| |||||||||||||
| Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы! |
|
Исследование Солнечной Системы - Астероиды и Кометы
| |||||
Лилипуты |
|||||
Зонд Чанъэ-2 |
Страница:
Астероид 4179 Тутатис;
|
|
Чанъэ-2 пролет Таутатиса Астероид 4179 Таутатис (Аполлоны) 13 декабря 2012 г. в 16:30 по пекинскому времени (08:30 UTC) межпланетная станция «Чанъэ-2» успешно выполнила пролет астероида Тутатис и съемку этого небесного тела. Китайский аппарат прошел от цели на уникально малом расстоянии - всего 3.2 км - с относительной скоростью 10.73 км/с.
Основные даты и события полета перечислены в таблице 1.
Возможность направления «Чанъэ-2» к астероиду после выполнения основной задачи - детальной съемки Луны с орбиты - рассматривалась изначально, но средства космической связи на расстояниях свыше 3 млн км еще только создавались, а китайские специалисты в области управления не имели достаточного опыта в определении параметров орбиты и управлении КА на больших дистанциях. Поэтому решено было сделать промежуточную «остановку» вблизи точки либрации L2, находящейся в 1.5 млн км от Земли в противосолнечном направлении.
После прибытия в этот район в августе 2011 г. «Чанъэ-2» обращался вокруг L2 по так называемой орбите Лиссажу (трехмерная траектория без точного повторения, характерного для более обычной гало-орбиты), сделав 1.3 оборота в течение 234 суток. Эксперимент показал, что сопровождение КА в течение 30 суток позволяет определить его орбиту с заданной точностью, а с привлечением антенн китайской подсистемы радиотелескопов со сверхдлинной базой VLBI в Куньмине и в Миюне вблизи Пекина этот срок может быть сокращен до 20 суток. Одновременно с помощью бортовой научной аппаратуры выполнялись измерения в хвосте магнитосферы Земли и регистрация солнечных рентгеновских вспышек и космических гамма-всплесков. Перелет
В январе 2012 г. был выпущен официальный запрос предложений по второй дополнительной программе «Чанъэ-2». Рассматривались варианты посещения точек либрации L1 и L4, многократных пролетов Земли и Луны и исследования малых тел Солнечной системы. Основными ограничениями были скромный запас топлива на борту КА (в единицах скорости на уход от Луны и перелет в точку L2 ушло свыше 700 м/с, а оставалось около 120 м/с) и предельное расстояние от Земли до КА, обусловленное недостаточными возможностями используемых для связи и управления 18-метровых антенн в Каши и Циндао. В итоге в марте было принято предложение Китайской исследовательской академии космической техники о встрече с Тутатисом на расстоянии около 7 млн км от Земли. Оценки показывали возможность вывода КА на цель с погрешностью порядка 30 км с имеющимся запасом топлива. Официально, однако, задача была поставлена иначе: сохранив управление аппаратом, достичь расстояния 10 млн км от Земли. Операция по переводу станции на траекторию перехвата астероида началась 5 апреля 2012 г. Детали ее до настоящего времени не опубликованы, но известно, что рассматривались по крайней мере два варианта перелета с разным расходом топлива на маневры: базовый (107.5 м/с) и оптимизированный (85.6 м/с). Проведенная 15 апреля коррекция величиной 6.2 м/с была общей для обоих вариантов, и после нее КА еще оставался на орбите, близкой к траектории Лиссажу. «Чанъэ-2» покинула ее лишь 1 июня и провела по дороге к астероиду еще одну большую коррекцию.
К сожалению, даты двух маневров прицеливания известны только для оптимизированной схемы - 31 мая (приращение скорости 32.9 м/с) и 24 сентября (46.5 м/с). По итогам встречи с Тутатисом заместитель главного конструктора системы управления Чжоу Цзяньлян сообщил, что топлива осталось менее чем на 10 м/с, но неизвестно, стало ли это следствием выбора базовой схемы или неточностью реализации оптимизированной траектории. 0 плане встречи с Тутатисом в официальных китайских СМИ не сообщалось почти ничего вплоть до даты пролета - 13 декабря. Выступление академика Оуян Цзыюаня 15 июня, в котором впервые были оглашены планы исследования астероида, осталось незамеченным. 30 июля издание China Daily со слов все того же Оуяна написало, что 15 апреля «Чанъэ-2» начал перелет к Тутатису, и это было, кажется, единственное англоязычное сообщение по теме. На китайском этот перелет упоминался в сообщениях Китайской АН за 17 сентября и 28 октября о завершении строительства в районе Шанхая, на горе Шэшань в районе Сунцзян, 65-метрового радиотелескопа для системы VLBI. Указывалось, что он введен в строй как раз вовремя, для того чтобы опробовать в ходе пролета «Чанъэ-2» у астероида.
В вышедшей в ноябре статье об истории проекта «Чанъэ» сообщалось, что 9 октября 2012 г. КА находился на расстоянии 2.61 млн км от Земли. Вторая коррекция траектории к этому дню уже была проведена, все бортовые системы работали штатно. «В дальнейшем аппарат будет использоваться для проверки двух станций дальней связи», - говорилось в статье. Речь шла о новых станциях Сети дальней связи в Каши и Цзямусы с антеннами диаметром 35 м и бб м, введенных в строй досрочно и без особой рекламы. С 29 ноября началась и совместная работа в интересах проекта двух шанхайских антенн - 65- и 25-метровой. Суммарные возможности всех новых объектов позволили довести точность определения положения и прогноза КА до 11 км. Текущая орбита Тутатиса уточнялась в течение мая-ноября 2012 г. на трех китайских обсерваториях и привлеченными средствами на Гавайях и в Чили. Получив данные в более чем 300 сеансах съемки, астрономы баллистической лаборатории обсерватории «Пурпурная гора» построили модель, предсказывающую движение астероида с точностью лучше 5 км.
В ночь на 13 декабря китайское телевидение наконец-то анонсировало пролет «Чанъэ» у Тутатиса. И - тишина... Утром 14 декабря вышло сообщение под заголовком "Чанъэ-2" начала изучение астероида №4179», но оно перечислило лишь цели исследования: съемка и зондирование астероида, определение его орбиты, размера, формы и состава. Скорее всего, причина задержки была очень проста: ограниченная пропускная способность радиоканала (20 кбит/с) заставила растянуть передачу записанных на борту данных на двое суток. Пролет астероида
Наконец, утром 15 декабря китайское телевидение объявило, что пролет был успешным, и продемонстрировало серию снимков астероида. Лучший из них, как было объявлено, аппарат сделал с расстояния 47 км, получив довольно скромное разрешение 5 м. Но самой фантастической была новость, что при выбранной прицельной дальности 15 км «Чанъэ-2» прошла на расстоянии всего 3.2 км от Тутатиса, едва не столкнувшись с ним! Ничего подобного в межпланетной программе не делал никто и никогда. Почему же китайцы выбрали столь дерзкий вариант - и почему при всей уникальности сделанного качество «картинки» оказалось «не блестящим»? Восстановить логику руководителей проекта в общем-то несложно.
Встреча с астероидом не входила в первоначальные задачи КА. Его основная научная стереокамера CCD рассчитывалась на съемку Луны с высоты 100 км с разрешением 7 м. Приемником изображения были две ПЗС-линейки, и развертка кадра обеспечивалась движением «Чанъэ» с орбитальной скоростью 1.6 км/с. Использовать эту камеру для съемки астероида при относительной скорости в семь раз большей было практически невозможно: во-первых, на относительно малой дистанции можно было бы сделать лишь один снимок, так как КА просто не успел бы перенавестись для повторного прохода цели через поле зрения; во-вторых, отдельные линии изображения имели бы существенно разный масштаб.
Китайские специалисты нашли красивое решение: провести съемку технической камерой. Эта цветная камера (см. таблицу снизу) - одна из четырех на борту «Чанъэ-2» - была разработана Пекинским институтом космической электромеханики и сразу после запуска отслеживала раскрытие солнечных батарей КА. В отличие от научной стереокамеры, ее приемником была CMOS-матрица размером 1024x1024. Расчет показал, что при съемке с расстояния 300 км изображение освещенной части астероида будет соответствовать примерно 55 пикселам. За цветной снимок с разрешением порядка 35 метров уже стоило побороться: он позволил бы подтвердить радиолокационные «прорисовки» и дать информацию о структуре поверхности Тутатиса. Кроме того, камера способна снимать малокадровое видео, из которого специальной обработкой можно получить еще более высокое разрешение.
Камеру и циклограмму съемки протестировали несколько раз на системе Земля-Луна и решили, что в качестве бонуса к уже очень успешной миссии такая программа годится. Однако оставалась проблема с ограниченным полем зрения и технической невозможностью оперативного наведения КА на цель. «Чанъэ» подходила к астероиду с теневой стороны и поэтому должна была снимать на отлете. При большой прицельной дальности - скажем, 200 км - можно было бы получить или буквально три-четыре снимка «сбоку» (если повезет!), или серию кадров на большом удалении. И тогда решили пройти на минимально возможной дистанции и снимать в направлении удаления Тутатиса: от появления его в поле зрения и до бесконечности. С учетом разрешения и ширины поля зрения прицельную дальность выбрали равной 15 км - при этом астероид с гарантией попадал в кадр при удалении примерно на 250 км. При более значительном промахе астероид попал бы в поле зрения на еще большем удалении от КА. Существовал и риск столкновения: его оценили в 10-7 и сочли допустимым. Китайцам повезло: отклонение оказалось в пользу «Чанъэ-2», который пронесся почти в пять раз ближе к цели, чем было запланировано! Пролетные операции 13 декабря начались в 15:25 по пекинскому времени (07:25 UTC). «Чанъэ-2» повернул солнечные батареи на 180°, чтобы фотоэлементы не отражали свет в камеру и не заглушали изображение астероида. С этого момента аппарат расходовал энергию аккумуляторных батарей, так что сеанс съемки был жестко ограничен во времени. В 15:30 станция перешла в режим инерциальной ориентации и в 15:45 и 15:48 выполнила два программных разворота по звездам №10 и №2. Камера была включена в 16:20 и работала 25 минут, захватив 10 минут до встречи и 15 минут после нее. В 16:45 питание с нее было снято -и КА начал возврат в штатный режим полета. Результаты
Как было объявлено 15 декабря, «Чанъэ-2» прошла на минимальном расстоянии от цели в 16:30:09 UTC (08:30:09 UTC), находясь при этом в 7.02 млн км от Земли. Из-за очень близкого прохода Тутатис в первый раз попал в кадр раньше, чем планировалось - на расстоянии всего 38-40 км. Разрешение снимка было оценено в 4.5 м, но он был смазан, так как смещение астероида за время экспозиции составило несколько пикселов, а левая часть поверхности оказалась закрытой краем солнечной батареи. Тутатис был виден более чем на 500 снимках, сделанных за 100 с лишним секунд, но 15 декабря опубликовали лишь восемь из них: неполный снимок, сделанный с 47 км с пятиметровым разрешением, и серию из семи кадров, сделанных на расстояниях от 93 до 240 км. Разрешение первого из них составило 10 м. Ровно через месяц, 15 января, на заседании Группы по малым телам Солнечной системы в Вашингтоне был представлен доклад о результатах полета «Чанъэ-2» вплоть до встречи с Тутатисом. В него была включена еще одна серия из 11 кадров. Приведенные вместе со снимками данные представлены в таблице.
Почему мы приводим эти данные? Дело в том, что из-за низкой точности временной привязки (до целых секунд) и весьма приблизительных оценок дальности их невозможно совместить с известной геометрией пролета. Из данных, приведенных для двух крайних снимков в первой серии (две наклонные дальности и пройденное за 15 секунд расстояние), формально можно рассчитать минимальную дальность, и она оказывается равной 59 км. Значение это неправдоподобно не только потому, что противоречит заявленным 3.2 км и минимальной дистанции съемки в 38 км, но и из чисто физических соображений. При столь значительном промахе «Чанъэ» кадры были бы сняты под существенно разными углами; между тем ракурс явно меняется лишь на самых близких снимках. Все остальные пары расстояний вообще не позволяют вычислить элементы треугольника: он оказывается вырожденным. Привести данные «в чувство» можно лишь грубой силой - или завышая примерно на 10% интервалы времени, или сокращая в такой же пропорции расстояния.
Кроме того, в декабрьской и январской публикациях различается временная привязка данных. По сюжету первый одиночный снимок сделан чуть позже, чем первый снимок январской публикации, и заведомо раньше второго. Таким образом, по неизвестным причинам шкала времени сдвинута почти на пять секунд, хотя время выполнения каждого кадра должно быть заведомо известно и неизменно. Добавим, что заявленное 15 декабря время пролета в действительности, очевидно, соответствует первому снимку декабрьской серии.
Это не означает, что мы не доверяем представленным китайскими специалистами снимкам - однако документирование и оформление их оставляет желать лучшего. Цветные снимки Тутатиса хорошо соответствуют его трехмерной модели, созданной американскими специалистами на базе радиолокационного зондирования, но отличаются в мелких деталях. Общее впечатление от астероида таково, что он действительно состоит из двух слипшихся сравнительно рыхлых частей. На поверхности видны кратеры разной степени свежести и депрессии, а также булыжники, но в меньшем количестве, чем обнаружил на Итокаве японский зонд «Хаябуса». В целом поверхность Тутатиса довольно гладкая и, вероятно, покрыта слоем реголита. Итак, Китай стал четвертой космической державой, осуществившей исследование астероида, после США, Японии и ЕКА. Но странное дело: уникальный пролет Тутатиса стал в общем-то внутрикитайским делом. Как отметили американские эксперты, он не стал существенной новостью для специализированных изданий - как космических (Aviation Week & Space Technology), так и научных (Science, Nature). Окончание следует
5 января 2013 г. в 23:46 по пекинскому времени «Чанъэ-2» прошел рубеж 10 млн км от Земли, а к 17 января достиг отметки 12 млн км. По словам главного конструктора лунной программы У Вэйжэня, на борту осталось около 5 кг топлива, что позволит провести некоторые дополнительные эксперименты с использованием наземных средств. Прекращение работы с КА ожидается в конце марта, когда расстояние до него увеличится до 20 млн км. Стоит напомнить, что расчетный срок полета «Чанъэ-2» составлял шесть месяцев, и к марту 2013 г. он будет перекрыт в пять раз. Автор: И. ЛИСОВ, | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|