Космический аппарат Пионер-11 исследует Юпитер. Космический аппарат пионер
Космический аппарат Пионер-11 исследует Юпитер
06 Декабря 2014
6 апреля 1973 г. в 2 часа 11 минут по гринвичскому времени с космодрома на мысе Кеннеди (США) был запущен второй космический аппарат в сторону Юпитера: «Пионер-11». Трехступенчатая ракетаноситель «Атлас — Кентавр — Бернер-2» вывела аппарат на траекторию полета к Юпитеру, сообщив ему при этом скорость свыше 14 км/сек.
По проекту предполагается, что «Пионер-11» 5 декабря 1974 г. должен пройти на минимальном расстоянии от Юпитера около 140 тыс. км. Возможен также переход аппарата «Пионер-11» на траекторию, которая после облета Юпитера обеспечила бы ему встречу с планетой Сатурн. Для этого предусматривалась дополнительная коррекция траектории. В этом случае примерно через 7 лет после запуска с Земли «Пионер-11» совершит облет Сатурна. Принятие этого варианта зависело от результатов облета Юпитера аппаратом «Пионер-10» и анализа переданной им информации.
Научная программа полета «Пионера-11» включает проведение 14 экспериментов. Детектор метеоритов и четыре телескопа обеспечат сбор данных о мелких и крупных частицах и телах в межпланетном и околопланетном пространстве. Остальные приборы предназначены для сбора информации о межпланетном магнитном поле и магнитном поле Юпитера, заряженных частицах в межпланетном пространстве и в зоне захваченной радиации у Юпитера, зодиакальном свечении, солнечных и галактических космических лучах, ультрафиолетовой радиации в межпланетном пространстве и в окрестностях Юпитера, потоках тепловой энергии от Юпитера. При помощи фотополяриметра, представляющего собой оптический телескоп системы Максутова и соответствующее оборудование, должна быть предпринята попытка получить изображения Юпитера и некоторых его спутников.
Слежение с Земли за аппаратом позволит провести эксперимент по небесной механике, который, в частности, позволит уточнить орбиту Юпитера, его массу и общую массу Юпитера и семейства его спутников. В эксперименте по радиопросвечиванию путем анализа рефракции радиоволн, прошедших через атмосферу Юпитера, предполагалось определить вертикальное распределение нейтральных и ионизированных частиц в атмосфере планеты.
По конструкции и составу бортовых систем «Пионер-11» аналогичен аппарату «Пио-нер-10»; практически аналогичны у обоих аппаратов и комплекты научных приборов: на «Пионере-11» дополнительно установлен лишь индукционный магнитометр для измерений интенсивных магнитных полей в окрестностях Юпитера.
В 1973 г. успешно продолжался полет космического аппарата «Пионер-10», запущенного 3 марта 1972 г. С середины июля 1972 г. по середину февраля 1973 г. полет аппарата проходил в пределах пояса астероидов. Уже за первый год полета к Юпитеру от «Пионера-10» была получена большая по объему и интересная информация о физических условиях в космическом пространстве; при этом наиболее важные по значению данные касаются измерений микрометеоритной обстановки в межпланетном пространстве, особенно между орбитами Марса и Юпитера. Это связано с тем, что одна из важнейших задач, которая была поставлена перед «Пионером-10», — определение опасности полета космических аппаратов в пределах пояса астероидов.
Предварительный анализ фактов регистрации метеоритных частиц различных размеров позволяет сделать следующие выводы.
Частицы диаметром около 10 мк и массой около 10–9 г сравнительно равномерно распределены в пространстве между орбитой Земли и поясом астероидов и в его пределах. Ранее ученые считали, что концентрация таких частиц должна уменьшаться по мере удаления аппарата от Земли и возрасти в 2 раза при входе его в пояс астероидов.
Четыре оптических телескопа, входящих в комплект «Сизиф», регистрировали более крупные частицы диаметром от 0,1 до 1 мм (телескопы способны регистрировать такие частицы на расстояниях до 800 м от аппарата). Результаты регистрации частиц указанных размеров близки к наиболее обоснованным оценкам концентрации, дававшимся до запуска аппарата. Так, на расстоянии 2,5 астрономических единиц от Солнца, т.е. в средней части пояса астероидов, максимальная частота регистрации крупных метеоритных частиц составила около 1 частицы в сутки. Интересно отметить, что диапазон оценок до полета соответствовал частоте регистрации 0—1600 частиц в сутки. Если бы последняя оценка была подтверждена в ходе полета, то это привело бы к разрушению аппарата.
Телескопам не удалось, как надеялись экспериментаторы, зарегистрировать астероиды диаметром около 10 м.
Общий вывод, который был сделан по результатам регистрации метеоритных частиц в пределах пояса астероидов, заключается в том, что пояс астероидов не представляет собой непреодолимого препятствия для космических аппаратов, направляемых человеком к периферийным областям Солнечной системы.
Относительно космических лучей выяснилось, что влияние Солнца на них с увеличением расстояния от него вопреки предположениям уменьшается незначительно. Например, при увеличении расстояния от 1 до 3 астрономических единиц от Солнца его влияние на космическое излучение уменьшилось лишь на 5—10%, а не на 50—60%, как ожидали ученые. Это свидетельствует о том, что гелио-сфера распространена значительно шире, чем предполагали. Впервые в составе космических лучей обнаружены алюминий и натрий.
Результаты исследования солнечного ветра в момент мощной вспышки на Солнце в августе 1972 г. показали, что скорость потока солнечного ветра в месте регистрации его «Пионером-10» (аппарат находился при этом на расстоянии 341 млн. км от Солнца) уменьшилась в 2 раза, а плотность и температура увеличились. По мнению некоторых ученых, такое явление предположительно можно объяснить тем, что более интенсивный поток солнечного ветра сталкивается с плазмой, в которую он не может проникнуть. В результате этого столкновения некоторая часть кинетической энергии превращается в тепловую энергию, и поэтому температура солнечного ветра возрастает, а его скорость снижается.
Напряженность магнитного поля Солнца, плотность солнечного ветра и концентрация солнечных частиц высоких энергий, по результатам экспериментов, уменьшаются примерно обратно пропорционально квадрату расстояния от Солнца.
4 декабря 1973 г. в 1 час 45 минут по гринвичскому времени космический аппарат «Пионер-10» совершил облет Юпитера на минимальном расстоянии 130 тыс. км от планеты. Научные приборы аппарата передали информацию о Юпитере и его околопланетном пространстве, в частности, при помощи фотополяриметра удалось получить изображения Юпитера и четырех его спутников.
Наука и человечество. 1975. Сборник – М., «Знание», 1974.
Исследования Юпитера и его спутников космическими аппаратами. Полёты на Юпитер.
Подробно:
© Владимир Каланов,сайт "Знания-сила".
Первые визуальные исследования Юпитера
Визуальные исследования Юпитера начал ещё Галилео Галилей в 1610 году. Он описал форму Юпитера и открыл четыре его спутника: Ио, Европу, Ганимед и Каллисто. Приводя здесь ещё раз эти известные факты, мы не просто повторя́емся, а хотим этим подчеркнуть огромное значение открытий Галилея, подтвердивших правильность гелиоцентрической системы Коперника. В те времена это имело не просто большое научное, но и по сути своей огромное мировоззренческое значение.
В 1630 году астроном Цукки обнаружил полосы на поверхности Юпитера, располагающиеся параллельно экватору. Как было установлено позднее, так выглядит облачная поверхность бурной атмосферы Юпитера.
В 1664 году Роберт Хук заметил пятна на поверхности Юпитера, а в 1665 году Джан Домени́ко Кассини открыл Большое Красное Пятно. Наблюдение именно за этим Пятном дало возможность Кассини определить период вращения Юпитера вокруг своей оси (9ч 56 мин.). одновременно он вычислил период вращения газовых образований в зоне экватора - 9ч 51 мин. и величину сжатия Юпитера по оси полюсо́в - 1/5 диаметра планеты.
До начала XX века астрономы считали, что атмосфера и внутреннее строение Земли и Юпитера примерно одинаковы. Только с помощью освоенного ме́тода спектрального анализа была внесена ясность в вопрос о составе атмосферы Юпитера. Оказалось, что планету окутывает плотный слой облаков, состоящих из водорода и гелия с примесью метана, аммиака, двуокиси углерода и других соединений.
Полёты автоматических межпланетных станций
Подробные исследования Юпитера и его спутников начались, когда стали возможны полёты автоматических межпланетных станций.
Рассмотрим кратко хронологию и результаты таких исследовательских полётов.
• «Пионер-10» («Pioneer 10»).
В марте 1972 года с помощью ракеты «Атлас-Центавр» к Юпитеру был запущен американский аппарат «Пионер-10», который в декабре 1973 г. приблизился к планете-гиганту на расстояние 130000 км. С этого близкого расстояния аппарат передал на Землю более 300 качественных снимков Юпитера, в том числе изображение Большого Красного Пятна́.
«Пионер-10» представлял собой аппарат шестигранной формы весом 258 кг. Его алюминиевая антенна имела со́товую структуру. Солнечных батарей на аппарате не было, потому что в том пространстве, где на момент встречи с Юпитером по расчетам должен был находиться «Пионер-10», интенсивность солнечного света была бы совершенно недостаточна для работы солнечных батарей. Вместо солнечных батарей источником электроэнергии на аппарате служили два термоэлектрических радиоизотопных элемента, работавших на изото́пе плутоний-238. «Пионер-10» был оснащен магнитометром, телекамерой и несколькими телескопами. На корпусе аппарата была прикреплена́ табличка с изображением мужчины и женщины и с указанием положения Земли в Солнечной системе. Людям очень хочется встретиться с внеземными разумными существами. Табличка на «Пионере-10» как раз говорит об этом желании.
«Пионер-10» впервые преодолел мощные радиационные пояса Юпитера. наведённые в аппарате токи втрое превысили допустимые значения, но электрооборудование выдержало эти перегрузки.
Только в 1983 году «Пионер-10» покинул пределы Солнечной системы.
• «Пионер-11» («Pioneer 11»).
В апреле 1973 года также с помощью ракеты «Атлас-Центавр» был запущен аппарат «Пионер-11». В декабре 1974 года аппарат достиг окрестностей Юпитера и передал на Землю данные о составе атмосферы планеты и другую научную информацию. Впервые на «Пионере-11» было использовано мощное гравитационное поле Юпитера для разгона аппарата на орбите. Так называемый «эффект пращи» был использован для того, чтобы, получив мощный импульс ускорения, «Пионер-11» устремился к Сатурну и благополучно достиг в сентябре 1979 г. ближайших окрестностей этого второго газового гиганта Солнечной системы.
• «Вояджер-1» («Voyager-1»).
В августе 1977 года был произведен запуск ракеты «Титан-3/Центавр», несущей АМС «Вояджер-1». В марте 1979 года «Вояджер-1» приблизился к Юпитеру на минимальное расстояние и передал на Землю научную информацию о планете и сотни снимков, более качественных, чем те, которые были получены от «Пионеров».
Затем «Вояджер-1» совершил полёт к Сатурну. Пройдя в ноябре 1980 г. на расстоянии 64000 км от планеты, он передал на Землю увеличенные снимки Титана - спутника Сатурна.
• «Вояджер-2» («Voyager-2»).
Запущенный также в 1977 г. «Вояджер-2» был выведен на другую орбиту по сравнению с орбитой «Вояджера-1». Пройдя довольно далеко от Юпитера, «Вояджер-2» передал уникальные изображения четырёх спутников Юпитера: Ио, Европы, Ганимеда и Каллисто, а также интересную информацию об этих спутниках. Потом «Вояджер-2» прошёл около Сатурна и в августе 1981 года взял курс на Уран и Нептун.
• «Улисс» («Ulysses»).
Схема орбиты «Уилисса»
Запущенный в октябре 1990 г. космический аппарат «Улисс», предназначенный для изучения Солнца, использовал гравитационное ускорение в поле тяготения Юпитера, дважды приближаясь к нему (см. схему) в феврале 1992 года - для дополнительного ускорения и феврале 2004 года - для измерения магнитосферы. Аппарату удалось произвести замеры магнитного поля планеты, получить данные о его геометрии и напряжённости в участках пролётной траектории.
• «Кассини-Гю́йгенс» («Cassini»).
В 2000 г. космический аппарат «Кассини» на пути к Сатурну пролетел рядом с Юпитером, совершив гравитационный манёвр в гравитационном поле Юпитера, и сделал несколько самых высококачественных снимков за всю историю наблюдений за Юпитером.
Конструкция автоматической станции «Кассини-Гюйгенс»
Максимальное сближение с планетой было достигнуто 30 декабря 2000 г., было сделано множество измерений. На протяжении многомесячного облёта было сделано около 26000 изображений, на основании которых был реконструирован наиболее детальный цветной «портрет» Юпитера, на котором можно разглядеть объекты размером 60 км в поперечнике.
• «Новые горизонты» ( «New Horizons»).
В январе 2006 г. к Плутону был послан космический аппарат «Новые горизонты» для изучения Плутона и его естественного спутника Харона (прибытие в окрестности Плутона ожидается в 2015 году). 28 февраля 2007 года космический аппарат совершил гравитационный манёвр в окрестностях Юпитера, приблизившись к планете-гиганту на расстояние 2,305 млн. км. С помощью аппарата «Новые горизонты» получены фотографии Юпитера и его спутников, сделанные с высоким разрешением.Читайте подробнее об исследовании Плутона зондом «Новые горизонты» в разделе "Плутон" сайта Знания-сила.
• «Галилео» («Galileo»).
В октябре 1989 г. с космического корабля «Атлантис» к Юпитеру был запущен межпланетный аппарат «Галилео». Находясь на траектории полёта к Юпитеру, аппарат «Галилео» дважды (в 1990 и 1992 гг.) на высокой скорости пролетел мимо Земли, причём в 1990 году он выполнил разгонный манёвр в гравитационном поле Венеры. Получив необходимый разгон, «Галилео» пролетел через пояс астероидов. На Землю он передал полученные с близкого расстояния снимки астероидов Гаспры (октябрь 1991 г.) и Иды (август 1993 г.), обнаружив у Иды спутник.
Зонд, направленный с «Галилея»
Аппарат «Галилео» имел вес 2,2 тонны и нёс в себе зонд весом 340 кг. В июле 1995 г. зонд с научной аппаратурой был выпущен в сторону Юпитера. В момент старта зонда его расстояние до Юпитера составляло около 80 млн. км. В декабре 1995 г. зонд передал данные о мощном радиационном поясе Юпитера, который простирается на 50000 км. от планеты. После этого зонд погрузился в атмосферу Юпитера. Это был первый в истории зонд, опущенный в атмосферу этой планеты. Зонд зафиксировал слой облаков, где ветры имели скорость до 640 метров в секунду. Спускаясь в атмосфере на парашюте, зонд в течение 75 минут передавал данные о плотности атмосферы, о её температуре и составе, после чего разрушился под действием высокого давления.
Аппарат «Галилео» первым в истории вышел на орбиту вокруг Юпитера 8 декабря 1995 г. и начал выполнение обширной программы исследования планеты и её спутников. Он вращался вокруг планеты на протяжении более семи лет, сделав 35 проходов по орбите, вместо запланированных 11 на два года исследований. После завершения исследовательской миссии 21 сентября 2003 года аппарат был послан в атмосферу Юпитера со скоростью около 50 км/с, где и был разрушен её высоким давлением с целью избежать возможности занесения микроорганизмов с Земли на спутники Юпитера. За время исследований были осуществлены облёты и фотографирования всех галилеевых спутников, а также спутника Амальтея. Аппарат «Галилео» также смог наблюдать с близкого расстояния падение на Юпитер кометы Шумейкера-Ле́ви во время своего приближения к Юпитеру в 1994 году.
• «Юнона» («Juno»).
В ближайшее время НАСА планирует дальнейшее углубленное изучение Юпитера с помощью новой межпланетной станции «Юнона», испытания которой близки к завершению. Уже в августе 2011 года космический аппарат должен начать своё длительное путешествие к Юпитеру.
Межпланетную станцию планируется расположить на вытянутой полярной орбите с максимальным приближением к планете на расстояние менее 5000 км. для того, чтобы детально изучить структуру атмосферы планеты, гравитационное и магнитное поле и полярную магнитосферу. По результатам предстоящих исследований учёные надеются дать ответы на непростые вопросы о том, как формировался Юпитер, имеет ли реально планета каменистое ядро, какое количество воды присутствует в атмосфере и как распределяется масса внутри планеты. Нам остаётся только пожелать удачи экспедиции и терпеливо ждать результатов. Если всё пройдёт по запланированному расписанию, то «Юнона» достигнет Юпитера и выйдет на орбиту вокруг него в июле 2016 года.
© Владимир Каланов,"Знания-сила"
znaniya-sila.narod.ru
первая загадка дальнего космоса — Naked Science
Пионеры
Американские программы исследования космического пространства всегда носили звучные имена и имели амбициозные цели. В рамках программы «Меркурий» американцы совершили свои первые пилотируемые полеты и создали первый отряд астронавтов. В ходе следующей программы «Джемини» были отработаны методы сближения и стыковки на орбите. Третьей программой пилотируемых космических полетов стала небезызвестная программа «Аполлон». Ее целью были пилотируемые полеты на Луну. А вот для исследования межпланетного пространства и небесных тел была начата программа «Пионер».
В рамках ее миссий США в период с 1958 по 1978 годы отправили в космос несколько исследовательских зондов. Космические аппараты летали к Солнцу, Венере и Луне, исследовали приближающиеся к нам кометы. «Пионер-3» обнаружил второй радиационный пояс Земли, а «Пионер-7» участвовал в изучении кометы Галлея. На сегодня хорошо известны два космических аппарата программы. Это запущенные одними из последних зонды «Пионер-10» (запуск осуществлен в марте 1972 года) и «Пионер-11» (апрель 1973 года).
Зонд «Пионер-10» в процессе сборки / ©wikipedia.org
В дальнейшем NASA запустило уже другие исследовательские программы. С новыми, более совершенными зондами. В 1977 году уже в рамках программы «Вояджер» к дальним планетам Солнечной системы отправили «Вояджер-1» и «Вояджер-2». А в 2003-м стартовала программа «Новые рубежи», в рамках которой в космос отправились «Новые горизонты», «Юнона» и OSIRIS-REx. Но в 50-е, когда программа только начиналась, ее аппараты в США считались первопроходцами космоса, поэтому и были названы «Пионерами». «Пионер-10» и «Пионер-11» стали первыми космическими аппаратами, пролетевшими через Главный пояс астероидов, и первыми, предназначенными для изучения Юпитера с близкого расстояния.
«Пионеры» могли бы первыми выйти за пределы Солнечной системы, но в 1998 году более быстрый «Вояджер-1 обогнал аппарат «Пионер-10», имевший желтую майку лидера в этом туре по Солнечной системе.
Аномалия
Впервые аномалия в полетной траектории зондов была обнаружена в 1980-х. К этому моменту зонды уже выполнили свою основную миссию. «Пионер-10» пролетел рядом с Юпитером в декабре 1973 года, уточнив при этом его массу и измерив магнитное поле. «Пионер-11» приблизился к планете ровно через год: в декабре 1974 года. Сделав подробные снимки, он отправился к Сатурну. В 1979 году аппарат передал на Землю изображения планеты и ее спутника Титана.
Основная миссия закончилась, но данные мониторинга траектории полета аппарата «Пионер-10» решили использовать для поиска, как тогда еще предполагалось, десятой планеты Солнечной системы. А теперь уже девятой (после понижения в статусе Плутона). Если бы было отклонение в траектории, то, как полагали ученые, это стало бы следствием гравитации еще неоткрытой планеты. Отклонение нашли, но причиной этой аномалии была отнюдь не планета на краю Солнечной системы. Но, что самое интересное, впоследствии аномалия обнаружилась и у зонда-близнеца.
Иллюстрация выхода «Пионеров» и «Вояджеров» за пределы Солнечной системы / ©wikipedia.org
Сегодня аппараты летят в разных направлениях. «Пионер-10» двигается к краю Млечного Пути, в направлении созвездия Тельца. Его близнец, напротив, – к центру Галактики, в направлении созвездия Щита. Надо понимать, что сейчас оба зонда находятся в свободном полете. Только полученный ранее разгон и внешние силы влияют на полет космических аппаратов. Силы гравитационные и негравитационные.
Среди негравитационных, к примеру, давление солнечной радиации, вызывающее ускорение, направленное от Солнца. А гравитация Солнца, наоборот, тянет аппараты к звезде, вызывая ускорение, направленное к Солнцу, то есть замедляет их. Все силы, которые могут оказывать влияние на полет космических аппаратов, подсчитаны и учтены. Кроме одной. Одна неизвестная и непонятная сила тянет зонды обратно. Именно она – причина загадки «Пионеров». Ничтожно малая сила, но она есть. Последние расчеты, полученные к 2002 году, говорят, что величина необъяснимого отрицательного ускорения составляет (8,74±1,33)·10–10 м/с2.
Это ничтожно мало, но уже привело к отклонению аппаратов примерно на 400 тысяч километров от расчетной траектории. Казалось бы, зонды пролетели миллиарды километров. На момент потери связи с «Пионером-10» (23 января 2003 года) он удалился от нас более чем на 12 млрд километров. Это 82 астрономические единицы, то есть 82 расстояния от Земли до Солнца. Связь с «Пионером-11» была потеряна 30 сентября 1995 года, аппарат уже находился от Солнца на расстоянии 6,5 млрд километров, или 43 а. е.
И что эти сотни тысяч по сравнению с миллиардами километров? Но для науки эти ничтожные величины могут иметь огромное значение. Отклонение от нормы, от привычного понимания вещей, то есть аномалии могут свидетельствовать о наличии чего-то значимого, но еще неоткрытого. Тем более, в астрофизике.
Аномалия в движении Урана привела к открытию новой планеты – Нептуна. Аномалия в движении Меркурия, обнаруженная в 1859 году, была объяснена только с помощью общей теории относительности Альберта Эйнштейна, разработанной им в 1915 году. Решение аномалии «Пионеров» может перевернуть современную физику или, наоборот, будет вполне тривиальным. Вот поэтому она и не дает покоя многим ученым.
Может возникнуть вопрос: как ученые подсчитали скорость и, соответственно, ускорение аппаратов? Зонды давно недоступны для наблюдения. Ни «Хаббл», ни любой другой телескоп не смогут разглядеть улетающие от нас зонды. Контроль скорости зондов производится при помощи измерения доплеровского смещения частоты радиосигнала, который посылается в направлении к зонду и принимается от него обратно. В основе лежит тот же самый доплеровский эффект, применяемый для определения скорости движения автомобилей. Проявился эффект в виде так называемого фиолетового смещения, смещения радиосигнала в коротковолновую область спектра, которое означает, что зонды начали замедляться.
Но если речь идет об эффекте, который может влиять на движение двух зондов, то он же может влиять и на другие? Мы уже говорили, что после программы «Пионер» были и другие. Вот только «Пионеры» находятся в полете без дополнительных корректировок курса в течение долгого времени. А вот траектория полета и ориентация других зондов все еще корректируются маневровыми двигателями. Поэтому точные измерения эффекта, если они есть, произвести невозможно.
Возможные причины аномалии
За все годы, посвященные поиску решений этой загадки, было выдвинуто множество предположений. И первое – это ошибки в наблюдениях и интерпретации полученных данных. Но от него отказались практически сразу. Аномалию объясняли разными причинами. Торможением о межпланетную среду (пыль, облака газа и т. п.). Гравитационным притяжением объектов пояса Койпера. Утечкой газа, например гелия, используемого в качестве рабочего тела в радиоизотопных генераторах. Причину искали и в электромагнитных силах, вызванных накопленным зондами электрическим зарядом. И, конечно, списывали на влияние темной материи или темной энергии. Не обошлось и без предложений скорректировать существующую физику. Предыдущие предположения давали негравитационное объяснение эффекта. В 1983 году израильским физиком Мордехаем Мильгромом была предложена так называемая теория модифицированной ньютоновской динамики (MOND). Она является примером альтернативной теории гравитации. Согласно MOND, в тех случаях, когда мы имеем дело с телами, движущимися с чрезвычайно малым ускорением, ньютоновская механика нуждается в поправках.
Однако причина аномального ускорения «Пионеров», кажется, все-таки найдена. Но для начала скажем немного о конструкции аппаратов. Зонды имеют на борту научные приборы и параболическую антенну диаметром 2,75 метра для связи с Землей. Вся эта аппаратура нуждалась в электропитании. Посмотрите на конструкцию «Пионеров». Видите в ней привычные для спутников солнечные батареи? Нет. Для аппаратов, исследующих отдаленные планеты Солнечной системы, нет смысла в солнечных батареях. По мере удаления вглубь космоса интенсивность солнечного излучения убывает. Энергии Солнца уже недостаточно для работы фотоэлементов солнечных батарей.
Схема аппарата «Пионер-10» / ©wikipedia.org
В отличие от зондов, летящих к внутренним планетам нашей системы, для полетов к Юпитеру, Сатурну и другим отдаленным планетам на борту устанавливают радиоизотопные термоэлектрические генераторы, использующие плутоний-238. Это не ядерные реакторы. Они работают по другому принципу. Радиоизотопные генераторы используют тепловую энергию, которая выделяется при естественном распаде радиоактивных изотопов и с помощью термоэлектрогенератора преобразуют ее в электроэнергию. Плутоний-238 как раз и является таким радиоактивным изотопом, распад которого питает аппаратуру на борту зондов. Каждый зонд имеет по четыре генератора, которые закреплены на двух трехметровых выносных штангах, подальше от научных приборов аппарата.
Для изучения аномалии «Пионеров» в Лаборатории реактивного движения Национального аэрокосмического агентства США была создана исследовательская группа. Ее возглавил наш соотечественник, выпускник физфака МГУ Вячеслав Турышев. Исследователям удалось построить математическую модель, которая объясняет аномальное ускорение «Пионеров» по крайне мере на 70%. По их мнению, все дело в тепловых потоках, идущих от зонда в разные стороны. А основной источник тепла – радиоизотопные генераторы, которые питали энергией бортовую аппаратуру. От работы приборов выделялось тепло. По мере отключения приборов все большая часть энергии тратилась на нагрев зондов. Тепло излучалось в пространство. Именно силу отдачи теплового излучения и недооценили при расчете предполагаемой траектории полета. Однако давление теплового излучения неравномерно. В полете зонды стабилизированы за счет вращения вокруг продольной оси. Излучаемое перпендикулярно продольной оси тепло рассеивается во все стороны равномерно и на движение зондов не влияет. Но есть еще излучение вдоль оси. И оно излучается неравномерно. Расчеты показали, что тепловой поток, излучаемый в направлении движения аппаратов, дает большую отдачу, чем идущий в противоположную сторону, то есть пересиливает его и вызывает эффект торможения.
Вид с тыльной стороны передающей антенны / ©nasa.org
Но в чем же причина остальных 30%? Возможно, физикам из португальского Института плазмы и ядерного синтеза удалось найти объяснение. Они пошли по тому же пути, что и группа Турышева. Но уделили больше внимания передающей антенне зондов, которая, напомним, имеет почти трехметровый диаметр. Сделав новые расчеты на основе своей математической модели зондов, они пришли к выводу, что отраженное от обратной стороны антенны тепловое излучение и дает тот самый недостающий импульс.
Ну что ж, загадка, которая не давала покоя ученым, кажется разрешена. Человечество продолжает осваивать космос. Ради новых загадок и увлекательного поиска их решений.
© naturalphilosophy.org
naked-science.ru
Исследования Сатурна космическими аппаратами Пионер, Вояджер и Кассини-Гюйгенс.
Подробно:
© Владимир Каланов,сайт "Знания-сила".
А теперь напомним основные этапы изучения Сатурна и его спутников с помощью космических аппаратов.
• «Пионер-11» («Pioneer 11»).
6 апреля 1973 г. была запущена автоматическая межпланетная станция «Пионер-11», которая сначала провела исследования Юпитера, а 1 сентября 1979 года приблизилась к Сатурну на расстояние 20900 км. Это был первый в истории пролёт космического аппарата около Сатурна. На Землю были переданы первые снимки колец Сатурна. Было обнаружено новое тонкое кольцо F шириной порядка 2000 км в 141000 км от центра планеты и в 3600 км от внешнего края кольца А. Промежуток между кольцами А и F был назван впоследствии разделителем Роша. По показаниям датчиков Пионера также был обнаружен магнитосфе́рный «след» спутника и «вычислен» небольшой спутник, названный позднее "1979S1". По данным измерений инфракрасного излучения ученые определили температуру видимой поверхности Сатурна. Она оказалась равной минус 173 градуса по Цельсию, что говорило о том, что планета излучает приблизительно в два раза больше тепла, чем получает от Солнца. В результате гравитационного маневра у Сатурна межпланетная станция «Пионер-11» приобрела гиперболическую скорость и навсегда уходит из Солнечной системы под углом 12.6° к эклиптике в направлении созвездия Орла . Связь с аппаратом поддерживалась до 30 ноября 1995 года и прекратилась в результате выработки радиоизотопного генератора. По расчетам учёных, возможно, что через 4 млн. лет аппарат пройдет на сравнительно небольшом расстоянии от X Орла.
• «Вояджер-1» («Voyager-1»).
Вторым космическим аппаратом, выполнившим научные исследования в относительной близости от Сатурна, был «Вояджер-1». Аппарат сначала по кратчайшей траектории долетел до Юпитера в марте 1979 года и отослал на Землю большой объём материала об этой планете, а в ноябре 1980 года приблизился к Сатурну на расстояние до 64000 км. На Землю были переданы данные об основных спутниках Сатурна.
• «Вояджер-2» («Voyager-2»).
Запущенный 20 августа 1977 года космический аппарат «Вояджер-2» был третьим автоматическим аппаратом, выполнившим исследования в окрестностях Сатурна. «Вояджер-2» имел весьма амбициозную программу, которая предусматривала использование удачного расположения планет для посещения за один полёт сразу четырёх планет-гигантов: Юпитера, Сатурна, Урана и Непту́на. Эта программа была в целом успешно выполнена. Пройдя мимо Юпитера на достаточно большом расстоянии, «Вояджер-2» передал интере́снейшую информацию о спутниках Юпитера и их снимки. Пролетая мимо Сатурна, «Вояджер-2» передал на Землю данные, пополнившие све́дения об этой планете и её спутниках. Одновременно аппарат выполнил маневр «гравитационной пращи», т.е. разогнался и вышел на траекторию полёта к Урану и Нептуну. 24 января 1986 года «Вояджер-2» пролетел на расстоянии 71000 км от Урана (первое и пока единственное исследование Урана космическим аппаратом) и продолжил полёт к Нептуну. 25 августа 1989 года «Вояджер-2» пролетел на расстоянии 5016 км. от Непту́на. Это было первое и пока единственное исследование Нептуна космическим аппаратом.
«Вояджер-2» - единственный космический аппарат, выполнивший исследования четырёх планет - Юпитера, Сатурна, Урана и Непту́на. Отметим, что так называемый «парад заземе́льных планет», т.е. расположение планет-гигантов в пространстве примерно на одной линии, проходит один раз в 200 лет.
• «Кассини-Гю́йгенс» («Cassini»).
В 1977 году НАСА в сотрудничестве с Европейским и Итальянским Космическими Агентствами осуществило запуск АМС «Кассини-Гю́йгенс». В июле 2004 года из этой АМС был выпущен зонд «Гю́йгенс», который опустился на поверхность спутника Сатурна - Титана. Зонд продолжает исследование атмосферы и поверхности Титана до настоящего времени.
Конструкция автоматической станции «Кассини-Гюйгенс»
Интересно знать
Интересно, что при разработке и осуществлении серьёзных и в научно-техническом отношении выдающихся проектов «Пионер» и «Вояджер» исследователей не оставляла наивная мечта встретить в Солнечной системе или за её пределами разумные существа. Поэтому наряду́ с научной аппаратурой, несмотря на жесткие требования по экономии объёма и массы всех устройств, на борту «Вояджера-1» и «Вояджера-2» были размещены позолоченные медные диски диаметром 30 см, на которых была сделана механическая запись по технологии обычной грампластинки. Рядом была установлена игла для воспроизведения записи. Порядок воспроизведения поясня́лся графической инструкцией. На пластинках были сделаны записи шума ветра, грохота морского прибоя, пения птиц и других природных звуков Земли, а также 90 минут музыки, 115 изображений в аналоговом кодировании и приветствия на 60 языках народов Земли. Пока все эти устройства не пригодились, но мечта осталась …
© Владимир Каланов,"Знания-сила"
znaniya-sila.narod.ru
Космический аппарат Венера-1 | Мир невидимого
Космический аппарат, получивший название Венера-1, был запущен на околоземную орбиту с помощью четырехступенчатой ракеты-носителя Молния, и, после включения разгонного блока четвертой ступени, выведен на межпланетную траекторию.
Корпус Венеры-1 представлял собой цилиндр диаметром 1,05 м с закругленной вершиной. Полная длина аппарата составляла 2,035 м. Энергия для оборудования поступала от серебряно-цинковых аккумуляторов, которые заряжались от двух батарей установленных по бортам. На поверхности корпуса корабля была закреплена параболическая антенна диаметром два метра, предназначенная для передачи данных на Землю на частоте 922,8 МГц.
Так же АМС Венера-1 оснащалась корректирующей двигательной установкой, предназначенной для коррекции траектории в случае отклонения.
На пути к цели Венера-1 провела несколько важных исследований космического пространства. Было подтверждено наличие плазмы солнечного ветра, а также получены данные о его параметрах в окрестностях Земли и на расстоянии 1,9 млн км от нее.
Финальная часть маршрута оказалась не столь успешной. Венера-1 в последний раз вышла на связь 19 февраля 1961 г. Последний слабый сигнал от АМС, о котором стало известно, был пойман американским радиолюбителем Джорделом Бэнком в июне 1961 г. после чего установить контакт больше не удавалось.
Первые снимки поверхности Венеры были получены спускаемыми аппаратами «Венера-9» и «Венера-10» в 1975 году.
Эти спускаемые аппараты были значительно прочнее и сложнее предыдущих. Центральный прочный корпус представлял собой сферу диаметром 1 м, к которой крепились посадочный амортизатор и деформируемое посадочное кольцо, а в верхней части находился дисковый аэродинамический тормоз диаметром 2,1 м. Вследствие высокой плотности атмосферы Венеры применение парашюта на финальном этапе посадки было признано нецелесообразным, поскольку в процессе медленного спуска аппарат нагревался и выходил из строя раньше. Аппарат «Венера-9» совершил посадку на склоне холма крутизной 15—20 градусов. Приборы зарегистрировали давление в 90 атмосфер и температуру 460 градусов Цельсия. На первых снимках были изображения, похожие на горную местность в облачный зимний день. Позднее спускаемые аппараты «Венера-13» и «Венера-14» передали на Землю первые в истории цветные снимки поверхности Венеры.
Первая радиолокационная съёмка поверхности Венеры была проведена аппаратом «Пионер Венера 1», запущенным в мае 1978 года и вышедшим на орбиту вокруг Венеры в декабре того же года.
Аппарат весом 553 кг имел цилиндрический корпус диаметром 2,5 м и высотой 1,2 м (4 фута). В процессе обращения на орбите вокруг Венеры он стабилизировался в пространстве за счёт вращения со скоростью 5 оборотов в минуту По окружности цилиндра были установлены 14 580 фотоэлементов, обеспечивавшие бортовой электрической системе питание в 312 Вт. Твёрдотопливный тормозной двигатель обеспечил выход на орбиту вокруг Венеры с периодом обращения 24 часа, апогеем 150 км и перигеем 67 км.
Устройство КА «Mariner-2»
Космический аппарат «Mariner-2»
1 - контейнер с бортовым оборудованием;
2 - счетчик частиц низкой энергии;
3 - экран системы терморегулирования;
4 - параболическая антенна
Источники: ria.ru, znaimo.com.ua, znaniya-sila.narod.ru, kurort.yuga.ru, sdnnet.ru
Мироточащие иконы
Иконы это чудо само по себе. Мы обращаемся через них к Господу, Богородице и святым покровителям за помощью и благословением. ...
Сиракузы – послание из прошлого
Город Сиракузы, что на Сицилии, является одним из древнейших городов Италии, основанным в VІІІ веке до н.э. В Сиракузах существует два ...
Послеродовая депрессия
Депрессивное состояние, возникающее после родов, характерно почти 20% рожениц. Интересно, что данное состояние практически не обусловлено проблемами, которые имеются ...
Каким будет истребитель шестого поколения?
Опытный образец российского боевого самолета шестого поколения совершит первый полет до 2025 года. Планируется, что истребитель будет летать со ...
Су-34 против F-16
У Су-34 использована уникальная оборонительная система ракетного вооружения — специальная РЛС в заднем «бульбе» обеспечивает наведение ракет на заходящую сзади цель без ...
Торсионные генераторы
В 1981 г. Анатолий Акимов, академик РАЕН сделал первый прибор, который назвал торсионным генератором.Кроме теории, есть практические, экспериментальные данные. Мы ...
Поговорим о разновидностях операционных систем
Операционная система (ОС) – это программное обеспечение, установленное на компьютер, которое даёт возможность управлять им и пользоваться его ресурсами ...
Необычные гаджеты
У нормальных античных людей в доме был сундук, кровать да пару стульев, а всё стоящее внимания находилось на агоре – ...
Самые большие морские свинки
Морские свинки - это грызуны семейства свинковых, имеющие довольно скромные размеры. Однако их близкие родственники, капибары, могут вырастать до ...
Что должны уметь Умные очки
Не всегда передовые идеи удачно реализуются и получают продолжение. Так, к сожалению, произошло и с Умными очками корпорации Google. ...
www.objectiv-x.ru
Пионер (КА) Википедия
Программа «Пионер» (англ. Pioneer program) — американская программа исследования межпланетного пространства и нескольких небесных тел. В рамках программы было запущено несколько АМС, из которых наиболее примечательными были «Пионер-10» и «Пионер-11», впервые достигшие двух из внешних планет Солнечной системы (Юпитер и Сатурн) и покинувшие её. Запуск космических кораблей серии «Пионер» начался в 1958 году.
Космические аппараты серии «Пионер» были различны по устройству, так как предназначались для разных миссий.
В честь программы названа Земля Пионера на Плутоне.
Исследования Луны
Научная цель запуска первых трёх кораблей серии состояла в изучении Луны и фотографировании её обратной стороны. Политической же целью было вернуть США статус самой развитой технической державы, который покачнулся после запуска Советским Союзом первого спутника.
- «Пионер-0» — попытка запуска 17 августа 1958 года (неудачная — ракета-носитель взорвалась при взлёте).
- «Пионер-1» — запуск 11 октября 1958 года. Это была траектория сближения, без использования старта с орбиты[1]:201. Из-за недобора скорости аппарат вернулся на Землю, пролетев только треть расстояния до Луны, и сгорел в атмосфере.
- «Пионер-2» — запуск 8 ноября 1958 года. Летел по траектории сближения, без использования старта с орбиты[1]:201. Из-за неисправности третьей ступени аппарат вернулся на Землю.
Миссией следующих двух аппаратов было изучение Луны с пролётной траектории:
- «Пионер-3» — запущен 6 декабря 1958 года. Полёт проходил по траектории сближения, без использования старта с орбиты[1]:201. Из-за недобора скорости не достиг Луны, максимальное удаление от Земли составило 102 320 км. В ходе полёта обнаружил второй радиационный пояс Земли. Сгорел в верхних слоях атмосферы через день после запуска.
- «Пионер-4» — запущен 3 марта 1959. Аппарат аналогичен «Пионеру-3». Исследовал радиационную обстановку около Луны с пролётной траектории. Минимальное расстояние до Луны составило 60 050 км, что не позволило задействовать фотоэлектрический сенсор и получить фотографии. После пролёта Луны вышел на гелиоцентрическую орбиту, став первым американским аппаратом, развившим вторую космическую скорость.
Далее НАСА поставило задачу вывести аппараты на окололунную орбиту, получить телеизображения Луны и измерить её магнитное поле. Были построены более усовершенствованные зонды нового поколения, но следующие четыре запуска были неудачными. Аппараты индексов не получили.
- «Пионер П-1» — попытка запуска 24 сентября 1959 года.
- «Пионер П-3» — попытка запуска 26 ноября 1959 года. Аппарат упал в Атлантический океан из-за разрушения обтекателя ракеты-носителя[2].
- «Пионер П-30» — попытка запуска 25 сентября 1960 года. Отказ второй ступени ракеты-носителя.
- «Пионер П-31» — попытка запуска 15 декабря 1960 года. Ракета-носитель взорвалась на 68-й секунде полёта на высоте 13 км.
Запуски первых аппаратов серии «Пионер» к Луне оказались не слишком удачными, и дальнейшее изучение спутника нашей планеты продолжили аппараты серий «Сервейер» и «Лунар орбитер».
Исследования межпланетного пространства
Следующие «Пионеры» обладали удивительным долголетием. Например, аппарат «Пионер-6», запущенный 16 декабря 1965 года, до сих пор числится среди работоспособных. Аппараты «Пионер-5» — «Пионер-9» изучали природу возникновения солнечного ветра, космические лучи, магнитное поле Земли.
- «Пионер-5» — запущен 11 марта 1960 года. Занимался исследованиями межпланетного пространства между орбитами Земли и Венеры на расстоянии свыше 100 000 км от Земли. В частности, впервые были проведены измерения космических лучей в условиях, полностью свободных от влияния атмосферы Земли.
- «Пионер-6» («Пионер A») — стартовал 16 декабря 1965 года. Кроме основных измерений, в 1973 году исследовал комету Когоутека. «Пионер-6» поставил рекорд долгожительства среди космических аппаратов — последний сеанс связи с ним был проведён в 2000 году. Связь с аппаратом поддерживалась до середины 1990-х годов, в декабре 2000 года с «Пионером-6» был проведён успешный сеанс связи в честь 35-летия его запуска.
- «Пионер-7» («Пионер B») — запущен 17 августа 1966 года. Искал следы атмосферы Луны. Кроме того, это американский зонд, максимально приблизившийся к комете Галлея. Связь поддерживалась до середины 1990-х годов.
- «Пионер-8» («Пионер C») — запущен 13 декабря 1967. Дополнительно занимался изучением слабых магнитных полей. Связь поддерживалась до середины 1990-х годов.
- «Пионер-9» («Пионер D») — стартовал 8 ноября 1968 года. Был работоспособен до 1983 года.
- «Пионер E» — попытка запуска 27 августа 1969 года. Из-за неисправности ракеты-носителя зонд упал в Атлантический океан.
Изучение дальнего космоса
КА «Пионер-10» в процессе сборки.Аппараты «Пионер-10» (стартовал в марте 1972 года) и «Пионер-11» (стартовал в апреле 1973 года) — это самые известные аппараты серии. Они первыми достигли третьей космической скорости, пересекли пояс астероидов и исследовали дальний космос.
«Пионер-10» пролетел мимо Юпитера в декабре 1973 года. Основной его задачей было изучение условий в окрестностях Юпитера и получение фотографий планеты. Последний сигнал от «Пионера-10» был получен 23 января 2003 года.[3]
«Пионер-11» миновал Юпитер в 1974 году и продолжил полет. В 1979 году он достиг Сатурна. В сентябре 1995 года контакт с аппаратом был потерян[4].
В 1978 году в космос отправились последние два зонда серии «Пионер». Это были зонды для исследования Венеры — «Пионер-Венера-1» и «Пионер-Венера-2».
Примечания
См. также
Ссылки
wikiredia.ru
Пионер (КА) Википедия
Программа «Пионер» (англ. Pioneer program) — американская программа исследования межпланетного пространства и нескольких небесных тел. В рамках программы было запущено несколько АМС, из которых наиболее примечательными были «Пионер-10» и «Пионер-11», впервые достигшие двух из внешних планет Солнечной системы (Юпитер и Сатурн) и покинувшие её. Запуск космических кораблей серии «Пионер» начался в 1958 году.
Космические аппараты серии «Пионер» были различны по устройству, так как предназначались для разных миссий.
В честь программы названа Земля Пионера на Плутоне.
Исследования Луны[ | код]
Научная цель запуска первых трёх кораблей серии состояла в изучении Луны и фотографировании её обратной стороны. Политической же целью было вернуть США статус самой развитой технической державы, который покачнулся после запуска Советским Союзом первого спутника.
- «Пионер-0» — попытка запуска 17 августа 1958 года (неудачная — ракета-носитель взорвалась при взлёте).
- «Пионер-1» — запуск 11 октября 1958 года. Это была траектория сближения, без использования старта с орбиты[1]:201. Из-за недобора скорости аппарат вернулся на Землю, пролетев только треть расстояния до Луны, и сгорел в атмосфере.
- «Пионер-2» — запуск 8 ноября 1958 года. Летел по траектории сближения, без использования старта с орбиты[1]:201. Из-за неисправности третьей ступени аппарат вернулся на Землю.
Миссией следующих двух аппаратов было изучение Луны с пролётной траектории:
- «Пионер-3» — запущен 6 декабря 1958 года. Полёт проходил по траектории сближения, без использования старта с орбиты[1]:201. Из-за недобора скорости не достиг Луны, максимальное удаление от Земли составило 102 320 км. В ходе полёта обнаружил второй радиационный пояс Земли. Сгорел в верхних слоях атмосферы через день после запуска.
- «Пионер-4» — запущен 3 марта 1959. Аппарат аналогичен «Пионеру-3». Исследовал радиационную обстановку около Луны с пролётной траектории. Минимальное расстояние до Луны составило 60 050 км, что не позволило задействовать фотоэлектрический сенсор и получить фотографии. После пролёта Луны вышел на гелиоцентрическую орбиту, став первым американским аппаратом, развившим вторую космическую скорость.
Далее НАСА поставило задачу вывести аппараты на окололунную орбиту, получить телеизображения Луны и измерить её магнитное поле. Были построены более усовершенствованные зонды нового поколения, но следующие четыре запуска были неудачными. Аппараты индексов не получили.
- «Пионер П-1» — попытка запуска 24 сентября 1959 года.
- «Пионер П-3» — попытка запуска 26 ноября 1959 года. Аппарат упал в Атлантический океан из-за разрушения обтекателя ракеты-носителя[2].
- «Пионер П-30» — попытка запуска 25 сентября 1960 года. Отказ второй ступени ракеты-носителя.
- «Пионер П-31» — попытка запуска 15 декабря 1960 года. Ракета-носитель взорвалась на 68-й секунде полёта на высоте 13 км.
Запуски первых аппаратов серии «Пионер» к Луне оказались не слишком удачными, и дальнейшее изучение спутника нашей планеты продолжили аппараты серий «Сервейер» и «Лунар орбитер».
Исследования межпланетного пространства[
ru-wiki.ru
