| |||||||||||||
| Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы! |
|
Исследование Солнечной Системы - Плутон и Харон
| |||||
 Исследователи |
|||||
Страница:
"New Horizons",
Старт к Плутону,
Около Юпитера,
Плутон все ближе,
Видим цель!,
Пролет Плутона,
Итоги встречи (Part #1, Part #2),
Плутон и Харон (Part #1, Part #2, Part #3, Part #4),
Фотогалерея Плутона;
|
|
Плутон и Харон
New Horizons на подходе к Плутону
До Плутона осталось всего 150 миллионов километров! Всего одна астрономическая единица из 30 лежащих между Солнцем и бывшей девятой планетой Солнечной системы. 15 января 2015 г. официально началась фаза подлета к Плутону американского межпланетного аппарата New Horizons. 25 января зонд приступил к навигационным съемкам цели, что стало началом практической подготовки к главному событию проекта. Первый в истории пролет земного КА около Плутона запланирован на 14 июля 2015 г.
Зонд New Horizons был запущен 19 января 2006 г. с мыса Канаверал ракетой Atlas V к Плутону - одному из самых крупных тел занептунного пояса астероидов, считавшемуся тогда девятой планетой Солнечной системы. 28 февраля 2007 г. аппарат прошел у Юпитера, добрав в результате гравитационного маневра около 2.5 км/с гелиоцентрической скорости и довернув в направлении цели.
На протяжении следующих семи лет New Horizons шел к цели, перемежая циклы активности, когда «Земля» проверяла системы и приборы КА, и периоды «спячки», когда аппарат летел в автономном режиме с выключенными системами. Всего с середины 2007 г. по декабрь 2014 г. было 18 таких периодов суммарной продолжительностью 1873 сут. Благодаря этому экономились средства на управление полетом и ресурс бортовых систем. Ровно за два года до встречи с Плутоном, 5-14 июля 2013 г., центр управления полетом в Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса (головная организация по проекту) совместно с Сетью дальней связи NASA с успехом провел генеральную репетицию пролета у карликовой планеты, как она классифицируется ныне. Непосредственно перед ней, 1 и 3 июля, бортовая камера LORRI впервые смогла разглядеть не только Плутон, но и его главный спутник Харон. В результате многочасовых навигационных сеансов на протяжении мая-августа 2013 г. была уточнена траектория полета КА. В бортовой компьютер заложили уточненную версию программ, обеспечивающих - в случае аварии - автономный полет и выход на связь с Землей. С 20 августа 2013 г. по 5 января 2014 г. аппарат пребывал в режиме «сна», а затем до 17 января «бодрствовал». За это время операторы перенацелили 2.3-метровую «тарелку» остронаправленной антенны на Землю, протестировали запасной инерциальный измерительный блок, загрузили уточненные программы в компьютеры двух подсистем -навигационной и управления и обработки данных. Были проведены новые сеансы навигационных измерений, чтобы определить фактическое положение и траекторию движения New Horizons. В интересах проекта работали и другие КА и наземные обсерватории. Так, в последнюю неделю января Cassini, находящийся на орбите вокруг Сатурна, с помощью своей съемочной системы ISS сделал шесть навигационных снимков Плутона. А 16 июня начались долгожданные наблюдения на «Хаббле», но не для точного выведения New Horizons к Плутону, а с целью поиска в поясе Койпера астероидов, с которыми аппарат смог бы встретиться после Плутона. Лето 2014-го
Аппарат «разбудили» вновь за день до этого, 15 июня, и он оставался на связи до 29 августа. Основной работой в этот период активности был восьмой цикл проверки систем и научной аппаратуры АСО-8. Со стороны служебного борта проверили оба комплекта подсистем - основной и запасной. В конце июня на борт заложили программу автономной работы КА на период сближения с Плутоном. Убедились в надежном функционировании семи научных приборов и провели некоторые калибровки, выполнили ценные измерения состояния плазмы в гелиосфере и пылевой среды. Все тесты прошли без замечаний, за исключением одного сеанса наблюдений с помощью ультрафиолетового спектрометра Alice для изучения распределения межпланетного водорода в окрестностях орбиты Нептуна. При запуске прибора он оказался холоднее допустимого предела, и высоковольтный источник прибора слишком медленно выходил на необходимый уровень напряжения. В результате бортовой компьютер прервал этот сеанс, а постановщики эксперимента лишь сказали «спасибо», так как поняли, что заложенные пределы необходимо смягчить перед реальной работой на подлете к Плутону.
15 июля 2014 г. в 02:45 UTC по бортовому времени КА состоялась коррекция траектории ТСМ-15. Несмотря на большой номер, она была лишь шестой в истории полета New Horizons и первой после выполненной в июне 2010 г. коррекции ТСМ-11. Маневр проводился ровно за год до прилета на расстоянии 435 млн км от цели, чтобы уточнить время прибытия аппарата в заданную точку прицеливания вблизи Плутона, а именно - приблизить этот момент на 36 минут. Как отметил руководитель группы планирования миссии Го Яньпин (Yanping Guo), это было первое намеренное изменение подлетной траектории начиная с 2008 г., и оно было связано с уточнением прогноза движения Плутона и Харона. Так как с момента открытия двойной планеты она сделала лишь чуть более одной трети витка вокруг Солнца, параметры ее орбиты определены пока что очень неточно, и ошибка прогноза все еще достигает нескольких тысяч километров. Программу коррекции заложили на борт 11 июля и уточнили 14 июля. Расчетная продолжительность включения двигателей была 87.52 сек при расходе топлива около 0.25 кг, приращение скорости - 1.08 м/с. Маневр был исполнен с минимальным отклонением от плана, и, как показали последующие навигационные измерения, необходимости в новой коррекции не будет по крайней мере до марта 2015 г. Как следствие, планирование возможного маневра в январе 2015 г. прекратили. 20-27 июля аппарат выполнил первый цикл навигационной съемки Плутона с помощью камеры LORRI. Целью его было дальнейшее уточнение орбиты и прогноза движения Плутона и Харона. Очевидно, что чем меньше будет ошибка прогноза, тем точнее можно спланировать баллистику пролета и тем меньше топлива придется тратить для компенсации непредвиденных отклонений. По кадрам, сделанным 19-24 июля, был составлен «мультфильм» движения Харона вокруг Плутона. Кроме того, при анализе серии фотографий камеры LORRI за 18 и 20 июля специалисты неожиданно сумели выявить Гидру - один из четырех малых спутников Плутона, хотя не считали возможным найти ее ранее января 2015 г., когда расстояние до цели будет вдвое меньше.
Параллельные наблюдения Плутона проводились на европейской многозеркальной радиообсерватории ALMA, которая находится в горном районе Чили на высоте около 5000 м над уровнем моря и работает в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах. Движение Плутона отслеживалось относительно далекого квазара J1911-2006, что обещало снизить погрешность определения его позиции примерно вдвое. Первый сеанс наблюдений состоялся в ноябре 2013 г., второй - в апреле 2014 г., третий и четвертый - в июле и пятый - в октябре. Добавим, что 24 августа три снимка Плутона с существенно иного ракурса сделал Cassini. Помимо навигационных съемок, New Horizons провел измерения кривой блеска Плутона и Харона и протестировал методику поиска опасных объектов вблизи планеты. Эта операция будет выполняться в апреле, мае и июне 2015 г. и позволит операторам окончательно выбрать один из вариантов траектории пролета - компромиссный между научной ценностью и безопасностью.
26 августа в 02:04 UTC New Horizons пересек орбиту Нептуна на расстоянии около 4.4 млрд км от Солнца и 4.0 млрд км - от самой планеты. Огромное расстояние, и тем не менее 10 июля New Horizons сумел отснять Нептун и его спутник Тритон на фоне звезд и тем самым уточнить свое собственное положение в пространстве. Орбита восьмой планеты была пройдена ровно через 25 лет после встречи с Нептуном легендарного аппарата Voyager 2. По такому случаю NASA провело пресс-конференцию, где бессменный научный руководитель «Вояджеров» д-р Эдвард Стоун передал научному руководителю New Horizons д-ру Алану Стерну флаг NASA, который стоял в центре управления полетом четверть века назад. После этого по командам с Земли New Horizons выставил свою антенну в том направлении, где будет наша планета в декабре, и 29 августа погрузился в свой последний перед Плутоном сон. Подтверждение этого события пришло в 13:21 UTC с задержкой более чем на четыре часа - на время прохождения радиосигнала. «Побудка» была назначена через 99 суток -6 декабря. За оставшееся время группа управления New Horizons подготовила четыре финальные версии программы пролета Плутона, каждая продолжительностью две недели. Зима 2015-го
7 декабря в 02:53 UTC станция Сети дальней связи в районе Канберры (Австралия) получила подтверждение тому, что New Horizons, следуя заложенной программе, перешел в активное состояние. В реальности включение аппарата произошло 6 декабря в 20:00 UTC. Через 87 минут после этого New Horizons начал передавать на Землю информацию о своем состоянии, а еще спустя 4 час 26 мин, пройдя 4.78 млрд км, радиосигнал достиг Земли. До Плутона в этот день оставалось 261 млн км и 219 суток пути. Примерно пять недель команда New Horizons вела проверку систем и приборов КА, одновременно продолжая разработку и тестирование программ этапа пролета. После этого 15 января 2015 г. официально началась первая из трех частей фазы подлета.
Аппарат приступил к практически непрерывным измерениям параметров межпланетной среды (солнечный ветер - SWAP, энергичные частицы - PEPPSI, космическая пыль - SDC) и будет продолжать их до начала мая. Наземные средства в сочетании с бортовым радиокомплексом использовались для определения траектории полета New Horizons. 25 января на дальности 203.0 млн км камера LORRI начала второй цикл навигационной съемки Плутона, чтобы уточнить положение планеты. На основе получаемых снимков и других данных навигационная команда проекта определит, нужно ли проводить 10 марта первую подлетную коррекцию, и если да, то какую именно. Если нет, то в марте будет сделана пауза в наблюдениях, чтобы дать команде отдых перед исторической встречей с Плутоном. 12 февраля пресс-служба проекта представила «мультфильм» вращения Харона и Плутона вокруг общего центра масс за 25-31 января. В последний день месяца до Плутона оставалось лишь 195.8 млн км (1.31 а.е.); изображение планеты занимало уже два пиксела, а вот Харон по-прежнему выглядел точкой. Лишь к середине мая качество изображений LORRI станет выше, чем дает «Хаббл» с околоземной орбиты; тогда и начнется проникновение в неведомое. Наилучшие снимки Плутона и Харона будут иметь разрешение порядка 70 м.
«Мы работали много лет, чтобы подготовиться к этому моменту, - говорит Марк Холдридж (Mark Hold ridge), руководитель пролетного этапа миссии New Horizons. - Аппарат мог проспать большую часть своего путешествия длиной около 5 млрд км, но наша команда делала все что угодно, кроме этого... Мы готовы к работе». Что после Плутона?
Первоначальное название проекта New Horizons было Pluto - Kuiper Belt, что подчеркивало его задачу: изучение Плутона и других тел занептунного астероидного пояса Койпера. На начало 2015 г. было известно 1353 тела пояса Койпера, но было бы наивно считать, что какое-то из них «подвернется» на пути аппарата после пролета Плутона на фоне созвездия Стрельца. Мысленно подсчитайте площадь сферы радиусом 44 а.е., разбросайте по ней равномерно 1353 точки, и вы увидите, что эти известные тела разделены не миллионами, а сотнями миллионов километров. Траектория движения New Horizons после Плутона в основном задается геометрией пролета, которая, в свою очередь, подбирается под задачи изучения Плутона, его спутников и колец, если таковые будут найдены. Следовательно, вероятность последующего случайного выхода КА к одному из 1353 известных тел равна нулю. Целенаправленный гравитационный маневр ко второй цели в ходе пролета Плутона был в принципе возможен, но вступал в противоречие с выполнением первоочередных задач проекта. Действительно, в этом случае потребовалось бы пересчитать привязанную к траектории оптимальную программу исследований, заложить уточненную версию на борт, пересчитать и провести подлетные коррекции и обеспечить облет Плутона по уточненной трассе с выходом КА ко второй цели. И все это - в условиях дефицита времени на планирование, программирование и тестирование нового сценария. Собственные же ресурсы New Horizons очень невелики. Перед стартом 480-килограммовый аппарат имел в баках 77 кг топлива, из которых уже 24 кг ушло на коррекции на девятилетием пути к главной цели. Ясно, что с учетом расхода на подлетные коррекции земной зонд будет обладать после пролета лишь микроскопическими возможностями целенаправленного отклонения своей траектории - не более 250 м/с суммарного приращения скорости. А еще нужно оставить как минимум 1 кг резерва для многолетней гелиосферной миссии по образцу «Вояджеров»... Поэтому стратегия поиска дополнительных астероидов для New Horizons заключалась в нахождении пока неизвестных потенциальных целей вблизи номинальной траектории. Статистические оценки показывали, что имеющимися земными и космическими телескопами на пятачке неба в созвездии Стрельца можно найти всего один подходящий астероид. Та же статистика говорила, что потенциальные дополнительные цели в среднем будут гораздо меньше и тусклее, чем 1353 занептунных астероида, найденные за последние 20 лет в ходе регулярных обзоров. С 2011 г. и до конца лета 2013 г. астрономы под руководством Джона Спенсера (John Spencer) из научной группы New Horizons провели 15 циклов поиска (в общей сложности 440 часов наблюдательного времени) подходящих объектов на крупнейших наземных телескопах с апертурами 8-10 м и выявили на предложенных площадках 51 тело пояса Койпера. Около десятка из них лежали в пределах 0.1 а.е. (15 млн км) от номинальной траектории зонда, но ни к одному New Horizons не мог приблизиться для детального изучения при располагаемых запасах топлива. Алан Стерн заявил тогда, что первый кандидат на близкий пролет может появиться, если их общее количество удастся удвоить. Чтобы максимально увеличить шансы, руководители проекта запросили до 200 витков наблюдательного времени на Космическом телескопе имени Хаббла, обладающем большей проницающей способностью (до +27.5m) и не испытывающем атмосферных и погодных помех. «Мы начали было беспокоиться, что не сможем найти ничего подходящего даже с помощью "Хаббла"», - вспоминал этот момент в истории проекта Джон Спенсер. Однако опасения оказались напрасными. 13 июня заявка была одобрена комиссией по распределению наблюдательного времени «Хаббла». Предварительный цикл наблюдений проводился с 16 по 26 июня 2014 г. за счет «директорского фонда» наблюдательного времени на 20 отдельных площадках в центральной части доступной зоны небесной сферы. Камера WFC3 сделала около 200 кадров, причем «Хаббл» поворачивался с расчетной скоростью углового движения потенциальных астероидов пояса Койпера - так, чтобы изображения звезд получились в виде дуг, а искомых тел - в виде точек.
Критерий успеха выглядел так: если в пробной серии Космический телескоп увидит по крайней мере два объекта с подходящим блеском, то методика поиска будет признана годной и будет дано разрешение использовать всё выделенное наблюдательное время уже для полноценного поиска в потенциально доступной для New Horizons зоне угловым диаметром около 0.5° в созвездии Стрельца. 28 июня стало ясно, что эта «норма выработки» достигнута, и 1 июля 2014 г. Научный институт космического телескопа подтвердил согласие на основной цикл наблюдений. Поиск проводился с 7 июля до 7 августа на 160 витках «Хаббла» с повторными наблюдениями наиболее интересных объектов еще на 40 витках в августе, сентябре и октябре. Зоркий глаз Космического телескопа сумел найти не одно, а сразу пять небесных тел пояса Койпера, в принципе доступных для New Horizons! Два из них отвергли по совокупности причин, а три приняли в разработку.
Как было объявлено 15 октября, найденные астероиды оказались небольшими, всего 1-2% от диаметра Плутона, но все же в 10 раз крупнее типичных кометных ядер. Все три находились в 43-44 а.е. от Солнца, то есть примерно на 10 а.е. дальше, чем Плутон, и не были доступны для наблюдений земными инструментами. Один астероид, с условным обозначением РТ1, был признан «определенно достижимым», а два других, РТ2 и РТЗ, - «условно достижимыми»: требовались дополнительные наблюдения для уточнения их орбит. Уточненная информация о кандидатах приведена в таблице. Окончательный выбор дополнительной цели должен быть сделан в августе, а коррекцию для перенацеливания на него можно будет провести в октябре-декабре 2015 г. Формальная заявка в NASA о продлении миссии New Horizons с целью исследования малого тела пояса Койпера будет подана в конце 2016 г., когда завершится прием и обработка научной информации о пролете Плутона. Новая встреча состоится, скорее всего, в 2019 г. Автор: И. ЛИСОВ, | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|