Научные исследования на спектрометре энергетических частиц Плутона

Спектрометр энергетических частиц Плутона Science Investigation ( PEPSSI ) — это прибор на «Новые горизонты», космическом зонде направляющийся к Плутону и за его пределы. Он предназначен для измерения ионов и электронов. ^[1] В частности, он сосредоточен на измерении ионов, вырвавшихся из атмосферы Плутона 2015 года во время пролета . ^[2] Это один из семи основных научных инструментов на борту космического корабля. ^[2] Космический корабль был запущен в 2006 году, в следующем году облетел Юпитер, а в 2015 году отправился на облет Плутона, где PEPSSI смог записать и передать обратно на Землю запланированный сбор данных. ^[3]^[4]

PEPSSI разработан, чтобы помочь понять скорость потери атмосферы из атмосферы Плутона в космос, что, как считается, происходит через кометную потерю атмосферы в космическое пространство. ^[5]^[1] Эти ионы смешиваются с окружающим солнечным ветром , проходящим мимо Плутона. ^[4] Во время пролета PEPSSI каждый день отправлял данные обратно на Землю. ^[6] Во время путешествия к Плутону PEPSSI также использовался для записи данных о межпланетной среде . ^[7] Данные о Юпитере и его магнитосфере также были собраны PEPSSI во время облета этой планеты в 2007 году. ^[8] За пределами Плутона и пояса Койпера PEPSSI можно использовать для изучения того, как солнечный ветер взаимодействует с межзвездным ветром, дополняя кучу данных с «Вояджера», который также покинул Солнечную систему в том же направлении, что и «Новые горизонты». ^[9]

Одним из ожиданий, не подтвержденных PEPSSI, было то, что солнечный свет создаст большой пузырь ионизированных газов вокруг Плутона из его атмосферы. ^[10] PEPSSI обнаружила, что скорость потерь в атмосфере составила всего 0,01 процента от ожидаемой, а область взаимодействия с солнечным ветром оказалась намного меньше, чем ожидалось. ^[10]

Дизайн

PEPSSI — один из семи основных инструментов на «Новых горизонтах» , который наряду с SWAP предназначен для обнаружения ионов. ^[11] Ионы входят и проходят через две фольги, которые, проходя через эти фольги, синхронизируются, а затем попадают в твердотельный детектор. ^[11] Время полета между двумя фольгами помогает определить массу частиц, а детектор измеряет энергию, и на основании этого можно определить состав частицы в пределах определенных параметров. ^[11] Прибор предназначен для того, чтобы «попробовать» атмосферу Плутона, а его конструкция ориентирована на малый вес, малую мощность и понимание природы потерь в атмосфере Плутона. ^[11]

PEPPSI — это компактное маломощное устройство для измерения ионов, времяпролетный тип прибора. ^[5] Конструкция обнаруживает ионы с энергией от 10 кэВ до 1 МэВ в форме веера, имеющего форму дуги 160 градусов на 12 градусов. ^[1] Устройство имеет массу 1,5 кг (3,31 фунта) и может потреблять около 2,5 Вт электроэнергии. ^[1] Ионизированные частицы проходят через две микроканальные пластины , при этом время между этими обнаружениями фиксируется. ^[12] После прохождения этого участка находится твердотельный кремниевый детектор. ^[12] В конструкции не использовались магниты во времяпролётной секции, что позволило добиться экономии веса и/или мощности прибора. ^[13] Датчик прибора и коллиматор объединены в сенсорный модуль, который монтируется на блоке электронных плат. ^[14]

Поле зрения 160 на 12 градусов покрывается шестью детекторами, каждый с полем зрения 25 на 12 градусов. ^[12] Отметив, к какому детектору пришла частица, можно определить общее направление ее входа. ^[12]

Чтобы соответствовать требованиям к малому энергопотреблению и весу, в устройстве использовались специализированные интегральные схемы (ASIC). ^[7] Дополнительные решения по энергосбережению включали использование микроканальных пластин с меньшим током, недавно разработанного низковольтного источника питания и переработанной времяпролетной печатной платы с более высоким коэффициентом усиления и сниженным энергопотреблением. ^[14]

программы Discovery PEPSSI основан на приборе, который находился на борту MESSENGER (орбитальный аппарат планеты Меркурий, запущен в 2004 году и закончился в 2015 году), под названием Спектрометр энергетических частиц. ^[12] PEPSSI дополняет направление SWAP, которое ориентировано на ионы с более низкой энергией. ^[12] В то время как PEPSSI измеряет ионы с энергией от 10 до 1000 кэВ, SWAP измеряет ионы от 25 до 7,5 кэВ. ^[12] Детекторы электронов PEPSSI способны измерять энергетическую электронику в диапазоне 25–500 кэВ. Также имеется слой алюминия для фильтрации протонов и ионов. ^[14]

PEPSSI имеет улучшенную конструкцию, позволяющую снизить вес и энергопотребление, связанное с обнаружением электронов, наследие которого восходит к 1980-м и 1990-м годам. ^[9] Прибор на MESSENGER был основан на предложениях того периода по миссии облета Плутона. ^[9] В основе конструкции лежит некоторое наследие приборов 1980-х годов для обнаружения ионов. ^[15]

Технические характеристики

Характеристики: ^[1]^[16]

Масса: 1,5 килограмма (3,31 фунта); 1475 грамм ^[16]
Потребляемая мощность: ~2,5 Вт
Поле зрения: 160°×12°
Диапазон обнаружения энергии ионов: от 20 кэВ до 1 МэВ ^[17]

См. также

MAVEN (марсианский орбитальный аппарат, который также занимался изучением взаимодействия атмосферы планет со средой Солнечной системы)
Кома (комета)
JEDI (детектор энергетических частиц на орбитальном аппарате Юпитера, 2010-е годы)
Эксперимент по распределению полярных сияний на Юпитере (приборы космического корабля обнаруживают ионы)
IS☉IS (прибор для обнаружения энергетических частиц на солнечном зонде Паркер, запущенном в 2018 году к Солнцу)
Список «Новых горизонтов» тем
Пепси (похожий по звучанию американский безалкогольный напиток, также отправленный в космос на космическом корабле "Шаттл")
Захват ионов

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и МакНатт, Ральф Л.; Ливи, Стефано А.; Герни, Рид С.; Хилл, Мэтью Э.; Купер, Ким А.; Эндрюс, Дж. Брюс; Кит, Эдвин П.; Кримигис, Стаматиос М.; Митчелл, Дональд Г. (октябрь 2008 г.). «Научное исследование спектрометра энергетических частиц Плутона (PEPSSI) в рамках миссии New Horizons». Обзоры космической науки . 140 (1–4): 315–385. arXiv : 0709.4428 . Бибкод : 2008ССРв..140..315М . дои : 10.1007/s11214-008-9436-y . ISSN 0038-6308 . S2CID 121584795 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Талберт, Триша (25 марта 2015 г.). «Космические корабли и приборы» . НАСА . Проверено 20 октября 2018 г.
^ Паскалидис, Николас; МакНатт, Ральф (январь 2010 г.). «ASIC для научного исследования спектрометра энергетических частиц Плутона в рамках миссии НАСА «Новые горизонты» к Плутону» – через ResearchGate .
^ Перейти обратно: ^а ^б Гипсон, Лилиан (01 июля 2015 г.). «Цветные изображения New Horizons показывают два различных лица Плутона» . НАСА . Проверено 20 октября 2018 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Л., МакНатт, Ральф; Э., Хилл, Мэтью; М., Лиссе, Кэри; Питер, Коллманн; Фрэн, Багеналь; М., Кримигис, Стаматиос; Дж., МакКомас, Дэвид; А., Эллиотт, Хизер; Дж., Волк, Скотт (ноябрь 2015 г.). «Побег атмосферы Плутона: измерения на месте с помощью прибора для научных исследований спектрометра энергетических частиц Плутона (PEPSSI) на новых горизонтах и дистанционные наблюдения из рентгеновской обсерватории Чандра». Тезисы докладов собрания AAA/Отдела планетарных наук № 47 . 47 :105.09. Бибкод : 2015ДПС....4710509М . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
^ Гипсон, Лилиан (01 июля 2015 г.). «Цветные изображения New Horizons показывают два различных лица Плутона» . НАСА . Проверено 27 октября 2018 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Паскалидис, Николас; МакНатт, Ральф (1 января 2010 г.). «ASIC для научного исследования спектрометра энергетических частиц Плутона в рамках миссии НАСА «Новые горизонты» к Плутону» . 38-я научная ассамблея Коспар . 38 : 3. Бибкод : 2010cosp...38.2235P .
^ МакНатт, Ральф Л.; Ливи, Стефано А.; Герни, Рид С.; Хилл, Мэтью Э.; Купер, Ким А.; Эндрюс, Дж. Брюс; Кит, Эдвин П.; Кримигис, Стаматиос М.; Митчелл, Дональд Г.; Тоссман, Барри; Багеналь, Фрэн; Болдт, Джон Д.; Брэдли, Уолтер; Деверо, Уильям С.; Хо, Джордж К.; Яскулек, Стивен Э.; Лефевер, Томас В.; Малкольм, Гораций; Маркус, Джеффри А.; Хейс, Джон Р.; Мур, Дж. Тай; Перри, Марк Э.; Уильямс, Брюс Д.; Уилсон, Пол; Браун, Лоуренс Э.; Кустерер, Марта Б.; Вандегрифф, Джон Д. (2008). «Научное исследование спектрометра энергетических частиц Плутона (PEPSSI) в рамках миссии New Horizons» (PDF) . Обзоры космической науки . 140 (1–4): 315–385. arXiv : 0709.4428 . Бибкод : 2008ССРв..140..315М . дои : 10.1007/s11214-008-9436-y . S2CID 121584795 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с https://pds-ppi.igpp.ucla.edu/data/NH-P-PEPSSI-2-PLUTO-V3.0/DOCUMENT/pepssi_ssr.pdf ^{[ пустой URL PDF ]}
^ Перейти обратно: ^а ^б Келли Битти - Атмосфера Плутона сбивает с толку исследователей (25 марта 2016 г.) - Sky & Telescope Magazine
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д «Технические характеристики полезной нагрузки» . Pluto.jhuapl.edu . Проверено 9 июня 2022 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Рассел, Коннектикут (28 февраля 2009 г.). Новые горизонты: разведка системы Плутон-Харон и пояса Койпера . Springer Science & Business Media. ISBN 9780387895185 .
^ http://www.boulder.swri.edu/pkb/ssr/ssr-pepssi.pdf ^{[ пустой URL PDF ]}
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с МакНатт, Ральф (2009). Научные исследования спектрометра энергетических частиц Плутона (PEPSSI) в рамках миссии New Horizons . Дордрехт: Springer Нидерланды. п. 381.
^ МакНатт и др. - Научное исследование спектрометра энергетических частиц Плутона (PEPSSI) в рамках миссии New Horizons.
^ Перейти обратно: ^а ^б «Полезная нагрузка» . pluto.jhuapl.edu . Проверено 3 января 2019 г.
^ «ASIC для научного исследования спектрометра энергетических частиц Плутона в рамках миссии НАСА «Новые горизонты» к Плутону» . Исследовательские ворота . Проверено 3 января 2019 г.

Внешние ссылки

[McNutt_315–385-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и МакНатт, Ральф Л.; Ливи, Стефано А.; Герни, Рид С.; Хилл, Мэтью Э.; Купер, Ким А.; Эндрюс, Дж. Брюс; Кит, Эдвин П.; Кримигис, Стаматиос М.; Митчелл, Дональд Г. (октябрь 2008 г.). «Научное исследование спектрометра энергетических частиц Плутона (PEPSSI) в рамках миссии New Horizons». Обзоры космической науки . 140 (1–4): 315–385. arXiv : 0709.4428 . Бибкод : 2008ССРв..140..315М . дои : 10.1007/s11214-008-9436-y . ISSN 0038-6308 . S2CID 121584795 .

[Talbert-2] Перейти обратно: ^а ^б Талберт, Триша (25 марта 2015 г.). «Космические корабли и приборы» . НАСА . Проверено 20 октября 2018 г.

[3] Паскалидис, Николас; МакНатт, Ральф (январь 2010 г.). «ASIC для научного исследования спектрометра энергетических частиц Плутона в рамках миссии НАСА «Новые горизонты» к Плутону» – через ResearchGate .

[Gipson-4] Перейти обратно: ^а ^б Гипсон, Лилиан (01 июля 2015 г.). «Цветные изображения New Horizons показывают два различных лица Плутона» . НАСА . Проверено 20 октября 2018 г.

[L._105.09-5] Перейти обратно: ^а ^б Л., МакНатт, Ральф; Э., Хилл, Мэтью; М., Лиссе, Кэри; Питер, Коллманн; Фрэн, Багеналь; М., Кримигис, Стаматиос; Дж., МакКомас, Дэвид; А., Эллиотт, Хизер; Дж., Волк, Скотт (ноябрь 2015 г.). «Побег атмосферы Плутона: измерения на месте с помощью прибора для научных исследований спектрометра энергетических частиц Плутона (PEPSSI) на новых горизонтах и дистанционные наблюдения из рентгеновской обсерватории Чандра». Тезисы докладов собрания AAA/Отдела планетарных наук № 47 . 47 :105.09. Бибкод : 2015ДПС....4710509М . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

[6] Гипсон, Лилиан (01 июля 2015 г.). «Цветные изображения New Horizons показывают два различных лица Плутона» . НАСА . Проверено 27 октября 2018 г.

[Paschalidis-7] Перейти обратно: ^а ^б Паскалидис, Николас; МакНатт, Ральф (1 января 2010 г.). «ASIC для научного исследования спектрометра энергетических частиц Плутона в рамках миссии НАСА «Новые горизонты» к Плутону» . 38-я научная ассамблея Коспар . 38 : 3. Бибкод : 2010cosp...38.2235P .

[8] МакНатт, Ральф Л.; Ливи, Стефано А.; Герни, Рид С.; Хилл, Мэтью Э.; Купер, Ким А.; Эндрюс, Дж. Брюс; Кит, Эдвин П.; Кримигис, Стаматиос М.; Митчелл, Дональд Г.; Тоссман, Барри; Багеналь, Фрэн; Болдт, Джон Д.; Брэдли, Уолтер; Деверо, Уильям С.; Хо, Джордж К.; Яскулек, Стивен Э.; Лефевер, Томас В.; Малкольм, Гораций; Маркус, Джеффри А.; Хейс, Джон Р.; Мур, Дж. Тай; Перри, Марк Э.; Уильямс, Брюс Д.; Уилсон, Пол; Браун, Лоуренс Э.; Кустерер, Марта Б.; Вандегрифф, Джон Д. (2008). «Научное исследование спектрометра энергетических частиц Плутона (PEPSSI) в рамках миссии New Horizons» (PDF) . Обзоры космической науки . 140 (1–4): 315–385. arXiv : 0709.4428 . Бибкод : 2008ССРв..140..315М . дои : 10.1007/s11214-008-9436-y . S2CID 121584795 .

[pds-ppi.igpp.ucla.edu-9] Перейти обратно: ^а ^б ^с https://pds-ppi.igpp.ucla.edu/data/NH-P-PEPSSI-2-PLUTO-V3.0/DOCUMENT/pepssi_ssr.pdf ^{[ пустой URL PDF ]}

[skyandtelescope.com-10] Перейти обратно: ^а ^б Келли Битти - Атмосфера Плутона сбивает с толку исследователей (25 марта 2016 г.) - Sky & Telescope Magazine

[pluto.jhuapl.edu-11] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д «Технические характеристики полезной нагрузки» . Pluto.jhuapl.edu . Проверено 9 июня 2022 г.

[:0-12] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г Рассел, Коннектикут (28 февраля 2009 г.). Новые горизонты: разведка системы Плутон-Харон и пояса Койпера . Springer Science & Business Media. ISBN 9780387895185 .

[13] ttp://www.boulder.swri.edu/pkb/ssr/ssr-pepssi.pdf ^{[ пустой URL PDF ]}

[:1-14] Перейти обратно: ^а ^б ^с МакНатт, Ральф (2009). Научные исследования спектрометра энергетических частиц Плутона (PEPSSI) в рамках миссии New Horizons . Дордрехт: Springer Нидерланды. п. 381.

[15] МакНатт и др. - Научное исследование спектрометра энергетических частиц Плутона (PEPSSI) в рамках миссии New Horizons.

[ReferenceA-16] Перейти обратно: ^а ^б «Полезная нагрузка» . pluto.jhuapl.edu . Проверено 3 января 2019 г.

[17] «ASIC для научного исследования спектрометра энергетических частиц Плутона в рамках миссии НАСА «Новые горизонты» к Плутону» . Исследовательские ворота . Проверено 3 января 2019 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]