Исследование гравитационного поля и стационарной циркуляции океана
 Взгляд художника на GOCE. За его изящный аэродинамический дизайн его прозвали «Феррари космоса». [1] | |||
| Тип миссии | Гравитационные исследования | ||
|---|---|---|---|
| Оператор | ЧТО | ||
| ИДЕНТИФИКАТОР КОСПЭРЭ | 2009-013А | ||
| САТКАТ нет. | 34602 | ||
| Веб-сайт | http://www.esa.int/GOCE | ||
| Продолжительность миссии | Планируется: 20 месяцев. Финал: 4 года, 7 месяцев, 3 дня. | ||
| Свойства космического корабля | |||
| Производитель | Талес Аления Спейс EADS Астриум | ||
| Стартовая масса | 1077 кг (2374 фунта) | ||
| Сухая масса | 872 кг (1922 фунта) | ||
| Размеры | 5,3 м × 2,3 м (17,4 × 7,5 футов) | ||
| Власть | 1600 Вт | ||
| Начало миссии | |||
| Дата запуска | 17 марта 2009 г., 14:21 UTC [2] | ||
| Ракета | Рокот / Бриз-КМ | ||
| Запуск сайта | Космодром Плесецк | ||
| Подрядчик | Услуги запуска Еврокота | ||
| Конец миссии | |||
| Утилизация | Орбитальный распад | ||
| Объявлено | 21 октября 2013 г. UTC [3] | ||
| Последний контакт | 10 ноября 2013 г., 22:42 UTC [4] | ||
| Дата распада | 11 ноября 2013 г., 00:16 UTC [5] | ||
| Орбитальные параметры | |||
| Справочная система | Геоцентрический | ||
| Режим | Солнечно-синхронный [6] | ||
| Высота перигея | 254,9 км (158,4 миль) [6] | ||
| Высота апогея | 254,9 км (158,4 миль) [6] | ||
| Наклон | 96,7 градусов | ||
| Эпоха | 29 июня 2010 г. [6] | ||
| Транспондеры | |||
| Группа | S-диапазон | ||
| Частота | 2 ГГц | ||
| Пропускная способность | до 1,2 Мбит/с загрузка до 4 кбит/с загрузка | ||
| |||
 Знак отличия GOCE миссии | |||
Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer ( GOCE ) был первым ЕКА программы « Живая планета», тяжелым спутником предназначенным для составления беспрецедентно подробной карты гравитационного поля Земли . Основным оборудованием космического корабля был высокочувствительный гравитационный градиентометр, состоящий из трех пар акселерометров , которые измеряли гравитационные градиенты по трем ортогональным осям.
Земли Запущенный 17 марта 2009 года, GOCE нанес на карту глубинную структуру мантии и исследовал опасные вулканические регионы. Это позволило по-новому взглянуть на поведение океана; это, в частности, было основным стимулом для миссии. Объединив данные гравитации с информацией о высоте морской поверхности, собранной другими спутниковыми высотомерами, ученые смогли отслеживать направление и скорость геострофических океанских течений . Низкая орбита и высокая точность системы значительно улучшили известную точность и пространственное разрешение геоида ( теоретической поверхности с равным гравитационным потенциалом на Земле).
спутника Уникальная форма стрелы и плавников помогли сохранить стабильность GOCE, когда он пролетал через термосферу на сравнительно небольшой высоте - 255 километров (158 миль). Кроме того, ионная двигательная система постоянно компенсировала переменное замедление из-за сопротивления воздуха без вибрации обычного ракетного двигателя с химическим приводом , тем самым ограничивая ошибки в измерениях гравитационного градиента, вызванные негравитационными силами, и максимально точно восстанавливая траекторию корабля. как можно по чисто инерциальной траектории.
После исчерпания топлива спутник начал уходить с орбиты и 11 ноября 2013 года совершил неконтролируемый вход в атмосферу. [1]
Открытия и применения
[ редактировать ]Цели миссии
[ редактировать ]- Для определения аномалий гравитационного поля с точностью до 10 −5 РС 2 (1 мГал ). [7] [8] [9] [10] Для повышения разрешения спутник летел на необычно низкой орбите.
- Для определения геоида с точностью 1–2 см.
- Добиться вышесказанного при пространственном разрешении лучше 100 км.
Карта и модель гравитации
[ редактировать ]Окончательная гравитационная карта и модель геоида предоставят пользователям во всем мире четко определенный информационный продукт, который приведет к:
- Лучшее понимание физики недр Земли, чтобы получить новое представление о геодинамике, связанной с литосферой , составом мантии и реологией, процессами поднятия и субдукции.
- Лучшее понимание океанских течений и переноса тепла.
- Глобальная система отсчета высот, которая может служить опорной поверхностью для изучения топографических процессов и изменения уровня моря.
- Лучшие оценки толщины полярных ледниковых щитов и их движения. [11]
Выводы
[ редактировать ]Первая модель глобальной гравитации Земли, основанная на данных GOCE, была представлена на симпозиуме ЕКА «Живая планета» в июне 2010 года. [6]
Первоначальные результаты спутниковой миссии GOCE были представлены на Американского геофизического союза осеннем собрании (AGU) 2010 года доктором Рори Бингэмом из Университета Ньюкасла, Великобритания. Карты, созданные на основе данных GOCE, показывают океанские течения гораздо более детально, чем это было доступно ранее. [12] даже очень мелкие детали, такие как Вихрь Манна в Северной Атлантике . В данных были видны [13] как и последствия урагана «Игорь» в 2010 году. [14] Детальный анализ данных двигателя и акселерометра GOCE по счастливой случайности показал, что он обнаружил инфразвуковые волны, генерируемые землетрясением Тохоку 2011 года (после чего он случайно стал первым сейсмографом на орбите). [15]
Более поздние результаты данных GOCE выявили детали мантии Земли, включая мантийные плюмы, древние зоны субдукции и остатки океана Тетис . [16]
Последующий анализ данных GOCE также предоставил новую информацию о геологическом составе антарктического континента, включая обнаружение остатков древнего континента и как минимум трех кратонов подо антарктическим льдом. [17] [18] [19]
Операции
[ редактировать ]Запуск
[ редактировать ]Первая попытка запуска 16 марта 2009 года была прервана из-за неисправности пусковой башни. [20]
GOCE был запущен 17 марта 2009 года в 14:21 UTC с космодрома Плесецк на севере России на борту корабля «Рокот» / «Бриз-КМ» . [21] «Рокот» — это модифицированная межконтинентальная баллистическая ракета УР-100Н , снятая с вооружения после подписания Договора о сокращении стратегических наступательных вооружений. В пусковой установке использовались две нижние ступени исходной ракеты на жидком топливе и была оснащена третьей ступенью «Бриз-КМ», разработанной для точного выведения на орбиту. GOCE был выведен на солнечно-синхронную сумеречно-рассветную орбиту с наклонением 96,7° и восходящим узлом в 18:00. Отделение от пусковой установки произошло на 295 км. Затем орбита спутника в течение 45 дней снизилась до рабочей высоты, запланированной на уровне 270 км. За это время корабль был введен в эксплуатацию и проверена надежность электроэнергетической двигательной установки при ориентации. [ нужно обновить ] . [22]
Операция
[ редактировать ]
В феврале 2010 года в компьютере спутника была обнаружена неисправность, из-за которой диспетчеры были вынуждены переключить управление на резервный компьютер.
В июле 2010 года у GOCE произошел серьезный сбой связи, когда спутник внезапно не смог передать научные данные на приемные станции. Обширные расследования, проведенные экспертами ЕКА и промышленности, показали, что проблема почти наверняка связана с каналом связи между процессорным модулем и модулями телеметрии главного компьютера. [23] Восстановление было завершено в сентябре 2010 года: в рамках плана действий температура пола, на котором располагались компьютеры, была повышена примерно на 7 °C (13 °F), что привело к восстановлению нормальной связи. [24]
В ноябре 2010 года, в срок завершения первоначальной 20-месячной миссии, прежде чем она была отложена из-за сбоев, было решено продлить срок миссии до конца 2012 года, чтобы завершить первоначальную работу и провести еще 18-месячную миссию. месячная миссия по улучшению собранных данных. [25]
В ноябре 2012 года орбита была понижена с 255 до 235 км (от 158 до 146 миль), чтобы получить данные более высокого разрешения, после чего топлива осталось еще на 50 недель. [26]
Конец миссии и возвращение в атмосферу
[ редактировать ]В мае 2013 года произошло дальнейшее снижение до 229 км (142 миль).
В октябре 2013 года у спутника закончилось ксеноновое топливо, и тогда потребовалось бы 2–3 недели . для повторного входа в атмосферу [27] 18 октября 2013 года ЕКА сообщило, что давление в топливной системе ионного двигателя GOCE упало ниже 2,5 бар, что является номинальным рабочим давлением, необходимым для запуска двигателя. [28] Впоследствии об окончании миссии было официально объявлено 21 октября, когда у космического корабля закончилось топливо; лишенный ксенона, ионный двигатель перестал работать в 03:16 UTC. [3] [29]
9 ноября 2013 года в опубликованном отчете указывалось, что спутник, как ожидается, вернется в атмосферу в течение дня или двух. [30] [31] К этому моменту высота перигея снизилась до 155 км (96 миль). [32]
10 ноября ЕКА ожидало, что возвращение в атмосферу произойдет между 18:30 и 24:00 UTC в тот же день, при этом наиболее вероятная полоса воздействия на землю в основном пройдет над океаном и полярными регионами. [33]
Его нисходящая орбита 11 ноября 2013 года прошла над Сибирью , западной частью Тихого океана , восточной частью Индийского океана и Антарктидой . [34] [35] Спутник окончательно распался около 00:16 UTC 11 ноября недалеко от Фолклендских островов . [5] [36]
Дизайн
[ редактировать ]Полезная нагрузка
[ редактировать ]Основной полезной нагрузкой спутника был электростатический гравитационный градиентометр (EGG) для измерения гравитационного поля Земли . Этот прибор состоял из трех пар емкостных акселерометров, расположенных в трех измерениях и реагирующих на малейшие изменения «гравитационного притяжения» Земли, когда она движется по своей орбитальной траектории. Из-за разного положения в гравитационном поле все они несколько по-разному ощущали гравитационное ускорение Земли. Три оси градиентометра позволяли одновременно измерять пять независимых компонент тензора градиента силы тяжести .
Другой полезной нагрузкой был бортовой GPS- приемник, используемый в качестве инструмента слежения за спутниками (SSTI); система компенсации всех негравитационных сил, действующих на космический корабль. Спутник также был оснащен лазерным ретрорефлектором , позволяющим отслеживать его с помощью наземных спутниковых станций лазерной локации . [37]
Мощность и тяга
[ редактировать ]
Рама GOCE размером 5 × 1,1 м (16 × 4 фута) имела фиксированные солнечные панели, закрывающие обращенную к солнцу сторону, которые производили 1300 Вт мощности. [38] Панели имели форму плавников, стабилизирующих космический корабль во время его движения по орбите сквозь остаточный воздух в термосфере .
Ионный электрический двигатель, спроектированный и построенный в ионы космическом центре QinetiQ в Фарнборо, Англия, выбрасывал ксенона со скоростью, превышающей 40 000 м/с (140 000 км/ч; 89 000 миль в час), что компенсировало потери на орбитальном распаде. Миссия GOCE закончилась, когда опустошился ксеноновый топливный бак емкостью 40 кг (88 фунтов). [7] до 20 миллиньютонов (0,0045 фунта-силы). Двойные ионные двигатели типа Кауфмана могли создавать тягу [39]
Хотя его прогнозируемый срок службы составлял 20 месяцев, в отчете ЕКА в июне 2010 года говорилось, что необычно низкая солнечная активность (что означает более спокойные верхние слои атмосферы и, следовательно, меньшее сопротивление корабля) означает, что топлива хватит на более длительный срок, чем прогнозируемые 20 месяцев - возможно, до 2014 года. На самом деле окончание миссии было официально объявлено 21 октября 2013 года после 55 месяцев, при этом последние 11 месяцев находились на более низкой орбите (с большей плотностью воздуха и, следовательно, большим расходом топлива). [40]
См. также
[ редактировать ]
- GRACE (НАСА; DLR; на орбите 2002–2017 гг.) и последующая миссия GRACE-FO.
- SLATS (JAXA), также использовала ионные двигатели для поддержания высоты, 2017–2019 гг.
- Спутниковая гравиметрия
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б «GOCE завершает свою миссию» . Европейское космическое агентство . Проверено 11 ноября 2013 г.
- ^ «GOCE запущен и находится на орбите» . Европейское космическое агентство. 17 марта 2009 года . Проверено 10 октября 2013 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Миссия ЕКА GOCE подходит к концу» (пресс-релиз). Европейское космическое агентство. 21 октября 2013 г. № 33-2013 . Проверено 10 июля 2017 г.
- ^ Скука, Дэниел (11 ноября 2013 г.). «Обновление ESOC – 23:50CET» . Европейское космическое агентство . Проверено 28 декабря 2016 г.
- ^ Перейти обратно: а б Скука, Дэниел (11 ноября 2013 г.). «Регион возвращения GOCE» . Европейское космическое агентство . Проверено 28 декабря 2016 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и «GOCE дает новое представление о гравитации Земли» . Европейское космическое агентство. 29 июня 2010 года . Проверено 29 июня 2010 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Гравитационная миссия ЕКА GOCE» . Европейское космическое агентство. 16 октября 2008 г. Архивировано из оригинала 10 сентября 2014 г. . Проверено 26 октября 2008 г.
- ^ Дринкуотер, Марк; Хаагманс, Роджер; Керн, Майкл; Музи, Данило; Флобергхаген, Руна (февраль 2008 г.). «GOCE: Получение портрета самых интимных особенностей Земли» (PDF) . Бюллетень (133). Европейское космическое агентство: 4–13.
- ^ Дринкуотер, MR; Флобергхаген, Р.; Хаагманс, Р.; Музи, Д.; Попеску, А. (июль 2003 г.). «GOCE: Первая основная миссия ЕКА по исследованию Земли» (PDF) . Обзоры космической науки . 108 (1–2). Клювер Академик: 419–432. Бибкод : 2003ССРв..108..419Д . дои : 10.1023/А:1026104216284 . S2CID 121029480 .
- ^ Йоханнессен, Дж. А.; Бальмино, Г.; Ле Провост, К.; Раммель, Р.; Сабадини Р.; и др. (июль 2003 г.). «Спутниковая миссия по исследованию европейского гравитационного поля и стационарной циркуляции океана: ее влияние на геофизику» (PDF) . Исследования в области геофизики . 24 (4): 339–386. Бибкод : 2003SGeo...24..339J . дои : 10.1023/B:GEOP.0000004264.04667.5e . HDL : 1956/3796 . S2CID 55391538 .
- ^ «Научные цели GOCE» . Европейское космическое агентство . Проверено 11 ноября 2013 г.
- ^ Бингэм, Р.Дж.; Кнудсен, П.; Андерсен, О.Б.; Пейл, Р. (декабрь 2010 г.). Использование GOCE для оценки средней циркуляции в Северной Атлантике (приглашено) . Американский геофизический союз, осеннее собрание 2010 г. 13–17 декабря 2010 г. Сан-Франциско, Калифорния. Бибкод : 2010AGUFM.G33B..08B .
- ^ Амос, Джонатан (21 декабря 2010 г.). «Гравитационная миссия Гоце отслеживает циркуляцию океана» . Новости Би-би-си . Проверено 21 декабря 2010 г.
- ^ «Миссии ЕКА освещены на крупнейшей в мире научной конференции» . Европейское космическое агентство. 17 декабря 2010 года . Проверено 22 декабря 2010 г.
- ^ «1-тонный спутник GOCE упал на Землю в воскресенье вечером» . Новости ЦБК . 21 марта 2009 года . Проверено 11 ноября 2013 г.
- ^ Амос, Джонатан (27 января 2014 г.). «Европейский гравитационный спутник Goce исследует мантию Земли» . Новости Би-би-си . Проверено 27 января 2014 г.
- ^ «Гравитационный картограф ЕКА обнаруживает остатки древних континентов подо льдом Антарктики» . ЕКА . 7 ноября 2018 года . Проверено 13 марта 2019 г.
- ^ Эндрюс, Робин Джордж (23 ноября 2018 г.). «Подо льдами Антарктиды — кладбище мертвых континентов» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 13 марта 2019 г.
- ^ Эббинг, Йорг; Хаас, Питер; Ферраччоли, Фаусто; Паппа, Фолкер; Швиллус, Вольфганг; Буман, Йоханнес (5 ноября 2018 г.). «Тектоника Земли глазами GOCE — улучшенная спутниковая визуализация гравитационного градиента» . Научные отчеты . 8 (1). Исследования природы : 16356. Бибкод : 2018NatSR...816356E . дои : 10.1038/s41598-018-34733-9 . ПМК 6218487 . ПМИД 30397250 .
- ^ Боначина, Франко (16 марта 2009 г.). «Запуск спутника ЕКА для гравитационного картирования отложен» . Европейское космическое агентство.
- ^ Боначина, Франко (17 марта 2009 г.). «ЕКА запускает первую миссию Earth Explorer GOCE» . Европейское космическое агентство.
- ^ Ферингер, Майкл; Андре, Жерар; Ламарр, Дэниел; Маусли, Дэмиен (февраль 2008 г.). «Жемчужина в короне ЕКА» (PDF) . Бюллетень (133). Европейское космическое агентство: 14–23.
- ^ Амос, Джонатан (21 августа 2010 г.). «Компьютерный удар по европейскому гравитационному спутнику Goce» . Новости Би-би-си . Проверено 22 августа 2010 г.
- ^ «Гравитационная миссия GOCE снова в действии» . Европейское космическое агентство. 7 сентября 2010 г. Проверено 29 сентября 2010 г.
- ^ «Гравитационная миссия ЕКА продлена на 18 месяцев» . Европейское космическое агентство. 25 ноября 2010 г.
- ^ Уиндер, Дженни (19 ноября 2012 г.). «GOCE - Насколько низко это может опуститься?» . Вселенная сегодня .
- ^ «Миссия ЕКА GOCE завершится в этом году» . Европейское космическое агентство. 13 сентября 2013 года . Проверено 11 ноября 2013 г.
- ^ Скука, Дэниел; Штайгер, Кристоф (18 октября 2013 г.). «Топливо GOCE стабильно заканчивается» . Европейское космическое агентство . Проверено 11 ноября 2013 г.
- ^ Скука, Дэниел; Штайгер, Кристоф (21 октября 2017 г.). «Обновление GOCE» . Европейское космическое агентство . Проверено 10 июля 2017 г.
- ^ Оллман, Тим (9 ноября 2013 г.). « Без паники: падение спутника весом в одну тонну на Землю» . Новости Би-би-си . Проверено 11 ноября 2013 г.
- ^ Хендерсон, Грег (9 ноября 2013 г.). « Космическая Феррари рухнет обратно на Землю — возможно, завтра» . ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ЯДЕРНЫЙ РЕАКТОР . Проверено 10 ноября 2013 г.
- ^ «ГОЦЭ-Орбита» . Небеса Выше . Проверено 11 ноября 2013 г.
- ^ Скука, Дэниел; Клинкрад, Хайнер (10 ноября 2013 г.). «Прогноз возвращения GOCE в атмосферу от Управления космического мусора ЕКА» . Европейское космическое агентство . Проверено 11 ноября 2013 г.
- ^ «GOCE поддается гравитации» . Европейское космическое агентство. 11 ноября 2013 года . Проверено 11 ноября 2013 г.
- ^ Смит, Мэтт (10 ноября 2013 г.). «Падающий европейский спутник сгорает при входе в атмосферу» . CNN . Проверено 11 ноября 2013 г.
- ^ О'Нил, Ян (11 ноября 2013 г.). «Твиттер: GOCE сгорел над Фолклендскими островами» . Новости Дискавери . Архивировано из оригинала 12 ноября 2013 года.
- ^ Стругарек, Дариуш; Сосница, Кшиштоф; Джегги, Адриан (январь 2019 г.). «Характеристики орбит GOCE на основе спутниковой лазерной локации». Достижения в космических исследованиях . 63 (1). Эльзевир: 417–431. Бибкод : 2019AdSpR..63..417S . дои : 10.1016/j.asr.2018.08.033 . S2CID 125791718 .
- ^ Амос, Джонатан (24 октября 2008 г.). «Гравитационный полет Гоце сдвигается в 2009 год» . Новости Би-би-си . Проверено 26 октября 2008 г.
- ^ «Миссия ГОЦЕ» . Европейское космическое агентство . Проверено 16 апреля 2017 г.
- ^ Амос, Джонатан (28 июня 2010 г.). «Спутник Goce наблюдает за гравитацией Земли в высоком разрешении» . Новости Би-би-си . Проверено 30 июня 2010 г.
