Місія Нові Горизонти: Компоненти

Науково-дослідна навантаження станції Нові Горизонти складається з семи інструментів. В їх число входять три оптичних приладу, два плазмових, датчик пилу і науковий вимірювальний радіоприймач (радіометр). Ця корисне навантаження була розроблена для дослідження геологічної будови, складу і температури поверхні, тиску, температури і швидкості розсіювання атмосфери Плутона і його супутників.

Компоненти місії Нові Горизонти

У разі схвалення розширеної місії станції, ці інструменти будуть використані для дослідження об’єктів Пояси Койпера, яких зможе досягти космічний апарат.

Корисне навантаження є неймовірно енергоефективної. Всі інструменти в сукупності споживають менше 28 ват. Застосовується зовсім безпрецедентна в області дослідження планет ступінь мініатюризації устаткування. Прилади розроблені спеціально для використання в умовах наднизьких температур і недостатнього освітлення на Плутоні і в Поясі Койпера.

Alice

маса: 4,5 кг (9,9 фунтів)

Середня потужність: 4,4 Вт

Розробка: Південно-Західний науково-дослідний інститут

провідний дослідник: Алан Стерн з Південно-Західного науково-дослідного інституту

мета: Вивчення складу і структури атмосфери

Alice є чутливим ультрафіолетовим відображає спектрометром, призначеним для дослідження складу і структури динамічної атмосфери Плутона. Там, де звичайний спектрометр подібно призмі розщеплює світло на складові по довжині хвилі, що відображає спектрометр одночасно розділяє світло на складові і створює зображення на кожній довжині хвилі. Спектроскопічний діапазон «Еліс» включає екстремальне і далеке ультрафіолетове випромінювання з довжиною хвилі в діапазоні 500-1800 Ангстрем.

Прилад здатний знаходити різні важливі хімічні речовини в атмосфері Плутона. Спектроскоп визначатиме відносний вміст виявлених речовин, вперше показуючи вченим повну картину складу атмосфери планети. Alice задіють для пошуків іоносфери біля Плутона, а також атмосфери у його головного супутника Харона. Пристрій також буде визначати залежність щільності і температури атмосфери від висоти над поверхнею Плутона.

Alice складається з спектрографа, компактного телескопа і високочутливого електронного детектора, що має по 1024 спектральних каналу на кожному з 32 просторових сегментів довгого прямокутного поля огляду. Передбачено два режими роботи. Режим «Світіння» дозволяє вимірювати рівень ультрафіолетового випромінювання компонентів атмосфери. При режимі «Затемнення» відбувається спостереження Сонця або яскравої зірки через атмосферу. Властивості атмосферних компонентів визначаються шляхом вимірювання рівня поглинання ними сонячного випромінювання. Здатність поглинати сонячне світло атмосферою Плутона буде відображатися у вигляді характерних провалів або піків в ультрафіолетовій частині спектру. Подібний спосіб вимірювання досить потужний для вивчення найменших слідів атмосферного газу.

Полегшена і кілька спрощена версія приладу Alice першого покоління встановлена на борту космічної станції Rosetta і використовується для вивчення поверхні комет і розсіювання їх атмосфер.

Ralph

маса: 10,3 кг (22,7 фунтів)

Середня потужність: 6,3 Вт

Розробка: Болл Аероспейс, Центр космічних польотів NASA Годдард, Південно-Західний науково-дослідний інститут

провідний дослідник: Алан Стерн з Південно-Західного науково-дослідного інституту

Мета: Вивчення геології і морфології поверхні; отримання відомостей про склад поверхні і карти температури поверхні

Ralph служить основними очима Нових Горизонтов і займається створенням карти Плутона, його супутників і в перспективі інших об’єктів з Пояси Койпера за орбітою дев’ятої планети. Прилад в парі з ультрафіолетовим спектрометром становить єдиний пакет дистанційного зондування, внаслідок чого і отримав таку назву (тут міститься відсилання до популярного телесеріалу «Наречені», головними персонажами якого є молодята Ральф і Еліс).

Ralph складається з трьох високочутливих чорно-білих панхроматичних і чотирьох кольорових мультиспектральних камер, конструктивно об’єднаних в блок MVIC (скорочення від Multispectral Visible Imaging Camera), а також спектрометра, що працює в інфрачервоному діапазоні. Композиційний відображає ІК-спектрометр називається LEISA (Linear Etalon Imaging Spectral Array) і працює в діапазоні хвиль довжиною 1,25-2,50 мікрон. Передовий мініатюрний короткохвильовий ІК-спектрометр LEISA був розроблений вченими Центру космічних польотів Годдарда при NASA. Діапазон роботи MVIC становить 0,4-0,95 мікрон.

Таким чином, «Ральф» складається з восьми детекторів. Сім приладів із зарядним зв’язком (ПЗС) і один інфрачервоний детектор запитані від одного чутливого збільшувального телескопа з дозволом в 10 разів вище, ніж може побачити око людини. Весь пакет споживає в два рази менше енергії, ніж звичайна побутова електролампа.

Ральф буде приймати і обробляти зображення двічі в день, поки Нові Горизонти наближатимуться до Плутона, пролітати повз нього, а потім віддалятися. В кінцевому рахунку, MVIC зможе створити карту рельєфу Плутона в чорно-білому або кольоровому варіантах з дозволом близько 820 футів або 250 метрів на піксель. Для визначення топографії поверхні будуть використовуватися стереозображення. Вчені також зможуть виміряти точні значення радіусів і орбіт Плутона і його супутників.

Блок камер також буде отримувати зображення нічного боку Плутона, підсвічені Хароном. Одночасно LEISA буде відображати кількість азоту, метану, окису вуглецю, замерзлої води та інших матеріалів, включаючи органічні сполуки, на освітленій поверхні Плутона і супутників.

Прилад також дозволить вченим скласти карту температур поверхні Плутона і Харона за допомогою вивчення спектра заморожених азоту, води і окису вуглецю.

маса: 100 грам (3,5 унції)

Середня потужність: 2,1 Вт

Розробка: Лабораторія прикладної фізики університету Джона Хопкінса, Стенфордський університет

Основні дослідники: Льон Тайлер і Іван Лінскотт, Стенфордський університет

мета: Вимірювання температури і тиску атмосфери аж до поверхні Плутона; вимірювання щільності іоносфери; пошук атмосфери навколо Харона та інших небесних тіл

REX (розшифровується як Radio Science Experiment) зібраний на невеликій високотехнологічної друкованій платі з ланцюгами обробки сигналів, інтегрованими в систему телекомунікацій Нові Горизонти. Так як телекомунікаційна система є резервованої, на кораблі є дві копії REX. Обидві можуть працювати одночасно, підвищуючи стійкість передачі даних.

Для дослідження атмосфери Плутона буде використовуватися техніка приховування, або затемнення. Аналогічним чином заплановано виконувати пошуки атмосфери навколо Харона. Після прольоту станції над Плутоном, її 2,1-метрова (83-дюймова) супутникову антену розгорнуть на Землю. На Землі потужні передавачі NASA почнуть посилати пучки випромінювання слідом за космічним кораблем. Радіохвилі стануть згинатися в атмосфері Плутона відповідно до середнього молекулярною вагою атмосферного газу і величиною температури атмосфери. Такий же спосіб буде застосування для пошуків атмосфери Харона, наявність якої сьогодні вважається малоймовірним.

Як правило, описаний тип експерименту здійснюється космічними місіями в зворотному напрямку: сигнал посилається з боку корабля через атмосферу планети на Землю. Такий радіо-експеримент називається «низхідним» (Downlink). АМС Нові Горизонти буде першою, яка використовує сигнал Землі. Це пов’язано з дуже великою відстанню, настільки великим, що тільки стаціонарні земні радіостанції зможуть забезпечити необхідну потужність сигналу. Нова технологія проведення експерименту називається «висхідній» (Uplink) і є значущим досягненням.

REX також буде вимірювати слабкі радіовипромінювання від космічних об’єктів, повз яких буде пролітати станція (крім Плутона це Юпітер і Харон). Вчені збираються використовувати ці дані для отримання точних значень температури, як на денній, так і нічній стороні небесних тіл. Крім того, за допомогою REX можна буде відстежувати незначні зміни в шляху космічного корабля, які дозволять виміряти масу Плутона, Харона і ймовірно деяких інших об’єктів Пояси Койпера. Також REX дасть можливість поліпшити вимірювання радіусів для кожного тіла по часу тривалості радіо покриттів Плутона і Харона.

LORRI

маса: 8,8 кг (19,4 фунтів)

Середня потужність: 5,8 Вт

Розробка: Лабораторія прикладної фізики Університету Джонса Хопкінса

провідний дослідник: Енді Чен, Лабораторія прикладної фізики

мета: Вивчення геології; забезпечення максимально високого дозволу зближення і точки зустрічі

LORRI (скорочення від Long Range Reconnaissance Imager) – це воістину «орлині очі» Нових Горизонтов. Панхроматичному камера з високим збільшенням включає телескоп з розміром апертури 20,8 см (8,2 дюйма) і блок пристроїв із зарядним зв’язком. Фактично це цифрова камера з великим фото телескопом, тільки пристосована працювати у ворожих умовах околиць Плутона зі наднизьких температур.

Під час польоту саме знімки LORRI будуть першими зображеннями системи Плутона, знятими станцією Нові Горизонти. Зйомка розпочнеться приблизно за 180 днів до максимального зближення. Плутон зі супутниками в цей момент будуть виглядати як яскраві точки, однак ці перші знімки допоможуть навігаторам утримати корабель на курсі. Вони також дозволять удосконалити розрахунки орбіт Плутона і супутників. В середині травня, приблизно за 60 днів до точки зустрічі, зображення LORRI перевершать за якістю дозволу знімки телескопа Хаббл. Вчені зможуть побачити деталі, які ще ніколи не були доступні для людського ока. У точці максимального зближення камера буде передавати зображення поверхні Плутона з дозволом половини футбольного поля – 50 метрів в поперечнику.

Така якість зображень забезпечить безпрецедентний погляд на геологію Плутона і його супутників. Вчені зможуть визначити кількість і розмір кратерів на поверхні кожного небесного тіла, що відкриє історію зіткнень об’єктів в цьому віддаленому від нас районі Сонячної системи. LORRI також надасть важливу інформацію з історії поверхні Плутона, дозволить шукати активність на планеті (наприклад, гейзери) і помутніння в атмосфері. У разі розширення місії Нових Горизонтов саме LORRI забезпечить високий дозвіл зображень інших об’єктів з Пояси Койпера.

У складі камери немає колірних фільтрів або рухомих частин. Оператори приймають зображення, спрямовуючи обладнання безпосередньо на ціль. Надійну роботу в умовах екстремально низьких температур забезпечує інноваційна конструкція пристрою дзеркал, заснована на використанні карбіду кремнію.

маса: 3,3 кг (7,3 фунтів)

Середня потужність: 2,3 Вт

Розробка: Південно-Західний науково-дослідний інститут

провідний дослідник: Девід Маккомас з Південно-Західного науково-дослідного інституту

мета: Вивчення сонячного вітру і швидкості витоку атмосфери Плутона

SWAP (скорочення від Solar Wind Around Pluto) призначений для вимірювання взаємодії Плутона з сонячним вітром (потоком заряджених частинок, стікали з світила). Неймовірно велику відстань від Плутона до Сонця визначає високі вимоги до інструменту вимірювань. SWAP має найбільшу апертуру з усіх приладів, будь-коли застосовували для вимірювання параметрів сонячного вітру.

Гравітація на Плутоні приблизно в 16 разів менша за земну. На підставі цього вчені розрахували, що кожну секунду залишають атмосферу Плутона приблизно 75 кілограмів (165 фунтів) речовини. Атмосферні гази залишають планету у вигляді нейтральних молекул або атомів, іонізуючого у верхніх шарах під впливом ультрафіолету сонячного вітру. Електрично заряджені іони і електрони значно легше несуться цим сонячним вітром. В ході даного процесу іони і електрони набувають енергію рівня тисяч електронвольт. Енергія приходить від сонячного вітру, який сповільнюється і закручується навколо Плутона.

SWAP вимірює низькоенергетичні взаємодії, зокрема викликані сонячним вітром. За допомогою вимірювання збурень сонячного вітру прилад буде визначати швидкість витоку компонентів атмосфери Плутона.

У верхньому діапазоні енергій можна виявити іони, що мають енергію до 6,5 кеВ. SWAP поєднує в собі аналізатор затримує потенціалу з електростатичним аналізатором. Це дозволяє виконувати дуже тонкі і точні вимірювання енергії сонячного вітру. Станція Нові Горизонти може визначати миттєві зміни сонячного вітру. Знання кількості речовини, що залишає межі Плутона, забезпечує розуміння структури і щільності атмосфери планети.

PEPSSI

маса: 1,5 кг (3,3 фунтів)

Середня потужність: 2,5 Вт

Розробка: Лабораторія прикладної фізики Університету Джонса Хопкінса

провідний дослідник: Ральф Макнатт молодший, Лабораторія прикладної фізики

мета: Вивчення щільності, складу і характеру енергійних частинок і плазми, що утворюється в результаті витоку атмосфери Плутона

PEPSSI (скорочення від Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation) є найбільш компактним і найменш потужним спрямованим спектрометром енергійних частинок серед всіх застосовувалися раніше в складі космічних місій. Прилад буде здійснювати пошук нейтральних атомів, що залишають атмосферу Плутона, заряджаючись при взаємодії з частинками сонячного вітру. Таким чином, можна виявити залишає атмосферу матеріал. Це може бути молекулярний азот, метан, окис вуглецю. При покиданні атмосфери вони можуть розпадатися в результаті поглинання ультрафіолету і під впливом іонів, що переміщаються з сонячним вітром.

Перші тести будуть отримані за мільйони миль від Плутона. Знаючи відстань до планети вчені зможуть навіть на такій великій дистанції отримувати важливу інформацію про швидкість витоку речовини атмосфери і її складі.

PEPSSI працює за класичним принципом вимірювання часу прольоту частинок. Прилад вимірює проміжок часу між зіткненнями і на підставі цього визначає швидкість частинок, що потрапляють в камеру детектора, а також їх масу і енергію. Цього достатньо для вчених, щоб отримати повну картину про склад кожної частки. PEPSSI може вимірювати поведінку часток з енергією до 1000 кеВ. Це на порядки більше, ніж здатний виміряти SWAP. Обидва прилади чудово доповнюють один одного і дозволяють вченим ефективно вивчати параметри атмосфери Плутона і сонячного вітру.

маса: 1,9 кг (4,2 фунтів)

Середня потужність: 5 Вт

Розробка: Лабораторія космічної та атмосферної фізики з Університету Колорадо, Боулдер

провідний дослідник: Міхай Гораном, Університет Колорадо, Боулдер

мета: Вимірювання концентрації частинок пилу у зовнішній області Сонячної системи

SDC (Venetia Burney Student Dust Counter) – це лічильник пилу, розроблений і побудований студентами з Університету Колорадо. Прилад здатні отримувати мікроскопічні зерна пилу, що виникають внаслідок зіткнень астероїдів, комет і об’єктів Пояси Койпера. SDC був створений у ході офіційного агітаційно-освітнього проекту і став першим науковим інструментом на планетарної місії NASA, спроектованим і створеним студентами. Пристрій вважає і вимірює розміри частинок пилу, повідомляючи тим самим інформацію про темпи зіткнення об’єктів зовнішньої Сонячної системи. Прилад також буде використовуватися для пошуку пилу в околицях Плутона.

SDC включає дві основні частини: встановлюється на зовнішній стороні корабля детектор пилу (в збірці розміром 12 на 18 дюймів) і електронний блок всередині космічної станції. При попаданні пилу на детектор внутрішній блоку робить всі необхідні обчислення, визначаючи масу і швидкість частинки. Детектори пилу ніколи раніше не рушали в такі далекі подорожі (1,7 млрд миль від Сонця, або 18 астрономічних одиниць). Тому дані вимірювань за допомогою SDC дадуть можливість науковцям поглянути на джерела виникнення і перенесення пилу в Сонячній системі з принципово нових позицій.

За підтримки факультету студенти Університету Колорадо поширюють і архівують дані, одержувані від приладу в ході місії. Створений ними детектор отримав свою назву в червні 2006 року на честь Венеції Берні, яка в 1930 році у віці 11 років запропонувала ім’я «Плутон» недавно відкритої дев’ятої планеті.

Ссылка на основную публикацию