Reuven Ramaty Солнечная спектроскопическая камера высокой энергии
 Космический корабль RHESSI наблюдает за Солнцем | |
| Имена | Эксплорер 81 ХЕСС Высокоэнергетический солнечный спектроскопический имидж-сканер РЕССИ СМЭКС-6 |
|---|---|
| Тип миссии | Солнечная обсерватория |
| Оператор | НАСА / Лаборатория космических наук |
| ИДЕНТИФИКАТОР КОСПЭРЭ | 2002-004А |
| САТКАТ нет. | 27370 |
| Веб-сайт | РЕССИ |
| Продолжительность миссии | 2 года (планируется) [1] 16 лет, 6 месяцев, 10 дней (достигнуто) |
| Свойства космического корабля | |
| Космический корабль | Эксплорер 81 |
| Тип космического корабля | Reuven Ramaty Солнечная спектроскопическая камера высокой энергии |
| Автобус | РЕССИ |
| Производитель | Спектр Астро Инк. [1] |
| Стартовая масса | 293 кг (646 фунтов) [2] |
| Размеры | 2,16 × 5,76 м (7 футов 1 дюйм × 18 футов 11 дюймов) |
| Власть | 414 Вт |
| Начало миссии | |
| Дата запуска | 5 февраля 2002 г., 20:58:12 UTC [3] |
| Ракета | Пегас XL (F31) |
| Запуск сайта | Мыс Канаверал , Звездочет |
| Подрядчик | Корпорация орбитальных наук |
| Вступил в сервис | 2002 |
| Конец миссии | |
| Деактивирован | 16 августа 2018 г. [4] |
| Последний контакт | 11 апреля 2018 г. |
| Дата распада | 20 апреля 2023 г. (UTC) [5] |
| Орбитальные параметры | |
| Справочная система | Геоцентрическая орбита [6] |
| Режим | Низкая околоземная орбита |
| Высота перигея | 579 км (360 миль) |
| Высота апогея | 607 км (377 миль) |
| Наклон | 38.04° |
| Период | 96,50 минут |
| Главный телескоп | |
| Тип | Маска кодированной апертуры |
| Фокусное расстояние | 1,55 м (5 футов 1 дюйм) |
| Зона сбора | 150 см 2 (23 кв.дюйма) |
| Длины волн | Рентгеновские лучи / гамма-лучи (γ-лучи) |
| Разрешение | 2 угловые секунды до 100 кэВ 7 угловых секунд до 400 кэВ 36 угловых секунд выше 1 МэВ [2] |
| Инструменты | |
| Высокоэнергетический солнечный спектроскопический прибор Reuven Ramaty (RHESSI) | |
 Нашивка миссии HESSI программа проводник | |
Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscope Imager ( RHESSI , первоначально High Energy Solar Spectroscope Imager или HESSI или Explorer 81 ) — обсерватория НАСА по солнечным вспышкам . Это была шестая миссия в программе Small Explorer (SMEX), выбранной в октябре 1997 года. [1] [7] и запущен 5 февраля 2002 года в 20:58:12 UTC . Его основной задачей было исследование физики ускорения частиц и выделения энергии в солнечных вспышках.
Космический корабль снова вошел в атмосферу Земли в 00:21 UTC 20 апреля 2023 года, через 21 год после запуска. [5]
Космический корабль [ править ]
HESSI была переименована в RHESSI 29 марта 2002 года в честь доктора Реувена Рамати , пионера в области физики высоких энергий Солнца. RHESSI была первой космической миссией, названной в честь ученого НАСА. [8] RHESSI был построен компанией Spectrum Astro для Центра космических полетов Годдарда и эксплуатировался Лабораторией космических наук в Беркли, Калифорния . Главным исследователем с 2002 по 2012 год был Роберт Лин , которого сменил Сэм Крукер. [9]
Весь космический корабль вращался, чтобы обеспечить необходимую модуляцию сигнала. Четыре фиксированные солнечные панели были спроектированы так, чтобы обеспечить достаточный гироскопический момент для стабилизации вращения вокруг солнечного вектора. Это в значительной степени устранило необходимость контроля отношения . Детекторами прибора служили девять кристаллов германия высокой чистоты . Каждый из них охлаждался до криогенных температур с помощью механического криохладителя. Германий обеспечивал не только обнаружение с помощью фотоэлектрического эффекта , но и собственную спектроскопию посредством осаждения заряда входящего луча. Кристаллы помещались в криостат и закреплялись с помощью ремешков с низкой проводимостью. Основную часть космического корабля составляла трубчатая конструкция телескопа. Его цель заключалась в том, чтобы удерживать коллиматоры над кристаллами Ge в известных фиксированных положениях.
Спутниковый автобус состоял из конструкции и механизмов, системы питания (включая батарею , солнечные панели и управляющую электронику), системы ориентации , системы терморегулирования , системы управления и обработки данных (C&DH) и телекоммуникационной системы. Конструкция космического корабля обеспечивала поддержку телескопа и других компонентов. Он был изготовлен из алюминиевых деталей, чтобы быть легким, но прочным. Платформа оборудования имела сотовую структуру для дальнейшего снижения веса. Космический корабль был изготовлен в Гилберте, штат Аризона, компанией Spectrum Astro, Inc. [10]
Сборка телескопа визуализации состояла из трубы телескопа, решетчатых лотков, системы солнечного аспекта (SAS) и системы угла поворота (RAS). Он был построен, собран, отрегулирован и испытан в Институте Пауля Шеррера в Швейцарии . Передний и задний лотки решетки были прикреплены к трубе телескопа. Он сохранял разделение и выравнивание лотков. Девять решеток были установлены на решетчатом лотке на каждом конце трубы телескопа. Пары сеток модулировали передачу рентгеновских и гамма - излучений солнечных вспышек через детекторы, когда космический корабль вращается вокруг оси трубы телескопа. Модулированные скорости счета в девяти детекторах использовались в наземных компьютерах для построения изображений солнечных вспышек в различных энергетических диапазонах. Пять грубых сеток (квадратных) были построены компанией Van Beek Consultancy в Нидерландах . Четыре мелкие сетки (круглые) были построены компанией Thermo Electron Tecomet в Массачусетсе . Все сетки были охарактеризованы как оптически, так и с помощью рентгеновских лучей в Центре космических полетов Годдарда. перед отправкой в Институт Пауля Шеррера для интеграции в сборку телескопа. [10]
Спектрометр , содержал девять германиевых детекторов которые были расположены за девятью парами решеток телескопа. Эти искусственно выращенные кристаллы, чистота которых составляет более одной триллионной части, были произведены подразделением ORTEC компании Perkin Elmer Instruments . Когда их охладили до криогенных температур и подали на них высокое напряжение (до 4000 вольт ), они преобразовали поступающие рентгеновские и гамма-лучи в импульсы электрического тока. Величина тока была пропорциональна энергии фотона и измерялась чувствительной электроникой, разработанной в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и Лаборатории космических наук в Беркли, Калифорния. Детекторы охлаждались с помощью электромеханического криокулера с циклом Стирлинга, построенного компанией SunPower Inc. , и прошли квалификацию для полета в Центре космических полетов Годдарда. [11] Он поддерживал их при необходимой рабочей температуре -198 ° C (-324,4 ° F), или на 75 ° выше абсолютного нуля ).
Концепция миссии [ править ]
RHESSI был разработан для изображения солнечных вспышек в энергичных фотонах от мягкого рентгеновского излучения (~ 3 кэВ ) до гамма-лучей (до ~ 20 МэВ) и для обеспечения спектроскопии высокого разрешения до энергий гамма-лучей ~ 20 МэВ. Кроме того, он имел возможность выполнять спектроскопию с пространственным разрешением и высоким спектральным разрешением.
цели Научные
Исследователи полагают, что большая часть энергии, выделяемой во время вспышки, используется для ускорения до очень высоких энергий электронов (испускающих в основном рентгеновские лучи), а также протонов и других ионов (испускающих в основном гамма-лучи). Новый подход миссии RHESSI заключался в том, чтобы впервые объединить изображения высокого разрешения в жестких рентгеновских и гамма-лучах со спектроскопией высокого разрешения, чтобы можно было получить подробный энергетический спектр в каждой точке изображения. Этот новый подход позволил исследователям выяснить, где эти частицы ускоряются и до каких энергий. Такая информация будет способствовать пониманию фундаментальных высокоэнергетических процессов, лежащих в основе явлений солнечных вспышек.
Основной научной целью RHESSI было понимание следующих процессов, происходящих в намагниченной плазме солнечной атмосферы во время вспышки:
- Импульсивное высвобождение энергии
- Ускорение частиц
- Транспорт частиц и энергии
Эти высокоэнергетические процессы играют важную роль во всей Вселенной, от магнитосферы до активных галактик . Следовательно, важность понимания этих процессов выходит за рамки физики Солнца ; это одна из главных целей космической физики и астрофизики .
К высокоэнергетическим процессам, представляющим интерес, относятся следующие:
- Быстрое высвобождение энергии, накопленной в нестабильных магнитных конфигурациях.
- Столь же быстрое преобразование этой энергии в кинетическую энергию горячей плазмы и ускоренных частиц (в первую очередь электронов, протонов и ионов)
- Перенос этих частиц через солнечную атмосферу в межпланетное пространство.
- Последующий нагрев окружающей солнечной атмосферы
Эти процессы включают в себя:
- Энергии частиц во многие ГэВ
- Температура в десятки и даже сотни миллионов градусов.
- Плотность всего 100 миллионов частиц на квадратный сантиметр.
- Пространственные масштабы в десятки тысяч километров и
- Время магнитного удержания от секунд до часов
Эти условия невозможно воспроизвести в лабораториях на Земле .
Ускорение электронов обнаруживается жестким рентгеновским и гамма- тормозным излучением, а ускорение протонов и ионов обнаруживается гамма-линиями и континуумом. Близость Солнца означает не только то, что эти высокоэнергетические выбросы на порядки более интенсивны, чем от любого другого космического источника, но также и то, что их можно лучше разрешить как в пространстве, так и во времени.
Изображение [ править ]
Поскольку рентгеновские лучи с трудом отражаются и преломляются, визуализация рентгеновских лучей затруднена. Одним из решений этой проблемы является выборочная блокировка рентгеновских лучей. Если рентгеновские лучи блокируются способом, зависящим от направления падающих фотонов, возможно, удастся восстановить изображение. Возможности визуализации RHESSI были основаны на методе преобразования Фурье с использованием набора из 9 коллиматоров с вращательной модуляцией (RMC) вместо зеркал и линз. Каждый RMC состоял из двух наборов широко расположенных мелкомасштабных линейных сеток. По мере вращения космического корабля эти сетки блокировали и разблокировали любые рентгеновские лучи, которые могли исходить от Солнца , модулируя фотонный во времени сигнал. Модуляцию можно было измерить с помощью детектора без пространственного разрешения, расположенного за RMC, поскольку пространственная информация теперь хранилась во временной области. Характер модуляции на половину оборота для одного RMC обеспечивал амплитуду и фазу многих пространственных компонент Фурье во всем диапазоне угловых ориентаций, но для небольшого диапазона пространственных размеров источника. Несколько RMC, каждый с разной шириной щели, обеспечивали охват всего диапазона размеров факельных источников. Затем изображения были реконструированы по набору измеренных компонент Фурье в точной математической аналогии с многобазовой радиоинтерферометрией. RHESSI обеспечил пространственное разрешение 2 угловые секунды при энергиях рентгеновского излучения от ~4 кэВ до ~100 кэВ, от 7 угловых секунд до ~400 кэВ и 36 угловых секунд для линий гамма-излучения и непрерывного излучения выше 1 МэВ.
RHESSI также мог видеть гамма-лучи, исходящие из далеких от Солнца направлений. Более энергичные гамма-лучи прошли через конструкцию космического корабля и воздействовали на детекторы под любым углом. Этот режим использовался для наблюдения гамма-всплесков (GRB). Поступающие гамма-лучи не модулировались сетками, поэтому информация о положении и изображениях не записывалась. Однако грубое положение все же можно было определить, учитывая тот факт, что детекторы имели передние и задние датчики. Кроме того, детекторы, расположенные рядом со взрывом, защищали детекторы, находящиеся вдали от взрыва. Сравнение мощности сигнала вокруг девяти кристаллов и спереди назад позволило получить грубое двумерное положение в пространстве.
В сочетании с отметками времени попаданий детектора с высоким разрешением решение RHESSI может быть сопоставлено на земле с другими космическими кораблями в IPN ( Межпланетной сети ), чтобы обеспечить точное решение. Большая площадь и высокая чувствительность кристаллической сборки германия сделали RHESSI мощным компонентом IPN. Даже когда другие космические аппараты могли определить места всплесков, лишь немногие могли предоставить столь же высококачественные спектры всплесков (как по времени, так и по энергии), как RHESSI. Однако вблизи Солнца, в коллимированном поле зрения, гамма-всплеск возникал редко. Затем сетки предоставили полную информацию, и RHESSI смог определить точное местоположение GRB даже без корреляции IPN.
Эксперимент [ править ]
Высокоэнергетический солнечный спектроскопический прибор Реувена Рамати ( RHESSI )
RHESSI предназначался для получения изображений солнечных вспышек с высоким разрешением в рентгеновских и гамма-лучах. Рентгеновские и гамма-лучи охватывали диапазон энергий от 3 кэВ до 20 МэВ с энергетическим разрешением около 1 кэВ и пространственным разрешением всего несколько угловых секунд. Изображение было получено с помощью трубки размером 45 × 170 см (18 × 67 дюймов), содержащей девять пар (одна за другой, на расстоянии 1,5 м (4 фута 11 дюймов)) друг от друга) вольфрамовых или молибденовых проволочных решеток шириной 9 см (3,5 дюйма). ) установлен параллельно оси вращения трубки, направленной на Солнце. Трубка вращалась вокруг своей оси, когда космический корабль вращался со скоростью 15 об/мин . Во время вращения фотон из любой точки Солнца мог либо пройти через пару сеток, либо быть заблокирован той или иной сеткой. Это вызвало модуляцию интенсивности фотонов, исходящих из этой точки. Глубина модуляции была нулевой для фотонов, приходящих точно вдоль оси вращения, и постепенно возрастала к внеосевым фотонам. За каждой парой сеток находился криогенный (75 К) германиевый детектор диаметром 7,1 см и толщиной 8,5 см (3,3 дюйма). Выходные данные каждого из девяти детекторов при любой заданной энергии можно было бы проанализировать с помощью Фурье, чтобы получить полный двумерный пространственный спектр расширенной области источника на Солнце. Полный пространственный спектр был возможен, поскольку каждая пара проволочных сеток имела разную ширину щелей, расстояние между ними и толщину проволоки. Накопление данных составило около 16 Гб за 10-минутную ротацию. Телеметрические летном данные были собраны в Беркли (Калифорния), комплексе Уоллопса (WFF), Вирджинии , Сантьяго , Чили и Вайльхайме, Германия . Научный анализ данных включал тесное сотрудничество со многими специализированными наземными и спутниковыми солнечными обсерваториями. Второстепенной целью RHESSI было наблюдение астрономических источников, таких как Крабовидная туманность . [12]
Результаты [ править ]
Наблюдения RHESSI изменили наш взгляд на солнечные вспышки, особенно на высокоэнергетические процессы во вспышках. Его наблюдения привели к многочисленным публикациям в научных журналах и выступлениям на конференциях. В течение 2017 года спутник упоминался в 2474 публикациях, книгах и презентациях. [13] Сборник «Высокоэнергетические аспекты солнечных вспышек: монография, вдохновленная РХЕССИ» [14] содержит обзоры исследований солнечных вспышек RHESSI до 2011 года.
- RHESSI был первым спутником, сфотографировавшим гамма-лучи солнечной вспышки. [15]
- Это был первый спутник, который точно измерил земные вспышки гамма-излучения , возникающие во время гроз , и он обнаружил, что такие вспышки происходят чаще, чем предполагалось, и гамма-лучи имеют в среднем более высокую частоту , чем в среднем для космических источников.
Из-за проблем со связью RHESSI прекратила научную деятельность 11 апреля 2018 года в 01:50 UTC . [16] Выведен из эксплуатации 16 августа 2018 года. [4] и оставался на стабильной низкой околоземной орбите , которая постепенно затухала из-за сопротивления атмосферы.
См. также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с «RHESSI (Реувен Рамати, высокоэнергетический солнечный спектроскопический прибор)» . Справочник эопортала . Европейское космическое агентство (ЕКА) . Проверено 16 марта 2021 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б «Факты о миссии RHESSI» . НАСА . Проверено 3 сентября 2015 г.
В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе . - ^ «Журнал запуска» . Космический отчет Джонатана. 28 ноября 2021 г. Проверено 3 декабря 2021 г.
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б «НАСА прекращает работу плодотворной солнечной обсерватории спустя 16 лет» . НАСА. 20 ноября 2018 года . Проверено 3 декабря 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б «Списанный космический аппарат НАСА с устройством формирования изображения солнечной энергии возвращается в атмосферу» . 24 апреля 2023 г.
- ^ «Траектория: РЕССИ (Эксплорер 81) 2002-004А» . 28 октября 2021 г. Проверено 3 декабря 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ Деннис, Брайан (30 апреля 2009 г.). «РЕССИ – воплощение концепции» . Лаборатория космических наук . Проверено 15 января 2015 г.
- ^ «Новый спутник солнечной вспышки переименован и теперь работает» . Космический полет сейчас. 29 марта 2002 года . Проверено 15 января 2015 г.
- ^ Грюнсфельд, Джон М. (9 апреля 2013 г.). «Назначение главного следователя RHESSI» . В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б «Космический автобус» . НАСА . Проверено 16 марта 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ «Инструментальный криокулер HESSI» . НАСА . Проверено 28 августа 2022 г.
- ^ «Эксперимент: Высокоэнергетический солнечный спектроскопический прибор Реувена Рамати (RHESSI)» . НАСА. 28 октября 2021 г. Проверено 3 декабря 2021 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ «Все рецензируемые публикации RHESSI, с 1998 г. по настоящее время» . НАСА. 24 августа 2018 г. Архивировано из оригинала 6 августа 2020 г. . Проверено 21 февраля 2019 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
- ^ Эмсли, А. Гордон; Деннис, Брайан Р.; Лин, Роберт П.; Хадсон, Хью, ред. (2011). «Высокоэнергетические аспекты солнечных вспышек: монография, вдохновленная RHESSI» . Обзоры космической науки . 159 (1–4) – через Springer Science+Business Media .
- ^ Херфорд, Дж.Дж.; Шварц, РА; Крукер, С.; Лин, Р.П.; Смит, Д.М.; Вилмер, Н. (октябрь 2003 г.). «Первые гамма-изображения солнечной вспышки» . Астрофизический журнал . 595 (2): L77–L80. Бибкод : 2003ApJ...595L..77H . дои : 10.1086/378179 .
- ^ «РЕССИ» . НАСА. Архивировано из оригинала 26 июня 2019 года . Проверено 21 февраля 2019 г. В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
Внешние ссылки [ править ]
- Веб-сайт RHESSI. Архивировано 26 июня 2019 года в Wayback Machine Центром космических полетов имени Годдарда НАСА.
- Веб-сайт архива HESSI Лаборатории космических наук
- Браузер данных RHESSI от Лаборатории космических наук
- RHESSI Science Nuggets , серия, выходящая раз в две недели, объясняющая последние научные результаты.
- Космический корабль запущен в 2002 году.
- Спутники на орбите Земли
- Программа исследователей
- Миссии к Солнцу
- Рентгеновские телескопы
- Космический корабль, запущенный ракетами «Пегас»
- Космический корабль выведен из эксплуатации в 2018 году.
- Космический корабль, повторно вошедший в атмосферу в 2023 году.