Долгая дорога к Церере. Основные характеристики станции

Исследовательский космический аппарат Dawn, выйдя на орбиту вокруг Цереры, достиг очередной вехи в выполнении его миссии по изучению космического пространства. Согласно информации, предоставленной американским космическим агентством НАСА, аппарат вышел на круговую орбиту в пятницу, 6 марта 2015 года в 12:39 по времени Гринвичского меридиана и в настоящее время находится на орбите на высоте около 61 тысячи километров от поверхности карликовой планеты. Данное событие делает космический аппарат Dawn первым в истории аппаратом, побывавшим возле карликовой планеты и первым аппаратом, которому удалось побывать на орбитах вокруг двух космических тел.Сигнал, подтверждающий выход аппарата Dawn на орбиту Цереры был получен приемниками сети дальней космической связи NASA Deep Space Network в 13:36 по Гринвичу. Это объясняется тем, что Церера и аппарат Dawn находятся на удалении 3.33 астрономических единиц (498 миллионов километров) от Земли, и радиосигналу требуется около 55 минут для того, чтобы дважды преодолеть это расстояние.То, что сделало возможным выполнение сложной мисси аппарата Dawn - это его ионный двигатель, который для вырабатывания силы тяги использует электрическую энергию, а не энергию сгорающего топлива. Из сопла двигателя вырывается поток электрически заряженных ионов ксенона, разогнанных до огромной скорости, благодаря чему ионный двигатель минимум в 10 раз более эффективен, нежели любой другой реактивный двигатель. Единственным недостатком ионного двигателя является малое значение вырабатываемой силы тяги, которая приблизительно равна весу одного листа бумаги. Но ионный двигатель может работать непрерывно в течение многих месяце и даже лет, плавно и постепенно разгоняя за это время космический аппарат до чрезвычайно высоких скоростей.

Результатом малого значения силы тяги двигателя подход аппарата Dawn к Церере был долгим и неторопливым, а сам процесс напоминал процесс сплава стволов спиленных деревьев по реке с очень медленным течением. Такой процесс потребовал очень точного исполнения, ведь любая из ошибок могла привести к тому, что аппарату Dawn пришлось бы провести очень медленную и длительную коррекцию курса и вернуться назад, произведя повторную попытку выхода на заданную орбиту. Напомним нашим читателям, что космический исследовательский аппарат Dawn был запущен в космос 27 сентября 2007 года. После пролета мимо Марса 4 февраля 2009 года и разогнавшись за счет сил его гравитации, аппарат Dawn сблизился и 16 июня 2011 года занял орбиту вокруг протопланеты под названием Веста. Там аппарат находился 14 месяцев, проводя различные научные исследования и съемку, после чего снова включил свой ионный двигатели и отправился в полет к Церере, который длился три с половиной года.Представители НАСА сообщают, что аппарат Dawn будет находиться на орбите Цереры очень долгое время. За последующие несколько месяцев аппарат будет постепенно приближаться к поверхности карликовой планеты, делая все более подробные снимки поверхности, выясняя природу происхождения светлых пятен, изучая особенности геологического строения и выискивая другие следы любой геологической активности.

10.03.2011 (7:14) Просмотров: 12532 Рейтинг: 1.94 Голосов: 16 Теги: НАСА , ЕКА , веста , церера , dawn , >> Ваша оценка -2 -1 0 1 2

Космический аппарат

Аппарат Dawn сочетает передовые технологии, уже примененные в других миссиях, стандартные элементы, а также запасные части и приборы, оставшиеся от предыдущих миссий. Большинство систем космического аппарата имеет резервирование, это означает, что если основные системы столкнутся с проблемами, будут задействованы дублирующие. Автоматизированная бортовая система защиты от неисправностей определит любое необычное состояние и [при необходимости] попытается перейти на дублирующую систему. При сложенных солнечных батареях аппарат имеет ширину 2,36 м, с расправленными солнечными батареями – 19,7 м.

Конструкция. Основой конструкции космического аппарата Dawn является цилиндр из графитового композита. Внутри цилиндра установлены баки с ксеноном для ионных двигателей и с гидразином для обычных двигателей малой тяги. Цилиндр окружен панелями на алюминиевой основе, облицованными алюминием, большая часть другого оборудования смонтирована на этих панелях. Все панели аппарата облицованы композитным материалом или алюминием и имеют алюминиевую основу. Тепловые экраны, поверхностные радиаторы, покрытия и нагреватели контролируют температурный режим аппарата.

Ролик Лаборатории реактивного движения [НАСА] о миссии Dawn

Связь. Подсистема телекоммуникации обеспечивает связь с Землей через любую из трех широконаправленных антенн и одну параболическую узконаправленную антенну 1,52 м в диаметре. Узконаправленная антенна является основной для большинства сеансов связи, если аппарат не направлен ею на Землю, то используются широконаправленные антенны. Одновременно может использоваться лишь одна антенна.

Управление ориентацией. Система управления ориентацией отвечает за определение ориентации корабля в пространстве и осуществляет контроль над поддержанием или изменением ориентации аппарата. Аппаратура системы содержит два астроориентатора, три двухосевых инерциальных блока, 16-ть солнечных датчиков и четыре блока маховиков. Эта система управляет шарнирным механизмом, поддерживающим направление солнечных батарей на Солнце. Кроме того, она контролирует поворот в карданном подвесе ионных двигателей в двух осях. Обычно [штатно] система определяет ориентацию космического аппарата, используя астроориентатор для наблюдения за известными звездами.

Ориентация аппарата обычно [штатно] контролируется маховиками, которые по устройству подобны обычным гироскопам, использующим момент инерции вращающейся массы для поддержания или изменения ориентации аппарата. Кроме того, ориентация может поддерживаться или изменяться набором из 12-ти двигателей [на гидразине, тягой в 0,9 Н], образующих реактивную систему управления. Выступая главным образом в качестве резерва для маховиков, сразу после запуска космического аппарата двигатели системы ориентации были использованы для прекращения вращения аппарата и направления солнечных батарей на Солнце.

Ионная двигательная установка обеспечивает Dawn тягой, необходимой для достижения целевых астероидов. Требуемая программа полета была бы невозможна без применения ионных двигателей, даже миссия к одной Весте [без полета к Церере] потребовала бы много большего космического аппарата и значительно большей ракеты-носителя. Ионный двигатель был опробован в миссии НАСА Deep Space 1, где во время путешествия к астероиду и комете были испытаны еще 11 технологий.

Каждый из трех ионных двигателей, имеющих диаметр 30-ть сантиметров, подвижны в двух осях, что позволяет учесть перемещение центра масс аппарата в течение миссии. Это также позволяет системе управления ориентацией использовать ионные двигатели для помощи в управлении ориентацией аппарата.

Каждый из трех ионных двигателей обладает достаточным сроком службы, чтобы завершить миссию и еще иметь достаточный ресурс. Несмотря на это, в любой момент времени работает только один двигатель. Ионные двигатели Dawn работают непрерывно годами, отключаясь лишь на несколько часов каждую неделю для поворота антенн на Землю. Общее время тяги во время миссии составит около 2000 дней, что значительно превышает 687 дней работы ионных двигателей зонда Deep Space 1.

В ионных двигателях аппарата происходит ионизация рабочего тела [ксенона], далее образовавшиеся ионы ускоряются электростатическим полем до скоростей в десять раз превышающих [скорости истечения рабочего тела] химических двигателей. Регулировка уровня подачи рабочего тела и электрического [поля] позволяет управлять [тягой] двигателей. Двигатели экономны в расходе ксенона, используя при максимальной тяге лишь около 3,25 мг/с. Космический аппарат Dawn несет 425 кг ксенона.

Максимальная тяга каждого двигателя 91 мН, для сравнения, вес листа бумаги формата A4 составляет около 50 мН. Это может показаться очень маленькой величиной, но общее изменение скорости под действием ионных двигателей сопоставимо с действием ракеты-носителя Delta II, что вывела аппарат Dawn в космос в 2007 году, потому что ионная двигательная установка будет работать тысячи дней, а Delta II - минуты.

Питание. Система электропитания обеспечивает энергией все бортовые системы, в том числе ионную двигательную установку, требующую во время работы значительную электрическую мощность, которая должна быть обеспечена даже на орбите вокруг Цереры. Эта карликовая планета расположена в три раза дальше от Солнца, чем Земля, поэтому плотность потока солнечного излучения в ее окрестностях в девять раз ниже.

Каждая из двух солнечных батарей имеет длину 8,3 м и ширину 2,3 м. Передняя сторона каждой батареи покрыта 5740 отдельными фотоэлементами и имеет площадь в 18 м 2 . Элементы преобразуют в электричество около 28% падающей на них солнечной энергии. На Земле эти две батареи вместе могли бы генерировать более 10 кВт. Батареи установлены на противоположных сторонах космического аппарата на шарнирном соединении, что позволяет поворачивать их под любым углом для направления на Солнце.

Никель-водородный аккумулятор и связанная с ним заряжающая электроника обеспечивает питание во время запуска и в моменты, когда солнечные батареи не направлены на Солнце.

Компьютер. Система обработки команд и данных аппарата Dawn обеспечивает общий контроль над кораблем и управляет потоком технических и научных данных. Система имеет резервирование и основана на радиационно-стойких одноплатных компьютерах RAD6000, каждый из которых имеет по 8 Гбит памяти.

Научные инструменты

Для получения научных данных с Весты и Цереры Dawn несет три системы инструментов. Кроме того, эксперимент по измерению гравитационного [поля] будет выполнен при использовании космического аппарата и наземных систем.

Кадровый фотоаппарат разработан для получения в научных целях детальных оптических изображений, а также для навигации в окрестностях Весты и Цереры. Dawn несет две идентичные и в целях резервирования абсолютно независимые друг от друга камеры, каждая из них имеет свою собственную оптику, электронику и конструкцию. Каждая камера оснащена рефракционной оптической системой с фокальным отношением f/7,9 и фокусным расстоянием в 150 мм и может использовать 7 цветных фильтров, что будет полезно при изучении минералов на поверхности Весты. Кроме того, камеры способны регистрировать ближний инфракрасный диапазон электромагнитного спектра. Каждая камера имеет внутреннее хранилище данных на 8 Гбит. Конструированием и производством камер занимался Институт исследований Солнечной системы общества Макса Планка [Германия] в сотрудничестве с Институтом планетных исследований Германского аэрокосмического центра и Техническим университетом Брауншвейга .

Элементный состав Весты и Цереры будет исследован Детектором гамма и нейтронного излучения . Этот инструмент использует 21 датчик с очень широким полем обзора для измерения энергии гамма-лучей и нейтронов, отраженных или испущенных небесным телом. GRaND проведет картографирование содержания основных породообразующих элементов, долгоживущих радиоактивных элементов, а также летучих, в том числе водорода, углерода, азота и кислорода, являющихся основными компонентами льдов [которые лежат на глубине до одного метра]. В отличие от остальных инструментов аппарата Dawn GRaND не имеет внутреннего хранилища данных. Инструмент разработан Лос-Аламосской национальной лабораторией [США].

Минералогия поверхностей Весты и Цереры будет исследована Картографирующим спектрометром видимого и инфракрасного диапазона . Инструмент является модификацией спектрометров, полетевших в миссиях Европейского космического агентства [ЕКА] Rosetta и Venus Express. Кроме того, прибор несет наследие картографирующего спектрометра видимого и инфракрасного диапазона космического аппарата Cassini [НАСА]. Инструмент регистрирует интенсивность света каждого пикселя всех изображений в более 400-ах диапазонах длин волн. Сравнение данных наблюдений с лабораторными измерениями для аналогичных минералов позволит определить минералы, находящиеся на поверхности Весты и Цереры. Прибор имеет 6 Гбит внутренней памяти, которая может работать в режиме хранилища данных на 3 Гбит с резервированием. Спектрометр был предоставлен Итальянским космическим агентством, он спроектирован и построен Galileo Avionica в сотрудничестве с Национальным институтом астрофизики Италии.

Отслеживая сигнал радиопередатчика аппарата Dawn наземными антеннами, исследователи смогут определить едва различимые изменения гравитационных полей Весты и Цереры, указывающие на распределение массы внутри этих небесных тел, их внутреннюю структуру.

Научные цели

Основная цель миссии Dawn состоит в исследовании астероида 4 Веста и карликовой планеты 1 Церера одним и тем же набором инструментов одного космического аппарата. Глубокий анализ и сравнение этих двух небесных тел даст представление об их происхождении и эволюции, а значит лучшее понимание действовавших на них с момента образования условий и процессов.

Во время орбитальных исследований Весты и Цереры Dawn будет изучать внутреннюю структуру, плотность и однородность путем измерения их массы, формы, объема и состояние вращения, а также определит элементный и минеральный состав. По этой информации ученые смогут определить связь между метеоритами и их родоначальными объектами, а также термальную историю объектов. Изображения поверхности откроют историю бомбардировки, тектоники и, возможно, вулканической активности.

В последнее время человечество стало явно наверстывать упущенное, и интерес к исследованию «малых сих» Солнечной системы переживает бурный всплеск. Еще свежи воспоминания о не совсем удачной посадке зонда Philae на комету Чурюмова-Герасименко. Позже в этом году автоматическая межпланетная станция NASA New Horizons, наконец, покажет землянам, как выглядит разжалованный в карликовые планеты Плутон, а затем уйдет дальше, к объектам пояса Койпера. Но сейчас все внимание приковано к другому проекту NASA — к АМС Dawn («Рассвет»), которая этой весной выходит на орбиту Цереры (она теперь, как и Плутон, тоже называется карликовой планетой, хотя и по-прежнему числится в астероидах).

Астероид Веста стал первой целью миссии Dawn. Из-за относительно малой массы это небесное тело так и не приобрело вид правильного (точнее, слегка приплюснутого) шара. Астероид имеет каменистую поверхность, испещренную кратерами (как на Луне), и воды здесь нет.

«Рассвет» не наступал…

Миссия Dawn, отправленная в космос ради изучения двух очень крупных, но совершенно разнотипных астероидов — Весты и Цереры, долгое время находилась под большим вопросом. Казалось, что какая-то сила не хочет допускать человечество к тайнам малых планет. В 2003 году проект был закрыт, вновь открыт на следующий год, но с непонятными перспективами, потом в 2006-м опять закрыт. Но в 2007 году запуск АМС все же был назначен на 20 июня. Неудивительно, что никуда в тот день ничего не полетело, а по множеству разных причин запуск не раз откладывался и состоялся лишь 26 сентября 2007 года. Но и тогда все висело на волоске. Сначала в запретную зону, куда падают отработанные ракетные ускорители, случайно зашел корабль. Корабль выгнали, но пришлось отложить запуск еще на несколько минут, чтобы избежать столкновения с МКС. Лишь за 15 минут до истечения получасового «окна», в котором был возможен запуск, ракета Delta 7925-H унесла AMC Dawn в космическое пространство. В 2009 году станция совершила маневр в гравитационном поле Марса, а в сентябре 2011-го вышла на орбиту астероида Веста. Посвятив год Весте, которая представляет собой нечто вроде Марса или Луны в миниатюре — голая каменистая поверхность, изъеденная кратерами, — аппарат ушел к Церере, которая… ну совсем другое дело!

АМС Dawn начала свою миссию в сентябре 2007 года, а завершит ее летом-осенью 2015-го. Ионный двигатель не мог обеспечить аппарату ускорение ракет на химическом топливе, но мало-помалу довез куда надо. Однако удалось значительно сэкономить на общем весе конструкции, ведь не пришлось тащить с собой в космос большие запасы горючего.

Гостья из прошлого

Церера не зря получила новый статус — уникальное положение в поясе астероидов действительно того заслуживало. Ее поперечник (950 км) приблизительно равен расстоянию между Москвой и Ростовом-на-Дону по прямой и почти в два раза больше, чем у второго по величине астероида — Паллады (532 км). На поверхности Цереры (3 млн км2) можно было бы разместить такую немаленькую страну, как Аргентина. И наконец, масса Цереры составляет треть от общей массы астероидов. Благодаря своему размеру, а следовательно, более сильной гравитации Церера, подобно планетам, сформировалась в почти идеальное сферическое тело, в отличие от более легких астероидов, имеющих неправильную форму. Вот как, например, напоминающий картофелину астероид Лютеция, который европейский зонд «Розетта» облетел в 2010 году.

Но главное, что влечет ученых к Церере, — это желание заглянуть как можно дальше в прошлое Солнечной системы. Если с момента формирования большие планеты земного типа претерпели множество трансформаций в результате геологических процессов, то астероиды сохранились в относительно нетронутом виде. Изучив крупнейшие из них, можно составить представление о том, какую роль масса небесного тела и наличие на нем воды могли сыграть в формировании его облика. Как удалось выяснить с помощью АМС Dawn, на Весте, которая по массе в 3,5 раза уступает Церере, воды нет, хотя в большом количестве наличествуют минералы, содержащие водород. Церера, очевидно, напротив, обладает криомантией. Предполагается, что под каменистой корой на Церере может находиться слой льда, причем слой, по нынешним оценкам, имеет толщину 100 км, то есть на лед может приходиться около 50% общего объема карликовой планеты. Таким образом, Веста и Церера демонстрируют два разных пути формирования небесных тел, и более глубокое понимание этих путей должно приблизить науку к ответам на ряд вопросов о формировании Земли и других теллурических планет. 27 января, когда этот номер «ПМ» уже готовился к печати, Dawn передала на Землю первое относительно качественное изображение Цереры. Это еще не детальная картинка поверхности, но уже и не мутное пятнышко, как на фото с телескопа Hubble.

Сила дуновения

Миссию Dawn нельзя рассматривать в отрыве от конструкции самой станции, так как зонд воспринимается специалистами NASA не только как инструмент исследования небесных тел, но и как испытательная платформа для отработки технологий межпланетных полетов. Главная силовая установка, с помощью которой Dawn путешествует по Солнечной системе, — это ионный двигатель. Ионный двигатель — частный случай электрического ракетного двигателя (ЭРД), основной принцип работы которого заключается в превращении электрической энергии в направленную кинетическую энергию частиц. В самом ЭРД нет ничего принципиально новаторского — двигатели такого типа не раз применялись на орбитальных аппаратах, причем СССР в этой сфере шел впереди США. Однако использование ЭРД для перемещений в межпланетном пространстве — тема далеко не изученная. Предыдущий опыт применения ионного двигателя был у американцев в конце 1990-х годов на аппарате Deep Space 1, который, хоть и сближался с астероидом и кометой, был в основном испытательной платформой.

Солнце — единственный источник энергии для ионного двигателя и всей прочей аппаратуры АMС. Чтобы собрать максимум солнечного излучения, потребовалось сделать огромные батареи. В разложенном состоянии их длина — 19,7 м.

Ионный двигатель АМС Dawn построен по той же технологии NSTAR, что и силовая установка Deep Space 1. Суть его работы заключается в том, что атомы ксенона (инертный газ применяется в основном для того, чтобы избежать коррозии) бомбардируются электронами. Возникающий таким образом ионизированный газ попадает в электрическое поле и выбрасывается из сопла. За счет высокого отношения заряда к массе ионов истекающие частицы развивают огромную скорость — до 145 000 км/ч. Правда, возникающая при этом реактивная тяга смехотворна — всего 90 миллиньютонов. Это можно сравнить с давлением, которое оказывает на ладонь лежащий на ней лист писчей бумаги. Однако в безвоздушном пространстве ионный двигатель толкает станцию вперед и очень медленно ее разгоняет. Медленно, но верно. Максимальная скорость, которой достигает аппарат, составляет 38 000 км/ч. Преимущества ионного двигателя? Ничтожный расход рабочего тела. На всю миссию зонду выделено всего 425 кг ксенона. Если бы полет совершался на обычной химической силовой установке, в путь пришлось бы брать огромные запасы топлива, потребовалась бы более мощная ракета-носитель, и это была бы совсем другая, куда более затратная история. Которая, возможно, так и осталась бы в планах.

Впрочем, у ионного двигателя, работающего с электрическим полем, есть и уязвимое место. 11 сентября прошлого года в центре управления полетом узнали неприятную новость: ионный двигатель выключился. Вместе с ним вышла из строя главная антенна, через которую осуществлялась связь с Землей. Причиной было признано действие космической радиации, возможно, в результате вспышки на Солнце. Воздействовала ли радиация напрямую на работу двигателя или просто вызвала сбой в ПО, до конца непонятно, однако уже 15 сентября работу двигателя и остальной аппаратуры удалось возобновить.

Черные крылья

Ионный двигатель — это основное, но не единственное устройство, приводящее зонд в движение. АМС располагает также маневровыми двигателями, которые помогают выйти на орбиту астероидов и менять ориентацию аппарата во время съемок поверхности. Топливом для этих двигателей служит гидразин.

Поскольку полет проходит относительно недалеко от Солнца, в качестве источника энергии для питания АМС, включая ионные двигатели, служит массив солнечных батарей. Их установленная мощность — 10 КВт. Две панели батарей могут складываться в три раза, но в расправленном виде они производят впечатление огромных крыльев с размахом более 19 м. Батареи строили голландцы, и этим участие европейцев в американском проекте не ограничилось.

В наши дни космические экспедиции становятся не просто научными экспериментами, но и элементом поп-культуры. В этом, возможно, заинтересованы и сами производители космических аппаратов — ведь им, как, например, создавшей АМС Dawn компании Orbiter Sciences Corporation, тоже нужен PR. Примером такой пиар-акции может быть микрочип, на котором записаны имена 360 000 любителей космоса, которые в 2005—2006 годах активно поддерживали проект, находившийся на грани закрытия. Одна копия микрочипа отправилась в космос вместе с Dawn — она закреплена над соплом ионного двигателя. Другая копия хранится в музее Лаборатории реактивного движения NASA.

Свой вклад в научное оборудование АМС внесла Германия. Институт по исследованию Солнечной системы им. Макса Планка предоставил систему фотосъемки поверхности астероидов. Это две камеры, у каждой из которых черно-белая матрица размером 1024 x 1024 пикс. Цветная матрица тут и не нужна — ученым требуется не разноцветная картинка, а карта, отмечающая интенсивность излучения световых волн в той или иной части спектра. Для этого камеры оснащаются семью узкополосными цветными фильтрами. Каждый аппарат может снимать одним из двух объективов — с фокусными расстояниями 19 и 150 мм. Камеры способны делать снимки с выдержками от 0,001 с до 3,5 часа. А зачем АМС Dawn два одинаковых фотоаппарата? Дело том, что камера нужна как для научных нужд, так и для навигации, и, учитывая важность этого устройства, было решено прибегнуть к резервированию.

Дополнительно для изучения химического состава пород, слагающих кору Цереры, будет применяться прибор под названием GRaND. Это аббревиатура, обозначающая «детектор гамма-излучения и нейтронов». В дистанционном режиме устройство сможет обнаруживать как легкие элементы типа водорода, углерода или азота, так и элементы, обычно лежащие в основе горных пород, — алюминий, кремний, кислород, железо. Также на борту размещен спектрометр видимого и инфракрасного излучения (VIR), который на основе спектрального анализа может определить состав, свойства и температуру пород.

Жизнь на гидразине

Первые фото Цереры Dawn стала передавать еще начиная с декабря прошлого года, хотя поначалу они были не более информативны, чем хаббловский снимок. Попутно выяснилось, что на пути к орбите фото будет меньше, чем их было при приближении к Весте. Дело в том, что для съемки аппарат надо специально позиционировать. Сделать это можно двумя способами: или запускать маневровые движки, или использовать специальные маховики, с помощью которых АМС можно раскручивать вокруг центра массы или, напротив, тормозить такое движение. Однако по пути от Весты два маховика вышли из строя, а тратить драгоценный гидразин до достижения орбиты не представляется рациональным. Ведь по сути, когда закончится топливо для маневровых двигателей, миссия Dawn будет прекращена. До этого на орбите Цереры предстоит еще много сделать.

Первая орбита, на которую выйдет аппарат, будет находиться на высоте 13 500 км. Для общего ознакомления здесь будут сделаны первые орбитальные фотосъемки и замеры, но уже через две недели Dawn приблизится к карликовой планете на расстояние 4430 км. С этой так называемой обзорной орбиты станция сделает общие фотоснимки астероида и создаст «глобальные» спектральные карты. Данная фаза продлится 22 дня, после чего Dawn опустится на высоту 1480 км. На этой орбите сделают новые снимки (в том числе 3D) и карты поверхности, только с большим разрешением. Наконец, в ноябре текущего года станция выйдет на максимально близкое расстояние к Церере — 375 км. С этой высоты аппарат проведет последнюю фазу исследований — в дело вступит детектор нейтронов и гамма-излучения. Будет также изучаться гравитационное поле астероида.

1 июля основная миссия зонда Dawn подошла к концу. NASA не собирается прекращать работу аппарата, как . Но и дальше Цереры Dawn не полетит, как предполагалось. Раньше команда проекта планировала, что зонд после изучения планетоида Цереры полетит дальше - сначала к Солнцу, выйдя на безопасную для себя орбиту, и затем к астероиду Адеона . Последний пункт плана был рассчитан на май 2019 года.

Но сейчас специалисты пришли к выводу , что изучение Цереры стоит продолжить - научная ценность текущей миссии будет выше, чем посещение Адеоны. Ученые полагают, что Dawn сможет получить интересные для науки данные при прохождении планетоида через перигелий - минимально удаленную от Солнца точку орбиты. Команда проекта никак не могла прийти к общему мнению в плане продления миссии зонда. 1 июля на сайте NASA даже появился пост с информацией о полете Dawn к Адеоне. Чуть позже пост убрали, а представители агентства заявили о том, что публикация этого материала была ошибкой. Теперь на сайте размещена информация о том, что зонд остается на орбите Цереры.



Фотографии пятен на Церере, присланные Dawn в марте 2016 года (фото: NASA)

Долгая дорога к Церере

История зонда Dawn началась в 1992 году, когда ведущий специалист проекта Кристофер Рассел (Christopher Russell) представил эффективные ионные двигатели аппарата. Они не могут развивать такую значительную тягу, как ракетные двигатели, зато работают гораздо дольше. Такие движки изначально планировалось устанавливать на искусственные спутники Земли, но Рассел решил поставить их на аппарат, который отправится к поясу астероидов Солнечной системы.

Авторы проекта получили три отказа от руководства NASA, но в 2001 миссия все же получила одобрение. В рамках миссии зонд Dawn должен был посетить два крупнейших объекта пояса астероидов: Весту, самый большой астероид в Солнечной системе, и Цереру, карликовую планету. По словам Рассела, при использовании химических ракетных двигателей к Весте и Церере понадобилось бы запустить два аппарата - топлива просто не хватило бы на посещение сразу двух объектов в поясе астероидов. Но поскольку команда проекта решила использовать ионные двигатели, всю программу можно было выполнить с использованием всего одного аппарата.

Почему для изучения решили выбрать Весту и Цереру? Дело в том, что ученые считали их старейшими объектами Солнечной системы. Их изучение помогло бы прояснить некоторые аспекты происхождения планет и выяснить, какие процессы привели к формированию Солнечной системы в текущем ее виде. При этом оба объекта отличаются друг от друга. Веста - скалистый мир без большого количества жидкости или газов. Поверхность Весты покрыта метеоритными кратерами. Церера отличается от Весты меньшей плотностью, ранее высказывались предположения, что ее поверхность может быть покрыта льдом, а под поверхностью может скрываться океан жидкой воды. Кроме того, на поверхности Цереры астрономы заметили загадочные яркие пятна. Но с Земли было невозможно понять, что это за образования, и какова их природа. Церера - единственный объект в Солнечной системе с такими свойствами.

Успехи миссии Dawn

Зонд запустили в космос в 2007 году. Вывод аппарата за пределы Земли был осуществлен при помощи ракеты-носителя Delta II. К Весте аппарат приблизился в 2011 году.

Кратер Антония (южное полушарие Весты). Фото: NASA

Пробыв на орбите астероида год, зонд отправился к Церере. На орбиту планетоида Dawn вышел в марте 2015 года. В октябре 2015 года космический аппарат занял самую низкую орбиту.

По мере сближения с планетоидом ученые Земли получали все более и более качественные снимки Цереры и ее поверхности. Но природу пятен удалось выяснить только после максимального сближения с планетоидом. До этого момента одной группой ученых высказывались предположения о том, что пятна - это выход водяного льда на поверхность. Другие специалисты утверждали, что это выход солей на поверхность.

После того, как зонд выслал последние данные изучения пятен с фотографиями высокого разрешения этих образований, ситуация прояснилась. Вероятнее всего, пятна состоят из сульфата магния, химического соединения с большим альбедо. Кстати, не так давно ученые над этими пятнами.

Ученые выяснили, что под поверхностью планетоида находятся крупные запасы водяного льда. Ученые утверждают, что на ранних этапах своей эволюции Церера была теплым миром, и на ее поверхности плескался океан. К сожалению, с течением времени этот мир начал остывать. А поскольку собственного источника тепла (как у Европы, например) у планетоида не было, то вода замерзла.

Что дальше?

Зонд Dawn продолжит изучение планетоида, находясь на его орбите. Вопросов о происхождении Цереры, о структуре ее поверхностных слоев и недр больше, чем ответов. И ученые надеются получить ответы хотя бы на часть этих вопросов. Производитель

Orbital Sciences, JPL, UCLA

Задачи

исследование Весты и Цереры

Пролёт Запуск Ракета-носитель

Дельта-2 7925H

Стартовая площадка

мыс Канаверал

Длительность полёта

в полёте 7 лет, 8 месяцев, 19 дней

NSSDC ID SCN Технические характеристики Масса Срок активного существования Логотип миссии Сайт проекта Dawn на Викискладе

Dawn (англ. Dawn, рус. Рассвет, произносится Дон) - автоматическая межпланетная станция (АМС), запущенная НАСА 27 сентября 2007 года для исследования астероида Веста и карликовой планеты Цереры.

К Церере аппарат «Dawn» приблизился 6 марта 2015 года и в 08:36 по EST перешёл на круговую орбиту. отличие от предыдущих АМС, исследовавших более одного небесного тела, «Dawn» промежуточное исследование Весты провёл не с пролётной траектории, а с орбиты вокруг неё - в течение года, - и в сентябре 2012 года продолжил дальнейший полёт к Церере.

• 1 История запуска
• 2 План полёта
• 3 Ионный двигатель
• 4 Исследовательские инструменты
• 5 События
  • 5.1 Прошедшие
    • 5.1.1 2009 год
    • 5.1.2 2011 год
    • 5.1.3 2012 год
    • 5.1.4 2014 год
    • 5.1.5 2015 год
  • 5.2 Планируемые
    • 5.2.1 2015 год
• 6 Примечания
• 7 Ссылки

История запуска

АМС «Dawn»

АМС «Dawn», девятая миссия в рамках программы Discovery, была принята НАСА в ноябре 2002 года. Название АМС не связано с какой-то конкретной личностью, а является простым образом, характеризующим основную цель: получение информации, которая поможет лучше изучить ранние этапы формирования Солнечной системы.

Миссия как минимум трижды замораживалась или вовсе отменялась (2003, 2005, 2006 гг.). Однако после последнего публичного заявления об отказе от полёта к Церере в марте 2006 года это решение было официально отменено, и 27 марта 2006 года «Dawn» получил добро на запуск. сентябре 2006 года АМС уже была в состоянии готовности к запуску. 10 апреля 2007 года спутник доставили в монтажный цех подрядчика по запуску, SPACEHAB, Inc во Флориде. Запуск изначально был запланирован на 20 июня, но затем откладывался до 30 июня и 15 июля. июле запуск был отложен до осени - чтобы избежать наложения во времени пуска и первых фаз полёта «Dawn» и АМС Феникс (пуск которой состоялся 4 августа 2007 года).

26 сентября 2007 года ракета-носитель Дельта-2 с АМС на борту была готова к пуску на стартовом комплексе 17-В космодрома на мысе Канаверал. Из-за погодных условий и последующего появления корабля-нарушителя в запретной зоне запуска старт состоялся только утром 27 сентября. После почти трёх месяцев испытаний бортовых систем на земной орбите, 17 декабря 2007 года «Dawn» отправился в перелёт к Весте.

Целями полёта Веста и Церера избраны потому, что представляют собой противоположные типы больших астероидов: Цереру покрывает ледяной слой толщиной до 100 км, а Веста - монолитный безводный ахондрит. При этом Веста - основной «поставщик» метеоритов, достигающих поверхности Земли.

План полёта

Траектория полёта АМС «Dawn»

План полёта, рассчитанный на 8 земных лет, предусматривает расходящуюся спиральную траекторию, описывающую три оборота вокруг Солнца.

• Сентябрь - октябрь 2007 года - старт с Земли.
• Февраль 2009 года - манёвр в гравитационном поле Марса с набором скорости.
• Август 2011 года - прибытие в район Весты и переход при помощи ксеноновых ионных двигателей на орбиту спутника астероида.
• Август 2011 года - август 2012 года - исследование астероида Веста.
• Август 2012 года - уход по раскручивающейся спирали из гравитационного поля Весты и переход на орбиту полёта к Церере.
• Март 2015 года - прибытие к Церере и переход на её орбиту.
• Июль 2015 года - завершение миссии.

По первоначальному плану на орбите около Весты аппарат должен был находиться до мая 2012 года, но этот срок был продлён до августа, с целью более полного картографирования некоторых областей, остававшихся в тени. Это не повлияло на сроки прибытия к Церере.

Ионный двигатель

АМС оборудована тремя ксеноновыми ионными двигателями, разработанными на основе образца, испытанного на зонде Deep Space 1. Каждый двигатель имеет тягу 30 мН и удельный импульс 3100 с; одновременно возможна работа одного двигателя. Из 425 кг рабочего тела (ксенона), имеющегося на борту, на полёт Земля - Веста предполагалось израсходовать 275 кг, на полёт Веста - Церера - 110 кг. При нормальной работе ионные двигатели «Dawn» обеспечивают прирост в скорости на 97 км/ч (60 миль/ч) за каждые 4 дня.

Исследовательские инструменты

Запуск АМС «Dawn» 27 сентября 2007

• Отдельно размещённые две чёрно-белые ПЗС-матрицы (1024×1024 пикселя) с двумя объективами (D = 19 мм, F = 150 мм), каждая ПЗС-камера с набором из 7 узкополосных цветных фильтров + пустое поле; поле зрения у каждой камеры 5,5×5,5 градусов; выдержки от 0,001 сек до 3,5 часов.
• GRaND - детектор нейтронов и гамма-квантов.
• VIR (Visible and Infrared Mapping Spectrometer) - спектрометр видимого и инфракрасного диапазонов, предназначен для анализа состава поверхности Весты и Цереры. Инструмент является модификацией спектрометров, применявшихся на космических зондах «Розетта» и «Венера-экспресс». Инструмент регистрирует интенсивность освещения каждого пикселя матрицы для 400 различных длин волн в видимом и инфракрасном диапазоне. Прибор предоставлен Итальянским космическим агентством.

События

Прошедшие

Снимок Весты, сделанный АМС «Dawn» 17 июля 2011 года Снимок Цереры, сделанный АМС «Dawn» 19 февраля 2015 года

2009 год

• Февраль - «Dawn» прошёл мимо Марса, ускорившись вследствие гравитационного манёвра с выходом из плоскости эклиптики.

2011 год

• 3 мая - зонд сделал первую фотографию Весты с расстояния около 1,21 млн км.
• 16 июля 01:00 EDT - Совершив почти два оборота вокруг Солнца, «Dawn» достиг Весты и перешёл на её круговую орбиту с высотой 16 000 км.
• 17 июля - «Dawn» сделал первое изображение Весты с её орбиты.
• 12 декабря - АМС спустился на самую низкую из предусмотренных в рамках его миссии орбит вокруг астероида Весты. Средняя высота орбиты составила 210 км. Планировалось, что зонд проработает в таком режиме как минимум 10 недель. Основные задачи зонда на текущем этапе полёта: точные измерения гравитационного поля для определения распределения массы в недрах астероида; регистрация детектором GRaND спектра нейтронов и гамма-квантов, рождающихся при взаимодействии космических лучей с поверхностью Весты, для определения элементного состава вещества на поверхности астероида.
• 13 декабря - зонд отправил на Землю первые фотографии Весты с максимально возможным разрешением (до 23 мегапикселей). Больше недели ушло на обработку данных. Все собранные фотографии использованы для создания карты Весты высокого разрешения.

2012 год

• 5 сентября - «Dawn» покинул Весту и отправился ко второму пункту назначения - Церере.

2014 год

• 2 ноября - «Dawn» находился в 0,0175 а. e. от Цереры и 3,652 а. e. от Земли. Свет проходит это расстояние примерно за 31 минуту.

2015 год

• 12 февраля - сделаны снимки Цереры с расстояния 84000 км
• 19 февраля - снимки с расстояния 46000 км
• 25 февраля - снимки с расстояния 40000 км
• 6 марта - аппарат перешёл на круговую орбиту вокруг карликовой планеты высотой 42000 км.
• 10 и 14 апреля - новая порция фотографий, вместе с данными телеметрии и первыми результатами работы приборов «Dawn» с высоты 24000 км
• 23 апреля - «Dawn» на научной орбите в 13,5 тысячи километров сделал новые снимки карликовой планеты.
• с 9 мая по 6 июня совершён переход на орбиту 4400 км.

Данные КА Dawn позволили уточнить в сторону уменьшения массу и размер Цереры. Экваториальный диаметр Цереры составляет 963 км, полярный диаметр - 891 км. Масса Цереры составляет 9,39·1020 кг.

Планируемые

2015 год

• 30 июня планируется перевод зонда на орбиту 1450 км (начало работы на ней - 4 августа, окончание - 15 октября)
• с 8 декабря - работа на орбите 375 км (изучение гамма-лучей, потоков нейтронов, исследование гравитационного поля в течении трех месяцев)

Примечания

1. Dawn Mission Initiates Newsletter (англ.). NASA (11 ноября 2002). Архивировано из первоисточника 3 марта 2012.
2. Dawn Frequently Asked Questions (FAQs) (англ.). NASA JPL. Архивировано из первоисточника 3 марта 2012.
3. Das Kamerasystem - Die Augen von Dawn
4. Spacecraft and Instruments
5. Зонд НАСА «Dawn» сделал свой первый снимок астероида Веста, РИА Новости (11 мая 2011). Проверено 12 мая 2011.
6. «Рассвет» сделал первое изображение Весты с её орбиты
7. Dawn вышел на самую низкую орбиту вокруг Весты, Lenta.ru (13 декабря 2011 года). (Проверено 11 января 2012)
8. Американский межпланетный зонд Dawn приблизился к астероиду Веста на 210 км, cybersecurity.ru (13 декабря 2011 года). (Проверено 11 января 2012)
9. Jia-Rui Cook. NASA"s Dawn Spirals Down to Lowest Orbit (англ.), НАСА (12 декабря 2011 года). (Проверено 11 января 2012)
10. Зонд Dawn прислал первые снимки Весты с низкой орбиты, Lenta.ru (22 декабря 2011 года). (Проверено 11 января 2012)
11. Jia-Rui Cook. Dawn Obtains First Low Altitude Images of Vesta (англ.), НАСА (21 декабря 2011 года). (Проверено 11 января 2012)
12. Dawn Gets Extra Time to Explore Vesta. NASA JPL (18 апреля 2012). Архивировано из первоисточника 6 июня 2012.
13. Where is Dawn Now? (англ.)
14. Chris Gebhardt. Dawn completes historic arrival at Ceres (англ.) (05 марта 2015). Проверено 6 марта 2015.
15. Композитное изображение Цереры от КА «Рассвет»
16. Dawn Journal | May 28, 2015

Ссылки

• Описание АМС «Dawn» на официальном сайте NASA
• Описание AМС «Dawn» на официальном сайте JPL
• Космический аппарат «Dawn» стал самым быстрым межпланетным устройством
• Миссия Dawn
• Попов, Леонид Земной разведчик прибыл к тяжелейшему астероиду. membrana.ru (15 июля 2011). Архивировано из первоисточника 3 марта 2012.
• Материалы АМС «Dawn» на русском языке NSTR

Исследования Марса космическими аппаратами
Пролётные	Маринер-4 Маринер-6 -7 Марс-4 -6 Розетта Dawn
Орбитальные	Маринер-9 Марс-2 -3 -5 Викинг-1 -2 Фобос-2 Global Surveyor (Mars Orbiter Camera) Одиссей Экспресс Mars Reconnaissance Orbiter Мангальян MAVEN
Посадочные	Марс-3 и ПрОП-М Викинг-1 -2 Pathfinder / Соджорнер Бигль-2 (Beagle 2) Феникс
Марсоходы	ПрОП-М Соджорнер MER (Спирит Оппортьюнити ) Кьюриосити
Запланированные	Экзомарс InSight Фобос-Грунт 2 Марс-нет Марс-2020
Предложенные	Марс-нет MetNet MELOS Марс-астер Sample Return Mission Марс-грунт Red Dragon Пилотируемый полёт
Неудачные	Марс-1 -60A -60B (1М-М60) -62A -62B (2МВ-М62) Зонд-2А -2 (3МВ-М64) Маринер-3 -8 Марс-69A -69B (М69) Марс-2 (СА и марсоход ПрОП-М) -71C (М71) Марс-4 -7 (М73) Фобос-1 / -2 (СА ПрОП-Ф и ДАС) Observer Марс-96 Surveyor 98 (Climate Orbiter Polar Lander) Нодзоми Бигль-2 Фобос-Грунт и Инхо-1
Отменённые	Вояджер Марс-4НМ (Марсоход) -5НМ -5М (Марс-79) Веста Surveyor Lander NetLander телекоммуникационный орбитальный аппарат Бигль-3 Mars Astrobiology Explorer-Cacher
См. также	Исследование Колонизация Список искусственных объектов
Жирным выделены действующие космические аппараты

Исследование астероидов космическими аппаратами
Пролётные	Галилео NEAR Shoemaker Deep Space 1 Stardust New Horizons Розетта Кассини Чанъэ-2
С орбиты	NEAR Shoemaker Хаябуса Dawn
Спускаемые	NEAR Shoemaker Хаябуса Жирный шрифт обозначает действующие АМС
Будущие	Хаябуса-2 OSIRIS-REx Don Quijote SIMONE MarcoPolo-R Апофис-П Апофис-грунт
Исследованные астероиды	(951) Гаспра (243) Ида (253) Матильда (433) Эрос (9969) Брайль (5535) Аннафранк (132524) APL (2867) Штейнс (21) Лютеция (2685) Мазурский (25143) Итокава (4) Веста Церера (101955) Бенну (4179) Таутатис

Dawn (космический аппарат) Информацию О