Спутник исследования верхних слоев атмосферы
 | |
| Тип миссии | Наблюдение Земли |
|---|---|
| Оператор | НАСА |
| ИДЕНТИФИКАТОР КОСПЭРЭ | 1991-063Б |
| САТКАТ нет. | 21701 |
| Веб-сайт | http://umpgal.gsfc.nasa.gov/ |
| Продолжительность миссии | 14 лет, 3 месяца |
| Свойства космического корабля | |
| Автобус | Многоцелевой модульный космический корабль |
| Производитель | Мартин Мариетта |
| Стартовая масса | 6540 кг (14420 фунтов) |
| Сухая масса | 5900 кг (13000 фунтов) |
| Власть | 1600,0 Вт |
| Начало миссии | |
| Дата запуска | 12 сентября 1991 г., 23:11:04 UTC |
| Ракета | Космический шаттл Дискавери STS-48 |
| Запуск сайта | Кеннеди LC-39A |
| Подрядчик | НАСА |
| Конец миссии | |
| Утилизация | Выведен из эксплуатации |
| Деактивирован | 15 декабря 2005 г. |
| Дата распада | 24 сентября 2011 г. |
| Орбитальные параметры | |
| Справочная система | Геоцентрический |
| Режим | Низкая Земля |
| Большая полуось | 6953,0 км (4320,4 миль) |
| Эксцентриситет | 0.0003645 |
| Высота перигея | 574,0 км (356,7 миль) |
| Высота апогея | 575,0 километров (357,3 миль) |
| Наклон | 56.97999954223633° |
| Период | 95,9 минут |
| Эпоха | 14 сентября 1991 г., 20:00:00 UTC [1] |
| Инструменты | |
| КЛААС ИСАМС МЛС ГАЛО ГОРДЫЙ ВЕТЕР СУСИМ СОЛНЦЕССИЯ ПЕМ АКРИМ II | |
Спутник для исследования верхних слоев атмосферы ( UARS ) — орбитальная обсерватория НАСА, чья миссия заключалась в изучении атмосферы Земли , в частности защитного озонового слоя . Спутник массой 5900 кг (13000 фунтов) был запущен с космического корабля " Дискавери " во время миссии STS-48 15 сентября 1991 года. Он вышел на околоземную орбиту на рабочей высоте 600 километров (370 миль) с наклонением орбиты 57 градусов.
Первоначальная продолжительность миссии должна была составить всего три года, но ее несколько раз продлевали. Когда миссия наконец завершилась в июне 2005 года из-за сокращения финансирования, спустя 14 лет после запуска спутника, шесть из десяти его приборов все еще работали. [2] Последний этап снижения орбиты был выполнен в начале декабря 2005 года для подготовки спутника к сходу с орбиты. 26 октября 2010 года Международная космическая станция выполнила маневр уклонения от мусора в ответ на соединение с UARS. [3]
Выведенный из эксплуатации спутник вновь вошел в атмосферу Земли 24 сентября 2011 года. Это событие было окружено значительным вниманием средств массовой информации, во многом из-за прогнозов НАСА о том, что значительные части спутника могут достичь земли, потенциально подвергая опасности населенные районы. Однако в конечном итоге спутник упал в отдаленном районе Тихого океана . [4]
Инструменты
[ редактировать ]Химические исследования
[ редактировать ]Криогенный эталонный спектрометр с лимбовой решеткой (CLAES)
[ редактировать ]
CLAES представлял собой спектрометр , который определял концентрации и распределение соединений азота и хлора , озона , водяного пара и метана . На этой платформе были созданы первые глобальные карты хлорированных соединений, разрушающих озоновый слой. [5] Это было сделано путем определения количества газов в атмосфере путем измерения уникальной инфракрасной сигнатуры каждого газа. [6]
Чтобы отличить относительно слабые следы газовых примесей от фонового излучения в атмосфере, CLAES должен был иметь высокое разрешение и чувствительность. Для этого прибор объединил телескоп с инфракрасным спектрометром. Весь прибор был криогенно охлажден, чтобы тепло прибора не мешало показаниям. Криогенная система состояла из внутреннего резервуара с твердым неоном при температуре -257 ° C (-430 ° F) и внешнего резервуара с твердым диоксидом углерода при температуре -150 ° C (-238 ° F). Когда неон и углекислый газ испарились, они сохраняли прибор холодным в течение запланированных 19 месяцев. [6] Последние криогены испарились из прибора 5 мая 1993 года, и прибор нагрелся, что положило конец его сроку службы.
Прибор смотрел вбок за пределы платформы UARS, что позволяло ему видеть сквозь стратосферу и нижнюю мезосферу . CLAES создала глобальную базу данных за 19 месяцев, показывающую вертикальное распределение важных газов озонового слоя в стратосфере и их изменение в зависимости от времени суток, сезона, широты и долготы.
Усовершенствованный стратосферный и мезосферный зонд (ISAMS)
[ редактировать ]
ISAMS — это инфракрасный радиометр для измерения теплового излучения от края Земли (линии горизонта, видимой с UARS) по обе стороны космического корабля. Он использовал метод модуляции давления для получения высокого спектрального разрешения и инновационные охладители цикла Стирлинга для достижения высокой чувствительности детектора. ISAMS использует 7 газовых ячеек для 6 различных газов: CO 2 (кратно 2), CO, CH 4 , N 2 O, NO 2 и H 2 O. Ячейки CO 2 также позволяют измерять озон (O 3 ), азотную кислоту ( HNO 3 ) и пятиокись азота (N 2 O 5 ) [7]
Конкретными целями ISAMS были: (i) Получить измерения температуры атмосферы как функции давления, от тропопаузы до мезопаузы , с хорошей точностью и пространственным разрешением и, следовательно, изучить структуру и динамику региона, (ii) ) Исследовать распределение и изменчивость водяного пара в средней атмосфере, определить его роль в общей циркуляции атмосферы, а также его источники и поглотители в средней атмосфере, (iii) Измерить глобальное распределение оксидов азота и, следовательно, определить исследовать их происхождение и роль в каталитических циклах, которые контролируют количество озона в стратосферном озоновом слое. Он также провел обширные наблюдения за вулканическими аэрозолями и полярными стратосферными облаками в средней атмосфере. Прибор эксплуатировался с сентября 1991 г. по июль 1992 г. [8]
Микроволновой эхолот конечностей (MLS)
[ редактировать ]
MLS обнаружил естественное микроволновое тепловое излучение от края Земли для создания вертикальных профилей атмосферных газов, температуры, давления и облачного льда. MLS выглядит под углом 90° от угла орбиты UARS. [9]
Тепловое излучение попадает в прибор через трехзеркальную антенную систему. Антенна механически сканирует в вертикальной плоскости атмосферный лимб каждые 65,5 секунды. Сканирование охватывает диапазон высот от поверхности до 90 км (55 миль). При входе в прибор сигнал с антенны разделяется на три сигнала для обработки разными радиометрами. Радиометр 63 ГГц измеряет температуру и давление. Радиометр 183 ГГц измеряет водяной пар и озон. Радиометр 205 ГГц измеряет ClO , озон, диоксид серы , азотную кислоту и водяной пар. [9]
Еще в июне 2005 года радиометры на частотах 63 и 205 ГГц оставались в рабочем состоянии, но радиометр на частоте 183 ГГц вышел из строя через 19 месяцев работы.
Эксперимент по затмению галогенов (HALOE)
[ редактировать ]
HALOE использует солнечное затмение для одновременного измерения вертикальных профилей озона (O 3 ), хлористого водорода (HCl), фтористого водорода (HF), метана (CH 4 ), водяного пара (H 2 O), оксида азота (NO), диоксида азота. (NO 2 ), температура, аэрозольное вымирание, состав и распределение аэрозоля по размерам в зависимости от атмосферного давления на краю Земли. Измерения проводятся на восьми различных длинах волн инфракрасного излучения в поле зрения шириной 1,6 км (0,99 мили). [10]
Вертикальное сканирование атмосферы было получено путем отслеживания Солнца во время затмения. Сканирование позволит измерить количество солнечной энергии, поглощаемой газами в атмосфере.
Для поддержки сканирования инструмент состоял из двух частей: оптического блока на двухосном подвесе и фиксированного электронного блока. Оптический блок содержит телескоп, собирающий солнечную энергию, а также детекторы газа. Электронный блок обрабатывает данные, управляет двигателем и подает питание на прибор.
Динамика
[ редактировать ]Доплеровский сканер высокого разрешения (HRDI)
[ редактировать ]
HRDI наблюдал линии излучения и поглощения молекулярного кислорода над краем Земли, использовал доплеровский сдвиг линий для определения горизонтального ветра, а также использовал форму и силу линий для получения информации о температуре и составе атмосферы. [11]
Прибор состоит из двух частей: телескопа и интерферометра , состоящего из оптической скамьи и вспомогательной электроники.
Телескоп использовал узкое поле зрения, чтобы предотвратить искажение результатов доплеровским сдвигом в поле зрения. Входной сигнал от телескопа подается на процессор по оптоволоконному кабелю.
HRDI проводил научные операции с ноября 1991 года по апрель 2005 года. [11]
Интерферометр изображения ветра (WINDII)
[ редактировать ]
Прибор WINDII измерял ветер, температуру и интенсивность выбросов от свечения воздуха и полярных сияний . Прибор смотрел на край Земли под двумя разными углами: на 45 градусов и на 135 градусов от угла движения космического корабля. Это позволило прибору считывать одни и те же участки неба под двумя углами в течение нескольких минут после предыдущего считывания. [12]
Прибор состоит из интерферометра, который передает данные на ПЗС- камеру. Каждый из двух телескопов (45 градусов и 135 градусов) имеет перегородку длиной один метр для уменьшения рассеянного света во время дневного наблюдения. Входной сигнал от телескопов расположен рядом на ПЗС-матрице, поэтому оба изображения отображаются одновременно.
Энергозатраты
[ редактировать ]Монитор спектрального солнечного ультрафиолетового излучения (SUSIM)
[ редактировать ]
SUSIM измерял ультрафиолетовое (УФ) излучение Солнца. Наблюдения производятся как в вакууме, так и при покрытиях Солнца атмосферой. Это позволило сравнить количество ультрафиолетового света, достигающего Земли, и количество, поглощаемое верхними слоями атмосферы. [13]
Из-за энергии УФ-излучения деградация приборов является серьезной проблемой. Чтобы решить эту проблему, прибор содержал два идентичных спектрометра. Один использовался почти постоянно на дневном участке орбиты UARS. Второй использовался нечасто для проверки чувствительности первого.
Эксперимент по сравнению солнечного излучения звезд (SOLSTICE)
[ редактировать ]Эксперимент по сравнению солнечного излучения звезд был разработан для измерения солнечного излучения. В приборе использовался новый подход к калибровке: вместо калибровки по внутренней эталонной лампе прибор регулярно проводил измерения ярких голубых звезд, которые теоретически имеют очень стабильное излучение в течение интервалов порядка срока службы космического корабля. Входную щель инструмента можно было настроить на солнечный или звездный режимы, чтобы учесть огромную разницу в яркости цели. Помимо звезд, SOLSTICE также время от времени проводил измерения возможных целей, включая Луну и другие объекты Солнечной системы.
Радиометр с активной полостью, монитор облучения II (ACRIM2)
[ редактировать ]
Прибор ACRIM2 на спутнике UARS измерил общее солнечное излучение (TSI), полную солнечную лучистую энергию, достигающую Земли, продолжая базу данных об изменении климата, начатую в 1980 году экспериментом ACRIM1 в рамках миссии Solar Maximum Mission (SMM). [14] Результаты эксперимента ACRIM1 позволили впервые открыть внутренние вариации TSI и их связь с явлениями солнечной магнитной активности. [15] Эксперименты ACRIM подтвердили, что изменения TSI происходят практически во всех временных масштабах, от 2-минутной периодичности наблюдения до десятилетия записи TSI на сегодняшний день. [16] Точное знание TSI и его изменений во времени имеет важное значение для понимания изменения климата. Недавние результаты показывают, что внутренние вариации TSI сыграли гораздо большую роль (до 50%) в глобальном потеплении в индустриальную эпоху, чем ранее предсказывали модели глобальной циркуляции (GCM). [17] Глубокие социологические и экономические последствия понимания относительного вклада природных и антропогенных факторов в изменение климата делают необходимым, чтобы база данных TSI, важнейший компонент исследований изменения климата, тщательно поддерживалась в обозримом будущем. Эксперимент UARS/ACRIM2 стал важной частью создания долгосрочной базы данных TSI.
Конец миссии и возвращение в атмосферу
[ редактировать ]Орбитально-понижающий ожог
[ редактировать ]UARS был выведен из эксплуатации 14 декабря 2005 года. Последнее снижение перигея привело к снижению орбиты до 518 км x 381 км. За ними последовала пассивация систем спутника. [18]
26 октября 2010 года Международная космическая станция выполнила маневр уклонения от мусора в ответ на соединение с UARS. [3]
Повторный вход
[ редактировать ]7 сентября 2011 года НАСА объявило о предстоящем неконтролируемом возвращении UARS в атмосферу и отметило, что существует небольшой потенциальный риск для населения. [19] К 23 сентября 2011 года орбита UARS сократилась до 175 на 185 км (109 на 115 миль). Ожидалось, что 26 обломков переживут вход в атмосферу и ударятся о поверхность, самый большой из которых имел расчетную массу 158,30 кг (348,99 фунта) и, возможно, достигал поверхности со скоростью 44 метра в секунду (140 футов / с) (98 миль/ч; 160 км/ч). [20] Ожидалось, что более мелкие части упадут на поверхность со скоростью до 107 метров в секунду (350 футов / с) (240 миль в час; 390 км / ч). [21]
24 сентября 2011 года в 07:46 по всемирному координированному времени НАСА опубликовало обновленное заявление на веб-сайте UARS, в котором говорилось, что: «Объединенный центр космических операций на базе ВВС Ванденберг в Калифорнии заявил, что спутник проник в атмосферу над Тихим океаном». Точное время и место возвращения изначально не было указано. [22] [23] Николас Джонсон, главный специалист по орбитальному мусору в Космическом центре Джонсона НАСА , заявил: «Мы не знаем, где может находиться поле обломков… Возможно, мы никогда не узнаем». [24] Однако позже Объединенный центр космических операций объявил, что вход в атмосферу состоялся в 04:00 по всемирному координированному времени 24 сентября. 14 ° 06' ю.ш., 170 ° 06' з.д. / 14,1 ° ю.ш., 170,1 ° з.д. , чуть ниже Американского Самоа . По данным НАСА, поле обломков спутника будет простираться на расстояние от 300 до 800 миль (от 480 до 1300 км) , обычно к северо-востоку от этой позиции. [4]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «НАСА – NSSDCA – Космический корабль – Детали траектории» . nssdc.gsfc.nasa.gov . Проверено 1 мая 2018 г.
- ^ У. Генри Ламбрайт , 2005. НАСА и окружающая среда: случай истощения озонового слоя , «Спор о UARS», стр. 43f.
- ^ Jump up to: а б Ежеквартальные новости об орбитальном мусоре (PDF) (Отчет). Том. 15. Офис программы НАСА по орбитальному мусору . Июль 2011. с. 2. Архивировано из оригинала (PDF) 20 октября 2011 года . Проверено 22 сентября 2011 г.
- ^ Jump up to: а б «Последнее обновление: UARS НАСА снова входит в атмосферу Земли» . Проверено 27 сентября 2011 г.
- ^ Шоберл, Марк Р.; Дуглас, Энн Р .; Джекман, Чарльз Х. (30 сентября 1994 г.). Ван, Цзиньсюэ; Хейс, Пол Б. (ред.). «Обзор и основные моменты миссии спутника для исследования верхних слоев атмосферы (UARS)» . Оптико-спектроскопические методы и приборы для исследований атмосферы и космоса . 2266 . Международное общество оптики и фотоники: 254–265. Бибкод : 1994SPIE.2266..254S . дои : 10.1117/12.187563 . S2CID 129926077 .
- ^ Jump up to: а б «Миссия CLAES» . Лаборатория космической физики Локхид Мартин. Архивировано из оригинала 6 января 2009 года . Проверено 10 сентября 2011 г.
- ^ «Улучшенный стратосферный и мезосферный зонд (ISAMS)» . Британский центр атмосферных данных. Архивировано из оригинала 5 июля 2011 года . Проверено 22 сентября 2011 г.
- ^ «Данные улучшенного стратосферного и мезосферного зонда (ISAMS) уровня 2» . Британский центр атмосферных данных (BADC). Архивировано из оригинала 5 августа 2011 года . Проверено 10 сентября 2011 г.
- ^ Jump up to: а б «Прибор UARS MLS: микроволновый эхолот (MLS)» . НАСА/Лаборатория реактивного движения. Архивировано из оригинала 31 марта 1997 года . Проверено 10 сентября 2011 г.
- ^ «Эксперимент по затмению галогенов (HALOE)» . Исследовательский центр НАСА в Лэнгли . Проверено 10 сентября 2011 г.
- ^ Jump up to: а б «Доплеровский томограф высокого разрешения» . Архивировано из оригинала 24 сентября 2011 года . Проверено 10 сентября 2011 г.
- ^ «WINDII - Интерферометр изображения ветра» . Лаборатория солнечно-земной физики Йоркского университета. Архивировано из оригинала 28 июня 2007 года . Проверено 10 сентября 2011 г.
- ^ «SUSIM UARS: продолжающийся спутниковый эксперимент по измерению спектрального состава солнечного ультрафиолетового света» . Лаборатория военно-морских исследований Центр космических исследований имени Э.О. Халберта. Архивировано из оригинала 6 октября 2018 года . Проверено 10 сентября 2011 г.
- ^ «Мониторинг общего солнечного излучения (TSI)» . Лаборатория реактивного движения. 2005 . Проверено 2 сентября 2011 г.
- ^ Уилсон, Р.К., С. Гулкис, М. Янссен, Х.С. Хадсон и Г.А. Чепмен, Наблюдения за изменчивостью солнечного излучения, Science, т. 211, 1981.
- ^ Уилсон, Р.К., Хадсон, Х.С., Светимость Солнца в течение полного солнечного цикла, Nature, v. 351, стр. 42–44, 1991.
- ^ Скафетта, Н., Уэст, Б.Дж., Феноменологический вклад солнечной энергии в глобальное приземное потепление в 1900–2000 гг., Geophys. Рез. Письма., Т. 33, 2006 г.
- ^ Хьюз, Джон; Мариус, Хулио Л; Монторо, Мануэль; Патель, Мехул; Блудворт, Дэвид (2006). Разработка и выполнение операций по завершению миссии. Тематическое исследование планов завершения миссии UARS и ERBS (PDF) (Отчет).
- ^ Дэвид, Леонард (7 сентября 2011 г.). «Огромный несуществующий спутник скоро упадет на Землю, сообщает НАСА» . Space.com . Проверено 10 сентября 2011 г.
- ^ «Орбитальный мусор ОРСАТ» . НАСА . Проверено 17 сентября 2011 г.
- ^ Возвращение в атмосферу и оценка риска для спутника НАСА для исследования верхней атмосферы (UARS) (PDF) (Отчет). Офис программы НАСА по орбитальному мусору. 9 сентября 2011 года . Проверено 22 сентября 2011 г.
- ^ Джоэл Ахенбах (24 сентября 2011 г.). «НАСА: Обломки спутника упали на Землю» . Вашингтон Пост . Проверено 24 сентября 2011 г.
- ^ «Центр изучения орбитального и возвращаемого мусора» . Аэрокосмическая корпорация. Архивировано из оригинала 24 сентября 2011 года . Проверено 24 сентября 2011 г.
- ^ «UARS: когда и где это произошло?» . АДРИАН УЭСТ . Вселенная сегодня. 24 сентября 2011 года . Проверено 25 сентября 2011 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Центр космических полетов Годдарда (1987). Книга данных проекта UARS: Инструменты UARS (PDF) (отчет). НАСА. стр. 4-1–4-63. Архивировано из оригинала (.PDF) 2 апреля 2012 г. Проверено 22 сентября 2011 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
