Солнечный орбитальный аппарат - Solar Orbiter

Эта статья о гелиофизическом орбитальном аппарате Европейского космического агентства. Для гелиофизического орбитального аппарата НАСА см. Солнечный зонд Parker.

Солнечный орбитальный аппарат
Солнечный орбитальный аппарат ЕКА
Художественный рендеринг Солнечный орбитальный аппарат
Тип миссииСолнечная гелиофизика орбитальный аппарат
ОператорЕКА / НАСА
COSPAR ID2020-010A
SATCAT нет.45167
Интернет сайтнаука.esa.int/ солнечный орбитальный аппарат/
Продолжительность миссии7 лет (номинально)
+ 3 года (продлен)[1][2]
Свойства космического корабля
ПроизводительAirbus Defense and Space
Стартовая масса1800 кг (4000 фунтов)[3]
Масса полезной нагрузки209 кг (461 фунт)[4]
Размеры2,5 × 3,1 × 2,7 м (8 × 10 × 9 футов)[3]
Мощность180 Вт[3]
Начало миссии
Дата запуска10 февраля 2020, 04:03 UTC[5]
РакетаАтлас V 411 (АВ-087)[6][7]
Запустить сайтмыс Канаверал, SLC-41
ПодрядчикUnited Launch Alliance
Поступил в сервисНоябрь 2021 г.
(начало основной миссии)
Параметры орбиты
Справочная системаГелиоцентрический
РежимЭллиптическая орбита
Высота перигелия0.28 au[6]
Высота афелия0.91 au
Наклон24 ° (номинальная миссия)
33 ° (расширенная миссия)
Период168 дней
Эпоха?
Главный
ТипРичи-Кретьен отражатель
Диаметр160 мм
Фокусное расстояние2,5 м
Длины волнВидимый свет, ультрафиолетовый, Рентгеновские лучи
Solar Orbiter insignia.png
Знаки отличия Солнечный орбитальный аппарат миссия. 

В Солнечный орбитальный аппарат (Соло)[8] это солнце -наблюдение спутник, разработанная Европейское космическое агентство (ЕКА). SolO предназначен для проведения подробных измерений внутреннего гелиосфера и зарождающийся Солнечный ветер, и проводить близкие наблюдения за полярными областями Солнца, что трудно сделать из земной шар, оба служат для ответа на вопрос «Как Солнце создает гелиосферу и управляет ею?»

SolO наблюдает за Солнцем с эксцентрической орбиты, движущейся на расстояние ≈60 солнечные радиусы (RS), или 0,284 астрономические единицы (au), поместив его внутрь Меркурий с перигелий 0,3075 у.е.[9] Во время полета наклонение орбиты будет увеличено примерно до 24 °. Общая стоимость миссии составляет 1,5 миллиарда долларов США с учетом взносов ЕКА и НАСА.[10]

SolO был запущен 10 февраля 2020 года. Миссия рассчитана на 7 лет.

Сравнение размера солнце как видно из земной шар (слева, 1 а.е.) и от Солнечный орбитальный аппарат космический аппарат (0,284 а.е., справа).
В Солнечный орбитальный аппарат структурная тепловая модель незадолго до выхода из Airbus Defense and Space объект в Стивенидж, Великобритания.

Космический корабль

Космический аппарат Solar Orbiter представляет собой трехосевую стабилизированную платформу с заостренным концом света и специальным теплозащитным экраном для защиты от высоких уровней солнечного потока вблизи перигелия. Космический аппарат представляет собой устойчивую платформу для размещения приборов дистанционного зондирования и установки на месте в электромагнитно чистой среде. 21 датчик был настроен на космическом корабле, чтобы каждый мог проводить эксперименты на месте или дистанционно с доступом к солнечной среде и с защитой от нее. Solar Orbiter унаследовал технологии от предыдущих миссий, такие как солнечные батареи из BepiColombo Планетарный орбитальный аппарат Меркурия (MPO). В солнечные батареи могут вращаться вокруг своей продольной оси, чтобы избежать перегрева при приближении к Солнцу. Аккумуляторная батарея обеспечивает дополнительную мощность в других точках миссии, например, в периоды затмений во время планетарных облетов.

Подсистема телеметрии, слежения и управления обеспечивает возможность связи с Землей в X-диапазоне. Подсистема поддерживает телеметрию, дистанционное управление и дальность. Антенны с низким коэффициентом усиления используются для фазы запуска и ранней орбиты (LEOP) и теперь функционируют как резервная во время фазы миссии, когда используются управляемые антенны со средним и высоким коэффициентом усиления. Высокотемпературная антенна с высоким коэффициентом усиления должна указывать на широкий диапазон позиций, чтобы обеспечить связь с наземной станцией и иметь возможность передавать по нисходящей линии достаточные объемы данных. Его дизайн был адаптирован из миссии BepiColombo. Антенну можно сложить для защиты от теплового экрана Solar Orbiter при необходимости. Поэтому большая часть данных будет изначально храниться во встроенной памяти и отправляться на Землю при первой же возможности.

Наземная станция в Маларгуэ (Аргентина) с 35-метровой антенной используется от 4 до 8 часов в день (эффективно). Наземная станция ЕКА Malargüe будет использоваться для всех операций на протяжении всей миссии с наземными станциями в New Norcia, Австралия и Cebreros, Испания, действуя в качестве резервного при необходимости.[11]

Операции миссии

Анимация траектории солнечного орбитального аппарата
Полярный вид. Более подробную анимацию см. это видео
Экваториальный вид
  Солнечный орбитальный аппарат  ·   Меркурий  ·   Венера ·   земной шар ·   солнце

Во время обычных научных операций научные данные передаются по нисходящей линии связи в течение восьми часов в течение каждого периода связи с наземной станцией. Дополнительные восьмичасовые проходы по нисходящей линии связи планируются по мере необходимости для достижения требуемого полного возврата научных данных миссии. Наземный сегмент Solar Orbiter позволяет максимально повторно использовать инфраструктуру ЕКА для миссий в дальний космос:

  • Наземные станции, входящие в сеть станций космического слежения ЕКА (ESTRACK )
  • Оперативный центр миссии (MOC), расположенный по адресу: ESOC, Дармштадт, Германия
  • Центр научных операций (SOC), расположенный по адресу: ESAC, Вильянуэва-де-ла-Каньяда, Испания
  • Сеть связи, связывающая различные удаленные центры и станции для поддержки оперативного трафика данных.

Научно-операционный центр отвечал за планирование миссий и формирование запросов к MOC, а также за архивирование научных данных. SOC работает на активной научной фазе миссии, то есть с начала крейсерской фазы и далее. Передача операций с полезной нагрузкой от MOC к SOC выполняется в конце фазы ввода в эксплуатацию в околоземном пространстве (NECP). ЕКА Станция Маларгуэ в Аргентине будет использоваться для всех операций на протяжении всей миссии, с наземными станциями Станция New Norcia, Австралия и Станция Cebreros, Испания, действуя в качестве резервного при необходимости.[12]

Во время начальной фазы полета, которая продлится до ноября 2021 года, Solar Orbiter выполнит два гравитационных маневра вокруг Венеры и один вокруг Земли, чтобы изменить траекторию космического корабля, направляя его к самым внутренним регионам Солнечной системы. В то же время Solar Orbiter будет собирать данные на местах, характеризовать и калибровать свои инструменты дистанционного зондирования. Первый близкий прохождение Солнца состоится в 2022 году на расстоянии примерно трети расстояния от Земли до Солнца.[13]

Орбита космического корабля была выбрана так, чтобы она находилась «в резонансе» с Венерой, что означает, что он будет возвращаться в окрестности планеты каждые несколько орбит и снова может использовать гравитацию планеты для изменения или наклона своей орбиты. Первоначально Solar Orbiter будет ограничен той же плоскостью, что и планеты, но каждое столкновение с Венерой будет увеличивать наклон ее орбиты. Например, после встречи с Венерой в 2025 году она совершит свой первый солнечный проход под углом наклона 17 °, увеличиваясь до 33 ° во время предполагаемой фазы продления миссии, в результате чего прямой обзор будет иметь еще больше полярных регионов.[13]

Научные цели

Космический корабль приближается к солнце каждые шесть месяцев.[14] Наиболее близкий подход будет использоваться для повторного исследования одного и того же участка солнечной атмосферы. Солнечный орбитальный аппарат сможет наблюдать рост магнитной активности в атмосфере, которая может привести к мощному солнечные вспышки или высыпания.

У исследователей также будет возможность координировать наблюдения с НАСА. Солнечный зонд Parker миссия (2018-2025 гг.), которая выполняет измерения протяженной корона.

Цель миссии - провести крупномасштабные исследования Солнца и его внутренней части с высоким разрешением. гелиосфера. Новое понимание поможет ответить на эти вопросы:

Инструменты

Полезная нагрузка для науки состоит из 10 инструментов:[15]

Гелиосферные приборы на месте (4)
  • SWA - Анализатор плазмы солнечного ветра (Соединенное Королевство): состоит из набора датчиков, которые измеряют объемные свойства ионов и электронов (включая плотность, скорость и температуру) солнечного ветра, тем самым определяя солнечный ветер в диапазоне от 0,28 до 1,4 а.е. солнце. Помимо определения объемных свойств ветра, SWA обеспечивает измерения ионного состава солнечного ветра для ключевых элементов (например, групп C, N, O и Fe, Si или Mg).[16]
  • EPD - Детектор энергетических частиц (Испания): измеряет состав, временные характеристики и функции распределения надтепловых и энергичных частиц. Научные темы, которые будут рассмотрены, включают источники, механизмы ускорения и процессы переноса этих частиц.[17]
  • МАГ - Магнитометр (Соединенное Королевство): обеспечивает измерения на месте магнитного поля гелиосферы с высокой точностью. Это облегчит детальное изучение того, как магнитное поле Солнца связано с космосом и эволюционирует в течение солнечного цикла; как частицы ускоряются и распространяются по Солнечной системе, в том числе к Земле; как корона и солнечный ветер нагреваются и ускоряются[16]
  • RPW - Radio and Plasma Waves (Франция): Уникальный среди инструментов Solar Orbiter, RPW выполняет измерения как на месте, так и с помощью дистанционного зондирования. RPW измеряет магнитные и электрические поля с высоким временным разрешением с помощью ряда датчиков / антенн, чтобы определить характеристики электромагнитных и электростатических волн в солнечном ветре.[16]
Приборы дистанционного зондирования Земли (6)
  • PHI - Polarimetric and Helioseismic Imager (Германия): Обеспечивает с высоким разрешением и измерения полного диска фотосферного векторного магнитного поля и скорости прямой видимости (LOS), а также интенсивности континуума в видимом диапазоне длин волн. Карты скоростей LOS обладают точностью и стабильностью, что позволяет проводить подробные гелиосейсмические исследования недр Солнца, в частности, измерения фотосферного магнитного поля с высоким разрешением в зоне солнечной конвекции и измерения всего диска.[4]
  • EUI - Extreme Ultraviolet Imager (Бельгия): снимает слои солнечной атмосферы над фотосферой, обеспечивая тем самым незаменимую связь между солнечной поверхностью и внешней короной, которая в конечном итоге формирует характеристики межпланетной среды. Кроме того, EUI предоставляет первые в истории УФ-изображения Солнца с внеэклиптической точки зрения (до 33 ° солнечной широты во время расширенной фазы миссии).[4]
  • SPICE - Spectral Imaging of the Coronal Environment (Франция): Выполняет спектроскопию изображений в крайнем ультрафиолетовом диапазоне для удаленной характеристики свойств плазмы короны Солнца на диске. Это позволит сопоставить сигнатуры состава на месте Солнечный ветер потоки в свои исходные области на поверхности Солнца[4][18][19]
  • STIX - Телескоп-спектрометр для визуализации рентгеновских лучей (Швейцария): обеспечивает визуализацию спектроскопия солнечного теплового и нетеплового рентгеновского излучения от 4 до 150 кэВ. STIX предоставляет количественную информацию о времени, местоположении, интенсивности и спектрах ускоренных электронов, а также высокотемпературной тепловой плазмы, в основном связанной со вспышками и / или микровспышками.[4]
  • Метис[20] - Коронограф (Италия): одновременно снимает видимое и далекое ультрафиолетовое излучение солнечной короны и диагностирует с беспрецедентным временным охватом и пространственным разрешением структуру и динамику полной короны в диапазоне от 1,4 до 3,0 (от 1,7 до 4,1) солнечных радиусов. от центра Солнца, на минимальном (максимальном) перигелии во время номинальной миссии. Это регион, который имеет решающее значение для связи атмосферных явлений Солнца с их эволюцией во внутренней гелиосфере.[4]
  • SoloHI - Solar Orbiter Heliospheres Imager (США): позволяет получать изображения как квазистационарного потока, так и переходных возмущений в солнечном ветре в широком поле зрения путем наблюдения видимого солнечного света, рассеянного электронами солнечного ветра. SoloHI обеспечивает уникальные измерения для точного определения корональных выбросов массы (CME). (При условии NRL)[21][22]

Участвующие учреждения

Следующие учреждения используют каждый инструмент:[23]

Хронология и статус

  • Апрель 2012: контракт на 300 миллионов евро на строительство орбитального аппарата заключен с Astrium UK[25]
  • Июнь 2014 г .: солнечный экран завершил двухнедельный тест на выпечку.[26]
  • Сентябрь 2018: космический корабль отправлен в IABG в Германии, чтобы начать кампанию экологических испытаний[27]
  • Февраль 2020: успешный запуск[28]
  • Май-июнь 2020 г .: Встреча с ионным и пылевым хвостами C / 2019 Y4 (ATLAS)[29][30]

Задержки запуска

В апреле 2015 года запуск был перенесен с июля 2017 года на октябрь 2018 года.[31] В августе 2017 г. Солнечный орбитальный аппарат считалось, что он будет запущен в феврале 2019 года.[32] Запуск состоялся 10 февраля 2020 года.[5] на Атлас V 411.[7][33]

Запуск Солнечный орбитальный аппарат из мыс Канаверал в 23.03 стандартное восточное время 9 февраля 2020 года (дата в США).

Запуск

Атлас V 411 (AV-087) стартовал с SLC-41 на мысе Канаверал, Флорида, в 04:03 UTC. В Солнечный орбитальный аппарат космический корабль отделился от разгонного блока Centaur почти 53 минуты спустя, а Европейское космическое агентство получило первые сигналы космического корабля несколькими минутами позже.[10]

Траектория

После запуска Солнечный орбитальный аппарат займет примерно 3,5 года при повторном использовании гравитация помогает от Земли и Венеры, чтобы достичь своей рабочей орбиты, эллиптической орбиты с перигелием 0,28 а.е. и афелием 0,91 а.е. Первый пролет над Венерой состоится в декабре 2020 года. В течение ожидаемой продолжительности миссии в 7 лет он будет использовать дополнительную гравитационную помощь от Венеры, чтобы поднять ее наклон с 0 ° до 24 °, что позволит ему лучше видеть полюса Солнца. Если будет одобрен расширенный полет, наклон может увеличиться до 33 °.[1][34]

Во время своего круиза к Венере Солнечный орбитальный аппарат прошел через ионный хвост Кометы C / 2019 Y4 (ATLAS) с 31 мая по 1 июня 2020 года. Он пройдет через пылевой хвост кометы 6 июня 2020 года.[29][30]

В июне 2020 г. Солнечный орбитальный аппарат пришел на расстояние 77 000 000 км (48 000 000 миль) от Солнца и сделал самые близкие из когда-либо сделанные снимки Солнца.[35]

Скорость зонда и расстояние от Солнца

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б https://sci.esa.int/web/solar-orbiter/-/44168-spacecraft%7CLast Обновление: 1 сентября 2019 г. - 8 февраля 2020 г.
  2. ^ "Миссия Solar Orbiter". ЕКА eoPortal. Получено 17 марта 2015.
  3. ^ а б c https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Solar_Orbiter/Solar_Orbiter_factsheet - 9 февраля 2020 г.
  4. ^ а б c d е ж https://sci.esa.int/web/solar-orbiter/-/51217-instruments - Последнее обновление: 22 января 2020 г. - дата обращения 9 февраля 2020 г.
  5. ^ а б https://spaceflightnow.com/launch-schedule/ - 8 февраля 2020 г.
  6. ^ а б «НАСА - NSSDCA - Космический корабль - Детали». nssdc.gsfc.nasa.gov.
  7. ^ а б «НАСА выбирает ракету Atlas V United Launch Alliance для запуска космического орбитального аппарата». United Launch Alliance. Цифровой журнал. 18 марта 2014 г.. Получено 19 марта 2014.
  8. ^ Солнечный орбитальный аппарат (SolO). Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP). Доступ 18 декабря 2019 г.
  9. ^ "Kiepenheuer-Institut fuer Sonnenphysik: SolarOrbiter PHI-ISS". Kis.uni-freiburg.de. Получено 9 августа 2018.
  10. ^ а б https://spacenews.com/atlas-launches-solar-orbiter-mission/ - 11 февраля 2020 г.
  11. ^ "ESA Science & Technology - Космический корабль". sci.esa.int.
  12. ^ "Наука и технологии ЕКА - Операции миссии". sci.esa.int.
  13. ^ а б "GMS: орбита солнечного орбитального аппарата". svs.gsfc.nasa.gov. 27 января 2020 г.. Получено 14 февраля 2020. Эта статья включает текст из этого источника, который находится в всеобщее достояние.
  14. ^ https://www.esa.int/ScienceExploration/SpaceScience/SolarOrbiter/SolarOrbiterfactsheet - 10 февраля 2020 г.
  15. ^ «Солнечный орбитальный аппарат». Европейское космическое агентство. Получено 2 августа 2018.
  16. ^ а б c https://sci.esa.int/web/solar-orbiter/-/51217-instruments - 22 января 2020 г. - 10 февраля 2020 г.
  17. ^ https://sci.esa.int/web/solar-orbiter/-/51217-instruments - Обновление 22 января 2020 г.
  18. ^ «SPICE на официальном сайте Solar Orbiter». spice.ias.u-psud.fr. 12 ноября 2019 г.. Получено 12 ноября 2019.
  19. ^ https://web.archive.org/web/20110511231002/http://www.mps.mpg.de/en/projekte/solar-orbiter/spice/}}
  20. ^ "MPS: SPICE: спектральные изображения корональной среды". 11 мая 2011. Архивировано с оригинал 11 мая 2011 г.
  21. ^ https://sci.esa.int/web/solar-orbiter/-/51217-instruments - Последнее обновление: 22 января 2020 г. - дата обращения 8 февраля 2020 г.
  22. ^ "Solar Orbiter Heliospheres Imager (SoloHI) - Отдел космических наук". Nrl.navy.mil. Получено 9 августа 2018.
  23. ^ https://www.mps.mpg.de/solar-physics/solar-orbiter
  24. ^ Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam. "Солнечный орбитальный аппарат (SolO)". Веб-сайт.
  25. ^ «ЕКА заключает контракт с Astrium UK на строительство Solar Orbiter». Sci.esa.int. Апрель 2012 г.
  26. ^ «Щит солнечного орбитального аппарата принимает солнечное тепло». Esa.int. Июнь 2014 г.
  27. ^ Амос, Джонатан (18 сентября 2018 г.). "Solar Orbiter: космический корабль, который покинет Великобританию и направится к Солнцу". Новости BBC.
  28. ^ Томпсон, Эми. «Solar Orbiter запускает историческую миссию по изучению полюсов Солнца». space.com. Получено 10 февраля 2020.
  29. ^ а б «Солнечный орбитальный аппарат пройдет через хвосты кометы ATLAS». 29 мая 2020. Получено 1 июня 2020.
  30. ^ а б Вуд, Энтони (29 мая 2020 г.). "Солнечный орбитальный аппарат ЕКА готов к неожиданной встрече с кометой ATLAS". Новый Атлас. Получено 1 июня 2020.
  31. ^ «ESA Science & Technology - запуск солнечного орбитального аппарата перенесен на 2018 год». sci.esa.int.
  32. ^ «Европейский Solar Orbiter готовится к запуску в 2019 году». Воздух и Космос. 28 августа 2017 г.. Получено 19 сентября 2017.
  33. ^ "Solar Orbiter: резюме". ЕКА. 20 сентября 2018 г.. Получено 19 декабря 2018.
  34. ^ "ESA Science & Technology: Summar". Sci.esa.inty. 28 февраля 2018 г.. Получено 20 марта 2018.
  35. ^ https://sci.esa.int/web/solar-orbiter/-/solar-orbiter-s-first-images-reveal-campfires-on-the-sun

внешняя ссылка