Инфракрасная космическая обсерватория

Инфракрасная космическая обсерватория

Схема телескопа
Имена	ИСО
Оператор	ЕКА при значительном вкладе ISAS и НАСА
ИДЕНТИФИКАТОР КОСПЭРЭ	1995-062А
САТКАТ нет.	23715
Веб-сайт	ИСО в науке ЕКА
Продолжительность миссии	28 месяцев 22 дня
Свойства космического корабля
Производитель	Аэрокосмическая промышленность
BOL mass	2498 кг
Начало миссии
Дата запуска	01:20, 17 ноября 1995 г. (UTC) ( 1995-11-17T01:20Z )
Ракета	Ариан 4 4П
Запуск сайта	ЭЛА-2
Орбитальные параметры
Справочная система	Геоцентрический
Режим	Сильно эллиптическая
Высота перигея	1000 км
Высота апогея	70600 км
Период	24 часа
Орбитальный аппарат
Основной
Тип	Ричи-Кретьен
Диаметр	60 см
Фокусное расстояние	900 см, f /15
Длины волн	От 2,4 до 240 микрометров ( инфракрасный )
showИнструменты ISOCAM ISO Infrared Camera ISOPHOT ISO photo-polarimeter LWS Long Wave Spectrometer SWS Short Wave Spectrometer
Устаревший знак отличия ЕКА для ИСО миссии

Инфракрасная космическая обсерватория ( ISO ) — космический телескоп для инфракрасного излучения, разработанный и эксплуатируемый Европейским космическим агентством (ESA) в сотрудничестве с ISAS (теперь часть JAXA ) и НАСА . ISO был разработан для изучения инфракрасного света на длинах волн от 2,5 до 240 микрометров и работал с 1995 по 1998 год.

Спутник евро 480,1 миллиона стоимостью Запущен 17 ноября 1995 года со ELA-2 стартовой площадки в Гвианском космическом центре недалеко от Куру во Французской Гвиане. Ракета -носитель , ракета Ariane 4 4P, успешно вывела ISO на высокоэллиптическую геоцентрическую орбиту , совершая один оборот вокруг Земли каждые 24 часа. телескопа Главное зеркало Ричи -Кретьена имело диаметр 60 см и охлаждалось до 1,7 К с помощью сверхтекучего гелия . На спутнике ISO было четыре прибора, которые позволяли получать изображения и фотометрию от 2,5 до 240 микрометров , а также спектроскопию от 2,5 до 196,8 микрометров.

ЕКА и Центр инфракрасной обработки и анализа предприняли усилия по улучшению конвейеров данных и специализированных программных инструментов анализа, чтобы обеспечить наилучшее качество методов калибровки и обработки данных в рамках миссии. IPAC поддерживает наблюдателей ИСО и пользователей архивов данных посредством визитов и семинаров.

История и развитие

В 1983 году американо-голландско-британский IRAS открыл космическую инфракрасную астрономию , выполнив первый в истории «обзор всего неба» в инфракрасных длинах волн . На полученной карте инфракрасного неба было указано около 350 000 инфракрасных источников, ожидающих исследования преемниками IRAS. В 1979 году IRAS находился на продвинутой стадии планирования, и ожидаемые результаты от IRAS привели к тому, что в том же году ЕКА сделало первое предложение по ISO. Благодаря быстрому совершенствованию технологии инфракрасных детекторов ISO должна была обеспечить подробные наблюдения примерно 30 000 инфракрасных источников со значительно улучшенной чувствительностью и разрешением . ISO должна была обеспечить в 1000 раз лучшую чувствительность и в 100 раз лучшее угловое разрешение на расстоянии 12 микрометров по сравнению с IRAS.

Ряд последующих исследований привел к выбору ISO в качестве следующего проекта научной программы ЕКА в 1983 году. Затем последовал призыв к научному сообществу провести эксперименты и предложения ученых , что привело к выбору научных инструментов в 1985 году. Четыре выбранных инструмента были разработаны группами исследователей из Франции, Германии, Нидерландов и Великобритании.

Проектирование и разработка спутника начались в 1986 году, когда космическое подразделение Aérospatiale (в настоящее время поглощенное Thales Alenia Space ) возглавило международный консорциум из 32 компаний, ответственных за производство , интеграцию и испытания нового спутника. Окончательная сборка прошла в Каннском космическом центре Манделье .

Спутник

Анимация орбиты инфракрасной космической обсерватории
  Инфракрасная космическая обсерватория   ·   Земля

Базовая конструкция ISO находилась под сильным влиянием конструкции ее непосредственного предшественника. Как и IRAS, ISO состояла из двух основных компонентов:

• Модуль полезной нагрузки , состоящий из большого криостата, в котором находится телескоп и четыре научных прибора.
• Служебный модуль поддерживает деятельность модуля полезной нагрузки путем обеспечения электропитания , теплового контроля, управления ориентацией и орбитой и телекоммуникаций .

Модуль полезной нагрузки также имел конический солнцезащитный козырек, предотвращающий попадание постороннего света в телескоп, и два больших звездных трекера . Последние входили в состав подсистемы управления ориентацией и орбитой (AOCS), обеспечивающей трехосную стабилизацию ISO с точностью наведения в одну угловую секунду . В ее состав входили датчики Солнца и Земли, уже упомянутые звездные трекеры, квадрантный звездный датчик на оси телескопа, гироскопы и реактивные колеса . Дополнительная система управления реакцией (RCS), использующая гидразиновое топливо , отвечала за направление орбиты и точную настройку вскоре после запуска . Полный спутник весил чуть менее 2500 кг, имел высоту 5,3 м, ширину 3,6 м и глубину 2,3 м.

Сервисный модуль содержал всю теплую электронику , бак с гидразиновым топливом и обеспечивал до 600 Вт электроэнергии с помощью солнечных элементов, установленных на солнечной стороне солнцезащитного козырька, установленного на сервисном модуле. В нижней части служебного модуля находился несущий кольцеобразный физический интерфейс для ракеты-носителя.

Криостат модуля полезной нагрузки окружал телескоп и научный инструмент большим дьюаром , содержащим тороидальный резервуар, загруженный 2268 литрами сверхтекучего гелия. Охлаждение за счет медленного испарения гелия удерживало температуру телескопа ниже 3,4 К, а научных инструментов - ниже 1,9 К. Эти очень низкие температуры были необходимы для того, чтобы научные инструменты были достаточно чувствительными для обнаружения небольшого количества инфракрасного излучения космических источников. Без такого сильного охлаждения телескоп и инструменты видели бы только свои собственные интенсивные инфракрасные излучения , а не слабые издалека.

Оптический телескоп

Телескоп ISO был установлен на центральной линии дьюара, рядом с нижней частью тороидального резервуара с гелием. Это был тип Ричи-Кретьена с эффективным входным зрачком 60 см, соотношением фокусных расстояний 15 и результирующим фокусным расстоянием 900 см. телескопа очень строгий контроль за рассеянным светом, особенно от ярких инфракрасных источников вне поля зрения Для обеспечения гарантированной чувствительности научных приборов был необходим . Комбинация светонепроницаемых экранов, перегородок внутри телескопа и солнцезащитного козырька наверху криостата обеспечила полную защиту от постороннего света. Более того, ISO было запрещено проводить наблюдения слишком близко к Солнцу, Земле и Луне; все основные источники инфракрасного излучения. ISO всегда указывало от 60 до 120 градусов от Солнца и никогда не указывало ближе, чем на 77 градусов к Земле, на 24 градуса к Луне или ближе, чем на 7 градусов к Юпитеру . Эти ограничения означали, что в любой момент времени для ISO было доступно только около 15 процентов неба.

Зеркало пирамидальной формы за главным зеркалом телескопа распределяло инфракрасный свет на четыре инструмента, обеспечивая каждому из них участок в 3 угловых минуты из 20 угловых минут поля зрения телескопа. Таким образом, наведение другого инструмента на один и тот же космический объект означало перенаведение всего спутника ISO.

Летная запасная часть для прибора LWS в ISO

Инструменты

ISO имела набор из четырех научных инструментов для наблюдений в инфракрасном диапазоне:

• Инфракрасная камера (ISOCAM) – камера высокого разрешения , охватывающая длину волны от 2,5 до 17 микрометров, с двумя разными детекторами . Подобно камере видимого света, она фотографирует астрономические объекты, но изображение показывает, как объект выглядит в инфракрасном свете.
• Фотополяриметр (ISOPHOT) – прибор, предназначенный для измерения поляризации инфракрасного излучения, испускаемого астрономическим объектом. Очень широкий диапазон длин волн от 2,4 до 240 микрометров позволил этому прибору видеть инфракрасное излучение даже самых холодных астрономических объектов, таких как межзвездные пылевые облака.
• Коротковолновый спектрометр (SWS) – спектрометр, охватывающий длину волны от 2,4 до 45 микрометров. Наблюдения с помощью этого инструмента предоставили ценную информацию о химическом составе , плотности и температуре Вселенной.
• Длинноволновой спектрометр (LWS) – спектрометр, охватывающий длину волны от 45 до 196,8 микрометров.

Все четыре инструмента были установлены прямо за главным зеркалом телескопа по кругу, причем каждый инструмент занимал 80 градусов сегмент цилиндрического пространства под углом . Поле зрения каждого инструмента было смещено относительно центральной оси поля зрения телескопа. Это означает, что каждый инструмент «видел» разные участки неба в данный момент. В стандартном режиме работы один прибор находился в основной работе.

Запуск и операции

После очень успешной фазы разработки и интеграции ISO была наконец выведена на орбиту 17 ноября 1995 года на борту ракеты-носителя Ariane-44P. Характеристики ракеты-носителя были очень хорошими: апогей оказался всего на 43 км ниже ожидаемого. Центр космических операций ЕКА в Дармштадте в Германии полностью контролировал ISO в первые четыре дня полета. После раннего ввода в эксплуатацию основной контроль над ISO был передан Центру управления космическими аппаратами (SCC) в Вильянуэва-де-ла-Каньяда в Испании ( VILSPA ) на оставшуюся часть миссии.В первые три недели после запуска орбита была отрегулирована , все спутниковые системы были активированы и протестированы. Охлаждение криостата оказалось более эффективным, чем предполагалось ранее, поэтому ожидаемая продолжительность миссии была увеличена до 24 месяцев. С 21 по 26 ноября все четыре научных прибора были включены и тщательно проверены. С 9 декабря 1995 г. по 3 февраля 1996 г. проходил «Этап проверки работоспособности», посвященный вводу в эксплуатацию всех приборов и устранению проблем. Плановые наблюдения начались с 4 февраля 1996 года и продолжались до тех пор, пока 8 апреля 1998 года не закончился последний гелиевый теплоноситель.

Перигей орбиты ISO находился внутри радиационного пояса Ван Аллена , что вынуждало научные инструменты отключаться на семь часов во время каждого прохода через радиационный пояс. Таким образом, для научных наблюдений оставалось 17 часов на каждой орбите. Типичную 24-часовую орбиту ISO можно разбить на шесть этапов:

• Прием сигнала (AOS) основным Центром управления полетами VILSPA в Испании и активация спутника.
• Научные операции во время окна VILSPA начинаются через четыре часа после перигея и продолжаются до девяти часов.
• Передача операций вторичному центру управления полетами в Голдстоуне в апогее. В течение этого 15-минутного периода научные инструменты не могли работать.
• Научные операции во время окна Голдстоуна продолжительностью до восьми часов.
• Деактивация инструментов при приближении к радиационному поясу Ван Аллена и потере сигнала (LOS) в Голдстоуне.
• Перигейский проход.

В отличие от IRAS, на борту ISO не записывалось никаких научных данных для последующей передачи на землю. Все данные, как научные, так и хозяйственные, передавались на землю в режиме реального времени. Точка перигея орбиты ISO находилась ниже радиогоризонта центров управления полетами как в VILSPA, так и в Голдстоуне, что вынуждало отключать научные инструменты в перигее.

Конец миссии

В 07:00 UTC 8 апреля 1998 года диспетчеры полета VILSPA заметили повышение температуры телескопа. Это был явный признак того, что запасы сверхтекучего гелиевого теплоносителя исчерпаны. В 23:07 по всемирному координированному времени того же дня температура научных инструментов поднялась выше 4,2 К, и научные наблюдения были прекращены. Несколько детекторов инструмента SWS были способны проводить наблюдения при более высоких температурах и оставались в использовании еще 150 часов, чтобы выполнить подробные измерения еще 300 звезд . Через месяц после истощения теплоносителя был начат «Этап технологических испытаний» (TTP) для испытаний нескольких элементов спутника в нештатных условиях. После завершения TTP перигей орбиты ISO был достаточно понижен, чтобы гарантировать, что ISO сгорит в атмосфере Земли через 20–30 лет после остановки. Затем ISO было окончательно отключено 16 мая 1998 года в 12:00 по всемирному координированному времени.

Результаты

В среднем ISO проводила 45 наблюдений на каждой 24-часовой орбите. За время своего существования , совершив более 900 витков, ISO выполнила более 26 000 успешных научных наблюдений. Огромные объемы научных данных, генерируемых ISO, подвергались обширной архивной деятельности до 2006 года. Полный набор данных доступен научному сообществу с 1998 года, и было сделано множество открытий, и, вероятно, еще больше впереди:

• ISO обнаружила наличие водяного пара в областях звездообразования , в окрестностях звезд в конце их жизни, в источниках, очень близких к Галактическому центру , в атмосферах планет Солнечной системы и в туманности Ориона .
• Формирование планет было обнаружено вокруг старых, умирающих звезд. Это открытие противоречило теориям о том, что образование планет возможно только вокруг молодых звезд.
• был обнаружен фтористый водород Впервые в межзвездных газовых облаках .
• Первое обнаружение самых ранних стадий звездообразования. Дозвездное ядро ​​L1689B было обнаружено и детально изучено с помощью инструмента LWS компании ISO.
• ISO обнаружила большое количество космической пыли в ранее считавшемся пустом пространстве между галактиками .
• Наблюдения за самым ярким объектом во Вселенной, Arp 220 , показали, что источником огромного излучения инфракрасного излучения является вспышка звездообразования.
• Наблюдения с помощью инструмента LWS подтвердили предыдущее открытие IRAS крупных облачных структур очень холодных углеводородов, излучающих преимущественно в инфракрасном диапазоне. Эти инфракрасные перистые облака влияют на энергетический баланс всей Вселенной, действуя как своего рода галактический холодильник.
• ISO искала и нашла несколько протопланетных дисков : колец или дисков материала вокруг звезд, которые считаются первой стадией формирования планет .
• ISO направила свои чувствительные инструменты на несколько планет Солнечной системы, чтобы определить химический состав их атмосфер.

См. также

• Инфракрасная матричная камера (камера Spitzer ближнего и среднего инфракрасного диапазона)
• Список крупнейших инфракрасных телескопов
• Камера ближнего инфракрасного диапазона и многообъектный спектрометр (NICMOS, прибор ближнего инфракрасного диапазона Хаббла, установленный в 1997 году)

Внешние ссылки

• Справочник ИСО , том 1, ИСО – Обзор миссий и спутников
• ИСО – все факты
• ИСО – краткое изложение миссии
• Подробности о космическом корабле ISO на научном сайте ЕКА
• Подробности о телескопе ISO на научном сайте ЕКА
• Подробности ISOCAM на научном сайте ЕКА
• Подробности ISOPHOT на научном сайте ЕКА
• Подробности ISO SWS на научном сайте ЕКА
• Подробности ISO LWS на научном сайте ЕКА
• Подробности о запуске ISO и орбите на научном сайте ЕКА
• Центр обработки данных ISO с обзором проекта и галереей изображений.