Марс наблюдатель
 Художественный рендеринг Mars Observer на орбите Марса | |
| Имена | Марсианский орбитальный аппарат для геонаук и климатологии |
|---|---|
| Тип миссии | Марсианский орбитальный аппарат |
| Оператор | НАСА / Лаборатория реактивного движения |
| ИДЕНТИФИКАТОР КОСПЭРЭ | 1992-063А |
| САТКАТ нет. | 22136 |
| Веб-сайт | science.nasa.gov |
| Продолжительность миссии | 330 дней Провал миссии |
| Свойства космического корабля | |
| Автобус | Автобус Mars Observer (гибрид AS-4000-TIROS/DMSP) |
| Производитель | Дженерал Электрик Астрокосмос |
| Стартовая масса | 1018 кг (2244 фунта) |
| Власть | 1147 Вт |
| Начало миссии | |
| Дата запуска | 25 сентября 1992 г., 17:05:01 UTC |
| Ракета | Коммерческий Титан III / ТОС |
| Запуск сайта | Мыс Канаверал LC-40 |
| Подрядчик | Мартин Мариетта |
| Конец миссии | |
| Последний контакт | 21 августа 1993 г., 01:00 UTC |
| Орбитальные параметры | |
| Справочная система | Ареоцентрический |
| Большая полуось | 3766,159 км (2340,183 миль) |
| Эксцентриситет | 0.004049 |
| Наклон | 92.869° |
| Эпоха | 6 декабря 1993 г. Планируется |
| Облет Марса (неудачная установка) | |
| Ближайший подход | 24 августа 1993 г. |
Космический корабль Mars Observer , также известный как Mars Geoscience/Climatology Orbiter , — роботизированный космический зонд, запущенный НАСА 25 сентября 1992 года для изучения марсианской поверхности, атмосферы, климата и магнитного поля. зонда 21 августа 1993 года, во время фазы межпланетного полета, связь с космическим кораблем была потеряна, за три дня до вывода на орбиту . Попытки восстановить связь с космическим кораблем не увенчались успехом.
Предыстория миссии
[ редактировать ]История
[ редактировать ]В 1984 году Комитет по исследованию Солнечной системы определил приоритетную миссию на Марс. , получивший тогда название «Марсианский орбитальный аппарат для геонауки и климатологии» , Планировалось, что марсианский орбитальный аппарат расширит информацию, уже собранную в рамках программы «Викинг» . Предварительные цели миссии ожидали, что зонд предоставит данные о магнитном поле планеты, обнаружение определенных спектральных линий минералов на поверхности, изображения поверхности с разрешением 1 метр / пиксель и глобальные данные о высоте. [1]
Mars Observer Первоначально планировалось, что будет запущен в 1990 году с помощью орбитального корабля космического корабля "Шаттл" . Также предлагалась возможность использования ракеты одноразового использования, если космический корабль будет спроектирован с учетом определенных ограничений. [1] 12 марта 1987 года миссия была перенесена на запуск в 1992 году вместо других отложенных миссий ( «Галилео» , «Магеллан» , «Улисс» ) после космического корабля «Челленджер» катастрофы . [2] Помимо задержки запуска, перерасход бюджета потребовал отмены двух инструментов для запуска запланированного на 1992 год. [3] [4] По мере развития разработки основные научные цели были сформулированы следующим образом: [3] [5] [6]
- Определите глобальный элементный и минералогический характер поверхностного материала.
- Определите глобально топографию и гравитационное поле.
- Установить природу марсианского магнитного поля .
- Определите временное и пространственное распределение, численность, источники и поглотители летучих веществ и пыли в течение сезонного цикла.
- Изучите строение и циркуляцию атмосферы .
Общая стоимость программы оценивается в 813 миллионов долларов. [7]
Конструкция космического корабля
[ редактировать ]Космический корабль Mars Observer имел массу 1018 кг (2244 фунта). Его автобус имел высоту 1,1 метра, ширину 2,2 метра и глубину 1,6 метра. Космический корабль был основан на предыдущих проектах спутников, первоначально предназначенных и разработанных для вывода на орбиту Земли. Конструкция спутника RCA AS-4000 Ku-диапазона широко использовалась для шины космического корабля, двигательной установки, тепловой защиты и солнечных батарей. Проекты спутников RCA TIROS и DMSP Block 50-2 также использовались при внедрении системы управления ориентацией и сочленением (AACS), подсистемы обработки команд и данных, а также подсистемы питания в Mars Observer . Другие элементы, такие как компоненты двухкомпонентного топлива и антенна с высоким коэффициентом усиления, были разработаны специально для этой миссии. [8] [7] [9]
Контроль ориентации и движение
[ редактировать ]- Космический корабль имел трехосную стабилизацию с четырьмя реактивными колесами и двадцатью четырьмя двигателями с 1346 килограммами топлива. Двигательная установка представляла собой двухтопливную систему монометилгидразин/тетроксид азота с высокой тягой для более крупных маневров и систему на гидразине монотопливную с меньшей тягой для незначительных корректировок орбиты во время миссии. Из двухкомпонентных двигателей четыре, расположенные в кормовой части, обеспечивают тягу 490 ньютонов для корректировки курса, управления космическим кораблем во время маневра выведения на орбиту Марса и крупных корректировок орбиты во время миссии; еще четыре, расположенные по бокам космического корабля, обеспечивают 22 ньютона для управления маневрами по крену. Из гидразиновых двигателей восемь обеспечивают мощность 4,5 ньютона для управления маневрами балансировки орбиты; еще восемь обеспечивают 0,9 ньютона для компенсации или «обесцвечивания» реактивных колес. Для определения ориентации космического корабля были включены датчик горизонта , 6-щелевой звездный сканер и пять датчиков Солнца . [8] [9]
Коммуникации
[ редактировать ]
- Для телекоммуникаций космический корабль включал двухосную карданную 1,5-метровую параболическую антенну с высоким коэффициентом усиления , установленную на 6-метровой стреле для связи с сетью дальнего космоса в X-диапазоне с использованием двух транспондеров GFP NASA X-диапазона (NXT) и два блока обнаружения команд GFP (CDU). Также был включен блок из шести антенн с низким коэффициентом усиления и одной антенны со средним коэффициентом усиления для использования на этапе полета, когда антенна с высоким коэффициентом усиления оставалась убранной, а также на случай непредвиденных обстоятельств, если связь через антенну с высоким коэффициентом усиления будет ограничена. . При трансляции в сеть дальнего космоса можно было достичь максимальной скорости 10,66 килобайт в секунду, в то время как космический корабль мог принимать команды с максимальной пропускной способностью 62,5 байт в секунду. [5] [8] [7] [9]
Власть
[ редактировать ]- Электроэнергия подавалась на космический корабль через шестипанельную солнечную батарею шириной 7,0 метра и высотой 3,7 метра и обеспечивала в среднем 1147 Вт на орбите. Для питания космического корабля во время его закрытия от Солнца две никель-кадмиевые батареи емкостью были включены 42 А·ч; батареи будут перезаряжаться, когда солнечная батарея будет получать солнечный свет. [5] [8] [7] [9]
Компьютер
[ редактировать ]- Вычислительная система космического корабля представляла собой модернизацию системы, используемой на спутниках TIROS и DMSP. Полуавтономная система могла хранить до 2000 команд во включенной в комплект оперативной памяти объемом 64 килобайта и выполнять их с максимальной скоростью 12,5 команд в секунду; команды также могли обеспечить достаточную автономную работу космического корабля на срок до шестидесяти суток. Для записи данных были включены резервные цифровые магнитофоны (DTR), каждый из которых мог хранить до 187,5 мегабайт для последующего воспроизведения в сети Deep Space Network. [8]
Научные инструменты
[ редактировать ]| Камера наблюдения за Марсом ( MOC ) | ||
 - см. схему |
Состоит из узкоугольной и широкоугольной телескопических камер для изучения метеорологии/климатологии и геонаук Марса. [10]
| |
| Лазерный высотомер Mars Observer ( MOLA ) | ||
 - см. схему |
Лазерный альтиметр, для определения топографии Марса используемый . [11]
| |
| Термоэмиссионный спектрометр ( ТЭС ) | ||
 - см. схему |
Использует три датчика (интерферометр Майкельсона, датчик солнечного отражения, широкополосный датчик излучения) для измерения теплового инфракрасного излучения для составления карты минерального содержания поверхностных пород, инея и состава облаков. [12]
| |
| Инфракрасный радиометр с модулятором давления ( PMIRR ) | ||
 |
Использует узкополосные радиометрические каналы и две ячейки модуляции давления для измерения атмосферных и приземных выбросов в тепловом инфракрасном диапазоне, а также видимый канал для измерения частиц пыли и конденсата в атмосфере и на поверхности на различных долготах и в разные времена года. [13]
| |
| Гамма-спектрометр ( ГРС ) | ||
 - см. схему |
Регистрирует спектр гамма-лучей и нейтронов, испускаемых при радиоактивном распаде элементов, содержащихся на поверхности Марса. [14]
| |
| Магнитометр и электронный рефлектометр ( MAG / ER ) | ||
 |
Использует компоненты бортовой телекоммуникационной системы и станции Deep Space Network для сбора данных о природе магнитного поля и взаимодействиях, которые поле может иметь с солнечным ветром . [15]
| |
| Радионаучный эксперимент ( РС ) | ||
 |
Собирает данные о гравитационном поле и структуре марсианской атмосферы , уделяя особое внимание временным изменениям вблизи полярных регионов. [16]
| |
| Эстафета Марсианских воздушных шаров ( MBR ) | ||
Планируется как дополнение к возврату данных от пенетраторов и наземных станций российской миссии «Марс '94», а также от пенетраторов, наземных станций, марсохода и воздушного шара миссии «Марс '96» . [17]
| ||
Маркированная схема Mars Observer .
Mars Observer в центре обслуживания опасных грузов.
Техник собирает космический зонд Mars Observer .
Mars Observer в чистой комнате.
Профиль миссии
[ редактировать ]| Хронология операций | ||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||||||||||||||
Пункты, выделенные красным, были нереализованными событиями. | ||||||||||||||||||
Запуск и траектория
[ редактировать ]Mars Observer был запущен 25 сентября 1992 года в 17:05:01 UTC Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства с космодрома 40 на базе ВВС на мысе Канаверал во Флориде на борту коммерческой ракеты-носителя Titan III CT-4 . Полная последовательность горения длилась 34 минуты после того, как твердотопливная переходная орбитальная ступень вывела космический корабль на 11-месячную траекторию перехода к Марсу с конечной скоростью 5,28 км / с относительно Марса. [9]
25 августа 1992 года внутри космического корабля было обнаружено загрязнение твердыми частицами. После полной проверки была признана необходимой очистка, которая была проведена 29 августа. Предполагаемой причиной загрязнения были меры, принятые для защиты космического корабля до выхода на берег урагана Эндрю , обрушившегося на побережье Флориды 24 августа. [9] [18] [19]
Схема Mars Observer в стартовой конфигурации.
Корабль Titan III запускает космический корабль Mars Observer .
Схема межпланетной траектории Mars Observer .
Встреча с Марсом
[ редактировать ]Mars Observer должен был выполнить маневр выведения на орбиту 24 августа 1993 г., но контакт с космическим кораблем был потерян 21 августа 1993 г. Вероятной причиной отказа космического корабля стала утечка паров топлива и окислителя через неправильно сконструированную тефлоновую пробку. клапан в общую систему наддува. Во время межпланетного полета паровая смесь скопилась в питающих и нагнетательных магистралях, что привело к взрыву и их разрыву после перезапуска двигателя для плановой коррекции курса. Похожая проблема позже повредила космический зонд Акацуки в 2010 году. Хотя ни одна из основных целей не была достигнута, миссия предоставила данные фазы межпланетного полета, собранные до даты последнего контакта. Эти данные будут полезны для последующих миссий на Марс. Научные инструменты, первоначально разработанные для Mars Observer, были размещены на четырех последующих космических кораблях для достижения целей миссии: Mars Global Surveyor, запущенный в 1996 году, Mars Climate Orbiter, запущенный в 1998 году, 2001 Mars Odyssey был запущен в 2001 году, а Mars Reconnaissance Orbiter запущен в 2005 году. [20]
Предполагаемые операции
[ редактировать ]
24 августа 1993 года Mars Observer развернется на 180 градусов и запустит двухкомпонентные двигатели, чтобы замедлить космический корабль и выйти на высокоэллиптическую орбиту. В течение следующих трех месяцев последующие маневры «перехода на более низкую орбиту» (TLO) будут выполняться по мере того, как космический корабль достигнет периапсиса , что в конечном итоге приведет к выходу на примерно круговую 118-минутную орбиту вокруг Марса. [21]
Основная миссия должна была начаться 23 ноября 1993 года и собирать данные в течение одного марсианского года (приблизительно 687 земных дней). Ожидалось, что первая глобальная карта будет завершена 16 декабря, после чего произойдет соединение Солнца , которое начнется 20 декабря и продлится девятнадцать дней и завершится 3 января 1994 года; на это время операции миссии будут приостановлены, поскольку радиосвязь будет невозможна. [21]
На орбите Марса со скоростью примерно 3,4 км/с космический корабль будет двигаться вокруг Марса по полярной орбите с севера на юг. Когда космический корабль вращается вокруг планеты, датчики горизонта указывают ориентацию космического корабля, в то время как реактивные колеса будут поддерживать ориентацию инструментов в сторону Марса. Выбранная орбита также была солнечно-синхронной, что позволяло всегда снимать дневную сторону Марса в полдень каждого марсианского Солнца . Хотя некоторые инструменты могли обеспечивать канал передачи данных в реальном времени, когда Земля находилась в поле зрения космического корабля, данные также могли записываться на цифровые магнитофоны и воспроизводиться на Земле каждый день. более 75 гигабайт Ожидалось, что во время основной миссии будет получено научных данных, что намного больше, чем в любой предыдущей миссии на Марс. Ожидалось, что окончание срока службы космического корабля будет ограничено запасами топлива и состоянием аккумуляторов. [21]
Потеря связи
[ редактировать ]
21 августа 1993 года, в 01:00 по всемирному координированному времени, за три дня до запланированного Марса вывода на орбиту , произошла «необъяснимая» потеря контакта с Mars Observer . [22] Новые команды отправлялись каждые 20 минут в надежде, что космический корабль отклонился от курса и сможет восстановить контакт. Однако попытка не увенчалась успехом. [22] Неизвестно, смог ли космический корабль следовать своему автоматическому программированию и выйти на орбиту Марса, или же он пролетел мимо Марса и сейчас находится на гелиоцентрической орбите .
4 января 1994 года независимая комиссия по расследованию Военно-морской исследовательской лаборатории объявила о своих выводах: наиболее вероятной причиной потери связи стал разрыв топливного бака наддува в двигательной установке космического корабля. [23] Считается, что гиперголическое топливо могло просочиться через клапаны системы во время полета на Марс, что позволило топливу и окислителю соединиться преждевременно, прежде чем они достигнут камеры сгорания. Утечка топлива и газа, вероятно, привела к высокой скорости вращения, в результате чего космический корабль перешел в «аварийный режим»; это прервало сохраненную последовательность команд и не включило передатчик. [23] Двигатель был заимствован из двигателя, принадлежавшего орбитальному спутнику Земли, и не был рассчитан на бездействие в течение нескольких месяцев перед запуском.
| Цитата из отчета [23] |
|---|
| Поскольку телеметрия, переданная с «Обсервера», была отключена, а последующие попытки обнаружить космический корабль или связаться с ним не увенчались успехом, совет не смог найти убедительных доказательств, указывающих на конкретное событие, которое привело к потере «Обсервера». Однако после проведения обширного анализа борт сообщил, что наиболее вероятной причиной потери связи с космическим кораблем 21 августа 1993 года стал разрыв топливной (монометилгидразин (ММГ)) стороны наддува двигательной установки космического корабля. что привело к утечке под давлением как газообразного гелия, так и жидкого ММГ под тепловым одеялом космического корабля. Газ и жидкость, скорее всего, вытекли бы из-под одеяла несимметричным образом, что привело бы к чистой скорости вращения. Такая высокая скорость вращения приведет к тому, что космический корабль перейдет в «аварийный режим», который прервет сохраненную последовательность команд и, таким образом, не включит передатчик. Кроме того, такая высокая скорость вращения препятствовала правильной ориентации солнечных батарей, что приводило к разрядке батарей. Однако эффект вращения может быть академическим, поскольку высвободившийся ММГ, скорее всего, атакует и повреждает критические электрические цепи внутри космического корабля. Исследование комиссии пришло к выводу, что отказ двигательной системы, скорее всего, был вызван непреднамеренным смешиванием и реакцией четырехокиси азота (NTO) и MMH внутри титановых трубок наддува во время наддува топливных баков гелием. Эта реакция привела к разрыву трубок, в результате чего из трубок вылетели гелий и ММГ, что привело космический корабль в катастрофическое вращение, а также повредило критические электрические цепи. |
Последствия
[ редактировать ]Программа исследования Марса была официально сформирована после провала Mars Observer в сентябре 1993 года. [24] Цели этой программы включают определение местоположения воды и подготовку к пилотируемым полетам на Марс. [24]
См. также
[ редактировать ]
- Исследование Марса
- Список миссий на Марс
- Программа «Планетарный наблюдатель»
- Исследование космоса
- Беспилотные космические миссии
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Джонатон Эберхарт (1986). «НАСА устанавливает датчики для возвращения на Марс в 1990 году». Новости науки . 239 (21). Общество науки и общественности: 330. doi : 10.2307/3970693 . JSTOR 3970693 .
- ^ М. Митчелл Уолдроп (1987). «Компания предлагает НАСА купить ракету». Наука . 235 (4796). Американская ассоциация содействия развитию науки : 1568. Бибкод : 1987Sci...235.1568W . дои : 10.1126/science.235.4796.1568a . JSTOR 1698285 . ПМИД 17795582 .
- ^ Jump up to: а б «Возвращение на Красную планету: миссия наблюдателей за Марсом» (пресс-релиз). Лаборатория реактивного движения . 1 августа 1993 г. hdl : 2014/27541 .
- ^ Джонатон Эберхарт (1988). «Акт открытия: снова в пути». Новости науки . 134 (15). Общество науки и общественности: 231. doi : 10.2307/3973010 . JSTOR 3973010 .
- ^ Jump up to: а б с д Марк Уэйд. «Марс наблюдатель» . Энциклопедия астронавтики . Проверено 23 декабря 2010 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Арден Л. Олби (1988). «Практикум по науке о возврате образцов с Марса». В Лунно-планетарном институте . Лунно-планетарный институт: 25–29. Бибкод : 1988msrs.work...25A .
- ^ Jump up to: а б с д и «Марс наблюдатель» . nssdc.gsfc.nasa.gov . НАСА . Проверено 23 декабря 2010 г.
- ^ Jump up to: а б с д и «МАРС ОБСЕРВЕР: ПАКЕТ ДАННЫХ ОБЗОРА БЕЗОПАСНОСТИ ФАЗЫ 0» (пресс-релиз). RCA Астроэлектроника. 17 ноября 1986 г. hdl : 2060/19870011586 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж «MARS OBSERVER PRESS KIT» (Пресс-релиз). НАСА . Сентябрь 1992 года. Архивировано из оригинала 16 февраля 2004 года . Проверено 21 марта 2011 г.
{{cite press release}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ «Камера Mars Observer (MOC)» . nssdc.gsfc.nasa.gov . НАСА . Проверено 19 февраля 2011 г.
- ^ «Лазерный высотомер Mars Observer (MOLA)» . nssdc.gsfc.nasa.gov . НАСА . Проверено 19 февраля 2011 г.
- ^ «Термоэмиссионный спектрометр (ТЭС)» . nssdc.gsfc.nasa.gov . НАСА . Проверено 19 февраля 2011 г.
- ^ «Инфракрасный радиометр с модулятором давления (PMIRR)» . nssdc.gsfc.nasa.gov . НАСА . Проверено 19 февраля 2011 г.
- ^ «Гамма-спектрометр (ГРС)» . nssdc.gsfc.nasa.gov . НАСА . Проверено 19 февраля 2011 г.
- ^ «Магнетометр и электронный рефлектометр (МАГ/ЭР)» . nssdc.gsfc.nasa.gov . НАСА . Проверено 19 февраля 2011 г.
- ^ «Радиоведение (РС)» . nssdc.gsfc.nasa.gov . НАСА . Проверено 19 февраля 2011 г.
- ^ «Эстафета марсианских воздушных шаров (МБР)» . nssdc.gsfc.nasa.gov . НАСА . Проверено 19 февраля 2011 г.
- ^ Джон Ноубл Уилфорд (28 августа 1992 г.). «Несчастный случай задерживает миссию на Марс» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 21 июня 2008 г.
- ^ Джон Ноубл Уилфорд (26 сентября 1992 г.). «США запускают космический корабль в путешествие на Марс» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 21 июня 2008 г.
- ^ Трой Браунфилд (21 августа 2018 г.). «Когда необъяснимым образом исчез космический корабль весом 5000 фунтов» . Субботняя вечерняя почта . Проверено 3 марта 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с «Mars Observer: Пресс-кит по выведению на орбиту Марса» (пресс-релиз). НАСА . Август 1993 года. Архивировано из оригинала 16 февраля 2004 года . Проверено 21 марта 2011 г.
{{cite press release}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б Джон Ноубл Уилфорд (23 августа 1993 г.). «НАСА теряет связь с Mars Observer» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 17 июня 2008 г.
- ^ Jump up to: а б с «Пресс-релиз Совета по отказам наблюдателей НАСА Марса» (текст) (пресс-релиз). 4 января 1994 года.
- ^ Jump up to: а б Донна Ширли. «Стратегия программы исследования Марса: 1995–2020 годы» (PDF) . Американский институт аэронавтики и астронавтики . Архивировано из оригинала (PDF) 11 мая 2013 года . Проверено 18 октября 2012 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Пресс-кит запуска Mars Observer. Архивировано 4 марта 2016 г. в Wayback Machine.
- Профиль миссии Mars Observer от НАСА по исследованию солнечной системы
- Mars Observer в главном каталоге NSSDC
- Потеря наблюдателя за Марсом в компании Malin Space Science Systems. Архивировано 27 марта 2010 г. в Wayback Machine.
- НАСА - Марсианский наблюдатель
