Проект «Галилео»
-
История миссии «Галилео»
- «Галилео» — американская космическая программа, изучавшая Юпитер и его спутники.
- Космический аппарат состоял из орбитального аппарата и зонда для входа в атмосферу.
- Миссия началась 18 октября 1989 года и завершилась 20 сентября 2003 года.
-
Планирование и подготовка
- Идея отправки зонда к Юпитеру возникла в 1959 году.
- В 1969 году утверждены миссии «Пионер-10» и «Пионер-11».
- В 1977 году одобрено финансирование проекта «Юпитер Орбитер Проб» (JOP).
- В 1978 году проект переименован в «Галилео» в честь Галилео Галилея.
-
Технические аспекты
- JOP использовал космический аппарат «Маринер» вместо «Пионера».
- «Маринер» имел систему управления ориентацией, что увеличило его вес.
- Для запуска JOP была разработана трехступенчатая инерционная разгонная ступень (IUS).
-
Проблемы и решения
- Увеличение веса зонда потребовало дополнительного топлива и изменений в конструкции.
- Для запуска JOP была разработана специальная облегченная версия внешнего бака «Спейс Шаттл».
- Для повышения надежности и снижения затрат был заменен атмосферный зонд на вентилируемый.
-
Основные достижения
- JOP стал первым космическим аппаратом, вышедшим на орбиту Юпитера.
- Были обнаружены новые спутники астероида Дактиль и зафиксированы столкновения кометы Шумейкера-Леви 9 с Юпитером.
- Подтверждена теория о существовании жидкого океана под ледяной поверхностью Европы.
-
Завершение миссии
- Основная миссия завершилась 7 декабря 1997 года.
- Орбитальный аппарат приступил к миссии «Галилео Европа» (GEM), которая продолжалась до 31 декабря 1999 года.
- 20 сентября 2003 года миссия «Галилео» завершилась, когда орбитальный аппарат вошел в атмосферу Юпитера.
-
Планирование и перенос запуска
- Запуск «Галилео» планировался на 1982 год, но был перенесен на 1984 год из-за задержек в программе «Спейс шаттл».
- В 1984 году запуск был разделен на две миссии: орбитальный аппарат и зонд.
-
Выбор разгонного блока
- НАСА решило использовать разгонный блок Centaur G Prime вместо IUS из-за его мощности и гибкости.
- Centaur был проверен и надежен, но требовал дополнительных функций безопасности.
-
Финансовые и технические проблемы
- Стоимость IUS выросла до 506 миллионов долларов, что превысило бюджет.
- ВВС США предложили 179 миллионов долларов на разработку трехступенчатой IUS, что было недостаточно.
- НАСА прекратило поддержку трехступенчатой IUS и перешло на Centaur G Prime.
-
Влияние на проект
- В феврале 1981 года ВВС США вмешались, чтобы спасти «Галилео» от отмены.
- В декабре 1984 года был одобрен облет астероида 29 Амфитрита, что увеличило стоимость проекта.
-
Проблемы с компонентами и испытания
- Во время испытаний были обнаружены проблемы с загрязнением и электромагнитным излучением.
- Все компоненты прошли минимум 2000 часов испытаний, и ожидалось, что космический аппарат проработает не менее пяти лет.
-
Катастрофа «Челленджера» и её последствия
- 28 января 1986 года «Челленджер» потерпел крушение, что задержало запуск «Галилео».
- Комиссия Роджерса по расследованию катастрофы «Челленджера» критически оценила протоколы безопасности НАСА.
- 19 июня 1986 года НАСА отменило проект «Шаттл-Кентавр» из-за финансовых и людских ресурсов.
-
Задержка запуска
- В апреле 1987 года JPL была проинформирована о возможности запуска «Галилео» не ранее октября 1989 года.
- Космический аппарат был отправлен обратно в JPL.
-
Проблемы с доставкой «Галилея» на Юпитер
- Без «Кентавра» доставка «Галилея» на Юпитер была невозможна.
- Затраты на поддержание аппарата в готовности к полету оценивались в 40-50 миллионов долларов в год.
-
Разработка траектории VEEGA
- Роберт Митчелл и его команда разработали траекторию VEEGA для доставки «Галилея» к Юпитеру.
- Траектория включала гравитационные ускорители и пролет мимо Венеры и Земли.
-
Ядерные проблемы
- Антиядерные группы требовали судебного запрета на запуск из-за риска утечки плутония.
- Плутоний использовался в 22 космических аппаратах, включая «Галилея» и «Вояджеры».
- НАСА оценило риск утечки плутония как 1 случай на 100 миллионов.
-
Запуск и встреча с Венерой
- Запуск «Галилея» состоялся 19 октября 1989 года на шаттле «Атлантис».
- Столкновение с Венерой произошло 10 февраля 1990 года, подтвердив успешность маневра VEEGA.
- Из-за близости Венеры к Солнцу были приняты меры предосторожности для защиты антенны.
-
Проблемы с передачей данных
- По мере удаления от Земли скорость передачи телеметрии падала.
- К марту скорость передачи снизилась до 10 бит/с.
- Венера была в центре внимания многих космических миссий, но «Галилей» не был специально разработан для этой планеты.
-
Наблюдения за Венерой
- NIMS и UVS использовались для наблюдения за облаками и их движением
- EPD зафиксировал ударную волну от взаимодействия Венеры с солнечным ветром
- Плазменно-волновой детектор зафиксировал девять вспышек молний
-
Встречи с Землей
- «Галилео» дважды корректировал курс для сближения с Землей
- Первый облет состоялся 8 декабря 1990 года, второй — 8 декабря 1992 года
- Исследования ударной волны Земли и магнитного хвоста
- NIMS обнаружил мезосферные облака, вызванные выбросом метана
-
Дистанционное обнаружение жизни на Земле
- Карл Саган разработал эксперименты с использованием приборов Galileo
- Galileo обнаружил «критерии жизни Сагана»
- Эксперименты стали первым научным опытом в астробиологическом дистанционном зондировании
-
Наблюдения за Луной
- Galileo пролетел над северным полюсом Луны в 1992 году
- Инфракрасный спектрометр показал разнообразие минералов и вулканическую активность
-
Оптический эксперимент Галилея
- Эксперимент GOPEX оценивал оптическую связь в космосе
- Использовались лазеры для передачи импульсов на Galileo
- Эксперимент признан успешным, данные использованы для разработки лазерных нисходящих линий связи
-
Проблема с антенной
- Антенна с высоким коэффициентом усиления не развернулась должным образом
- Исследователи определили, что проблема в эрозии смазочных материалов
- Попытки решить проблему не увенчались успехом
-
Проблемы с ребрами жесткости
- Ребра жесткости вышли из строя ближе к трейлерам-платформам.
- Использование наземного транспорта экономило расходы и сокращало погрузочно-разгрузочные работы.
- Вибрация в вакуумной среде и потеря смазочного материала усугубили проблему.
-
Проблемы с HGA
- HGA не прошел термическую проверку и был развернут всего несколько раз.
- Испытания не выявили проблему, но она могла быть связана с вибрацией и потерей смазочного материала.
- HGA стал бесполезен, и данные передавались через LGA.
-
Проблемы с передачей данных
- LGA передавали данные со скоростью 8-16 бит/с, что было недостаточно для миссии.
- Программное обеспечение для сжатия данных увеличило пропускную способность до 160 бит/с.
- Данные о Юпитере и его спутниках хранились на бортовом магнитофоне.
-
Столкновения с астероидами
- «Галилео» столкнулся с астероидом 951 Гаспра в 1991 году.
- Снимки Гаспры показали кратеры и отсутствие крупных кратеров, что указывает на недавнее происхождение.
- В 1993 году «Галилео» пролетел мимо астероида 243 Ида, обнаружив его спутник Дактиль.
-
Путешествие к Юпитеру
- Основной миссией «Галилео» было исследование системы Юпитера.
- В 1994 году «Галилео» наблюдал за столкновением кометы Шумейкера-Леви 9 с Юпитером.
-
Удар и его последствия
- Удар оставил на Юпитере темные шрамы, сохранявшиеся несколько недель.
- Огненные шары наблюдались в ультрафиолетовом свете, но сохранялись дольше в инфракрасном.
- Осколок увеличил яркость Юпитера на 20 процентов.
-
Развертывание зонда Galileo
- Зонд отделился от орбитального аппарата 13 июля 1995 года.
- Орбитальный аппарат запустил маршевый двигатель для выхода на орбиту вокруг Юпитера.
- Вспышка изменила скорость орбитального аппарата на 61,9 метра в секунду.
-
Пыльные бури
- В августе 1995 года орбитальный аппарат столкнулся с сильной пыльной бурей.
- Частицы пыли имели размер от 5 до 10 нм и развивали скорость до 720 000 км/ч.
- Существование пыльных бурь стало неожиданностью для ученых.
-
Аномалия магнитофона
- Отказ антенны привел к повреждению ленты на магнитофоне.
- Инженеры пожертвовали сбором данных на этапе вывода на орбиту.
-
Прибытие к Юпитеру
- 7 декабря 1995 года орбитальный аппарат прибыл в систему Юпитера.
- Орбитальный аппарат столкнулся с ударной волной магнитосферы Юпитера.
-
Атмосферный зонд
- Спускаемый аппарат вошел в атмосферу Юпитера 7 декабря 1995 года.
- Зонд обнаружил меньше молний и воды, но более сильный ветер.
- Атмосфера Юпитера оказалась более неспокойной, чем ожидалось.
-
Скорость ветра и содержание газов
- Скорость ветра в отдаленных слоях Юпитера составляла от 290 до 360 км/ч.
- Содержание азота, углерода и серы в три раза выше, чем на Солнце.
- Высокое содержание благородных газов, таких как аргон, криптон и ксенон.
-
Орбитальный аппарат «Галилео»
- После сбора данных зонд замедлил полет и вышел на парковочную орбиту.
- Орбитальный аппарат стал первым искусственным спутником Юпитера.
- Орбиты были рассчитаны на облет крупнейших спутников Юпитера.
-
Расширение миссии
- После завершения основной миссии началась миссия «Галилео Европа» (GEM).
- GEM продолжалась до 31 декабря 1999 года и включала облеты Европы, Каллисто и Ио.
- GMM продлилась до января 2003 года и включала повторные посещения Европы, Ио, Ганимеда и Каллисто.
-
Ио
- Ио, самая внутренняя из галилеевых лун, имеет вулканическую активность.
- «Галилео» пролетел мимо Ио, но не собрал изображения из-за высокого уровня радиации.
- Во время GEM и GMM были получены ценные данные о гравитационном поле и составе Ио.
-
Инциденты с безопасным режимом
- Во время I24 и I25 «Галилео» дважды переходил в безопасный режим из-за проблем с программным обеспечением.
- На I27 были получены снимки с высоким разрешением, выявившие новые вулканы и лавовые потоки.
- Наблюдения за EUV пришлось отменить из-за аппаратной ошибки.
-
Инциденты и потери данных
- Инцидент с безопасным режимом привел к потере времени воспроизведения ленты.
- Данные с Ио были перенесены на орбиту G28 для дальнейшего анализа.
-
Открытие магнитного поля Ио
- Обнаружение железного ядра Ио вызвало предположение о наличии магнитного поля.
- На орбитах I31 и I32 Галлео пролетел вблизи полюсов Ио, подтвердив отсутствие собственного магнитного поля.
-
Исследование Ио
- На орбите I31 Галлео пролетел через область, где ранее был вулкан Тваштар Патерае.
- Обнаружены снежинки из диоксида серы, а не горячий пепел.
- На орбите I33 произошел еще один инцидент, что привело к потере данных.
-
Исследование Европы
- Европа — шестой по величине спутник в Солнечной системе, покрытый льдом.
- На орбитах G1 и G2 Галлео сделал первые наблюдения.
- На орбитах E4 и E6 получены данные о поверхности и атмосфере.
- Обнаружены следы кратеров, что указывает на активную геологию.
- Предполагается наличие слоя теплой воды или жидкой воды под поверхностью.
-
Исследование Ганимеда
- Ганимед — крупнейший спутник Юпитера, покрытый льдом.
- На орбитах G1 и G2 Галлео использовал гравитацию Ганимеда для маневров.
- Обнаружено магнитное поле, указывающее на железное ядро.
- На орбитах G7, G9, G28 и G29 получены изображения поверхности.
- Обнаружены темные кратерные регионы и бороздчатые поверхности.
-
Исследование Каллисто
- Каллисто имеет возраст около 4 миллиардов лет и изрыт кратерами.
- Galileo обнаружил отсутствие маленьких кратеров и активные геологические процессы.
- Каллисто имеет однородный состав с перемешанными элементами.
- Магнитометр показал отсутствие собственного магнитного поля, что указывает на возможность подземного океана.
-
Исследование Амальтеи
- Galileo сделал снимки четырех внутренних спутников Юпитера.
- В 2002 году камеры были отключены из-за радиационного ущерба.
- Galileo измерил массу Амальтеи, которая оказалась меньше, чем у воды.
- Обнаружены вспышки света, возможно, от обломков Амальтеи.
-
Звездный сканер
- Звездный сканер обнаружил частицы высокой энергии и двойные затмевающие системы.
- В 2000 году обнаружено затмение звезды Дельта Велорум.
-
Аномалии, связанные с радиацией
- Радиация вызвала более 20 аномалий, но Galileo пережил их.
- Камера SSI выдавала белые изображения, кристалл кварца менял частоту, спиновый детектор вышел из строя.
- Утечки тока в силовой шине приводили к перезагрузке бортового компьютера.
-
Проблемы с магнитофоном
- В 2002 году возникли проблемы с воспроизведением магнитофонной записи.
- Причиной неисправности стало снижение светоотдачи инфракрасных светодиодов.
- После отжига светодиодов диктофон смог работать, и данные были успешно переданы на Землю.
-
Завершение миссии и сход с орбиты
- Galileo завершил миссию в 2003 году, передав последние данные.
- Миссия была успешной, несмотря на экстремальные условия.
-
История и стандарты
- В 1964 году Комитет по космическим исследованиям (COSPAR) принял стандарт для планетарных зондов.
- В 1969 году астронавты «Аполлона-12» обнаружили микробы на Луне, что привело к новым стандартам.
- Ученые предложили новый стандарт, учитывающий вероятность заражения от метеоритов.
-
Миссия «Галилео»
- «Галилео» не был стерилизован перед запуском и мог занести бактерии.
- Был разработан план по отправке зонда к Юпитеру для предотвращения загрязнения.
- 21 сентября 2003 года «Галилео» столкнулся с Юпитером, завершив миссию.
-
Основные выводы
- Состав Юпитера отличается от Солнца, что указывает на его эволюцию.
- Галилей наблюдал аммиачные облака в атмосфере Юпитера.
- Ио обладает обширной вулканической активностью.
- Европа, Ганимед и Каллисто имеют слой жидкой воды под поверхностью.
- Европа, Ганимед и Каллисто имеют тонкий атмосферный слой.
- Кольцевая система Юпитера образована пылью от метеоритов.
- «Галилео» определил глобальную структуру магнитосферы Юпитера.
-
Последующие миссии
- В 1983 году рассматривалась миссия к Сатурну, но была заменена на «Кассини-Гюйгенс».
- «Улисс» пролетел мимо Юпитера в 1992 году.
- «Кассини-Гюйгенс» пролетал мимо Юпитера в 2000 и 2001 годах.
- New Horizons пролетел вблизи Юпитера в 2007 году.
-
Юнона
- «Юнона» была запущена в 2011 году и вышла на орбиту Юпитера в 2016 году.
- Миссия продолжается до 2025 года, предоставляя новые данные о Юпитере.
-
JUICE
- Европейское космическое агентство планирует миссию Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE).
- Аппарат запущен в 2023 году и достигнет Юпитера в 2031 году.
-
Europa Clipper
- НАСА рассматривало возможность запуска Europa Orbiter, но миссия была отменена.
- Europa Clipper запущен в 2024 году и достигнет Юпитера в 2030 году.
-
Europa Lander
- Лаборатория реактивного движения оценила посадочный модуль Europa Lander.
- Миссия остается концептуальной, но выделены средства на разработку.