Кассини станция: Автоматическая межпланетная станция Cassini. Досье

Автоматическая межпланетная станция Cassini. Досье

16 августа 2017, 13:32

ТАСС-ДОСЬЕ. 16 августа 2017 года автоматическая межпланетная станция Cassini, которая с июля 2004 года вела исследования Сатурна, завершила свою миссию и начала спуск в атмосферу планеты.

Станция прекратит существование, предположительно, 15 сентября 2017 года Cassini — единственный космический аппарат, который исследовал Сатурн с его орбиты.

В 1979 году рядом с Сатурном пролетел американский аппарат Pioneer 11 — он прошел на расстоянии около 20 тыс. км от поверхности планеты. Первые детальные снимки Сатурна были получены с американских аппаратов Voyager 1 в 1980 году и Voyager 2 в 1981 году.

Проект Cassini

Основной целью проекта Cassini было исследование Сатурна и его спутника Титана, а также доставка на Титан спускаемого зонда Huygens.

Читайте также

Зонд Cassini начал спуск в атмосферу Сатурна

Станция названа в честь итальянского и французского астронома Джованни Кассини, зонд — в честь нидерландского физика, математика и астронома Христиана Гюйгенса.

Это совместный проект американского Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA), Европейского космического агентства (EKA), Итальянского космического агентства, а также ряда европейских академических организаций. Всего в программе было задействовано около 260 ученых из 17 стран мира. Спускаемый зонд был создан ЕКА, агрегатный отсек станции изготовлен специалистами фирмы Lockheed Martin. Управление полетом осуществляло подразделение NASA — Лаборатория реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory, JPL).

Характеристики автоматической станции

Габариты станции: высота — 6,7 м, ширина — 4 м. Стартовая масса — 5,71 т, в тjv числе зонд Huygens (320 кг), научные приборы (336 кг) и топливо (3,13 т).

Источник энергии — радиоизотопные термоэлектрические генераторы (РИТЭГ), которые были предоставлены Минобороны США. РИТЭГ использует топливо на основе радиоактивного плутония-238. На борту Cassini 12 научных инструментов: масс-спектрометр ионов и нейтральных частиц, ультрафиолетовый радар (для построения подробных карт поверхности Титана и других спутников Сатурна), магнитометр и др.

Запуск и полет

Cassini была запущена 15 октября 1997 года с космодрома на мысе Канаверал (штат Флорида) ракетой-носителем Titan IV-B с разгонным блоком Centaur.

В ходе полета она совершила четыре гравитационных маневра: два раза пролетела рядом с Венерой (1998, 1999), по одному разу — с Землей (1999) и Юпитером (2000).

Цели своего путешествия — Сатурна — станция достигла 30 июня 2004 года, став искусственным спутником этой планеты. Зонд был спущен на Титан 14 января 2005 года.

После выполнения основной программы миссия Cassini была продлена: сначала — до 2010 года, затем — до 2017 года. Всего на 16 августа 2017 года Cassini находилась в полете 19 лет 10 месяцев один день, из них 13 лет один месяц 15 дней она вела исследования Сатурна и его спутников.

Итоги миссии

В 2004 году с помощью Cassini были открыты три новых спутника Сатурна, получившие названия Мефона, Паллена и Полидевк. В 2005 году был получен снимок Дафниса — одного из трех спутников планеты, орбита которых проходит внутри колец. В апреле 2017 года обнаружены свидетельства гидротермальной активности на Энцеладе, что указывает на возможность существования жизни в подледном океане этого спутника Сатурна. 26 апреля станция впервые совершила пролет между Сатурном и его кольцами. В ходе маневра она прошла в 3 тыс. км от верхних слоев облаков планеты и в 300 км от внутреннего края колец. Cassini отсняла около 67% поверхности Титана. В заключительной части миссии Cassini будет использована для получения дополнительных сведений об атмосфере Сатурна.

Решение управляемым образом свести Cassini с орбиты Сатурна было принято в связи с тем, что запасы ракетного топлива на исходе и автоматическая станция вскоре может перейти в неконтролируемый полет.

Информация о проекте на сайте JPL — http://saturn.jpl.nasa.gov/. 

Запуск автоматической межпланетной станции «Кассини»

«Кассини» (Cassini) — международная совместная программа Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA), Европейского космического агентства (ESA), Итальянского космического агентства (ASI), а также ряда европейских академических и промышленных организаций. Всего в программе было задействовано около 260 ученых из 17 стран мира.

История грандиозной по своему масштабу миссии началась в 1982 году, когда Европейский научный фонд и Американская национальная академия наук объединили усилия для совместных исследований.

Тогда европейские ученые предложили два совместных проекта: отправку спутника на орбиту Сатурна и зонда на поверхность спутника планеты — Титана. К 1986 году удовлетворительное заключение о потенциале этих миссий выдали NASA и Европейское космическое агентство.

15 октября 1997 года совместными усилиями NASA, Европейского космического агентства и Космического агентства Италии с мыса Канаверал (Флорида, США) была запущена автоматическая межпланетная станция «Кассини», которая стала первым искусственным спутником планеты Сатурн. Бюджет данного проекта составил более трех миллиардов долларов.

Орбитальный аппарат состоял из двух элементов: непосредственно станции «Кассини», названной в честь итальянско-французского астронома Джованни Кассини, и спускаемого зонда «Гюйгенс», названного в честь голландского астронома XVII века Христиана Гюйгенса. Аппарат имел массу 5712 килограммов (вместе с «Гюйгенсом», топливом и разгонным блоком).

Миссия станции «Кассини» заключалась в том, чтобы достигнуть орбиты Сатурна, провести исследования планеты и его спутников, а зонд «Гюйгенс» должен был отправиться на Титан — самый большой спутник Сатурна.

1 июля 2004 года станция достигла своей цели — приблизилась к Сатурну и стала его искусственным спутником. 14 января 2005 года зонд «Гюйгенс» отделился от «материнского» корабля и отправился на Титан. Спуск продолжался два часа и 27 минут. Зонд пережил еще 72 минуты на поверхности Титана. Это была первая и, пока, единственная посадка во внешней солнечной системе.

В ходе полета станция «Кассини» дважды пролетела рядом с Венерой (25 апреля 1998 года и 24 июня 1999 года), по одному разу — с Землей (17 августа 1999 года) и Юпитером (30 декабря 2000года).

«Кассини» стала седьмым космическим кораблем, когда-либо пролетевшим через пояс астероидов (декабрь 1999 года — апрель 2000 года).

Благодаря «Кассини» было совершено множество открытий и сделаны уникальные фотографии. К примеру, ученым удалось получить самый детальный портрет Юпитера.

На Титане, как показали снимки «Кассини» и данные с «Гюйгенса», существуют времена года, облака, дожди, реки, горы, озера и даже целые моря, а поведение потоков воздуха в его атмосфере, как показали наблюдения на протяжении более 13 лет, в целом описывается теми же формулами и законами, что и на Земле. В недрах Титана, как обнаружили ученые, опираясь на данные с радаров «Кассини», скрывается гигантский подледный океан. Он расположен на глубине в примерно 100 километрах от поверхности луны Сатурна, а его воды напоминают по своим свойствам и составу Мертвое море на Земле. Его открытие указало на небольшую, но возможность существования знакомых нам форм жизни на Титане.

«Кассини» посвятил большое количество времени изучению самой планеты-гиганта, ее колец (их параметрам, составу, поведению) и непосредственного окружения. Еще до подлета к Сатурну зонд открыл четыре ранее неизвестных спутницы Сатурна, а затем нашел еще три других луны, а также уточнил орбиты многих из них. «Кассини» помог астрономам крайне точно измерить скорость вращения Сатурна и определить продолжительность его суток — 10 часов 32 минуты и 45 секунд.

Самым впечатляющим из открытых спутников Сатурна оказался Энцелад — на его южном полюсе находится целая «батарея» гейзеров, периодически выбрасывающих гигантское количество воды в космос и пополняющих ее запасы в кольце Е, где ее изначально нашел «Кассини». Эти гейзеры, которые ученые стали называть «тигровыми полосами», позволили NASA совершить одно из самых главных открытий, касающихся Сатурна и Энцелада. Анализ химического состава их выбросов позволил ученым сделать потрясающий вывод — океан Энцелада, в отличие от Титана, является теплым и обладает почти «земным» химическим составом.

Как сегодня предполагают планетологи, недра Энцелада остаются постоянно горячими благодаря тому, что их постоянно «сжимает» и «растягивает» притяжение Юпитера, что подогревает его океан, и, как выяснили специалисты NASA еще в 2011 году, запускает химические реакции между породами каменного ядра Энцелада и водой в океане. Все это, по мнению участников миссии и многих других ученых, делает Энцелад наиболее вероятным кандидатом на роль прибежища внеземной жизни.

Помимо всего этого, «Кассини» получил фотографии загадочного «шестиугольника» на полюсе Сатурна, гигантского «вечного урагана», измерил температуру в разных слоях атмосферы планеты, раскрыл секрет рождения так называемых «белых пятен», временных ураганов из водяных паров, появляющихся на Сатурне каждые 30 лет.

По оценкам специалистов NASA, «Кассини» смог бы проработать на орбите Сатурна еще несколько лет при постепенном отключении приборов, однако руководители миссии приняли решение завершить ее более захватывающим образом — путем совершения множества пролетов через кольца Сатурна и столкновения с планетой-гигантом.

15 сентября 2017 года проработавший на орбите Сатурна более 12 лет спутник «Кассини» передал последний сигнал на Землю и закончил свое существование, сгорев в атмосфере Сатурна. Последние данные, переданные «Кассини» на Землю, указывают на то, что кольца Сатурна похожи по своему составу на материю комет и содержат в себе гигантские количества потенциальных «кирпичиков жизни».

Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников

ESA — Перехват вызова Кассини

Включение и поддержка

01.13.2017
13538 просмотра
169 лайков

На этой неделе тарелки ЕКА для дальнего космоса на двух континентах прослушивают сигналы международного космического корабля «Кассини», совершающего последний полет вокруг Сатурна.

Чувствительные антенны слежения ЕКА в Нью-Норсии, Западная Австралия, и Маларгуэ, Аргентина, призваны помочь с важными наблюдениями в течение последних месяцев на орбите Кассини, получившего название «Гранд-финал».

Миссия Кассини-Гюйгенс — одна из самых успешных исследовательских работ.

Запущенный в октябре 1997 года орбитальный аппарат «Кассини» доставил европейский зонд «Гюйгенс» на поверхность таинственного спутника Сатурна Титана в 2005 году, всего через несколько месяцев после того, как он стал первым космическим кораблем, вышедшим на орбиту вокруг гигантской газовой планеты.

В дополнение к исторической доставке «Гюйгенса» 12 лет назад, 14 января, «Кассини» вернул огромное количество информации из системы Сатурна, включая изображения и другие данные о массивной планете, ее многочисленных спутниках и ее навязчиво красивой системе колец.

Теперь у Кассини заканчивается топливо, и 15 сентября ему будет приказано погрузиться в верхние слои атмосферы Сатурна, где он сгорит, как метеор.

Посадка Гюйгенса на Титан

В рамках своего окончательного амбициозного плана наблюдений аппарат начал в прошлом месяце серию из 20 витков, совершая дугу высоко над северным полюсом планеты, а затем ныряя вниз, скользя по узкому кольцу F на краю главных колец.

Затем, начиная с апреля, «Кассини» прыгнет через кольца, чтобы начать свою последнюю серию из 22 смелых погружений, проходя между планетой и внутренним краем колец.

Big Iron ЕКА слушает в

В период с декабря 2016 по июль 2017 года наземные станции ЕКА будут работать с сетью дальнего космоса НАСА для записи радиосигналов, передаваемых Кассини на расстояние 1,6 млрд км, помогая ученым изучать атмосферу Сатурна и его загадочные кольца, принося приблизить нас к пониманию его происхождения.

Новая станция слежения Norcia

Они будут записывать сигналы, переданные Кассини, которые пересекают или отражаются от атмосферы или колец Сатурна. Изменения силы и частоты содержат ценную информацию о составе, состоянии и структуре того, через что они прошли.

Кроме того, по сигналам можно выделить крошечные колебания орбиты «Кассини» из-за меняющегося притяжения, что поможет нам лучше понять внутреннюю часть планеты.

Первые проходы

Первые три прохода с участием станций ЕКА были проведены в декабре, затем еще два прохода 3 и 10 января. Запланировано еще двадцать соединений в дальнем космосе.

«В первые несколько месяцев 2017 года мы в основном записываем сигналы, которые будут проходить через кольцевую систему или атмосферу», — говорит Даниэль Фирре, менеджер по обслуживанию в центре управления полетами ЕКА в Дармштадте, Германия.

«После апреля, когда орбита Кассини опустится ниже, мы переключимся на запись сигналов, которые будут использоваться для гравитационного анализа».

Записи — некоторые партии размером до 25 ГБ — переданы группе радиологов «Кассини» для анализа.

«Станции ЕКА помогают получать чрезвычайно важные радионаучные данные с «Кассини», подчеркивая, как межведомственное сотрудничество может сделать планетарные миссии еще более ценными», — отмечает Асил Анабтави из группы радионаучных исследований в Лаборатории реактивного движения НАСА.

Некоторые записываемые контакты между Кассини и Землей будут длиться более 10 часов и потребуют технически сложной передачи сигнала от ЕКА на станцию ​​НАСА и наоборот. Кроме того, специалисты в Дармштадте должны выполнить очень точные расчеты частоты проходов записи.

«Поддержка радионауки Cassini для грандиозного финала миссии требует не только командной работы в ЕКА, но и тесного сотрудничества между агентствами», — говорит Томас Бек из ЕКА, отвечающий за обслуживание наземных станций.

«Это часть нашей постоянной взаимной поддержки, которая приносит реальную научную и инженерную ценность».

Спасибо за лайк

Вам уже понравилась эта страница, вы можете поставить лайк только один раз!

Наземные станции танцуют с «Кассини» — Ракетная наука

Сложный скоординированный «танец» между станциями слежения ЕКА и НАСА следует за «Кассини» во время его грандиозного финала.

На финальной орбите «Кассини» — последней главе его почти 20-летней миссии — космический корабль движется по эллиптической траектории, которая заставляет его нырять со скоростью десятки тысяч километров в час через 2400-километровое пространство между кольцами и планету, куда еще не летал ни один космический корабль.

Май, июнь и июль были напряженными месяцами для Кассини, так как серия сложных проходов слежения за наземными станциями с участием антенн ЕКА для дальнего космоса (DSA) и сети дальнего космоса НАСА (DSN) зафиксировала серию грандиозных финальных радионаучных проходов. .

Пересечение кольца: В этом кадре из короткометражного фильма «Большой финал Кассини» космический корабль ныряет между Сатурном и самым внутренним кольцом планеты. Предоставлено: NASA/JPL-Caltech

Миссия Кассини много раз выполняла радионаучные наблюдения за время своего пребывания на Сатурне. Ранее для этих наблюдений миссия полагалась исключительно на антенны сети дальнего космоса НАСА.

Теперь добавление новых возможностей отслеживания ЕКА помогает обеспечить непрерывный прием сигнала, необходимый во время радионаучной деятельности Кассини. Но это означает, что сети двух агентств должны тесно сотрудничать.

Услышав далекий крик

Наземные станции дальнего космоса ЕКА начали работать с Cassini в прошлом году, проводя серию тестовых «проходов» — «проход» происходит, когда космический корабль входит в зону прямой видимости над станцией и продолжается до тех пор, пока не исчезнет за горизонтом станции, когда Земля вращается, используя свои большие 630-тонные антенны диаметром 35 метров, направленные с исключительной точностью на Кассини в небе, прислушиваясь к сигналу корабля с Сатурна.

ESA DSA-1 New Norcia, Западная Австралия. Предоставлено: ESA

В ходе первоначального испытания 10 августа 2016 года станция слежения ЕКА в Новой Норсии, Западная Австралия, приняла сигналы, переданные Кассини на расстояние 1,4 миллиарда километров — самый дальний «улов» для станции ЕКА.

Сейчас, во время 22-х витков «внутри колец» Гранд-Финала, станции ЕКА применяют на практике опыт, полученный в прошлом году, и принимают сигналы «Кассини», уделяя особое внимание радионаучным измерениям гравитации и затмения колец, а также доставляют данные, полученные учеными США и Европы для научного анализа.

Притягиваемый гравитацией и проходящий через частицы

Гравитационные эксперименты направлены на измерение гравитационного поля Сатурна с беспрецедентным уровнем детализации, чтобы получить представление о внутренней структуре планеты, а также на ограничение сценария формирования колец Сатурна путем определения масса колец.

• Отклонения орбиты «Кассини» – даже незначительные – от ожидаемой траектории могут быть обнаружены путем анализа доплеровского сдвига в передаваемом аппаратом сигнале ^[1] , что позволяет изучать и измерять рывки под действием силы тяжести.

Радионаучные затмения направлены на анализ мелкомасштабной структуры колец и физических свойств их частиц.

• Радиотехнические затмения возникают, когда сигналы, которые Кассини передает наземным станциям, проходят через кольца, влияя на сигналы определенным образом, который можно изучить и проанализировать.

Погружение и погружение

22 орбиты Grand Finale переносят Кассини между Сатурном и его кольцами; Ближайшее сближение космического корабля с Сатурном, достигнутое во время каждого прохода через плоскость колец, составляет примерно от 1655 км до 39 км.10 км относительно «уровня 1 бар» Сатурна (это место в атмосфере, где атмосферное давление такое же, как на уровне моря на Земле. Это также приблизительно соответствует высоте самых высоких облаков Сатурна).

Для шести из них пролетов наибольшего сближения (последний из них произошел 19 июля), антенна с высоким коэффициентом усиления космического корабля была направлена ​​​​на Землю для выполнения радиозатменных измерений колец и радионаучных гравитационных экспериментов.

Эти проходы радиослежения выполняются в течение очень длительного периода времени – до 37 часов, а это означает, что ни одна станция ЕКА или НАСА не имеет видимости Сатурна на протяжении всего прохода.

Непрерывный прием сигналов

Для радиотехники «Кассини» прием сигнала корабля должен быть непрерывным, чтобы можно было получать измерения гравитационного воздействия Сатурна на космический корабль без перерывов.

Для достижения сверхдлинных проходов, которые нужны «Кассини», и поскольку мы не можем просто замедлить вращение Земли, была запланирована серия технически сложных передач полученного сигнала «Кассини» в режиме реального времени между несколькими наземными станциями ЕКА и НАСА.

В этой работе задействованы антенны, расположенные в Аргентине (ЕКА), Калифорнии (НАСА), Испании и Австралии (ЕКА и НАСА).

«Сейчас мы входим в новый режим радионауки, давая гораздо более точные измерения гравитационных эффектов по сравнению с предыдущими наблюдениями, когда основной темой исследования было влияние кольцевой плотности на распространение радиосигнала», — Даниэль Фирре, Служба ЕКА. Менеджер перекрестной поддержки НАСА.

Комплекс «танец станции»

План переключения между антеннами для приема сигнала космического корабля был организован для обеспечения необходимого непрерывного покрытия и потребовал очень тесного технического и организационного сотрудничества между двумя сетями на нескольких континентах.

Невероятно, но в одном проходе может быть задействовано до семи станций.

На приведенном ниже рисунке показано, как каждая наземная станция отслеживает сигнал Кассини во время этих проходов. Каждая станция представлена ​​своим цветом. Сигнал Кассини отслеживается, когда Сатурн (и, следовательно, Кассини) восходит и заходит в небе над каждой станцией.

Типовой пропуск на несколько станций, ESA-NASA для отслеживания Cassini Кредит: NASA/JPL-Caltech
C – NASA Canberra DSN
NN – ESA New Norcia DSA
M – NASA 90 Madrid DSN ML – ESA Malargüe DSA
G – NASA Goldstone DSN

Обратите внимание, что оптимальный угол для антенн наземных станций составляет от 25 до 30 градусов над горизонтом; ниже этого «угла отсечки» слишком много вещей, которые могут нарушить связь с космическим кораблем.

В результате станции ЕКА в южном полушарии находятся в лучшем положении для приема сигнала Кассини из-за расположения Сатурна в небе прямо сейчас. Это хорошо видно на диаграмме, где М (адрид) и G (старый камень) имеют видимость около 30 градусов, а Маларгуэ и Новая Норсия почти 80 градусов.

Cassini — сложный космический корабль; он может принимать сигналы в диапазоне X и передавать в диапазоне S, X и Ka (подробности об этих частотах здесь).

Радионаука проходит, Кассини передает, а станции на Земле принимают; каждый раз, когда одна принимающая станция выходит из поля зрения, следующая станция принимает сигнал, и происходит пятисекундное перекрытие, чтобы избежать потери контакта (обратите внимание, что цветные дуги покрытия на графике выше перекрываются).

Не все станции могут принимать все три частоты Кассини; тем не менее, хэндоверы между станциями настолько хорошо скоординированы, что всегда можно принять как минимум два из них.

Ощущение притяжения газового гиганта

Гравитационное поле Сатурна и масса колец определяются с помощью так называемых измерений «скорости дальности» — в основном, измерения скорости, с которой расстояние от наземной станции до космического корабля варьируется. Эти измерения обеспечиваются бортовой радиосистемой Cassini X-диапазона, а также пятью станциями DSN и двумя станциями ESA, работающими в тесной координации.

Прекрасный вид на закат новой 35-метровой космической станции ЕКА, Маларгуэ, Аргентина, глазами Сальвадора Марти из нашей команды ESTRACK в 2012 году. Предоставлено: ESA/S. Марти

Измерения гравитационного поля получаются путем сравнения обнаруженной скорости космического корабля (технически, его радиальной скорости с точностью около 0,05 мм/с) с моделью орбиты космического корабля, учитывающей эффекты доплеровского сдвига.

Радионаучные наблюдения «Кассини» дадут важные сведения о том, как и когда образовались Сатурн и его кольца, а также об их связи с его спутниками: большая масса колец позволяет предположить, что кольцам столько же лет, сколько системе Сатурна, сформировавшейся 4,5 миллиарда лет. назад, в то время как меньшая масса кольца предполагает, что кольца должны быть намного моложе, возможно, образованными в результате распада большой кометы или маленькой луны.

Кольцевые покрытия

Как описано выше, наблюдения затмений происходят, когда кольца частично блокируют радиосигналы Кассини на пути к Земле.

Во время Гранд-финала эти наблюдения используют сверхблизкую перспективу космического корабля на кольца, что позволяет радиосигналу систематически перемещаться по системе колец с довольно близкого расстояния.

Кампания отслеживала покрытия во время шести гравитационных орбит (так называемых «орбит RSS», когда радионаучная подсистема «Кассини» была активна) и двух орбит «сегмента кольца» (орбиты 276 и 282 — см. Детали).

Орбиты Grand Finale выводят Кассини между планетой и ее кольцами. Предоставлено: NASA JPL-Caltech

Радиозатмения короткие по продолжительности (менее 26 минут), начинаются почти сразу после погружения Кассини через плоскость колец и охватывают всю главную систему колец. Этот метод может измерять до трех частот, профилируя кольцевую структуру и ограничивая физические свойства структур.

Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех

Коллективное кольцевое покрытие покрытий RSS Grand Finale беспрецедентно для миссии Кассини. Никогда прежде не применялась техника наблюдения с таким точным затмением.

«Благодаря объединению станций двух агентств общая научная отдача от «Кассини» значительно повышается, поскольку их чувствительные радиоуши могут прослушивать сигналы от корабля, когда он притягивается гравитацией или когда сигналы проходят через кольца, предоставляя дополнительную важную информацию, которая поможет нам понять эту невероятную систему», — говорит Николас Альтобелли, ученый проекта ЕКА «Кассини-Гюйгенс».

Эти мощные научные открытия стали возможными благодаря интенсивной координации и сотрудничеству между наземными станциями ЕКА и его партнеров из НАСА, что является настоящим техническим и экспертным достижением  проявление силы в рамках Grand Finale .

Recent news

Most distant catch for an ESA station

Catching Cassini’s call

Countdown to Cassini’s Grand Finale

More information

NASA DSN Network

ESA Estrack network

Notes:

[1] Чтобы лучше понять доплеровский режим, прослушайте звуковое озвучивание радиочастотного доплеровского сдвига в сигнале, переданном космическим аппаратом ЕКА Mars Express, когда он пролетел мимо марсианского спутника Фобоса в 2013 году.