УЛЫБКА (космический корабль)
 Впечатление художника от космического корабля SMILE | |
| Тип миссии | Магнитосферная миссия |
|---|---|
| Оператор | ЕКА - КАС |
| Веб-сайт | космос |
| Продолжительность миссии | 3 года (номинально) [1] |
| Свойства космического корабля | |
| Производитель | Airbus (модуль полезной нагрузки) |
| Стартовая масса | 2200 кг |
| Сухая масса | 708 кг |
| Власть | 850 Вт |
| Начало миссии | |
| Дата запуска | 4 квартал 2025 г. (планируется) [2] |
| Ракета | Вега-С |
| Запуск сайта | Куру |
| Подрядчик | Арианспейс |
| Орбитальные параметры | |
| Справочная система | Геоцентрический |
| Режим | Сильно эллиптическая орбита |
| Высота перигея | 5000 км |
| Высота апогея | 121 182 км |
| Наклон | 70° или 98° |
 Официальная эмблема миссии SMILE. | |
Солнечный ветер, магнитосфера ионосфера Link Explorer ( SMILE ) – это совместная миссия, запланированная Европейским космическим агентством и Китайской академией наук . SMILE впервые будет отображать магнитосферу Солнца в течение до 40 часов на орбиту, улучшая в мягких рентгеновских и ультрафиолетовых лучах наше понимание динамического взаимодействия между солнечным ветром и магнитосферой Земли. [3] [4] Главные научные вопросы миссии SMILE:
- Каковы фундаментальные режимы взаимодействия дневного солнечного ветра и магнитосферы?
- Что определяет цикл суббури?
- Как возникают бури, вызванные выбросами корональной массы, и как они связаны с суббурями?
Ожидается, что запуск SMILE состоится в апреле 2024 года в конце 2025 года. [2]
Обзор
[ редактировать ]Миссия будет наблюдать за взаимодействием солнечного ветра с магнитосферой с помощью своих рентгеновских и ультрафиолетовых камер (SXI и UVI), одновременно собирая изображения и видео дневной магнитопаузы (где магнитосфера Земли встречается с солнечным ветром), полярных выступов (области в каждом полушарии, где частицы солнечного ветра имеют прямой доступ к ионосфере Земли), и авроральный овал (область вокруг каждого геомагнитного полюса, где чаще всего возникают полярные сияния). SMILE также будет одновременно проводить измерения на месте с помощью двух других инструментов, составляющих его полезную нагрузку – ионного анализатора (LIA) и магнитометра (MAG). Эти инструменты будут отслеживать ионы в солнечном ветре , магнитослое и магнитосфере, одновременно обнаруживая изменения в местном магнитном поле постоянного тока.
SMILE должен достичь достаточно большой высоты, чтобы увидеть внешний край магнитопаузы Земли и в то же время получить хорошее пространственное разрешение аврорального овала. Таким образом, выбранная орбита имеет сильно эллиптическую форму и сильный наклон (70 или 98 градусов в зависимости от ракеты-носителя) и занимает треть пути до Луны в апогее (высота 121 182 км, т.е. 19 земных радиусов или R E ). . Этот тип орбиты позволяет SMILE проводить большую часть своего времени (около 80%, что эквивалентно девяти месяцам в году) на большой высоте, что позволяет космическому кораблю впервые проводить непрерывные наблюдения в течение более 40 часов. Эта орбита также ограничивает время пребывания в высокорадиационных поясах Ван Аллена и в двух тороидальных поясах. SMILE будет выведен на низкую околоземную орбиту ракетой- носителем Vega-C из Куру, Французская Гвиана, а ее двигательный модуль выведет космический корабль на номинальную орбиту с высотой перигея около 5000 км. [1]
Космический корабль SMILE состоит из платформы, предоставленной Китайской академией наук (CAS), прикрепленной к модулю полезной нагрузки, содержащему почти все научные инструменты, и системе связи X-диапазона, предоставленной ЕКА. Модуль полезной нагрузки будет построен Airbus . [5] Платформа состоит из двигательного и сервисного модулей, а также двух детекторов (или головок) ионного прибора. Оперативным центром миссии будет управлять CAS; обе организации будут совместно управлять Центром научных операций.
Инструменты
[ редактировать ]Ключевые приборы на борту космического корабля будут включать в себя: [3] [1]
- мягкого рентгеновского излучения Устройство формирования изображений (SXI) - телескоп с широкоугольным зрением, использующий микропористую оптику для составления спектральной карты местоположения, формы и движения границ магнитосферы Земли, включая головную ударную волну, магнитопаузу и выступы, путем наблюдения за излучением [ Процесс обмена зарядами солнечного ветра (SWCX). SXI оснащен двумя большими рентгеночувствительными детекторами на устройствах с зарядовой связью (CCD), охватывающими энергетический диапазон от 0,2 кэВ до 2,5 кэВ, и имеет оптическое поле зрения, охватывающее 15,5 ° × 26,5 °. Этот телескоп разрабатывается, строится и будет калиброваться в Университете Лестера (Великобритания) и других учреждениях по всей Европе. ПЗС-матрицы закупаются у Teledyne e2v , Великобритания, ESA и калибруются Открытым университетом , Великобритания.
- UV Imager (UVI) – ультрафиолетовая камера для получения изображений северных полярных регионов Земли. Он будет изучать связь между процессами, происходящими на границах магнитосферы – как их видит SXI – и процессами, действующими на заряженные частицы, высыпающиеся в нашу ионосферу. UVI представляет собой ПЗС-камеру с центром в диапазоне волн 160–180 нм и полем зрения 10 × 10 °. Он будет иметь пространственное разрешение изображения в апогее 150 км и будет использовать четыре зеркала с тонким пленочным покрытием для направления света в детектор. Временное разрешение будет достигать 60 с. UVI создан NSSC в сотрудничестве с Бельгийским космическим центром Льежа (CSL), ЕКА, Университетом Калгари и Институтом полярных исследований Китая.
- Анализатор легких ионов (LIA) – определит свойства и поведение ионов солнечного ветра и магнитослоя в различных условиях путем измерения трехмерного распределения скоростей протонов и альфа-частиц. Он состоит из двух электростатических анализаторов цилиндрического типа, каждый из которых установлен на противоположной стороне платформы. Он способен собирать данные о полном трехмерном распределении солнечного ветра с размером 4 π и измерять ионы в диапазоне энергий от 0,05 до 20 кэВ с временным разрешением до 0,5 секунды. Это совместное предприятие Китайского национального центра космических наук (CAS) и колледжа Лондона Университетского Лаборатории космических наук Малларда (UCL-MSSL), Великобритания, и LPP/CNRS/Ecole Polytechnique, Франция.
- Магнитометр (MAG) – будет использоваться для определения ориентации и величины магнитного поля в солнечном ветре и магнитооболочке, а также для обнаружения любых толчков или разрывов солнечного ветра, проходящих над космическим кораблем. Два трехосных датчика будут установлены вдали от космического корабля на трехметровой стреле на расстоянии примерно 80 см друг от друга, а соответствующий электронный блок будет установлен на основном корпусе SMILE. Эта конфигурация позволит MAG действовать как градиентометр и позволит точно определять фоновое магнитное поле SMILE и вычитать его из любых измерений. MAG будет измерять три компонента магнитного поля в диапазоне +/- 12800 нТл. Это совместное предприятие Китайского национального центра космических наук (CAS) и Института космических исследований Австрийской академии наук.
Рабочие группы
[ редактировать ]Для помощи в подготовке миссии SMILE было создано несколько рабочих групп, в том числе
Научная рабочая группа на месте
[ редактировать ]Научная рабочая группа SMILE на месте создана для поддержки команды SMILE в обеспечении достижения и оптимизации научных целей миссии, а также в повышении ценности науки SMILE. Деятельность SWG на месте сосредоточена на оптимизации конструкции, операций, планировании калибровок, определении научных целей и возможностей пакета приборов на месте, включая взаимодействие с другими магнитосферными космическими миссиями.
Рабочая группа по моделированию
[ редактировать ]Рабочая группа по моделированию SMILE обеспечивает следующую поддержку моделирования для предстоящей миссии SMILE.
1. Большая задача моделирования: сравнение МГД-моделей и требования/цели SXI.-
- унифицировать метод расчета рентгеновского излучения (та же модель нейтральной плотности, фон и т. д.),
- проверьте разницу между моделями в сигналах обмена заряда солнечного ветра (SWCX) и в граничных местоположениях (головная ударная волна, магнитопауза и касп)
- представить точку зрения МГД на диапазон мощности рентгеновского сигнала.
- обеспечить диапазон ожидаемых положений границ при различных потоках солнечного ветра.
- высказать единый взгляд на потребности и цели науки (насколько высокий поток солнечного ветра необходим, чтобы найти границы с разрешением 0,5 RE в течение 5 минут или разрешением 0,2 RE в течение 1 минуты?)
2. Отслеживание границ по данным SXI
- выберите один примерный результат моделирования для проверки методов отслеживания границ.
- протестируйте А. Йоргенсена и Т. Сана по методу отслеживания магнитопаузы с использованием спецификации SXI (орбита, поле зрения, фон, шум и т. д.) [6]
- протестируйте М. Коллиера и Х. Коннора по методу отслеживания магнитопаузы, используя ту же спецификацию SXI. [7] видны в мягких рентгеновских лучах.
- разработать новые методы определения границ плазмы по рентгеновским изображениям
- подготовить инструмент программирования для анализа данных SXI
- разработать и утвердить методы отслеживания других границ (головной удар и выступы)
3. Другие научные проекты
- выяснить, видны ли в мягких рентгеновских лучах небольшие следы магнитооболочки, такие как высокоскоростные струи магнитооболочки.
- исследовать связь магнитосферы и ионосферы с помощью мягкого рентгеновского излучения и изображений полярных сияний.
Рабочая группа по наземным и дополнительным наукам
[ редактировать ]Рабочая группа SMILE по наземным и дополнительным научным исследованиям координирует поддержку миссии в сообществе солнечно-земных физиков. Их цель — максимизировать использование данных SMILE и, следовательно, максимизировать научную отдачу миссии. Они будут координировать будущие кампании наблюдений с другими экспериментальными установками, как на земле, так и в космосе, например, используя режимы высокого разрешения для объектов Super Dual Auroral Radar Network или с EISCAT 3D, и сопоставляя их с данными других миссий, летающих в то время. . Рабочая группа также разрабатывает набор инструментов и средство визуализации для объединения данных SMILE и вспомогательных экспериментов.
Рабочая группа по связям с общественностью
[ редактировать ]Рабочая группа SMILE Outreach стремится продвигать SMILE и ее науку среди широкой общественности, любительских научных обществ и школьников любого возраста. Члены группы активно проводят презентации, иллюстрирующие научные результаты SMILE и влияние, которое они окажут на наши знания о солнечно-земных взаимодействиях. Они налаживают контакты с организациями, продвигающими науку в начальных и средних школах, особенно в социально-экономически неблагополучных районах, проводят практические семинары и продвигают карьеру в науке. Группа фокусируется на SMILE как на практическом примере разработки космических проектов и призывает учеников следить за ходом реализации проекта до его запуска и после него. Он также способствует международному обмену, хорошим примером которого является перевод книги «Аврора и Пятнистый» для детей (а, возможно, и для некоторых взрослых), первоначально с испанского языка, на китайский язык.
 |  |
Результаты
[ редактировать ]2024
[ редактировать ]- Январь — специальный выпуск, посвященный методам моделирования и анализа данных для миссии SMILE, с 21 рецензируемой статьей, опубликованной в журнале Earth and Planetary Physics, см. предисловие. [8]
2023
[ редактировать ]- 7 марта — Геоэффективность межпланетных альфвеновских волн. I. Магнитопауза Магнитное пересоединение и суббури прямого действия [9]
2022
[ редактировать ]- 17 декабря – Определение расстояния до магнитопаузы с помощью тепловизора мягкого рентгеновского излучения: 1. Маскирование магнитосферы. [10]
- 15 декабря. Определение расстояния до магнитопаузы с помощью аппарата мягкого рентгеновского излучения: 2. Методы анализа двумерных рентгеновских изображений. [11]
- 22 июня — Определение положения магнитопаузы на основе моделирования с помощью мягкого рентгеновского аппарата с широким полем зрения. [12]
2021
[ редактировать ]- 1 марта - Новый метод инверсии для восстановления плотности плазмосферы He+ по EUV-изображениям. [13]
- 18 февраля — Характеристики и смоделированные неопределенности момента ионного спектрометра с асимметричным полем зрения 2π для измерений ионов в космосе. [14]
- 21 февраля — Мягкие рентгеновские снимки и изображения дневной магнитосферы Земли с помощью ENA. [15]
2020
[ редактировать ]- 20 октября — Алгоритм автоматического определения границ полярных сияний с глубокими функциями и набором двух уровней. [16]
- 20 августа — Определение положения магнитопаузы на мягком рентгеновском изображении с использованием подхода касательной аппроксимации. [17]
- 17 апреля. Так ли проста связь между динамическим давлением солнечного ветра и расстоянием между магнитопаузой? [18]
2019
[ редактировать ]- 1 мая - Обнаружение границ в трех измерениях с применением к миссии SMILE: эффект шума подбора модели [20]
2018
[ редактировать ]- 17 декабря – Отчет ESA об исследовании определения SMILE [3]
Награды
[ редактировать ]2020
[ редактировать ]- 21 мая – Дженнифер Картер из Университета Лестера, Великобритания, была награждена премией L'Oréal-ЮНЕСКО Великобритании и Ирландии «Женщины в науке в физических науках за растущую талантливость» 2020 года.
История
[ редактировать ]После успеха миссии «Двойная звезда» ЕКА и CAS впервые решили совместно выбирать, проектировать, реализовывать, запускать и использовать результаты космической миссии. После первоначальных семинаров в январе 2015 года был объявлен прием заявок. После совместного экспертного рассмотрения предложений миссий SMILE была выбрана лучшим кандидатом из 13 предложенных. [21] Предложение миссии SMILE [22] Его совместно возглавляли Университетский колледж Лондона и Китайский национальный центр космических наук. С июня по ноябрь 2015 года миссия приступила к первоначальным исследованиям готовности концепции, а окончательное одобрение миссии было дано Комитетом научной программы ЕКА в ноябре 2015 года. 18 был объявлен запрос на информацию (RFI) о положениях для модуля полезной нагрузки. Декабрь 2015 года. Цель заключалась в сборе информации от потенциальных поставщиков для оценки требований к модулю полезной нагрузки с низким уровнем риска, учитывая заявленный интерес к миссии, в рамках подготовки к приглашению к участию в тендере в 2016 году. [23] Обзор системных требований миссии был завершен в октябре 2018 года, а одобрение миссии ЕКА Комитетом научной программы было получено в марте 2019 года. [24] SMILE успешно завершила обзор конструкции космических аппаратов и критически важных проектов (CDR) в июне 2023 года в Шанхае. [25]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с «Обзор миссии SMILE» . Китайская академия наук . Проверено 14 февраля 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Все вокруг улыбаются: «Вега-С» запускает миссию ЕКА по солнечному ветру» . ЕКА . 30 апреля 2024 г. Проверено 27 июня 2024 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Брандуарди-Раймонт, Г.; Ван, К.; Эскубе, CP; и др. (2018). Отчет ESA по исследованию определения SMILE (PDF) (Технический отчет). Европейское космическое агентство . стр. 1–84. doi : 10.5270/esa.smile.definition_study_report-2018-12 . S2CID 239612452 . ЕКА/SCI (2018)1. Архивировано (PDF) из оригинала 22 апреля 2023 года.
- ^ «УЛЫБКА: Краткое содержание» . Лаборатория космических наук Калифорнийского университета в Малларде . Проверено 19 декабря 2018 г.
- ^ «Airbus дарит ЕКА УЛЫБКУ» . Аэробус . Проверено 31 июля 2019 г.
- ^ Йоргенсен, AM; Т. Сан; К. Ван; Л. Дай; С. Сембай; Ф. Вэй; Ю. Го; Р. Сюй (2019). «Обнаружение границ в трех измерениях с применением к миссии SMILE: эффект фотонного шума». Журнал геофизических исследований: Космическая физика . 124 (6): 4365. Бибкод : 2019JGRA..124.4365J . дои : 10.1029/2018JA025919 . hdl : 2381/45334 . S2CID 204266610 .
- ^ Коллиер, MR; Коннор, Гонконг (2018). «Реконструкция поверхности магнитопаузы по наблюдениям касательных векторов» . Журнал геофизических исследований: Космическая физика . 123 (12): 9022–9034. Бибкод : 2018JGRA..12310189C . дои : 10.1029/2018JA025763 . hdl : 2060/20180008652 .
- ^ Вс, ТР; Коннор, Х.; Самсонов, А. (2024). «Предисловие к специальному выпуску, посвященному методам моделирования и анализа данных для миссии SMILE» . Земля и планетарная физика . 8 (1): 1–4. Бибкод : 2024E&PP....8....1S . дои : 10.26464/epp2023089 .
- ^ Дай, Л.; Хан, Ю.; Ван, К.; Яо, С.; Гонсалес, В.; Дуань, С.; Лаврауд, Б.; Рен, Ю.; Го, З. (2023). «Геоэффективность межпланетных альфвеновских волн. I. Магнитопауза, магнитное пересоединение и суббури прямого действия» . Астрофизический журнал . 945 (47): 47. Бибкод : 2023ApJ...945...47D . дои : 10.3847/1538-4357/acb267 .
- ^ Самсонов А.; Картер, Дж.А.; Рид, А.; Сембай, С.; Брандуарди-Раймонт, Г.; Сибек, Д.; Эскубе, П. (2022). «Определение расстояния между магнитопаузой с помощью тепловизора мягкого рентгеновского излучения: 1. Магнитосферная маскировка» . Журнал геофизических исследований: Космическая физика . 127 (12). Бибкод : 2022JGRA..12730848S . дои : 10.1029/2022JA030848 .
- ^ Самсонов А.; Сембай, С.; Рид, А.; Картер, Дж.А.; Брандуарди-Раймонт, Г.; Сибек, Д.; Эскубе, П. (2022). «Определение расстояния между магнитопаузой с помощью аппарата мягкого рентгеновского излучения: 2. Методы анализа двумерных рентгеновских изображений» . Журнал геофизических исследований: Космическая физика . 127 (12). Бибкод : 2022JGRA..12730850S . дои : 10.1029/2022JA030850 .
- ^ Го, Ю.; Сан, Т.; Ван, К.; Сембай, С. (2022). «Определение положения магнитопаузы на основе моделирования мягкого рентгеновского аппарата с широким полем зрения». наук. Китай Науки о Земле . 65 (8): 1601–1611. Бибкод : 2022ScChD..65.1601G . дои : 10.1007/s11430-021-9937-y . S2CID 250065345 .
- ^ Хуанг, Ю.; Дай, Л.; Ван, К.; Сюй, РЛ; Ли, Л. (2021). «Новый метод инверсии для восстановления плотности плазмосферы He+ по EUV-изображениям». Планета Земля. Физ . 5 (2): 218–222. Бибкод : 2021E&PP....5..218H . doi : 10.26464/epp2021020 (неактивен 30 июня 2024 г.).
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на июнь 2024 г. ( ссылка ) - ^ Су, Б.; Конг, LG; Чжан, AB; Клекер, Б.; Эскубе, CP; Катария, DO; Дай, Л. (2021). «Рабочие характеристики и смоделированные неопределенности момента ионного спектрометра с асимметричным полем зрения 2π для измерений ионов в космосе» . Обзор научных инструментов . 92 (2): 024501. дои : 10.1063/5.0028866 . ПМИД 33648106 .
- ^ Коннор, Гонконг; Сибек, генеральный директор; Коллиер, MR; и др. (2021). «Мягкое рентгеновское излучение и ENA-изображения дневной магнитосферы Земли» . Журнал геофизических исследований: Космическая физика . 126 (3): e2020JA028816. Бибкод : 2021JGRA..12628816C . дои : 10.1029/2020JA028816 . ПМЦ 7988574 . ПМИД 33777610 .
- ^ Тиан, К.-Дж.; Ду, Х.-Д.; Ян, П.-Л.; Чжоу, З.-М.; Чжао, X.-F.; Чжоу, С. (2020). «Алгоритм автоматического определения границ авроральных сияний с глубокими функциями и двойным набором уровней». Журнал геофизических исследований: Космическая физика . 125 (10). Бибкод : 2020JGRA..12527833T . дои : 10.1029/2020JA027833 . S2CID 224859541 .
- ^ Сан, Т.; Ван, К.; Коннор, Гонконг; Йоргенсен, AM; Сембай, С. (2020). «Определение положения магнитопаузы по изображению мягкого рентгеновского излучения с использованием подхода касательной аппроксимации». Журнал геофизических исследований: Космическая физика . 125 (9). Бибкод : 2020JGRA..12528169S . дои : 10.1029/2020JA028169 . S2CID 225422666 .
- ^ Самсонов А.А.; и др. (2020). «Так ли проста связь между динамическим давлением солнечного ветра и расстоянием между магнитопаузой?» . Геофиз. Рез. Летт . 47 (8). Бибкод : 2020GeoRL..4786474S . дои : 10.1029/2019GL086474 . hdl : 2027.42/154966 .
- ^ Коннор, Гонконг; Картер, Дж.А. (2019). «Плотность нейтрального водорода в экзосфере в номинальной подсолнечной точке 10 RE, полученная на основе рентгеновских наблюдений XMM-Newton» . Журнал геофизических исследований: Космическая физика . 124 (3): 1612–1624. Бибкод : 2019JGRA..124.1612C . дои : 10.1029/2018JA026187 .
- ^ Йоргенсен, AM; Сан, Т.; Ван, К.; Дай, Л.; Сембай, С.; Чжэн, Дж.; Ю, Х. (2019). «Обнаружение границ в трех измерениях с применением к миссии SMILE: эффект шума подбора модели» . Журнал геофизических исследований: Космическая физика . 124 (6): 4341–4355. Бибкод : 2019JGRA..124.4341J . дои : 10.1029/2018JA026124 . hdl : 2381/45333 .
- ^ «ЕКА и Китайская академия наук будут изучать улыбку как совместную миссию» . ЕКА. 22 июня 2015 г. Проверено 5 октября 2015 г.
- ^ Брандуарди-Раймонт, Грациелла; Ван, Чи. «Совместная научная космическая миссия Китайской академии наук (CAS) и Европейского космического агентства (ЕКА) ПРЕДЛОЖЕНИЕ SMILE: Солнечный ветер, магнитосфера, ионосфера Link Explorer» (PDF) . Проверено 4 июня 2015 г.
- ^ «Запрос на информацию (RFI) на предоставление модуля полезной нагрузки для совместной миссии ЕКА-Китай SMILE» . ЕКА . 18 декабря 2015 года . Проверено 8 января 2016 г.
- ^ «Краткое содержание миссии SMILE» . ЕКА . 22 апреля 2021 г. Проверено 22 апреля 2021 г.
- ^ «Совместная китайско-европейская космическая миссия вступает в фазу летной модели» . Космическая газета . 11 июля 2023 г. Проверено 15 сентября 2023 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Веб-сайт ESA SMILE (широкая публика): http://sci.esa.int/smile
- Веб-сайт ESA SMILE (Научная рабочая группа): https://www.cosmos.esa.int/smile
- Веб-сайт SMILE Китайской академии наук: http://english.cssar.cas.cn/smile/
- Веб-сайт консорциума SMILE UCL/Лаборатории космических исследований Малларда: http://www.mssl.ucl.ac.uk/SMILE/
- Веб-сайт SXI Университета Лестера: https://www2.le.ac.uk/departments/physical/research/src/Missions/smile/soft-x-ray-imager-sxi
- Веб-сайт рабочей группы по моделированию SMILE: http://smile.alaska.edu
