Исследователь гравитационного поля и устойчивой циркуляции океана - Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer

"GOCE" перенаправляется сюда. Для использования в других целях см. GOCE (значения).
Исследователь гравитационного поля и устойчивой циркуляции океана
GOCE.jpg
Взгляд художника на GOCE. За его гладкий аэродинамический дизайн его окрестили «Феррари космоса».[1]
Тип миссииГравитационные исследования
ОператорЕКА
COSPAR ID2009-013A
SATCAT нет.34602
Интернет сайтhttp://www.esa.int/GOCE
Продолжительность миссииПланируется: 20 месяцев
Финал: 4 года, 7 месяцев, 3 дня
Свойства космического корабля
ПроизводительThales Alenia Space
EADS Astrium
Стартовая масса1077 кг (2374 фунтов)
Сухая масса872 кг (1922 фунта)
Размеры5,3 м × 2,3 м (17,4 футов × 7,5 футов)
Мощность1600 Вт
Начало миссии
Дата запуска17 марта 2009, 14:21 (2009-03-17UTC14: 21) универсальное глобальное время[2]
РакетаRockot /Бриз-КМ
Запустить сайтКосмодром Плесецк
ПодрядчикEurockot Launch Services GmbH
Конец миссии
УтилизацияОрбитальный распад
Заявлено21 октября 2013 г. (2013-10-22) универсальное глобальное время[3]
Последний контакт10 ноября 2013, 22:42 UTC[4]
Дата распада11 ноября 2013, 00:16 UTC[5]
Параметры орбиты
Справочная системаГеоцентрический
РежимСолнечно-синхронный[6]
Высота перигея254,9 км (158,4 миль)[6]
Высота апогея254,9 км (158,4 миль)[6]
Наклон96,7 градусов
Эпоха29 июня 2010 г.[6]
Транспондеры
ГруппаГруппа S
Частота2 ГГц
Пропускная способностьвплоть до 1,2 Мбит / с скачать
вплоть до 4 кбит / с загрузить
Знаки отличия миссии GOCE
Знаки отличия для GOCE миссия
SMOS  →
 

В Исследователь гравитационного поля и устойчивой циркуляции океана (GOCE) был первым из ЕКА с Программа "Живая планета" спутники предназначенный для беспрецедентной детализации карты Гравитационное поле Земли. Основным приборным оборудованием космического корабля была высокочувствительная гравитационная градиентометр состоящий из трех пар акселерометры который измерял гравитационные градиенты вдоль трех ортогональный топоры.

Запущенный 17 марта 2009 г., GOCE нанес на карту глубинную структуру Земли. мантия и исследовали опасные вулканические районы. Это принесло новое понимание поведения океана; это, в частности, было основным двигателем миссии. Объединив данные гравитации с информацией о высота поверхности моря полученные с помощью других спутниковых высотомеров, ученые смогли отследить направление и скорость геострофические океанические течения. Низкая орбита и высокая точность системы значительно улучшили известную точность и пространственное разрешение геоид (теоретическая поверхность равного гравитационного потенциала на Земле).

Уникальная форма стрелки спутника и плавники помогли сохранить стабильность GOCE, когда он прошел через термосфера в сравнительно небольшая высота 255 километров (158 миль). Кроме того, ионный двигатель система непрерывно компенсирует переменное замедление из-за воздуха тащить без вибрации обычного химического привода ракетный двигатель, тем самым ограничивая ошибки в измерениях градиента силы тяжести, вызванные негравитационными силами, и восстанавливая траекторию корабля как можно ближе к чисто инерционный траектория.

После того, как закончилось топливо, спутник начал уходить с орбиты и 11 ноября 2013 года совершил неконтролируемый вход в атмосферу.[1]

Открытия и приложения

Цели миссии

  • Для определения аномалий гравитационного поля с точностью до 10−5 РС2 (1 мГал ).[7][8][9][10] Для увеличения разрешения спутник летел на необычно низкую орбиту.
  • Чтобы определить геоид с точностью 1–2 см.
  • Для достижения вышеуказанного при пространственном разрешении лучше 100 км.

Карта и модель гравитации

Окончательная гравитационная карта и модель геоида предоставят пользователям во всем мире четко определенный продукт данных, который приведет к:

  • Лучшее понимание физики недр Земли, чтобы получить новое представление о геодинамике, связанной с литосферой, составом мантии и реологией, процессами поднятия и субдукции.
  • Лучшее понимание океанских течений и переноса тепла.
  • Глобальная высоту-справочная система, которая может служить в качестве опорной поверхности для изучения топографических процессов и изменения уровня моря.
  • Более точные оценки толщины полярных ледяных щитов и их движения.[11]

Результаты

Первая глобальная гравитационная модель Земли, основанная на данных GOCE, была представлена ​​на симпозиуме ESA по живой планете в июне 2010 года.[6]

Первые результаты миссии спутника GOCE были представлены на Американский геофизический союз (AGU) 2010 Осень (осень) Встреча доктора Рори Бингхэма из Университета Ньюкасла, Великобритания. Карты, составленные на основе данных GOCE, показывают океанские течения с гораздо большей детализацией, чем это было доступно ранее.[12]Даже очень мелкие детали, такие как Манн Эдди в Североатлантический были видны в данных,[13] как был эффект Ураган Игорь в 2010.[14] Подробный анализ данных двигателя и акселерометра GOCE по счастливой случайности показал, что он обнаружил инфразвук волны, генерируемые Землетрясение Тохоку 2011 г. (после чего он непреднамеренно стал первым сейсмограф на орбите).[15]

Более поздние результаты данных GOCE выявили детали мантии Земли, включая мантийные плюмы, древние зоны субдукции и остатки Тетис Океан.[16]

Последующий анализ данных GOCE также предоставил новую информацию о геологическом составе антарктического континента, включая обнаружение остатков древних континентов и по крайней мере трех кратоны под антарктическими льдами.[17][18][19]

Операции

Запуск

Первая попытка запуска 16 марта 2009 года была сорвана из-за неисправности стартовой башни.[20]

GOCE был запущен 17 марта 2009 г. в 14:21 UTC с Космодром Плесецк на севере России на борту Рокот /Бриз-КМ средство передвижения.[21] Рокот - это модифицированный УР-100Н межконтинентальная баллистическая ракета, снятая с вооружения после подписания Договора о сокращении стратегических наступательных вооружений. Пусковая установка использовала две нижние ступени на жидком топливе исходной ракеты и была оборудована третьей ступенью Бриз-КМ, разработанной для точного вывода на орбиту. GOCE был запущен в Солнечно-синхронный сумерки-рассветная орбита с наклонением 96,7 ° и восходящим узлом в 18:00. Отрыв от пусковой установки составлял 295 км. Затем орбита спутника снизилась в течение 45 дней до рабочей высоты, запланированной на 270 км. За это время космический корабль был сдан в эксплуатацию и электрическая двигательная установка проверена на надежность в контроль отношения[нуждается в обновлении ].[22]

Операция

Модель GOCE

В феврале 2010 года в компьютере спутника была обнаружена неисправность, из-за которой контроллеры были вынуждены переключить управление на резервный компьютер.

В июле 2010 года у GOCE произошел серьезный сбой связи, когда спутник внезапно не смог передать научные данные своим приемным станциям. Обширные исследования, проведенные экспертами ESA и промышленности, показали, что проблема почти наверняка связана с каналом связи между процессорным модулем и модулями телеметрии главного компьютера.[23] Восстановление было завершено в сентябре 2010 года: в рамках плана действий температура пола, на котором размещены компьютеры, была повышена примерно на 7 ° C (13 ° F), что привело к восстановлению нормальной связи.[24]

В ноябре 2010 года, когда была назначена дата завершения первоначальной 20-месячной миссии, прежде чем она была отложена из-за сбоев, было решено продлить срок действия миссии до конца 2012 года, чтобы завершить первоначальную работу и провести еще 18 месяцев. месяц миссии по улучшению собранных данных.[25]

В ноябре 2012 года орбита была понижена с 255 до 235 км (от 158 до 146 миль), чтобы получить данные с более высоким разрешением, при этом топлива оставалось еще на 50 недель.[26]

Конец миссии и возвращение

В мае 2013 года произошло дальнейшее снижение до 229 км (142 миль).

Ксеноновое топливо у спутника закончилось в октябре 2013 года, и тогда потребуется 2–3 недели повторно войти.[27] 18 октября 2013 г. ЕКА сообщил, что давление в топливной системе ионного двигателя GOCE упало ниже 2,5 бар, что является номинальным рабочим давлением, необходимым для запуска двигателя.[28] Впоследствии об окончании миссии было официально объявлено 21 октября, когда у космического корабля закончилось топливо; без ксенона ионный привод перестал работать в 03:16 UTC.[3][29]

9 ноября 2013 года в опубликованном отчете указывалось, что ожидалось, что спутник снова войдет в атмосферу через день или два.[30][31] К этой дате перигей высота упала до 155 км (96 миль).[32]

10 ноября ЕКА ожидало, что повторный вход в атмосферу произойдет между 18:30 и 24:00 по всемирному координированному времени в тот день, при этом наиболее вероятная полоса обзора земли будет проходить в основном над океаном и полярными регионами.[33]

Его нисходящая орбита 11 ноября 2013 г. прошла мимо Сибирь, западный Тихий океан, восточная Индийский океан и Антарктида.[34][35] Спутник окончательно распался около 00:16.универсальное глобальное время 11 ноября возле Фолклендские острова.[5][36]

Дизайн

Полезная нагрузка

Основной полезной нагрузкой спутника был электростатический гравитационный градиентометр (EGG) для измерения гравитационное поле Земли. Этот инструмент состоял из трех пар емкостных акселерометров, расположенных в трех измерениях, которые реагировали на крошечные изменения в «гравитационном рывке» земной шар когда он двигался по своей орбитальной траектории. Из-за своего разного положения в гравитационном поле все они по-разному воспринимали гравитационное ускорение Земли. Три оси градиентометр позволил одновременное измерение пяти независимых компонентов градиента силы тяжести тензор.

Другая полезная нагрузка была на борту GPS приемник, используемый в качестве прибора для слежения за спутником (SSTI); система компенсации всех негравитационных сил, действующих на космический корабль. Спутник также был оснащен лазер световозвращатель для обеспечения возможности отслеживания наземным Спутниковая лазерная локация станции.[37]

Мощность и тяга

GOCE вспыхивает до +2 звездной величины, поскольку солнечная панель с температурой 67,5 градуса ненадолго отражает солнечный свет (3 января 2010 г., 17: 24: 23.15 UTC).

Рама GOCE 5 × 1,1 м (16 × 4 фута) была исправлена. солнечные панели покрывая его солнечную сторону, которая произвела 1300Вт власти.[38] Панели имели форму плавников, стабилизирующих космический корабль, когда он двигался по орбите через остаточный воздух в космическом пространстве. термосфера.

В ионный двигатель электродвигатель, спроектированный и изготовленный на QinetiQ космический центр в Фарнборо, Англия, выброшен ксенон ионы со скоростями, превышающими 40 000 м / с (140 000 км / ч; 89 000 миль / ч), что компенсировало потери орбитального распада. Миссия GOCE закончилась, когда ксеноновый топливный бак на 40 кг (88 фунтов) опустел.[7] Сдвоенные ионные двигатели типа Кауфмана могли производить до 20 миллиньютон (0,0045 фунт-силы) тяги.[39]

Хотя его прогнозируемый срок службы составлял 20 месяцев, в отчете ESA в июне 2010 года говорилось, что необычно низкая солнечная активность (что означает более спокойные верхние слои атмосферы и, следовательно, меньшее сопротивление корабля) означает, что топлива хватит дольше, чем прогнозировалось 20 месяцев - возможно, до 2014 На самом деле, окончание миссии было официально объявлено 21 октября 2013 года по прошествии 55 месяцев, при этом последние 11 месяцев находились на более низкой орбите (с большей плотностью воздуха и, следовательно, большим расходом топлива).[40]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б «GOCE выполняет свою миссию». Европейское космическое агентство. Получено 11 ноября 2013.
  2. ^ «GOCE запущен и находится на орбите». Европейское космическое агентство. 17 марта 2009 г.. Получено 10 октября 2013.
  3. ^ а б «Миссия ЕКА GOCE подходит к концу» (Пресс-релиз). Европейское космическое агентство. 21 октября 2013. № 33-2013.. Получено 10 июля 2017.
  4. ^ Скука, Даниэль (11 ноября 2013 г.). «Обновление ESOC - 23: 50CET». Европейское космическое агентство. Получено 28 декабря 2016.
  5. ^ а б Скука, Даниэль (11 ноября 2013 г.). «Район возвращения GOCE». Европейское космическое агентство. Получено 28 декабря 2016.
  6. ^ а б c d е «GOCE дает новое представление о гравитации Земли». Европейское космическое агентство. 29 июня 2010 г.. Получено 29 июн 2010.
  7. ^ а б "Гравитационная миссия ЕКА GOCE". Европейское космическое агентство. 16 октября 2008 г.. Получено 26 октября 2008.
  8. ^ Дринкуотер, Марк; Хаагманс, Роджер; Керн, Майкл; Музи, Данило; Флобергхаген, Руна (февраль 2008 г.). «GOCE: получение портрета самых сокровенных черт Земли» (PDF). Бюллетень. Европейское космическое агентство (133): 4–13.
  9. ^ Дринкуотер, М. Р .; Floberghagen, R .; Haagmans, R .; Музи, Д .; Попеску, А. (июль 2003 г.). "GOCE: первая основная миссия ЕКА" Исследователь Земли " (PDF). Обзоры космической науки. Kluwer Academic. 108 (1–2): 419–432. Bibcode:2003ССРв..108..419Д. Дои:10.1023 / А: 1026104216284. S2CID  121029480.
  10. ^ Johannessen, J. A .; Balmino, G .; Le Provost, C .; Rummel, R .; Sabadini, R .; и другие. (Июль 2003 г.). "Европейская спутниковая миссия исследователя гравитационного поля и устойчивой циркуляции океана: ее влияние на геофизику" (PDF). Исследования по геофизике. 24 (4): 339–386. Bibcode:2003SGeo ... 24..339J. Дои:10.1023 / B: GEOP.0000004264.04667.5e. HDL:1956/3796. S2CID  55391538.
  11. ^ «Научные цели GOCE». Европейское космическое агентство. Получено 11 ноября 2013.
  12. ^ Bingham, R.J .; Knudsen, P .; Андерсен, О. Б.; Пэйл, Р. (декабрь 2010 г.). Использование GOCE для оценки средней циркуляции в Северной Атлантике (Приглашено). Американский геофизический союз, осеннее собрание 2010 г. 13–17 декабря 2010 г. Сан-Франциско, Калифорния. Bibcode:2010AGUFM.G33B..08B.
  13. ^ Амос, Джонатан (21 декабря 2010 г.). «Гравитационная миссия Goce отслеживает циркуляцию океана». Новости BBC. Получено 21 декабря 2010.
  14. ^ «Миссии ЕКА отмечены на крупнейшей в мире научной конференции». Европейское космическое агентство. 17 декабря 2010 г.. Получено 22 декабря 2010.
  15. ^ "В воскресенье ночью на Землю упал 1-тонный спутник GOCE". CBC Новости. 21 марта 2009 г.. Получено 11 ноября 2013.
  16. ^ Амос, Джонатан (27 января 2014 г.). "Европейский гравитационный спутник Goce исследует мантию Земли". Новости BBC. Получено 27 января 2014.
  17. ^ «Гравитационный картограф ЕКА обнаруживает реликвии древних континентов под антарктическими льдами». ЕКА. 7 ноября 2018 г.. Получено 13 марта 2019.
  18. ^ Эндрюс, Робин Джордж (23 ноября 2018 г.). «Под льдом Антарктиды - кладбище мертвых континентов». Нью-Йорк Таймс. Получено 13 марта 2019.
  19. ^ Эббинг, Йорг; Хаас, Питер; Ферраччиоли, Фаусто; Паппа, Фолкер; Свиллус, Вольфганг; Боуман, Йоханнес (5 ноября 2018 г.). «Тектоника Земли глазами GOCE - Улучшенное спутниковое изображение градиента силы тяжести». Научные отчеты. Исследования природы. 8 (1): 16356. Дои:10.1038 / s41598-018-34733-9. ЧВК  6218487. PMID  30397250.
  20. ^ Бонацина, Франко (16 марта 2009 г.). «Запуск спутника для создания гравиметрических карт отложен». Европейское космическое агентство.
  21. ^ Бонацина, Франко (17 марта 2009 г.). "ЕКА запускает первую миссию исследователя Земли GOCE". Европейское космическое агентство.
  22. ^ Ферингер, Майкл; Андре, Жерар; Ламар, Даниэль; Маэусли, Дэмиен (февраль 2008 г.). "Жемчужина в короне ЕКА" (PDF). Бюллетень. Европейское космическое агентство (133): 14–23.
  23. ^ Амос, Джонатан (21 августа 2010 г.). «Компьютерный удар по европейскому гравитационному спутнику Goce». Новости BBC. Получено 22 августа 2010.
  24. ^ "Гравитационная миссия GOCE снова в действии". Европейское космическое агентство. 7 сентября 2010 г.. Получено 29 сентября 2010.
  25. ^ «Гравитационная миссия ЕКА продлена на 18 месяцев». Европейское космическое агентство. 25 ноября 2010 г.
  26. ^ Уиндер, Дженни (19 ноября 2012 г.). "GOCE - Как низко он может опуститься?". Вселенная сегодня.
  27. ^ «Миссия GOCE ЕКА завершится в этом году». Европейское космическое агентство. 13 сентября 2013 г.. Получено 11 ноября 2013.
  28. ^ Скука, Даниэль; Штайгер, Кристоф (18 октября 2013 г.). «Горючее GOCE постоянно кончается». Европейское космическое агентство. Получено 11 ноября 2013.
  29. ^ Скука, Даниэль; Штайгер, Кристоф (21 октября 2017 г.). "Новости GOCE". Европейское космическое агентство. Получено 10 июля 2017.
  30. ^ Оллман, Тим (9 ноября 2013 г.). "'Не паникуйте: на Землю упал спутник весом в одну тонну ». Новости BBC. Получено 11 ноября 2013.
  31. ^ Хендерсон, Грег (9 ноября 2013 г.). "'Ferrari Of Space возвращается на Землю - Может быть, завтра ». энергетический ядерный реактор. Получено 10 ноября 2013.
  32. ^ «ГОСЕ - Орбита». Небеса выше. Получено 11 ноября 2013.
  33. ^ Скука, Даниэль; Клинград, Хайнер (10 ноября 2013 г.). "Прогноз возвращения в атмосферу GOCE от Управления космического мусора ЕКА". Европейское космическое агентство. Получено 11 ноября 2013.
  34. ^ «GOCE поддается гравитации». Европейское космическое агентство. 11 ноября 2013 г.. Получено 11 ноября 2013.
  35. ^ Смит, Мэтт (10 ноября 2013 г.). «Падающий европейский спутник сгорает при входе в атмосферу». CNN. Получено 11 ноября 2013.
  36. ^ О'Нил, Ян (11 ноября 2013 г.). "Twitter: GOCE сгорел над Фолклендскими островами". Новости открытия. Архивировано из оригинал 12 ноября 2013 г.
  37. ^ Стругарек, Дариуш; Сосница, Кшиштоф; Джегги, Адриан (январь 2019 г.). «Характеристики орбит GOCE по данным спутниковой лазерной локации». Успехи в космических исследованиях. Эльзевир. 63 (1): 417–431. Дои:10.1016 / j.asr.2018.08.033.
  38. ^ Амос, Джонатан (24 октября 2008 г.). "Полет Гоче переносится в 2009". Новости BBC. Получено 26 октября 2008.
  39. ^ "Миссия GOCE". Европейское космическое агентство. Получено 16 апреля 2017.
  40. ^ Амос, Джонатан (28 июня, 2010 г.). "Спутник Goce показывает гравитацию Земли в высоком разрешении". Новости BBC. Получено 30 июн 2010.

внешняя ссылка