «плескания» топлива в баках. Последующие маневры проводились в основном на двигателях ориентации, а не на маршевом ЖРД.
    К 9 марта SDO наконец поднял перигей до высоты геостационара, а 16 марта сформировал рабочую орбиту. Это - суточная геосинхронная орбита с наклонением 28.05°; проекция ее на земную поверхность имеет форму характерной восьмерки с пересечением экватора над 102° з.д.
    Обсерватория SDO станет основой научной программы «Жизнь со звездой» (Living With a Star, LWS). В рамках программы LWS изучаются солнечно-земные связи, непосредственно влияющие на биологические и социальные процессы на Земле. Работа SDO дополнит и улучшит возможности обсерватории SOHO, запущенной в декабре 1995 г.

ОБСЕРВАТОРИЯ SDO

    Каждые 10 секунд приборы зонда будут снимать Солнце с высоким разрешением и в разных участках спектра. SDO займется наблюдением за так называемыми зонами конвекции, составлением карт выбросов ионизированного газа с поверхности нашей звезды и исследованием коронарных петель, возникающих в периоды высокой солнечной активности.
    SDO будет получать такой огромный объем данных, что с их обработкой не справится даже самый мощный бортовой компьютер. Эту проблему разработчики решили самым простым способом: информация будет передаваться на Землю непрерывно, без обработки, со скоростью 130 Мбит в секунду! С целью ее приема на наземной станции White Sands в штате Нью-Мексико специально для проекта SDO построены две новые 18-метровые антенны.
    Совсем недавно Солнце наконец-то «проснулось» после долгого и глубокого минимума 2006-2009 гг. и наращивает свою активность, поэтому запуск SDO сейчас особенно актуален. Ожидается, что уже в 2013 г. 24-й солнечный цикл приблизится к своему максимуму; таким образом, за время плановой пятилетней миссии ученые надеются проследить нарастание активности от минимума до максимума, а если повезет - то и дольше.
    SDO - открытый проект. Данные, полученные с солнечной обсерватории, будут доступны любому ученому, способному разобраться в потоке необработанной информации. Интересно, что центр данных SDO откроется и в России: к нему российским астрономам и их коллегам из соседних стран обращаться будет проще и быстрее, чем к основному центру в Кембридже. Второй «зеркальный» центр находится в Брюсселе и предназначен для европейских ученых.
    Стоимость проекта SDO, включая запуск, управление в течение пяти лет и обработку данных, оценивается в 848 млн $.


    SDO был построен и прошел испытания в Центре космических полетов имени Годдарда (Гринбелт, штат Мэриленд).
    Солнечная обсерватория представляет собой аппарат с трехосной стабилизацией. Он оснащен двумя панелями солнечных батарей и двумя остронаправленными антеннами.
    Размеры аппарата - 4.5x2.22x2.22 м. Масса обсерватории при запуске составляет 3100 кг, из них 290 кг приходится на полезную нагрузку и 1450 кг - на топливо.

Конструкция и научная аппаратура КА SDO

ОБСЕРВАТОРИЯ SDO

    Основная двигательная установка аппарата - двухкомпонентный двигатель Aerojet тягой 100 фунтов (45.4 кгс).
    Две солнечные батареи размахом 6.5 м и общей площадью 6.6 м² выдают мощность 1540 Вт при КПД в 16%. Форма панелей СБ выбрана таким образом, чтобы не блокировать антенны аппарата.
    Командно-телеметрическая подсистема КА работает в S-диапазоне (частота линии «вверх» - 2044.34 МГц, «вниз» - 2220.1 МГц). Научная информация передается в Ка-диапазоне на частотах 26.3-26.7 ГГц.


    На борту новой солнечной обсерватории размещены три основных инструмента: прибор для съемки солнечной атмосферы AIA (Atmospheric Imaging Assembly), аппаратура для регистрации переменности Солнца в крайнем УФ-диапазоне EVE (Extreme Ultraviolet Variability Experiment) и гелиосейсмологическая и магнитная камера HMI (Helio-seismic and Magnetic Imager).
    Прибор AIA - целая батарея из четырех телескопов, которые будут каждые десять секунд фотографировать Солнце в десяти спектральных каналах. Из десяти «цветов» один предназначен для получения изображений фотосферы во всем оптическом диапазоне, а остальные девять работают в УФ-диапазоне. Среди них - каналы 170 нм (ультрафиолетовый континуум) и 160 нм (линия CIV) для изучения фотосферы и переходной области, 30.4 нм для наблюдения в линии Hell хромосферы и шесть каналов дальнего и крайнего ультрафиолета для изучения короны и солнечных вспышек в линиях железа разной степени ионизации. Несколько упрощая ситуацию, можно сказать, что приемники изображений чувствительны к ультрафиолетовым квантам с определенной энергией, соответствующей разным слоям солнечной атмосферы (ее температура возрастает с высотой).

Прибор AIA

ОБСЕРВАТОРИЯ SDO

    Регистрация изображений производится на ПЗС-матрицы размером по 4096x4096 пикселов, то есть 16 Мпикс. Это намного лучше телевизионного изображения высокой четкости и примерно соответствует качеству кинотеатра IMAX! Масштаб изображений - около 0.6" на пиксел, что соответствует примерно 400 км на поверхности Солнца. В норме каждую минуту семь коротковолновых каналов будут считываться по шесть раз, «картинка» в канале 160.0 нм - четырежды, а в 170.0 нм и в видимом - по одному разу. Выбрав для передачи лишь часть каналов, можно довести частоту опроса до 2 сек.
    Недостатком прибора AIA является сравнительно небольшое поле зрения. Диск Солнца виден полностью, но вот атмосферу, в которой происходят вспышки и выбросы вещества, AIA просматривает на небольшую высоту.
    AIA изготовлен Солнечной и астрофизической лабораторией Lockheed Martin (LMSAL) в г. Пало-Альто.
    Прибор EVE должен измерять общий поток ультрафиолетовых фотонов и рентгеновских квантов низких энергий, соответствующих длинам волн от 105 до 0.1 нм. В крайнем ультрафиолете Солнце исключительно переменно - его яркость в этом диапазоне меняется в сотни и тысячи раз (!). Крайний ультрафиолет определяет температуру внешних слоев земной атмосферы; он может значительно нагревать их, заставляя расширяться и оказывать более сильное тормозящее воздействие на низкие КА. Те же самые фотоны ответственны и за диссоциацию молекул и ионизацию атомов в ионосфере, а состояние последней, в свою очередь, сильно влияет на радиосвязь.

Прибор EVE

ОБСЕРВАТОРИЯ SDO

    EVE не предназначен для построения изображений, но зато каждые 10 сек он будет выдавать подробнейший спектр светила. Входящий в его состав спектрограф MEGS перекрывает диапазон 5-105 нм со спектральным разрешением 0.1 нм и производит поштучный подсчет фотонов самых высоких энергий (от 7 до 0.1 нм), а спектрофотометр ESP ведет измерения в четырех диапазонах между 17 и 38 нм.
    EVE создан в Лаборатории атмосферной и космической физики LASP Университета Колорадо.
    Еще один инструмент - HMI - позволит составить карту магнитных полей Солнца и, возможно, до конца понять физику «магнитного динамо» нашей звезды (динамо-эффект - эффект самогенерации магнитного поля при определенном движении проводящей жидкости).
    Сложное поведение магнитного поля Солнца определяет все формы солнечной активности - от сравнительно коротких вспышек и до длительных циклических изменений. Именно оно считается самым важным предметом исследований в гелиофизике.

Прибор HMI

ОБСЕРВАТОРИЯ SDO

    Для того чтобы заглянуть внутрь Солнца, будет применяться метод астросейсмологии - зондирования с помощью сейсмических волн, которые возникают непрерывно из-за вспышек и взрывов на поверхности светила.
    HMI будет получать изображения Солнца всего в одной спектральной линии нейтрального железа (длина волны - 617.3 нм) с регистрацией на две камеры размером 4096х 4096 пикселов. Пространственное разрешение составит 1", временное - около 4 сек.
    По 12 или 24 последовательным снимкам с разными настройками и поляризациями строятся допплерграммы (карты скоростей движения солнечной поверхности) и магнитограммы (карты магнитного потока и вектора магнитного поля).

ОБСЕРВАТОРИЯ SDO

    Поляризационный селектор позволит определить четыре параметра Стокса, определяющих поляризацию света, по которым ученые смогут восстановить направление и силу магнитного поля в каждом элементе поверхности и проследить, как закручены линии индукции поля по всему солнечному диску и в его окрестностях.
    Измерение профиля скоростей позволит определить, как движутся разные точки на поверхности Солнца и тем самым восстановить полную картину его колебаний, вращений и подрагиваний. Дальше методами астросейсмологии можно более или менее уверенно восстановить распределение плотности, температуры, состава и магнитных полей на глубине в сотни тысяч километров от поверхности звезды.
    HMI по замыслу и стратегии наблюдений близок к прибору MDI обсерватории SOHO, но он впервые сможет картировать три составляющих вектора магнитного поля. Прибор изготовлен Лабораторией LMSAL в сотрудничестве со Стэнфордским университетом.


    К 14 мая на американской обсерватории солнечной динамики SDO (Solar Dynamic Observatory) завершились все послепусковые проверки - и NASA официально объявило о начале пятилетней научной программы исследований Солнца.
    Время, прошедшее с запуска 11 февраля до момента начала научной миссии, было занято проверками функционирования аппаратуры и калибровками всех трех комплексов научных инструментов. По поводу официального вступления космического аппарата в строй в Центре управления миссией SDO, расположенном в Центре управления полетами Годдарда в Гринбелте, состоялась торжественная церемония.
    Интересно, что еще до официального начала работы аппарата были представлены первые изображения Солнца, полученные SDO. Наблюдения проводились в последних числах марта, во время тестовых включений инструментов обсерватории.

Снимок Солнца, полученный 30 марта сразу после завершения охлаждения камер AIA. Красные области имеют сравнительно низкую температуру (около 60 ООО К), а температура синих и зеленых участков превышает 1000 000 К. Слева вверху виден великолепный протуберанец.

ОБСЕРВАТОРИЯ SDO

    Ричард Фишер (Richard Fisher), директор отделения гелиофизики NASA, являющегося заказчиком проекта, полагает: «SDO изменит наше понимание Солнца и процессов, происходящих на нем, которые затрагивают нашу жизнь и общество. Эта миссия окажет огромное влияние на науку подобно воздействию Космического телескопа имени Хаббла в современной астрофизике».

Каскадные петли после Солнечной вспышки

ОБСЕРВАТОРИЯ SDO

    Разрешение передаваемых снимков в десять раз выше, чем у телевизионных передач стандарта HDTV. На полученных SDO изображениях видны детали и крупные планы процессов, происходящих на Солнце. В частности, стали доступны снимки потоков вещества, выбрасываемого звездой. Аппарату также удалось пронаблюдать выброс протуберанцев, случившийся 30 марта.
    Обсерватория SDO позволяет наблюдать почти все слои атмосферы Солнца (от поверхности до короны на высоте до одного солнечного радиуса), а также исследовать динамику магнитных полей в солнечной фотосфере и измерять спектры излучения.

Снимки прибора AIA 30 марта 2010 года, показывают диапазон длин волн 304 А. Это линия ультрафиолетового излучения от ионизированного гелия, соответствует 50 000 градусов по Цельсию.

ОБСЕРВАТОРИЯ SDO

    Каждые сутки аппарат передает на Землю около 1.5 Тбайт данных, что является эквивалентом загрузки 380 (!) полнометражных кинофильмов DVD-качества. Неудивительно, что одним из основных «продуктов» обсерватории являются не изображения, а фильмы. Просмотреть глазами такое количество отдельных кадров просто невозможно.
    Первые изображения, полученные SDO, уже представляют определенный интерес: они документируют различные проявления активности звезды - пятна, протуберанцы, выбросы корональной массы.

---