Гюйгенс (космический корабль)

Гюйгенс

Полноразмерная копия зонда «Гюйгенс» диаметром 1,3 метра (4,3 фута).
Тип миссии	Титан посадочный модуль
Оператор	ЕКА / АСИ / НАСА
ИДЕНТИФИКАТОР КОСПЭРЭ	1997-061С
Веб-сайт	Гюйгенса Домашняя страница
Свойства космического корабля
Производитель	Thales Alenia Space (затем Aérospatiale )
BOL mass	320 кг (710 фунтов)
Власть	Всего 1800 Втч
Начало миссии
Дата запуска	08:42, 15 октября 1997 г. (UTC) ( 08:42, 15 октября 1997 г. (UTC) )
Ракета	Титан IV(401)Б / Кентавр-Т Б-33
Запуск сайта	Мыс Канаверал SLC-40
Подрядчик	Локхид Мартин
Развернуто из	Кассини
Дата развертывания	25 декабря 2004 г.
Конец миссии
Последний контакт	13:37, 14 января 2005 г. (UTC) ( 2005-01-14T13:37Z )
Дата посадки	12:43, 14 января 2005 г. (UTC)
Титан посадочный модуль
Дата посадки	12:43, 14 января 2005 г. ( SCET UTC )
Посадочная площадка	 10,573 ° ю.ш., 192,335 ° з.д.  / -10,573; -192,335  ( зонд Гюйгенс )
Четырехсторонний знак отличия миссии ЕКА для Гюйгенса Горизонт 2000

«Гюйгенс» ( / ˈ h ɔɪ ɡ ən z / HOY -gənz ) был для входа в атмосферу роботизированным космическим зондом , который успешно приземлился на Титане спутнике Сатурна в 2005 году. Созданный и управляемый Европейским космическим агентством (ЕКА), запущенный НАСА, он был частью миссии Кассини-Гюйгенс и стал первым космическим кораблем, приземлившимся на Титан, и самой дальней посадкой от Земли, когда-либо совершавшейся космическим кораблем. Зонд был назван в честь голландского астронома 17-го века Христиана Гюйгенса . открывший Титан в 1655 году.

Объединенный космический корабль Кассини-Гюйгенс был запущен с Земли 15 октября 1997 года. Гюйгенс отделился от Кассини орбитального аппарата 25 декабря 2004 года и приземлился на Титане 14 января 2005 года недалеко от региона Адири . Посадка Гюйгенса или на луне , пока является единственной, осуществленной за пределами Солнечной системы отличной от Земли.

«Гюйгенс» возможность приземления в океане приземлился на суше, хотя при его конструкции также учитывалась . Зонд был разработан для сбора данных в течение нескольких часов в атмосфере и, возможно, короткое время на поверхности. Он продолжал отправлять данные еще около 90 минут после приземления.

Обзор

«Гюйгенс» был спроектирован так, чтобы войти в атмосферу Титана и затормозить ее, а также спустить на поверхность полностью оборудованную роботизированную лабораторию. Когда планировалась миссия, еще не было точно известно, будет ли местом приземления горный хребет, плоская равнина , океан или что-то еще, и считалось, что анализ данных Кассини поможет ответить на эти вопросы.

Судя по снимкам, сделанным Кассини на высоте 1200 км (750 миль) над Титаном, местом приземления оказалась береговая линия. Предполагая, что место приземления может быть нетвердым, «Гюйгенс» был спроектирован таким образом, чтобы пережить удар, приводниться на жидкую поверхность Титана и отправить данные обратно в течение нескольких минут в этих условиях. Если это произойдет, то ожидается, что это будет первый раз, когда искусственный зонд приземлится во внеземном океане. У космического корабля было не более трех часов автономной работы, большую часть из которых планировалось использовать во время спуска. Инженеры рассчитывали получить с поверхности данные максимум за 30 минут.

Изображение Гюйгенса в разрезе

Система зонда «Гюйгенс» состоит из самого зонда массой 318 кг (701 фунт), который спустился на Титан, и оборудования поддержки зонда (PSE) массой 30 кг (66 фунтов), которое осталось прикрепленным к орбитальному космическому кораблю. Тепловой экран Гюйгенса имел диаметр 2,7 м (8,9 футов). После выброса экрана диаметр зонда составил 1,3 м (4,3 фута). PSE включал в себя электронику, необходимую для отслеживания зонда, восстановления данных, собранных во время его спуска, а также для обработки и доставки данных на орбитальный аппарат, откуда они были переданы или «направлены вниз» на Землю.

Зонд оставался бездействующим на протяжении 6,7-летнего межпланетного путешествия, за исключением полугодовых медицинских осмотров. Эти проверки максимально точно следовали заранее запрограммированным сценариям спуска, а результаты были переданы на Землю для изучения экспертами по системам и полезной нагрузке.

Перед отделением зонда от орбитального аппарата 25 декабря 2004 г. была проведена окончательная проверка работоспособности. В таймер «побега» было указано точное время, необходимое для включения систем зонда (15 минут до встречи с атмосферой Титана), затем зонд отделился от орбитального корабля и направился в свободное пространство к Титану за 22 дня без каких-либо активных систем. кроме таймера пробуждения.

Основным этапом миссии был спуск на парашюте через атмосферу Титана. Батареи и все другие ресурсы были рассчитаны на продолжительность миссии «Гюйгенс» 153 минуты, что соответствует максимальному времени спуска 2,5 часа плюс как минимум 3 дополнительные минуты (а, возможно, полчаса или больше) на поверхности Титана. Радиосвязь зонда была активирована на раннем этапе спуска, и орбитальный аппарат «слушал» зонд в течение следующих трех часов, включая этап спуска, и первые тридцать минут после приземления. Вскоре после окончания этого трехчасового окна связи антенна с высоким коэффициентом усиления (HGA) Кассини была повернута от Титана к Земле.

Очень большие радиотелескопы на Земле также прослушивали 10-ваттную передачу Гюйгенса , используя технику интерферометрии со сверхдлинной базой и режим синтеза апертуры. 14 января в 11:25 по центральноевропейскому времени телескоп Роберта К. Берда Грин-Бэнк (GBT) в Западной Вирджинии обнаружил несущую сигнал от Гюйгенса . GBT продолжал обнаруживать несущую сигнал даже после того, как Кассини перестал прослушивать входящий поток данных. Помимо GBT, восемь из десяти телескопов общеконтинентальной VLBA в Северной Америке, расположенных в Пай-Тауне и Лос-Аламосе, штат Нью-Мексико ; Форт-Дэвис, Техас ; Норт-Либерти, Айова ; Китт-Пик, Аризона ; Брюстер, Вашингтон ; Оуэнс-Вэлли, Калифорния ; и Мауна-Кеа, Гавайи , также слушали сигнал Гюйгенса .

Сила сигнала, полученного на Земле от Гюйгенса, была сравнима с сигналом от Галилео зонда (зонд спуска Юпитера), полученного VLA , и поэтому была слишком слабой, чтобы ее можно было обнаружить в реальном времени из-за модуляции сигнала (тогда) неизвестной телеметрия . Вместо этого на протяжении всего трехчасового спуска производилась широкополосная запись сигнала зонда. После того, как телеметрия зонда была передана с Кассини на Землю, известная теперь модуляция данных была удалена из записанного сигнала, оставив чистую несущую, которую можно было интегрировать в течение нескольких секунд для определения частоты зонда. Ожидалось, что посредством анализа доплеровского смещения сигнала Гюйгенса , когда он спускался через атмосферу Титана, скорость и направление ветра можно будет определить с некоторой степенью точности. Положение места посадки Гюйгенса на Титане было найдено с точностью (в пределах одного километра – один километр на Титане составляет 1,3 угловых минуты широты и долготы на экваторе) с использованием доплеровских данных на расстоянии от Земли около 1,2 миллиарда километров. Зонд приземлился на поверхность Луны в  10,573 ° ю.ш., 192,335 ° з.д.  / -10,573; -192,335  ( Зонд Гюйгенс ) . Похожий метод использовался для определения места посадки марсоходов путем прослушивания только их телеметрии.

Выводы

Гюйгенс приземлился около 12:43 по всемирному координированному времени 14 января 2005 года со скоростью удара, аналогичной скорости падения мяча на Землю с высоты около 1 м (3 фута). Он оставил вмятину глубиной 12 см (4,7 дюйма), прежде чем отскочить на плоскую поверхность и скользить по поверхности на 30–40 см (12–16 дюймов). Он замедлился из-за трения о поверхность и, достигнув места последнего пристанища, пять раз покачнулся вперед и назад. Датчики « Гюйгенса » продолжали обнаруживать небольшие вибрации еще две секунды, пока движение не утихло примерно через десять секунд после приземления. Зонд поднял облако пыли (скорее всего, органических аэрозолей , вылетающих из атмосферы), которое в результате удара оставалось в атмосфере во взвешенном состоянии около четырех секунд.

Первое опубликованное изображение, сделанное с высоты 16 км (9,9 миль), показывает то, что предположительно является дренажными каналами, ведущими к возможной береговой линии. Более темные области представляют собой плоские равнины, а более светлые области представляют собой возвышенности.

На месте приземления были обнаружены следы гальки водяного льда, разбросанной по оранжевой поверхности, большая часть которой покрыта тонкой дымкой метана . Ранние аэрофотоснимки Титана, полученные телескопом «Гюйгенс», свидетельствовали о наличии на поверхности больших тел жидкости. На первых фотографиях Титана перед приземлением было видно нечто вроде больших дренажных каналов, пересекающих более светлый материк в темное море. На некоторых фотографиях изображены острова и окутанная туманом береговая линия. Последующий анализ траектории зонда показал, что на самом деле «Гюйгенс» приземлился в темной «морской» области на фотографиях. Фотографии с поверхности высохшего дна озера, похожего на пейзаж, позволяют предположить, что, хотя в последнее время и есть свидетельства воздействия жидкости на поверхность, углеводородных озер и/или морей в настоящее время на месте посадки Гюйгенса может не существовать . Однако дальнейшие данные миссии Кассини определенно подтвердили существование постоянных озер жидких углеводородов в полярных регионах Титана (см. Озера Титана ). В 2012 году также были обнаружены давние тропические углеводородные озера (в том числе одно недалеко от места посадки Гюйгенса в регионе Шангри-Ла, которое примерно в два раза меньше Большого Соленого озера в штате Юта , с глубиной не менее 1 м (3 фута) )). Вероятным поставщиком в засушливых пустынных районах, вероятно, являются подземные водоносные горизонты ; иными словами, засушливые экваториальные области Титана содержат « оазисы ».

in situ Изображение поверхности Титана , полученное аппаратом Гюйгенс (левое и правое изображения имеют разную обработку). Глобулы (вероятно, состоящие из водяного льда) размером 10–15 см лежат над более темным, более мелкозернистым субстратом с переменным пространственным распределением. Осветление верхней левой части нескольких камней предполагает солнечное освещение с этого направления, подразумевая вид с юга, что согласуется с предварительными данными из других наборов данных. Область с относительно небольшим количеством камней расположена между скоплениями камней на переднем и заднем плане и соответствует общей ориентации рулообразных элементов на изображениях с малой высоты, сделанных с высоты менее 7 км (4,3 мили).

Первоначально сообщалось, что поверхность представляет собой глиноподобный «материал, который может иметь тонкую корку, за которой следует область относительно однородной консистенции». Один ученый ЕКА сравнил текстуру и цвет поверхности Титана с крем-брюле (то есть твердой поверхностью, покрывающей липкую, похожую на грязь недра). Последующий анализ данных показывает, что показания консистенции поверхности, вероятно, были вызваны тем, что Гюйгенс втолкнул в землю большой камешек при его приземлении, и что поверхность лучше описать как «песок», состоящий из ледяных крупинок. или снег, примерзший сверху. На снимках, сделанных после приземления зонда, видна плоская равнина, покрытая галькой. Камешки, которые могут состоять из водяного льда, покрытого углеводородами, имеют несколько округлую форму, что может указывать на воздействие на них флюидов. Породы кажутся округлыми, подобранными по размеру и слоистыми по размеру, как будто они расположены в русле ручья внутри темного дна озера, состоящего из более мелкозернистого материала. Никаких камешков диаметром более 15 см (5,9 дюйма) обнаружено не было, а камни размером менее 5 см (2,0 дюйма) на месте посадки Гюйгенса встречаются редко . Это означает, что крупную гальку невозможно перенести на дно озера, а мелкие камни быстро удаляются с поверхности.

Температура в месте приземления составляла 93,8 К (-179,3 ° C; -290,8 ° F) и давление 1467,6 мбар (1,4484 атм), что предполагает содержание метана 5 ± 1% и относительную влажность метана 50% у поверхности. Поэтому возникновение приземных туманов, вызванных метаном, в окрестностях места приземления маловероятно. Термометры показали, что тепло покинуло Гюйгенс так быстро, что земля, должно быть, была влажной, а на одном изображении виден свет, отраженный каплей росы, падающей в поле зрения камеры. На Титане слабый солнечный свет позволяет испаряться только около одного сантиметра в год (по сравнению с одним метром воды на Земле), но атмосфера может удерживать эквивалент примерно 10 м (30 футов) жидкости до того, как образуется дождь, против лишь нескольких сантиметров на Земле. Ожидается, что погода на Титане будет включать проливные ливни, вызывающие внезапные наводнения, перемежающиеся десятилетиями или столетиями засухи.

Гюйгенс обнаружил, что яркость поверхности Титана (во время приземления) была примерно в тысячу раз тусклее, чем полное солнечное освещение на Земле (или в 500 раз ярче, чем освещение полной луной), то есть уровень освещенности длился около десяти минут. после захода солнца на Земле, примерно поздние гражданские сумерки . Цвет неба и сцены на Титане в основном оранжевый из-за гораздо большего ослабления синего света дымкой Титана по сравнению с красным светом. Солнце (которое находилось сравнительно высоко в небе, когда приземлился Гюйгенс ) будет видно как маленькое яркое пятно, размером в одну десятую размера солнечного диска, видимого с Земли, и сравнимое по размеру и яркости с фарой автомобиля, наблюдаемой примерно с 150°. м (500 футов). Он отбрасывает резкие тени, но с низкой контрастностью, поскольку 90% освещения исходит от неба.

Подробный Гюйгенса график деятельности

См. Также: Подробный график миссии Гюйгенс.

Анимация с траектории Гюйгенса 25 декабря 2004 г. по 14 января 2005 г.
   Гюйгенс   ·   Титан   ·   Сатурн

• Гюйгенс отделился от орбитального аппарата Кассини в 02:00 UTC 25 декабря 2004 года по времени событий космического корабля .
• По данным ЕКА, Гюйгенс вошел в атмосферу Титана в 10:13 UTC 14 января 2005 года по SCET.
• Зонд приземлился на поверхность Титана примерно в 10,6° ю.ш., 192,3° з.д. около 12:43 UTC по SCET (через 2 часа 30 минут после входа в атмосферу). (1.)

Всего за несколько часов до приземления произошел транзит Земли и Луны через Солнце, как видно с Сатурна/Титана. Гюйгенс вошел в верхний слой атмосферы Титана через 2,7 часа после окончания транзита Земли, или всего через одну-две минуты после окончания транзита Луны. Однако транзит не помешал орбитальному аппарату «Кассини» или зонду «Гюйгенс» по двум причинам. Во-первых, хотя они не могли принять никакого сигнала с Земли, поскольку она находилась перед Солнцем, Земля все равно могла их слушать. Во-вторых, Гюйгенс не отправлял никаких читаемых данных непосредственно на Землю. Скорее, он передал данные на орбитальный аппарат Кассини , который позже передал полученные данные на Землю.

Инструментарий

На борту «Гюйгенса» было шесть инструментов, которые собирали широкий спектр научных данных, пока зонд спускался через атмосферу Титана. Шесть инструментов:

Гюйгенс (HASI) Инструмент структуры атмосферы

Этот прибор содержит набор датчиков, измеряющих физические и электрические свойства атмосферы Титана. Акселерометры измеряли силы по всем трем осям, когда зонд спускался через атмосферу. Зная уже аэродинамические свойства зонда, можно было определить плотность атмосферы Титана и обнаружить порывы ветра. Зонд был спроектирован таким образом, чтобы в случае приземления на поверхность жидкости его движение за счет волн также можно было бы измерить. Датчики температуры и давления измеряли тепловые свойства атмосферы. Компонент «Анализатор диэлектрической проницаемости и электромагнитных волн» измерял проводимость электронов и ионов (т. е. положительно заряженных частиц) атмосферы и осуществлял поиск активности электромагнитных волн. На поверхности Титана были измерены электропроводность и диэлектрическая проницаемость (т. е. отношение электрического поля смещения к его электрическому полю ) поверхностного материала. Подсистема HASI также содержит микрофон, который использовался для записи любых акустических событий во время спуска и посадки зонда;

Эксперимент с доплеровским ветром (DWE)

В этом эксперименте использовался сверхстабильный генератор , который обеспечивал точную несущую частоту S-диапазона , что позволило орбитальному аппарату Кассини точно определить лучевую скорость Гюйгенса относительно Кассини с помощью эффекта Доплера . Горизонтальное движение, вызванное ветром от Гюйгенса, было бы получено на основе измеренных измерений доплеровского смещения с поправкой на все известные эффекты орбиты и распространения. Также могло быть обнаружено раскачивание зонда под парашютом из-за свойств атмосферы. Неспособность наземных диспетчеров включить приемник на орбитальном аппарате Кассини привела к потере этих данных. Наземные радиотелескопы смогли частично реконструировать его. Измерения начались на высоте 150 км (93 мили) над поверхностью Титана, где Гюйгенс был унесен на восток со скоростью более 400 км/ч (250 миль в час). согласуясь с более ранними измерениями ветра на высоте 200 км (120 миль), сделанными за последние несколько лет с использованием телескопов . На высоте от 60 до 80 км (от 37 до 50 миль) Гюйгенс подвергался быстро меняющимся ветрам, которые, как полагают, представляют собой вертикальный сдвиг ветра. Наземные измерения доплеровского сдвига и РСДБ- измерения показывают слабый ветер скоростью несколько метров в секунду, что примерно соответствует ожиданиям.

Спусковой формирователь изображений/спектральный радиометр (DISR)

Продолжительность: 4 минуты 41 секунда. 4:41

Визуализация данных DISR во Гюйгенса спуска время

Поскольку «Гюйгенс» в первую очередь выполнял миссию в атмосфере, инструмент DISR был оптимизирован для изучения радиационного баланса внутри атмосферы Титана. Его видимые и инфракрасные спектрометры , а также фиолетовые фотометры измеряли восходящий и нисходящий поток излучения с высоты 145 км (90 миль) до поверхности. Камеры солнечного ореола измерили, как рассеяние аэрозолями меняет интенсивность непосредственно вокруг Солнца. Три формирователя изображения, использующие одну и ту же ПЗС-матрицу , периодически отображали полосу шириной около 30 градусов, от почти надира до чуть выше горизонта. С помощью медленно вращающегося зонда они построили полную мозаику места приземления, которая, как ни удивительно, стала ясно видна только на высоте ниже 25 км (16 миль). Все измерения синхронизировались с помощью теневой полосы, которая сообщала DISR, когда Солнце проходило через поле зрения. К сожалению, эта схема расстроилась из-за того, что Гюйгенс вращался в направлении, противоположном ожидаемому. Непосредственно перед приземлением была включена лампа для освещения поверхности, что позволило измерить коэффициент отражения поверхности на длинах волн, которые полностью блокируются поглощение метана в атмосфере .

DISR был разработан в Лаборатории Луны и Планет Университета Аризоны под руководством Мартина Томаско, при этом несколько европейских институтов внесли свой вклад в разработку оборудования. «Научные цели эксперимента делятся на четыре области, включая (1) измерение профиля солнечного нагрева для изучения теплового баланса Титана; (2) измерение изображений и спектрального отражения поверхности для изучения состава, топографии и физические процессы, формирующие поверхность, а также для прямых измерений профиля ветра при спуске (3) измерения яркости и степени линейной поляризации рассеянного солнечного света, включая солнечный ореол, вместе с измерениями оптической толщины аэрозолей; в зависимости от длины волны и высоты для изучения размера, формы, вертикального распределения, оптических свойств, источников и стоков аэрозолей в атмосфере Титана и (4) измерения спектра нисходящего солнечного потока для изучения состава атмосферы, особенно; профиль соотношения смешивания метана на протяжении всего спуска».

Газовый хроматограф, масс-спектрометр (ГХ/МС)

Рабочий Центра обслуживания опасных грузов (PHSF) стоит за нижней частью экспериментальной платформы « Гюйгенса» .

Этот прибор представляет собой газохимический анализатор, предназначенный для идентификации и измерения химических веществ в атмосфере Титана. Он был оборудован пробоотборниками, которые заполнялись на большой высоте для анализа. Масс -спектрометр , высоковольтный квадруполь, собирал данные для построения модели молекулярных масс каждого газа, а более мощное разделение молекулярных и изотопных частиц осуществлялось с помощью газового хроматографа . Во время спуска ГХ/МС также анализировал продукты пиролиза (т.е. пробы, измененные при нагревании), поступившие в него из пиролизера-сборника аэрозолей. Наконец, ГХ/МС измерил состав поверхности Титана. Это исследование стало возможным благодаря нагреву прибора ГХ/МС непосредственно перед ударом, чтобы испарить материал поверхности при контакте. ГХ/МС был разработан Центром космических полетов Годдарда и Лабораторией исследований космической физики Мичиганского университета .

Сборщик аэрозолей и пиролизер (ACP)

Эксперимент ACP собирал аэрозольные частицы из атмосферы через фильтры, а затем нагревал пойманные образцы в печах (используя процесс пиролиза ), чтобы испарять летучие вещества и разлагать сложные органические материалы. Продукты промывались по трубке к прибору ГХ/МС для анализа. Для сбора проб на разных высотах были предусмотрены два фильтра. ACP был разработан (французской) командой ЕКА в Межуниверситетской лаборатории атмосферных систем (LISA).

Пакет исследований поверхности (SSP)

SSP содержал ряд датчиков, предназначенных для определения физических свойств поверхности Титана в точке удара, независимо от того, была ли поверхность твердой или жидкой. Акустический эхолот , активируемый на последних 100 м (300 футов) спуска, непрерывно определял расстояние до поверхности, измеряя скорость спуска и неровности поверхности (например, из-за волн). Прибор был спроектирован таким образом, что если бы поверхность была жидкой, эхолот измерял бы скорость звука в «океане» и, возможно, также подземную структуру (глубину). Во время спуска измерения скорости звука дали информацию о составе и температуре атмосферы, а акселерометр зафиксировал профиль замедления при ударе, указывая на твердость и структуру поверхности. Датчик наклона измерял движение маятника во время спуска, а также был предназначен для указания положения зонда после приземления и отображения любого движения, вызванного волнами. Если бы поверхность была жидкостью, другие датчики также измеряли бы ее плотность , температуру, теплопроводность , теплоемкость, электрические свойства ( диэлектрическую проницаемость и проводимость) и показатель преломления (с использованием рефрактометра критического угла). А Инструмент -пенетрометр , который выступал на 55 мм (2,2 дюйма) за нижнюю часть спускаемого модуля «Гюйгенс» , использовался для создания следа пенетрометра, когда «Гюйгенс» приземлился на поверхность. Это было сделано путем измерения силы, действующей на инструмент со стороны поверхности тела, когда он прорывался и вдавливался в тело при приземлении. График показывает эту силу как функцию времени в течение периода около 400 мс. След имеет первоначальный всплеск, что позволяет предположить, что инструмент ударился об один из ледяных камешков на поверхности, сфотографированной камерой DISR.

Huygens Зарнецки SSP была разработана кафедрой космических наук Кентского университета и кафедрой космических наук лаборатории Резерфорда Эпплтона (ныне RAL Space) под руководством профессора Джона . Исследования и ответственность SSP были переданы Открытому университету , когда в 2000 году перешел Джон Зарнеки.

Конструкция космического корабля

Нанесение многослойной изоляции переливается при ярком освещении во время окончательной сборки. Золотой цвет MLI обусловлен отражением света от алюминиевого покрытия на обратной стороне листов каптона янтарного цвета .

«Гюйгенс» был построен в рамках генерального подрядчика Aérospatiale в его космическом центре Канны-Манделье , Франция, который сейчас является частью Thales Alenia Space . Система теплозащиты была построена под ответственностью компании Aérospatiale недалеко от Бордо, которая теперь является частью Airbus Defence and Space .

Парашют

Компания Martin-Baker Space Systems отвечала за системы Гюйгенса парашютные , а также структурные компоненты, механизмы и пиротехнику, управляющие спуском зонда на Титан. IRVIN-GQ отвечал за определение конструкции каждого из парашютов Гюйгенса . Ирвин работал над подсистемой управления спуском зонда по контракту с Martin-Baker Space Systems .

Критический недостаток конструкции частично устранен

Спустя долгое время после запуска несколько настойчивых инженеров обнаружили, что коммуникационное оборудование «Кассини» имело потенциально фатальный конструктивный недостаток, который мог бы привести к потере всех данных, передаваемых «Гюйгенсом» .

Поскольку «Гюйгенс» был слишком мал для передачи непосредственно на Землю, он был разработан для передачи телеметрических данных , полученных во время спуска через атмосферу Титана, по радио на «Кассини» , который, в свою очередь, передавал их на Землю с помощью своей большой основной антенны диаметром 4 м (13 футов). . Некоторые инженеры, в первую очередь ESA ESOC сотрудники Клаудио Соллаццо и Борис Смедс , чувствовали себя неловко из-за того, что, по их мнению, эта функция не была проверена перед запуском в достаточно реалистичных условиях. Смедсу удалось с некоторым трудом убедить начальство провести дополнительные испытания, пока Кассини находился в полете. В начале 2000 года он отправил моделируемые телеметрические данные с различной мощностью и уровнями доплеровского сдвига с Земли на Кассини . Оказалось, что Кассини не смог правильно передать данные.

Это произошло потому, что согласно первоначальному плану полета, когда «Гюйгенс» должен был спуститься на Титан, он должен был ускориться относительно «Кассини» , вызывая изменение доплеровского сдвига его сигнала. Следовательно, аппаратное обеспечение приемника Кассини было спроектировано так, чтобы принимать сигналы в диапазоне сдвинутых частот. Однако прошивка не учла, что доплеровский сдвиг изменил бы не только несущую частоту, но и синхронизацию полезной нагрузки битов , закодированных с помощью фазовой манипуляции со скоростью 8192 бита в секунду .

Перепрограммировать прошивку было невозможно, и в качестве решения пришлось изменить траекторию. «Гюйгенс» отделился на месяц позже, чем первоначально планировалось (в декабре 2004 года вместо ноября) и приблизился к Титану таким образом, что его передачи шли перпендикулярно направлению его движения относительно Кассини , что значительно уменьшило доплеровский сдвиг.

Изменение траектории по большей части преодолело конструктивный недостаток, и передача данных удалась, хотя информация по одному из двух радиоканалов была потеряна из-за несвязанной ошибки.

Потеря данных канала А

«Гюйгенс» был запрограммирован на передачу телеметрических и научных данных на орбитальный аппарат «Кассини» для ретрансляции на Землю с использованием двух резервных радиосистем S-диапазона , называемых «каналами A и B» или «цепями A и B». Канал A был единственным путем для эксперимента по измерить скорость ветра, изучая крошечные изменения частоты, вызванные движением Гюйгенса . Еще один преднамеренный отход от полной избыточности: изображения с формирователя изображений спуска были разделены, при этом каждый канал передавал 350 изображений.

«Кассини» никогда не слушал канал А из-за ошибки в последовательности команд, посылаемых на космический корабль. По словам представителей Европейского космического агентства, приемнику на орбитальном аппарате никогда не давалось команды на включение. ЕКА объявило, что ошибка была ошибкой с их стороны, отсутствующая команда была частью последовательности команд, разработанной ЕКА для миссии «Гюйгенс» , и что она была выполнена Кассини в том виде, в каком она была доставлена.

Поскольку канал А не использовался, вместо запланированных 700 было получено только 350 изображений. Все доплеровские радиоизмерения между Кассини и Гюйгенсом также были потеряны. Были проведены доплеровские радиоизмерения Гюйгенса с Земли, хотя они были не такими точными, как потерянные измерения, сделанные Кассини . Использование датчиков акселерометра зонда Гюйгенс и РСДБ для отслеживания положения с Земли позволило сделать достаточно точные расчеты скорости и направления ветра.

Вклад от проектов гражданской науки

Тот факт, что Гюйгенс вращался в направлении, противоположном запланированному, задержал создание командой проекта мозаики поверхности из необработанных данных на многие месяцы. С другой стороны, это дало возможность некоторым проектам гражданской науки попытаться собрать поверхностную мозаику. Это стало возможным, поскольку Европейское космическое агентство одобрило публикацию необработанных изображений DISR и разрешило гражданским ученым представлять свои результаты в Интернете. Некоторые из этих проектов гражданской науки привлекли большое внимание научного сообщества. в научно-популярных журналах и в государственных СМИ. Хотя средствам массовой информации нравилось рассказывать историю о том, как любители превосходят профессионалов, большинство участников считали себя гражданскими учёными, и движущей силой их работы было желание узнать и показать как можно больше о доселе неизвестной поверхности Титана. Некоторые энтузиасты проекта вообще первыми опубликовали мозаики поверхности и панорамы Титана уже на следующий день после высадки Гюйгенса . другой проект работал с данными Huygens DISR в течение нескольких месяцев, пока практически всем изображениям с узнаваемыми структурами не удалось присвоить правильное положение, что привело к созданию полных мозаик и панорам. Панорама поверхности из этого проекта гражданской науки была наконец опубликована в обзоре Nature Джозефа Бернса.

Посадочная площадка

Зонд приземлился на поверхность Титана в  10,573 ° ю.ш., 192,335 ° з.д.  / -10,573; -192,335 .

Красный крест отмечает место приземления Гюйгенса . Яркая область справа — это регион Занаду .

См. также

• Кассини – Гюйгенса Хронология
• Кассини на пенсии
• Европланета
• Список миссий на внешние планеты
• Титан Маре Исследователь
• Миссия системы Титан-Сатурн
• Галилео Зонд

Ссылки

Библиография

• Nature 438 , декабрь 2005 г. — Результаты, проанализированные в девяти статьях, письмах в редакцию и в соответствующих средствах массовой информации, доступны в бесплатном доступе в Интернете.

Дальнейшее чтение

• Ральф Лоренц (2018). НАСА/ЕКА/ASI Кассини-Гюйгенс: 1997 г. и далее (орбитальный аппарат Кассини, зонд Гюйгенс и концепции будущих исследований) (Руководство для мастерских владельцев) . Руководства Хейнса, Великобритания. ISBN  978-1785211119 .

Внешние ссылки

• Любительские композиции изображений, предшествующие выпускам НАСА и ЕКА. Архивировано 17 января 2005 г. в Wayback Machine.
• Европейского космического агентства Кассини-Гюйгенс Веб-сайт , включая видео спуска.
• ЕКА Гюйгенс Научная информация
• Интерактивная Flash-анимация орбит Кассини до 2008 г.
• Последние новости о Гюйгенс зонде
• НАСА Кассини – Гюйгенс Страница
• Новый учёный — «Кассини-Гюйгенс: миссия на Сатурн»
• Освещение Сатурна Планетарным обществом
• Мозаика поверхности и обширная обработка изображений любителем
• «Зонд «Гюйгенс»: наука, полезная нагрузка и обзор миссии»
• Веб-трансляции Exploratorium о Сатурне и Титане
• Бюллетень ЕКА о Гюйгенсе
• Разработка парашюта и компьютерных систем на «Гюйгенс» зонде