Генезис (космический корабль)
Тип миссии | Миссия по возврату образцов |
---|---|
Оператор | НАСА · Лаборатория реактивного движения |
ИДЕНТИФИКАТОР КОСПЭРЭ | 2001-034А |
САТКАТ нет. | 26884 |
Веб-сайт | генезисмиссия |
Продолжительность миссии | 3 года, 30 дней, 23 часа, 44 минуты [1] |
Свойства космического корабля | |
Производитель | Локхид Мартин Спейс Системс |
Стартовая масса | 636 кг (1402 фунта) [2] |
Сухая масса | 494 кг (1089 фунтов) [3] |
Размеры | 2,3 × 2,0 м (7,5 × 6,6 футов) [3] |
Власть | 254 Вт ( солнечная батарея / NiH 2 аккумулятор ) [3] |
Начало миссии | |
Дата запуска | 8 августа 2001 г., 16:13:40 UTC [2] (22 года, 11 месяцев, 25 дней назад) |
Ракета | Дельта II 7326-9,5 (Д287) [2] |
Запуск сайта | Мыс Канаверал SLC-17A [2] |
Подрядчик | Боинг |
Конец миссии | |
Дата посадки | 8 сентября 2004 г., 15:58 UTC [2] (19 лет, 10 месяцев, 25 дней назад) |
Посадочная площадка | Испытательный полигон Дагуэй , Юта 40 ° 11'19 "N 113 ° 12'46" W / 40,18861 ° N 113,21278 ° W |
Официальная эмблема Genesis миссии |
Генезис был НАСА зондом , который собирал образцы частиц солнечного ветра и возвращал их на Землю для анализа. Это была первая миссия НАСА по возврату образцов, которая вернула материал со времен программы «Аполлон» , и первая миссия, которая вернула материал из-за орбиты Луны . [4] [5] Genesis был запущен 8 августа 2001 года, а образец возвращаемой капсулы совершил аварийную посадку в штате Юта 8 сентября 2004 года после того, как конструктивный недостаток помешал раскрытию тормозного парашюта . В результате аварии пострадали многие сборщики проб. Хотя большинство из них были повреждены, некоторые коллекционеры были успешно восстановлены. [6]
Научная группа Genesis продемонстрировала, что часть загрязнения можно удалить или избежать, а также что частицы солнечного ветра можно анализировать с использованием различных подходов, достигая всех основных научных целей миссии. [7] [8]
Цели
[ редактировать ]Основными научными целями миссии были: [9]
- Получить точное солнечных изотопов содержание ионов в солнечном ветре, поскольку по существу отсутствуют данные с точностью, достаточной для решения задач планетарной науки;
- Получить значительно улучшенное содержание солнечных элементов в 3–10 раз по точности по сравнению с тем, что указано в литературе;
- Создать резервуар солнечной материи для науки 21 века, который будет архивироваться так же, как и лунные образцы.
Соответственно, для достижения научных целей миссии космический корабль Genesis был спроектирован для сбора ионов солнечного ветра и возвращения их на Землю для анализа. [10] Genesis имел несколько различных коллекторов солнечного ветра, каждый из которых пассивно собирал солнечный ветер; то есть коллекторы находились в космосе лицом к Солнцу, в то время как ионы солнечного ветра врезались в них со скоростью более 200 км/с (120 миль/с) и при ударе зарывались в поверхность коллекторов. Этот пассивный сбор представляет собой процесс, аналогичный тому, который используется в полупроводниковой промышленности для изготовления определенных типов устройств, а моделирование этого процесса осуществляется с помощью программы свободного доступа SRIM . [11]
Большинство коллекторов Genesis постоянно отбирали образцы всего солнечного ветра, с которым столкнулся космический корабль («объемный солнечный ветер»). Тем не менее, космический корабль также нес три группы коллекторов, которые запускались при возникновении определенных «режимов» (быстрые, медленные, корональные выбросы массы ) солнечного ветра, что определялось бортовыми электронными и ионными мониторами. [12] Эти развертываемые коллекторные массивы были разработаны для предоставления данных для проверки гипотезы о том, что породообразующие элементы сохраняют свои относительные пропорции на протяжении всего процесса формирования солнечного ветра.
существовал третий тип коллектора На Генезисе : концентратор, который собирал объем солнечного ветра, но отличался тем, что электростатически отталкивал водород и имел достаточно напряжения, чтобы фокусировать более легкие элементы солнечного ветра на небольшой мишени, концентрируя эти ионы в несколько раз. ~20. Целью концентратора было получение образца с повышенным содержанием ионов солнечного ветра, чтобы аналитики могли точно измерить изотопы легких элементов . [13] [14]
- Приборы Genesis космического корабля
- Космический корабль в Центре опасного обслуживания полезной нагрузки с обеими развернутыми солнечными батареями.
Операция
[ редактировать ]Профиль миссии
[ редактировать ]«Генезис» — миссия класса «Дискавери» Лаборатории НАСА реактивного движения (JPL) Калифорнийского технологического института . Космический корабль был спроектирован и построен компанией Lockheed Martin Space Systems, общая стоимость миссии составила 264 миллиона долларов США .
НАСА запустило корабль на ракете Delta II 7326 8 августа 2001 года в 16:13:40 UTC с мыса Канаверал . Разработкой траектории миссии руководил Мартин Ло . После запуска Genesis совершил круиз к Земле-Солнцу L 1 , затем выполнил маневр по выведению на орбиту Лиссажу , выйдя на эллиптическую орбиту около L 1 16 ноября 2001 года. 3 декабря Genesis обнажил свои коллекторные массивы и начал собирать частицы солнечного ветра . Процесс сбора завершился через 850 дней, 1 апреля 2004 года, когда космический корабль совершил пять витков гало вокруг L 1 . [17] «Генезис» начал свое возвращение на Землю 22 апреля 2004 года. Фаза возвращения включала обход орбиты в сторону Земли L 2 , чтобы корабль можно было вернуть в дневное время, поскольку прямой подход заставил бы его вернуть ночью. После завершения одного гало-витка вокруг L 2 капсула возврата образцов Genesis отделилась от автобуса космического корабля и вернулась на Землю для запланированного восстановления 8 сентября 2004 года. [18]
Фаза восстановления
[ редактировать ]После завершения этапа сбора массивы коллекторов были помещены в капсулу возврата проб, и космический корабль вернулся на Землю. По мере приближения капсулы к Земле и на первых этапах возвращения в атмосферу все выглядело хорошо.
Было проведено тщательное планирование поиска капсулы. Обычное приземление на парашюте могло привести к повреждению хрупких образцов, поэтому план миссии предусматривал в воздухе извлечение капсулы для возврата образцов . Примерно на высоте 33 км (21 мили) над землей тормозной парашют для медленного спуска должен был быть развернут . Затем на высоте 6,7 км (4,2 мили) должен был быть развернут большой парафойл, чтобы замедлить дальнейшее снижение и оставить капсулу в стабильном полете. Затем вертолет , а также второй вертолет в качестве резервного, должен был попытаться поймать капсулу парашютом на конце пятиметрового крюка. После извлечения капсула должна была совершить мягкую посадку.
Капсула для возврата образцов вошла в атмосферу Земли над северным Орегоном в 16:55 по всемирному координированному времени 8 сентября 2004 г. со скоростью примерно 11,04 км/с (24 706 миль в час). [18] Из-за конструктивного недостатка датчика замедления раскрытие парашюта так и не сработало, а спуск космического корабля замедлялся только собственным сопротивлением воздуха . [19] Запланированное возвращение в воздух не удалось осуществить, и капсула врезалась в пустыню полигона Дагуэй в округе Туэл, штат Юта , на скорости около 86 м/с (310 км/ч; 190 миль в час).
Капсула раскололась при ударе, также была повреждена часть внутренней капсулы с образцом. Повреждения оказались менее серьезными, чем можно было ожидать, учитывая его скорость; в некоторой степени оно было смягчено падением на довольно мягкую землю.
Несработавшие пиротехнические устройства в системе раскрытия парашюта и токсичные газы из аккумуляторов задержали подход спасательной группы к месту крушения. После того, как все было сделано безопасно, поврежденную капсулу возврата проб закрепили и перенесли в чистое помещение для проверки; одновременно команда обученного персонала обыскала территорию в поисках фрагментов коллекционера и взяла образцы местной пустынной почвы, чтобы заархивировать их в качестве эталона для выявления возможных загрязнителей в будущем. Усилия по восстановлению, предпринятые членами команды Genesis на полигоне для испытаний и тренировок в Юте , которые включали проверку, каталогизацию и упаковку различных коллекционеров, заняли четыре недели. [20]
Судьба космического корабля-автобуса
[ редактировать ]После выпуска капсулы для возврата образцов 8 сентября 2004 года автобус космического корабля отправился обратно к точке Лагранжа Земля-Солнце ( L 1 ). 6 ноября 2004 г. был выполнен маневр коррекции траектории, позволивший автобусу космического корабля в конечном итоге покинуть L 1 , если он не использовался для расширенной миссии. Окончательные команды были переданы автобусу 2 декабря 2004 года. [21] перевод Genesis в спящий режим. Находясь в этом «безопасном» режиме, он будет продолжать передавать информацию о своем состоянии, автономно направляя свои солнечные батареи на Солнце. Автобус космического корабля покинул L 1 примерно 1 февраля 2005 года, оставаясь на гелиоцентрической орбите, ведущей к Земле. [22]
Отбор проб и результаты
[ редактировать ]Первоначальные исследования показали, что некоторые пластины рассыпались при ударе, но другие остались практически нетронутыми. В капсулу попала грязь пустыни, но не жидкая вода. Поскольку ожидалось, что частицы солнечного ветра будут встроены в пластины, тогда как считалось, что загрязняющая грязь просто лежит на поверхности, грязь удалось отделить от образцов. [23] Неожиданно оказалось, что труднее всего разобраться в процессе анализа проб не с земной пустынной почвой, попавшей в результате крушения, а с собственными соединениями корабля, такими как смазочные материалы и строительные материалы. [24]
Аналитическая группа заявила, что они смогут достичь большинства своих основных научных целей. 21 сентября 2004 года началась добыча, а в январе 2005 года первый образец алюминиевой пластины был отправлен учёным Вашингтонского университета в Сент-Луисе . на анализ [25]
Образцы солнечного ветра Genesis находятся под долгосрочным хранением в Космическом центре имени Джонсона НАСА, так что по мере развития методов анализа образцов первозданные образцы солнечного ветра будут доступны научному сообществу в ближайшие десятилетия. [7]
Благородные газы
[ редактировать ]В 2007 году ученые Вашингтонского университета опубликовали подробные результаты исследований изотопов неона и аргона . [26] Остальные результаты по элементному и изотопному составу благородных газов были опубликованы в 2009 году. [27] Результаты согласуются с данными лунных образцов, содержащих «молодой» (около 100 миллионов лет) солнечный ветер, что указывает на то, что состав солнечного ветра не менялся по крайней мере в течение последних 100 миллионов лет. [27]
Изотопы кислорода
[ редактировать ]20 апреля 2005 года ученые Космического центра Джонсона в Хьюстоне сняли с концентратора четыре коллектора солнечного ветра и обнаружили их в отличном состоянии. Цели концентратора собирали ионы солнечного кислорода во время миссии и будут проанализированы для измерения изотопного состава солнечного кислорода, что является наиболее приоритетной целью измерения для Genesis . [28]
10 марта 2008 года команда объявила, что анализ пластины карбида кремния из концентратора Genesis показал, что на Солнце более высокая доля кислорода-16 ( 16 О ) относительно Земли, Луны, Марса и массивных метеоритов. [29] [30] Это означает, что неизвестный процесс истощил количество кислорода-16 в солнечном диске протопланетного материала примерно на 6% до слияния пылевых частиц, которые сформировали внутренние планеты и пояс астероидов. [31]
Изотопы азота
[ редактировать ]Азот был ключевым целевым элементом, поскольку степень и происхождение его изотопных вариаций в материалах Солнечной системы были неизвестны. Материал мишени показал, что имплантированный азот солнечного ветра обладает 15 Н/ 14 N Коэффициент 2,18 × 10 −3 (т.е. на ≈40% беднее по 15 N относительно земной атмосферы). 15 Н/ 14 Отношение N протосолнечной туманности составляло 2,27 × 10 −3 , что является самым низким 15 Н/ 14 Соотношение N, известное для объектов Солнечной системы. Этот результат демонстрирует крайнюю изотопную гетерогенность азота зарождающейся Солнечной системы и объясняет 15 Обедненные N компоненты наблюдаются в резервуарах Солнечной системы. [32]
Совет по расследованию происшествий (MIB)
[ редактировать ]Был назначен Совет НАСА по расследованию происшествий (MIB) в составе 16 членов, включая экспертов по пиротехнике , авионике и другим специальностям. MIB начал свою работу 10 сентября 2004 года, когда прибыл на полигон Дагуэй. Он определил, что все научное оборудование, которое должно было курировать Космический центр Джонсона, может быть выпущено и не требуется для работы совета. И JPL, и Lockheed Martin начали готовить данные о полетах и другие записи для MIB.
20 сентября 2004 года MIB объявило, что капсула, из которой извлечен научный материал, будет перевезена на объект Lockheed Martin Space Systems недалеко от Денвера, штат Колорадо , для использования MIB. [33]
Первая возможная причина неудачного раскрытия парашютов была объявлена в пресс-релизе от 14 октября. Компания Lockheed Martin разработала систему с неправильной ориентацией внутренних механизмов датчика ускорения (G-переключатель был установлен задом наперед), и при проверке конструкции ошибка не была обнаружена. Акселерометр установлен по неправильной конструкции. Предполагаемая конструкция заключалась в создании электрического контакта внутри датчика при силе 3 g (29 м/с). 2 ), поддерживая его при максимально ожидаемых 30 g (290 м/с). 2 ), и снова разрывая контакт при 3 g, чтобы начать последовательность выпуска парашюта. Вместо этого никакого контакта так и не произошло. [34]
Та же общая концепция парашюта использовалась и на Stardust космическом корабле для возврата образцов кометы , который успешно приземлился в 2006 году.
Председатель комиссии по расследованию НАСА Майкл Рышкевич отметил, что ни одна из строгих процедур проверки в НАСА не выявила ошибки, заявив: «Было бы очень легко это перепутать». [35]
Этот несчастный случай аналогичен первоначальному событию, которое вдохновило Эдварда А. Мерфи-младшего сформулировать ныне знаменитый закон Мерфи : акселерометр, установленный задом наперед. [36] 6 января 2006 года Рышкевич сообщил, что компания Lockheed Martin пропустила процедуру предварительных испытаний корабля, и отметил, что в ходе испытаний можно было легко обнаружить проблему. [37]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Бытие: Подробно» . Исследование Солнечной системы НАСА . Проверено 25 сентября 2023 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и «Бытие: Подробно» . Исследование Солнечной системы НАСА . Проверено 2 февраля 2020 г.
- ^ Перейти обратно: а б с «Генезис» . Координированный архив данных НАСА по космическим наукам . Проверено 2 февраля 2020 г.
- ^ Сиддики, Асиф А. (2018). За пределами Земли: Хроника исследования глубокого космоса, 1958–2016 гг. (PDF) . Серия по истории НАСА (2-е изд.). Вашингтон, округ Колумбия: Офис программы истории НАСА. п. 2. ISBN 9781626830424 . LCCN 2017059404 . СП2018-4041.
- ↑ НАСА «Звездная пыль» Миссия стартовала за два года до «Генезиса» , но вернулась на Землю только через два года после возвращения «Генезиса » .
- ^ «Образцы солнечного ветра Genesis» . Кураторская серия. НАСА/Лаборатория реактивного движения.
- ^ Перейти обратно: а б Райзенфельд, Дэниел Б.; и др. (июнь 2013 г.). «Условия и состав солнечного ветра во время миссии Genesis, измеренные космическим кораблем на месте». Обзоры космической науки . 175 (1–4): 125–164. Бибкод : 2013ССРв..175..125Р . дои : 10.1007/s11214-013-9960-2 . S2CID 120682800 .
- ^ «Научная группа Бытия» . НАСА/Лаборатория реактивного движения.
- ^ «Предложение миссии Genesis Discovery 5» . НАСА/Лаборатория реактивного движения. Архивировано из оригинала 29 апреля 2009 года.
- ^ Бернетт, Д.С.; и др. (январь 2003 г.). «Миссия Genesis Discovery: возвращение солнечной материи на Землю». Обзоры космической науки . 105 (3–4): 509–534. Бибкод : 2003ССРв..105..509Б . дои : 10.1023/А:1024425810605 . S2CID 189763898 .
- ^ Зиглер, Джеймс Ф. «Остановка и диапазон ионов в материи» . SRIM.org .
- ^ Барраклаф, БЛ; и др. (январь 2003 г.). «Плазменные ионные и электронные инструменты для миссии Генезис». Обзоры космической науки . 105 (3–4): 627–660. Бибкод : 2003ССРв..105..627Б . дои : 10.1023/А:1024426112422 . S2CID 189794447 .
- ^ Нордхолт, Джейн Э.; и др. (январь 2003 г.). «Концентратор солнечного ветра Genesis». Обзоры космической науки . 105 (3–4): 561–599. Бибкод : 2003ССРв..105..561Н . дои : 10.1023/А:1024422011514 . S2CID 119887884 .
- ^ Хебер, В.С.; и др. (март 2013 г.). Процессы фракционирования элементов в солнечном ветре, выявленные на образцах режима солнечного ветра Genesis (PDF) . 44-я конференция по науке о Луне и планетах. 18–22 марта 2013 г. Вудлендс, Техас. Бибкод : 2013LPI....44.3028H . ЛПИ № 1719.
- ^ Падилья, Майкл (16 февраля 2009 г.). «Алмазоподобные пленки помогают в изучении солнечных ветров» (пресс-релиз). Сандианские национальные лаборатории.
- ^ Юревич, AJG; и др. (январь 2003 г.). «Материалы для солнечно-ветрового коллектора Genesis». Обзоры космической науки . 105 (3–4): 535–560. Бибкод : 2003ССРв..105..535Ж . дои : 10.1023/А:1024469927444 . S2CID 51768025 .
- ^ Кляйн, Джон; и др. (июль 2004 г.). Отчет о расследовании сбоев Genesis: Совет по рассмотрению сбоев JPL, подгруппа авионики (отчет). Лаборатория реактивного движения. hdl : 2014/38719 . Публикация 05-2.
- ^ Перейти обратно: а б «Бытие: История миссии» . НАСА/Лаборатория реактивного движения . Проверено 3 сентября 2009 г.
- ^ Рышкевич, Майкл; и др. (13 июня 2006 г.). Отчет Комиссии по расследованию несчастных случаев Genesis: Том 1 (PDF) . НАСА . Проверено 1 мая 2010 г.
- ^ Стэнсбери, EK Обработка восстановления Genesis (PDF) (Отчет). НАСА/АО. Архивировано из оригинала (PDF) 21 июля 2011 года.
- ^ «Наука о Бытии «работает в процессе» » . НАСА. 2005 . Проверено 30 ноября 2012 г.
- ^ «Автобус космического корабля Genesis летает в одиночку» . НАСА. 2005 . Проверено 30 ноября 2012 г.
- ^ «Спасение образцов солнечного ветра Genesis» . НАСА . Проверено 6 декабря 2023 г.
- ^ Джонс, Никола (18 октября 2007 г.). «Разбившийся космический корабль дает данные» . Природа . 449 (7164). дои : 10.1038/news.2007.175 . S2CID 121899103 .
- ^ Бисли, Долорес; и др. (27 января 2005 г.). «НАСА отправляет исследователям первый образец ранней науки Genesis» (пресс-релиз). НАСА. Архивировано из оригинала 18 февраля 2006 года . Проверено 24 апреля 2006 г.
- ^ Мешик, Алекс; и др. (18 октября 2007 г.). «Ограничения на изотопное фракционирование неона и аргона в солнечном ветре». Наука . 318 (5849): 433–435. Бибкод : 2007Sci...318..433M . дои : 10.1126/science.1145528 . ПМИД 17947578 . S2CID 5110897 .
- ^ Перейти обратно: а б Хебер, Вероника С.; и др. (декабрь 2009 г.). «Состав благородного газа солнечного ветра, собранный миссией Генезис». Geochimica et Cosmochimica Acta . 73 (24): 7414–7432. Бибкод : 2009GeCoA..73.7414H . дои : 10.1016/j.gca.2009.09.013 .
- ^ Бисли, Долорес; Джеффс, Уильям; Амброзиано, Нэнси (20 апреля 2005 г.). «НАСА объявляет, что ключевые коллекционеры науки Genesis находятся в отличной форме» (пресс-релиз). НАСА. Архивировано из оригинала 18 февраля 2006 года . Проверено 24 апреля 2006 г.
- ^ «Справочник отдела: Кевин Д. Маккиган» . Департамент наук о Земле и космосе Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. 26 июня 2010 г. Архивировано из оригинала 26 июня 2010 г.
- ^ Маккиган, К.Д.; и др. (июнь 2011 г.). «Изотопный состав кислорода Солнца, полученный на основе улавливаемого солнечного ветра». Наука . 332 (6037): 1528–1532. Бибкод : 2011Sci...332.1528M . дои : 10.1126/science.1204636 . ПМИД 21700868 . S2CID 6254168 .
- ^ Хэнд, Эрик (13 марта 2008 г.). «Первое дыхание Солнечной системы» . Природа . 452 (7185): 259. Бибкод : 2008Natur.452..259H . дои : 10.1038/452259а . ПМИД 18354437 . S2CID 789382 .
- ^ Марти, Б.; и др. (24 июня 2011 г.). "А 15 N-бедный изотопный состав Солнечной системы, как показано на образцах солнечного ветра Genesis» (PDF) . Science . 332 (6037): 1533–1536. Bibcode : 2011Sci...332.1533M . doi : 10.1126/science.1204656 . PMID 21700869 . S2CID 29773805 .
- ^ Сэвидж, Дональд (20 сентября 2004 г.). «Отчет № 1 Совета по расследованию несчастных случаев Genesis» (пресс-релиз). НАСА. 04-306 . Проверено 19 мая 2014 г.
- ^ Макки, Мэгги (15 октября 2004 г.). «Авария Genesis связана с перевернутой конструкцией» . Новый учёный . Архивировано из оригинала 4 ноября 2004 года.
- ^ Джонс, Никола (18 октября 2004 г.). «Неправильные чертежи стали причиной крушения космического корабля» . Природа . 431 (7010). дои : 10.1038/news041018-1 .
- ^ Оберг, Джеймс (21 октября 2004 г.). « Закон Мерфи правит космическим пространством... И НАСА еще нужно научиться обходить его» . Новости Эн-Би-Си . Проверено 8 марта 2019 г.
- ^ «Официально: предпусковые испытания Genesis пропущены» . Space.com . Ассошиэйтед Пресс . 7 января 2006 года. Архивировано из оригинала 10 января 2006 года . Проверено 24 апреля 2006 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Genesis Домашняя страница Лаборатории реактивного движения
- Genesis Профиль миссии от НАСА по исследованию солнечной системы
- «Видео удара» . Архивировано из оригинала ( фильма QuickTime ) 16 октября 2004 г. Альтернативный вариант на YouTube.com.
- Космические зонды НАСА
- Миссии к Солнцу
- Программа открытия
- Заброшенные спутники на гелиоцентрической орбите
- Спутники и зонды Lockheed Martin
- Космические катастрофы и инциденты в США
- Примеры миссий по возвращению
- Космические зонды, запущенные в 2001 году.
- Космический корабль, запущенный ракетами Delta II
- Космический корабль на орбитах Лиссажу