«Новые горизонты» | |
---|---|
New Horizons | |
Подробная компьютерная модель «Новых горизонтов» | |
Заказчик |
|
Производитель |
|
Оператор | НАСА |
Задачи | изучение системы Плутона, а также объекта пояса Койпера 2014 MU69 |
Пролёт | Юпитера, Плутона |
Стартовая площадка |
|
Ракета-носитель | «Атлас-5» 551 |
Запуск | 19 января 2006 г., 19:00:00 UTC |
Длительность полёта | в полёте 13 лет, 1 месяц, 11 дней |
NSSDC ID | 2006-001A |
SCN | 28928 |
Технические характеристики | |
Масса | 478 кг (топливо — 77 кг) |
Размеры | 2,2×2,7×3,2 м |
Мощность | 228 Вт |
Источники питания | РИТЭГ |
Срок активного существования | 15—17 лет |
Целевая аппаратура | |
Alice | Ультрафиолетовый спектрометр |
Ralph | Обзорная фотокамера |
LORRI | Фотокамера для детальной съёмки |
SWAP | Измеритель параметров частиц солнечного ветра |
PEPSSI | Спектрометр энергетических частиц |
REX | Радиоспектрометр |
VB-SDC | Детектор пыли |
Логотип миссии | |
|
|
Сайт проекта | |
«Новые горизонты» (англ. New Horizons) — автоматическая межпланетная станция НАСА, запущенная в рамках программы «Новые рубежи» (New Frontiers) и предназначенная для изучения Плутона и его естественного спутника Харона. Запуск осуществлён 19 января 2006 года, аппарат выполнил пролёт Юпитера (с гравитационным манёвром в его поле тяготения) в 2007 году и научную программу изучения Плутона в 2015 году, на начало 2019 года запланировано изучение объектов пояса Койпера. Полная программа исследований «Новых горизонтов» рассчитана на 15—17 лет.
«Новые горизонты» покинул окрестности Земли с самой большой из всех космических аппаратов скоростью. В момент выключения двигателей она составила 16,26 км/с[1] (относительно Земли). Гелиоцентрическая скорость составила 45 км/с, что позволило бы «Новым горизонтам» покинуть Солнечную систему даже без гравитационного манёвра около Юпитера[2]. Однако в 2015 году гелиоцентрическая скорость аппарата составляла около 14,5 км/с[3], что меньше, чем скорость «Вояджера-1» — 17,012 км/с («Вояджер-1» набрал бо́льшую скорость за счёт дополнительного гравитационного манёвра у Сатурна).
Основными целями миссии являются исследование формирования системы Плутона и Харона, формирования пояса Койпера, процессов, происходивших на ранних этапах эволюции Солнечной системы. Космический аппарат будет изучать поверхность и атмосферу объектов системы Плутона, ближайшее окружение Плутона. Аналогичные исследования возможны у объектов пояса Койпера в расширенной миссии[4].
В задачи КА входит:
Масса аппарата — 478 кг, включая 77 кг топлива. Размеры — 2,2×2,7×3,2 метра. Для запуска использовалась американская ракета-носитель «Атлас-5» в конфигурации «551» с установленным на ней российским двигателем РД-180[5], что было обусловлено необходимостью значительного ускорения аппарата и является наиболее тяжёлым вариантом этой ракеты из использованных на 2012 год.
Связь с космическим аппаратом осуществляется в X-диапазоне с помощью антенн — узконаправленной с высоким коэффициентом усиления, широконаправленной со средним коэффициентом усиления и парой всенаправленных. Со стороны Земли связь осуществляется при помощи антенн дальней космической связи, имеющих диаметр 70 метров и уже применявшихся для полётов за пределы орбиты Юпитера. Сигнал имеет круговую поляризацию.
Узконаправленная антенна аппарата имеет диаметр 2,1 метра, выполнена по схеме Кассегрена, и обладает углом раскрытия 0,3 градуса и коэффициентом усиления 42 дБ. Широконаправленная антенна диаметром 0,3 метра и углом раскрытия 14 градусов крепится на обратной стороне вторичного рефлектора узконаправленной антенны. Пара всенаправленных антенн расположены с противоположных сторон космического аппарата. Одна из них находится поверх приёмника широконаправленной антенны, а вторая — внутри переходника крепления к ракете-носителю. Всенаправленные антенны использовались только на ранних фазах полёта в околоземном пространстве и могли бы помочь в аварийных ситуациях при потере ориентации.
Исходящий сигнал усиливается 12-ваттной лампой бегущей волны, которая (вместе с запасной) установлена на корпусе космического аппарата под тарелкой узконаправленной антенны. Управление передающим устройством допускает одновременное использование обеих ламп, что позволяет практически удвоить скорость передачи данных на Землю. При этом поляризация сигнала будет двойной. Испытания такого способа передачи в начале полёта были признаны успешными и сейчас считаются рабочим вариантом (в том случае, если хватит запаса мощности системы электропитания).
Система связи имеет избыточную конструкцию — большинство ключевых устройств в системе связи продублировано, и в случае выхода из строя основных устройств их работу примут на себя резервные. Система позволила передавать данные на Землю со скоростью 38 кбит/с (4,75 кбайт/с) в районе Юпитера — скорость, сравнимая со скоростью устаревшего модема. По достижении Плутона аппарат сможет передавать данные со скоростью 768 бит/с (96 байт в секунду); 1 мегабайт будет передаваться примерно 3 часа. Это крайне маленькая скорость, но и она позволит передать на Землю ценные научные данные и даже высококачественные фотографии. Помимо низкой скорости, дополнительным усложняющим фактором будет задержка сигнала, составляющая 4,5 часа в каждую сторону.
Научная информация, полученная в результате наблюдений, будет передаваться не сразу — сначала она сохраняется в банках памяти бортового вычислительного комплекса. Это происходит отчасти потому, что скорость поступления такой информации существенно выше пропускной способности передатчика, а также и потому, что вся аппаратура в целях снижения массы аппарата смонтирована непосредственно на корпусе космического аппарата и требует для её нацеливания поворота всего аппарата. Такая компоновка позволяет сделать космический аппарат более лёгким. Подобный подход применяется не повсеместно — например, космические аппараты серии «Вояджер» имели поворотные платформы для научных приборов. Однако у «Вояджера-2» при пролёте Сатурна платформу заклинило, и в научную программу пришлось вносить изменения — для получения снимков Урана и Нептуна с должной выдержкой без эффектов размазывания пришлось поворачивать аппарат вслед за планетой. Точно такой же подход был применён и на «Новых горизонтах».
В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. |
В качестве источника электроэнергии был взят радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ). На старте его электрическая мощность составляла 250 Вт, и согласно прогнозам, она будет падать на 5 % каждые четыре года, что обеспечит мощность в 200 Вт в 2015 году, во время основного этапа всей исследовательской программы — пролёта системы Плутон—Харон. Это гораздо меньше мощности РИТЭГа «Вояджеров» (470 Вт на старте, 290 Вт в 2006 году); этим объясняется меньшая длительность программы, которую планируется завершить в 2020-х годах, когда аппарат пройдёт 50—55 а.е.
За основу была взята существующая модель РИТЭГа «GPHS-RTG», которая уже использовалась в космических миссиях «Улисс», «Галилео», «Кассини-Гюйгенс». РИТЭГ содержит около 11 кг радиоактивного топлива в виде 72 таблеток оксида плутония-238. Интересна параллель: химический элемент плутоний был назван в честь небесного тела Плутона, изучение которого и является целью АМС «Новые горизонты». Каждая таблетка заключена в силовой корпус из иридия и поверх него покрыта оболочкой из графита.
Особенностями этого изотопа являются высокое тепловыделение на единицу массы, а также радиоактивный распад, происходящий с испусканием только альфа-частиц, благодаря чему можно обойтись лёгкой радиационной защитой. Однако данный изотоп является побочным продуктом выработки оружейного плутония, производство которого остановлено и в США, и в России, что делает его крайне дефицитным материалом.
РИТЭГ был разработан в Министерстве энергетики США в Комплексе материалов и топлив (ранее Западный Аргонн), являющемся подразделением Национальной лаборатории Айдахо в Бингеме. В 2002 году Министерство энергетики США было вынуждено перевести программу разработки батарей космических аппаратов из Огайо в Айдахо по соображениям безопасности. Из-за трудностей с финансированием и задержек в производстве генератор получился меньшей мощности, чем планировалось изначально. Это потребовало пересмотра научной программы миссии. На борту космического аппарата отсутствуют иные источники питания, вся энергия полностью вырабатывается РИТЭГом, периоды пиковых нагрузок покрываются батареями конденсаторов. Управление нагрузкой производится посредством блоков быстрых переключателей.
Масса плутония, загруженного в РИТЭГ «Новых горизонтов», примерно втрое меньше, чем было в «Кассини-Гюйгенс». Тем не менее, этот проект вызвал протесты активистов. Министерство энергетики Соединенных Штатов оценило вероятность неудачного запуска, при котором произойдёт радиоактивный выброс в атмосферу, в 1 к 350. Считалось, что худший вариант полного рассеивания плутония распространит радиоактивное заражение, эквивалентное 80 % средней ежегодной дозы фонового излучения в Северной Америке, в окрестности с радиусом 105 км (65 миль).
Бортовой вычислительный комплекс состоит из двух систем — системы обработки команд и данных и системы навигации и управления[6]. Каждая из двух систем дублируется, что в сумме даёт четыре компьютера. Компьютеры построены на основе процессора Mongoose-V с архитектурой MIPS, который является радиационно-стойкой версией процессора R3000 и работает на частоте 12 МГц. По сравнению с процессором RAD750, используемом в марсоходе Curiosity, он является менее производительным и работает на меньшей частоте (12 МГц против 200 МГц), но и гораздо более дешёвым (20 — 40 тыс. долл.[7] против 200 тыс. долл., по состоянию контрактных цен на 2012 год).
Для хранения научной информации применены два банка флеш-памяти (основной и запасной) объёмом по 8 Гбайт[8].
Платы компьютеров размещены в интегрированных электронных модулях, внутри которых поддерживается необходимый режим. Помимо плат компьютеров, там размещены платы прочей электроники — научных приборов и органов управления. Каждый модуль содержит в себе 9 плат.
19 марта 2007 года в компьютере системы обработки команд и данных произошёл некорректируемый сбой ячейки памяти, вследствие чего компьютер перезагрузился и перешёл в защищённый режим. Полное восстановление работоспособности заняло двое суток, при этом часть научных данных о магнитосфере Юпитера была утрачена. Данный сбой не повлиял на основную научную программу.
Назначение | ΔV (м/с) |
Затраты топлива (кг) |
---|---|---|
Коррекция траектории | 110 | 22,3 |
Ориентация и стабилизация | 29,3 | |
Запас первичного задания | 132 | 25,2 |
|
91 | 17,5 |
|
41 | 7,7 |
Суммарное приращение скорости | 242 | |
Суммарный расход топлива | 76,8 |
Космический зонд «Новые горизонты» не обладает достаточной мощностью бортового источника энергии, чтобы иметь возможность производить стабилизацию посредством маховиков. Поэтому задача ориентации и стабилизации полностью возложена на корректирующую двигательную установку. В качестве топлива для неё используется метилгидразин. Являясь монотопливом, метилгидразин обладает несколько худшими энергетическими характеристиками и требует определённой культуры исполнения системы для предотвращения преждевременного разложения, по сравнению с традиционными двухкомпонентными топливами. С другой стороны, двухкомпонентная система сложнее, в том числе из-за необходимости длительного хранения химически агрессивного высококипящего окислителя (например, азотной кислоты, тетраоксида диазота), хотя и была успешно реализована ранее в СССР и США (используется в настоящее время на космических кораблях «Союз», ранее использовалась, в частности, на космических кораблях «Аполлон» и в «Системе орбитального маневрирования» космических кораблей «Спейс шаттл»).
В топливном баке космического аппарата можно было разместить до 90 кг метилгидразина, но в этом полёте было заправлено только 77 кг. Этого количества топлива достаточно, чтобы придать аппарату дополнительную скорость в 290 м/с. В качестве вытеснителя используется гелий.
Запас основной программы исследования (то есть масса топлива, которая должна остаться после выполнения главной задачи — пролёта мимо Плутона) делится на основной и дополнительный запас и может быть использован для выполнения расширенной программы — пролёта мимо объекта из пояса Койпера.
«Новые горизонты» имеет два режима стабилизации — обычный и высокоточный. В обычном режиме стабилизация двигателями производится по двум осям, а по третьей, направленной от Земли и проходящей через антенны, аппарат стабилизируется гироскопическим эффектом (вращение со скоростью пять оборотов в минуту). В высокоточном режиме стабилизация двигателями производится по всем трём осям. Высокоточный режим используется для проведения большинства научных исследований и требует бо́льшего расхода топлива. В обычном режиме стабилизации доступны наблюдения с помощью REX, SWAP, PEPSSI и VB-SDC.
Температура внутри космического аппарата поддерживается в диапазоне 10—30 °C. В начале полёта на стороне, обращённой к Солнцу, температура была выше, но не превышала 40 °C. Наименьшая допустимая температура составляет 0 °C и обусловлена температурой замерзания гидразинового топлива.
Температурный режим поддерживается балансировкой электропитания и отработанного тепла РИТЭГа и потерь тепла через термоизоляцию, внешние части приборов и системы управления.
Для поддержания температуры космический аппарат обёрнут в лёгкую многослойную термическую изоляцию, которая удерживает тепло от работающей электроники по принципу термоса[9].
На самом аппарате установлены следующие приборы:
Осуществление полёта неоднократно откладывалось из-за недостатка финансирования, а также задержек с изготовлением плутониевого термоэлектрического генератора. Стоимость осуществления проекта оценивалась в 2006 году в 650 млн долларов[10].
Эта статья или часть статьи содержит информацию об ожидаемых событиях. |
Брайан Мэй, британский рок-музыкант, гитарист группы Queen, бывший учёный-астрофизик, 1 января 2019 года опубликовал видеоклип New Horizons (Ultima Thule Mix)[53].
Новые горизонты на Викискладе |
Данная страница на сайте WikiSort.ru содержит текст со страницы сайта "Википедия".
Если Вы хотите её отредактировать, то можете сделать это на странице редактирования в Википедии.
Если сделанные Вами правки не будут кем-нибудь удалены, то через несколько дней они появятся на сайте WikiSort.ru .