Топ-100 Миссия Новые Горизонты

Миссия New Horizons

Описание проекта

Логотип миссии New HorizonsПроект «Новые горизонты» – миссия НАСА по изучению Плутона и его спутников с помощью АМС, запущенной 19 января 2006 года. Миссия является частью программы  «New Frontiers» (Новые рубежи). Для получения дополнительного ускорения аппарата был использован гравитационный манёвр в поле тяготения Юпитера в 2007 году и Плутона - в 2015. К сожалению, выход на орбиту Плутона не предусматривался. к тому времени АМС набрала слишком большую скорость. После пролёта вблизи Плутона АМС продолжила свой путь в поясе Койпера. Работа станции «New Horizons» рассчитана на 15 – 17 лет.

Плутон был открыт 18 февраля 1930 года американцем Клайдом Томбо в обсерватории Лоуэлла в городе Флагстафф. До 2006 года он считался девятой планетой Солнечной системы, пока Международный астрономический союз не «понизил» его в звании до карликовой планеты. Причиной этого стал целый ряд открытий объектов пояса Койпера, почти не уступающих, а то и превосходящих его по массе.

Старт ракеты «Атлас-5» 551 с АМС «New Horizons»Окрестности Земли станция «New Horizons»  покинул с самой большой скоростью  среди всех существовавших до того космических аппаратов, при выключении двигателей она составляла 16,26 километра в секунду относительно Земли. Гелиоцентрическая скорость составляла 45 километров в секунду, что позволило бы не совершать гравитационный манёвр около Юпитера. Но к 2015 году гелиоцентрическая скорость аппарата упала до 14,5 километров в секунду, тогда как  скорость «Вояджера-1», успешно преодолевшего притяжение Солнца, составляет 17,012 километров в секунду (для приобретения такой бо́льшой скорости аппарат совершил дополнительный гравитационный манёвр около Сатурна).

Цели миссии New Horizons

Главная задача миссии - исследовать формирование системы Плутона и Харона, пояса Койпера, процессы, сопровождавшие раннюю эволюцию Солнечной системы. Космическая станция «New Horizons» должна заняться исследованием поверхности и атмосферы объектов в системе Плутона. Расширенная миссия включает в себя аналогичные исследования некоторых объектов пояса Койпера.

Снимок Плутона, сделанный АМС New HorizonsК задачам миссии относятся:

  • Картографирование поверхности Плутона и Харона
  • Исследование геологии и морфологии Плутона и Харона
  • Исследование атмосферы Плутона и её рассеяния в окружающее пространство
  • Поиск атмосферы у Харона
  • Построение карты температур поверхности Плутона и Харона
  • Поиск колец и новых спутников Плутона
  • Исследование объектов пояса Койпера

Устройство аппарата Новые Горизонты

Схема АМС New Horizons1 — РИТЭГ, 2 — узконаправленная антенна, 3 — широконаправленная антенна, 4 — всенаправленная антенна, 5 — двигатели коррекции,6 — звёздные датчики, A — Alice,R — Ralph, L — LORRI, S — SWAP,P — PEPSSI, X — REX, D — VB-SDC.

 

 

 

Схема АМС New Horizons

1 — РИТЭГ, 2 — жалюзи системы обеспечения теплового режима, 3 — двигатели коррекции, 4 — всенаправленная антенна, 5 — звёздные датчики, A — Alice, R — Ralph, L — LORRI, S — SWAP, P — PEPSSI, X — REX, D — VB-SDC.

 

 

Масса аппарата — 478 кг, включая 77 кг топлива. Размеры — 2,2×2,7×3,2 метра.

Запуск был осуществлен с помощью американской ракеты-носителя «Атлас-5» в конфигурации «551» с применением российского двигателя РД-180, наиболее тяжёлого варианта этой ракеты из примененных в 2012 году, так как требовалось значительное ускорение аппарата.

Телеметрия и управление

Харон - самый крупный спутник Плутона, на снимке New Horizons от 14 июля 2015Для связи АМС использует 4 антенны X – диапазона: узконаправленную с высоким коэффициентом усиления, широконаправленную со средним коэффициентом усиления и две всенаправленные антенны. На Земле для обмена данными используются антенны дальней космической связи, имеющие диаметр 70 метров и уже применявшиеся в проектах дальше орбиты Юпитера. Всенаправленные антенны применялись только на ранних этапах полёта АМС в околоземном пространстве и чтобы оказать помощь при аварийной ситуации ( например, в случае потери ориентации).

При управлении передающим устройством допускается удвоение скорости передачи данных на Землю, такой способ передачи был успешно испытан в начале миссии и сейчас считается рабочим вариантом.

Горы Tartarus Dorsa со сложными замысловатыми структурами, протянувшиеся вдоль терминатора ПлутонаПри проектировании системы связи большинство важных узлов были продублированы, чтобы при выходе из строя основного устройства его функции приняло на себя запасное. В районе Юпитера  система отправляла на Землю данные со скоростью 38 килобит в секунду (4,75 кбайт/с), эта скорость, сравнима со скоростью работы устаревшего dial-upмодема. Информацию о системе Плутона аппарат передает со скоростью 768 бит в секунду (96 байт в секунду); на передачу одного мегабайта уходит примерно три часа. Хотя эта скорость и крайне мала, но она позволяет отправить на Землю бесценные научные данные и даже фотографии высокого качества. Кроме малой скорости, сложность работы с системой связи заключается в задержке сигнала, составляющей четыре с половиной часа в каждую сторону.

Полученные данные первоначально будут сохраняться в накопителях бортового компьютера. Это вызвано отчасти высокой скоростью поступления информации, существенно превышающей пропускную способность передатчика, а также тем, что для уменьшения массы станции монтаж аппаратуры выполнен прямо на корпусе АМС и для её нацеливания требуется поворот всего аппарата.

Энергообеспечение

РИТЭГ для станции New HorizonsИсточником электроэнергии служит радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ). Вначале миссии его мощность составляла 250 Ватт, каждые четыре года она уменьшается на 5 процентов, что обеспечивает мощность в 200 Ватт при выполнении основного этапа миссии - пролёте в системе Плутона. Это значительно уступает мощности РИТЭГов, установленных на «Вояджерах» (470 Ватт на старте, 290 Ватт по состоянию на 2006 год). Это объясняет меньшую длительность проекта, который должен завершиться в 2020-ых годах, когда АМС пролетит расстояние в 50 - 55 астрономических единиц.

Основой системы питания послужила уже опробованная в других миссиях («Улисс», «Галилео», «Кассини-Гюйгенс») модель РИТЭГа «GPHS-RTG». В генераторе содержится около 11 килограммов топлива в виде 72 капсул оксида плутония-238. Каждая капсула расположена в силовом корпусе из иридия, поверх которого находится оболочка из графита.

Плутон и его пять спутниковЭтот изотоп отличается высоким тепловыделением на единицу массы, а также радиоактивным распадом, проходящим с испусканием только альфа-частиц, что позволяет использовать только лёгкую радиационную защиту. Данный изотоп можно получить лишь при выработке оружейного плутония, однако эти работы остановлены и в США, и в России, и это делает его крайне дефицитным и дорогим.

Проблемы с финансированием и задержки в производстве привели к тому, что генератор получил меньшую мощность, чем было изначально запланировано, что привело к пересмотру программы исследований. Масса плутония в РИТЭГе «NewHorizons» примерно в три раза меньше, чем было в миссии  «Кассини-Гюйгенс».

Вычислительный комплекс станции

Закат на Плутоне, снятый АМС New Horizons через 15 минут после максимального приближения, с расстояния 18 тысяч км. Ширина фото - 380 кмВычислительный комплекс АМС представлен двумя системами -  системой обработки команд и данных и системой навигации и управления. Каждая из них продублирована, всего вычислительный комплекс состоит из четырех компьютеров. В основе каждого лежит процессор Mongoose-V (радиационно-стойкая версия процессора R3000) с архитектурой MIPS, работающий на частоте 12 мегагерц. В сравнении с процессором  RAD750, используемом в миссии «Сuriosity», он менее производителен и работает с меньшей частотой (12 против 200 мегагерц), но его стоимость гораздо меньше. Для сохранения полученной информации служат два банка флеш-памяти (основной и запасной) объёмом по 8 гигабайт.

Платы компьютеров расположены в специальных модулях, в которых поддерживается нужный температурный режим; также там размещены электронные компоненты приборов и органов управления.

19 марта 2007 года в результате сбоя компьютер произвел перезагрузку и перешёл к защищённому режиму работы. Для полного восстановления работоспособности потребовалось двое суток, но часть собранных данных о магнитосфере Юпитера была потеряна. Данное происшествие не повлияло на основную миссию АМС.

Ориентация и стабилизация

Поскольку бортовой источник энергии АМС не располагает нужной мощностью для стабилизации посредством маховиков, ориентация и стабилизация аппарата выполняется только корректирующей двигательной установкой, топливом для которой служит метилгидразин. В топливном баке «New Horizons» помещается до 90 килограммов метилгидразина, но было загружено лишь 77 килограммов, чего достаточно для придания аппарату дополнительной скорости в 290 метров в секунду.

  • АМС New Horizons сделала снимок этот снимок Европы после максимального сближения с Юпитером
  • 1Юпитер и его спутник Ио. Снимок сделан АМС New Horizons в начале 2007 года.
  • Комбинированный снимок северного сияния на Юпитере, сделанный New Horizons и косми́ческой рентгеновской обсерватоорией Chandra
  • Изображение Малого красного пятна в атмосфере Юпитера, составленное из снимков космического телескопа Hubble и АМС New Horizons

Обеспечение теплового режима

Температура внутри АМС колеблется от 10 до 30 °C. В начале  полета на стороне аппарата, обращённой к Солнцу, температура хотя и выходила из этого коридора, но не была выше 40 °C. Минимум допустимой температуры составляет 0 °C, это обусловлено температурой замерзания гидразина.

Температурный режим зависит от баланса электропитания,  тепла, выделяемого РИТЭГом, выделения тепла через термоизоляцию и внешние элементы станции.

Для поддержания температурного режима аппарат обёрнут лёгкой многослойной термической изоляцией, удерживающей тепло, выделяемое  работающей электроникой.

Приборы, установленные на АМС

АМС «Новые Горизонты» оснащена следующими приборами:

  • ультрафиолетовым спектрометром Alice для изучения состава атмосферы и структуры поверхности Плутона. Он был разработан в Юго-западном исследовательском институте. Такой же прибор был создан для АМС «Розетта» Европейского космического агентства;
  • обзорной фотокамерой Ralph, работающей в видимом и инфракрасном диапазонах;
  • камерой LORRI (Long-Range Reconnaissance Imager) с разрешением в 5 микрорадиан, способной производить детальную съёмку и съёмку с большого расстояния. Камера была разработана в APL;
  • измерителем параметров частиц солнечного ветра SWAP (Solar Wind Analyzer for Pluto), разработанным в Юго-западным исследовательским институтом. Он поможет установить наличие у Плутона магнитосферы, а также определить скорость, с которой он теряет атмосферу;
  • спектрометром энергетических частиц PEPSSI (Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation). Задача прибора - поиск нейтральных атомов, уходящих из атмосферы Плутона и получающих заряд от солнечного ветра;
  • детектором пыли VB-SDC (Venetia Burney Student Dust Counter) для определения концентрации пылевых частиц в поясе Койпера;
  •  радиоспектрометром REX (англ. Radio EXperiment), интегрированным с основной антенной АМС. Его задача - изучение структуры атмосферы Плутона, тепловых свойств его поверхности и измерение массы Плутона, Харона и некоторых объектов пояса Койпера).