Солнечная орбитальная станция переживает первые деньки

13 февраля, в 16:00 по местному времени, критические первые 83 часа уникальной миссии Солнечной орбитальной станции по изучению нашей звезды подошли к концу.

«Эта ранняя фаза похожа на рождение ребенка», — говорит операционный директор Андреа Аккомаццо. – «Инженеры хотят быть уверены, что он сможет выжить самостоятельно в новых условиях.

— В случае с космическим кораблем им нужно, чтобы он питался от своих солнечных батарей, мог общаться с Землей и контролировать ее ориентацию в пространстве.»

После громового запуска в 05:03 CET в понедельник, Solar Orbiter направился на юго-восток от Военно-воздушной станции мыса Канаверал во Флориде, пролетев над Южной Атлантикой, прежде чем быть выпущенным далеко над берегами Западной Австралии.

В Дармштадте команда управления полетами ЕКА вскоре взяла на себя управление космическим кораблем и начала несколько дней круглосуточного управления полетами. «Мы планировали это годами и тренировались месяцами, и я горжусь всеми командами, которые работали в этот критический период», — говорит Андреа. «Первый этап миссии Solar Orbiter был успешным, но он, безусловно, бросил нам несколько сложных моментов!»

Подтверждение отделения солнечного орбитального корабля от последней ступени его ракеты-носителя Atlas V пришло в 05:56 CET, но он не очень долго летел в одиночку. Сеть станций слежения ЕКА, Estrack, заблаговременно переместила антенну на своей новой наземной станции Norcia в Западной Австралии.

Сигналы, полученные на этой антенне, подтвердили установление связи с солнечным орбитальным аппаратом (прием сигнала) в 06:01 CET.

Теперь команда управления полетом могла приступить к оценке обстановки вокруг корабля. Правильно ли работали критические системы после суровых испытаний на старте? Неужели корабль оказался там, где его ожидала команда летной динамики ЕКА?

Ответы на эти вопросы хлынули потоком телеметрии. Группа управления полетом быстро приступила к анализу данных и началу первых критических процедур.

Солнечная сторона вверх

Солнечные батареи были развернуты в 06:24 CET и развернуты от корпуса космического корабля, как крылья. Вскоре они начали подавать энергию на корабль, снимая нагрузку с батарей.

После установления связи и проведения необходимых испытаний, на корабль была направлена первая команда, и миссия официально началась.

До этого момента Солнечный орбитальный аппарат все еще находился в фазе стробирования – вращался, чтобы максимально увеличить вероятность наведения одной из двух антенн связи на наземные станции на Земле. По этой команде космический корабль запустил двигатели и стабилизировал ориентацию.

Развертывание массива солнечных батарей солнечного Спутника ^1*

Подняться и сиять

Затем команда управления полетом начала пробуждать жизненно важные части корабля. Они включили «реактивные колеса», используемые для более точного управления ориентацией космического аппарата, чем это может быть достигнуто с помощью двигателей, и «массовую память» для хранения научных данных, собранных научными приборами Solar Orbiter.

«После успешных испытаний, Солнечный орбитальный аппарат был переведен в номинальный режим управления», — говорит Андреа.

«Затем появилось окно для развертывания антенн радио и плазменных волн» (RPW), приборной стрелы и антенны с высоким коэффициентом усиления.

Антенны и Стрела используются для перемещения датчиков от корпуса космического аппарата для предотвращения помех их измерениям, в то время как антенна с высоким коэффициентом усиления используется для связи с космическим аппаратом на астрономических расстояниях.»

Охладить под давлением

Прежде чем развернуть каждую антенну или стрелу, Солнечный орбитальный аппарат наклоняли, направляя его к Солнцу и нагревая его. После развертывания первой антенны RPW, приборная стрела должна была быть следующей.

Но когда команда наклонила судно, чтобы разогреть приборную стрелу, они заметили нечто неожиданное.

«Мы видели, что штыри, которые надежно удерживают двери приборов дистанционного наблюдения на месте во время запуска, охлаждались быстрее, чем ожидалось, когда мы наклоняли их от Солнца», — говорит Андреа.

«Если бы их температура упала ниже -40°C, они могли бы подвергнуться «холодной сварке», приклеивая их на место и предотвращая открытие дверей приборов дистанционного зондирования.»

— Булавки уже слишком остыли, чтобы двигаться, и им грозила опасность застрять. Чтобы предотвратить это, мы послали команду солнечному орбитальному аппарату войти в «безопасный режим», сбросив его ориентацию и направив штыри обратно к Солнцу.»

«Каждый запуск сопровождается уникальным набором задач. Но наши команды готовятся к подобным событиям и смогли быстро отреагировать на эту ситуацию и обеспечить безопасный старт миссии Solar Orbiter.»

Без шума

После того, как они достаточно нагрелись, штыри были безопасно перемещены (оказалось необходимым переместить их на более раннем этапе, чем первоначально планировалось), и команда продолжила развертывание стрелы.

После развертывания второй и третьей антенн RPW и антенны с высоким коэффициентом усиления операции начали сворачиваться, поскольку линия радиосвязи между Solar Orbiter и наземными станциями ЕКА была переключена на более мощную антенну с высоким коэффициентом усиления.

«Мы были взволнованы, увидев, что приборная Стрела и все три электрические антенны были правильно развернуты», — говорит Яннис Зуганелис, заместитель научного сотрудника ЕКА по проекту миссии Solar Orbiter.

«Эти придатки позволят нам исследовать солнечный ветер и, вместе с инструментами дистанционного зондирования, выявить наше Солнце и его поведение в беспрецедентных деталях. Нам не терпится начать снимать мерки.»

Сноски/пояснения:

^1* Видео: Развертывание массива солнечных батарей солнечного Спутника

Визуализация показывает, что двигатели корректируют положение Солнечного орбитального устройства до того, как солнечные батареи будут развернуты после запуска.

Развертывание происходит в два этапа: первая часть происходит примерно через пять минут после разделения и приводится в движение пружиной, разворачивая солнечные батареи примерно до 40% в течение четырех минут.

Вторая часть моторизована и полностью расширит солнечные батареи. Эта часть занимает около десяти минут. Солнечные батареи будут полностью развернуты примерно через 40 минут после отделения космического корабля.

Solar Orbiter — это миссия ESA с активным участием НАСА. Его задача — выполнять беспрецедентные наблюдения Солнца и высоких широт крупным планом, предоставляя первые изображения неизведанных полярных областей Солнца и исследуя связь Солнца и Земли. Запуск в настоящее время запланирован на 5 февраля 2020 года с мыса Канаверал, штат Флорида, США.

^2* Инструменты — научные приборы для изучения Солнца

Схема с надписью, показывающая срез набора из десяти научных приборов, которые будут изучать Солнце, на солнечной орбите. Есть два типа: на месте (in situ) и дистанционное зондирование. В измерительные приборы прямого измерения условия вокруг себя космический корабль. Приборы дистанционного зондирования измеряют то, что происходит на больших расстояниях. В совокупности оба набора данных могут быть использованы для получения более полной картины того, что происходит в солнечной короне и солнечном ветре.

Инструменты на месте:

EPD: Детектор Энергетических Частиц (Energetic Particle Detector)
EPD будет измерять энергетические частицы, которые проходят мимо космического аппарата. Он будет смотреть на их состав и изменение во времени. Полученные данные помогут ученым исследовать источники, механизмы ускорения и процессы переноса этих частиц. Главный исследователь: Хавьер Родригес-Пачеко, университет Алькалы, Испания

MAG: Магнитометр (Magnetometer)
MAG будет измерять магнитное поле вокруг космического аппарата с высокой точностью. Это поможет определить, как магнитное поле Солнца связано с остальной частью Солнечной системы и изменяется со временем. Это поможет нам понять, как нагревается корона и как энергия переносится солнечным ветром. Главный Следователь: Тим Хорбери, Имперский Колледж Лондона, Великобритания

RPW: Радио и Плазменные Волны (Radio and Plasma Waves)
RPW будет измерять изменение магнитного и электрического полей с помощью ряда датчиков и антенн. Это поможет определить характеристики электромагнитных волн и полей в солнечном ветре. RPW — единственный прибор на солнечной орбите, который производит измерения как на месте, так и дистанционно. Главный следователь: Милан Максимович, Леся, обсерватория де Пари, Франция

SWA: Анализатор Плазмы Солнечного Ветра (Solar Wind Plasma Analyser)
SWA состоит из набора датчиков, которые будут измерять объемные свойства солнечного ветра, такие как плотность, скорость и температура. Он также будет измерять состав солнечного ветра. Главный Исследователь: Кристофер Оуэн, Лаборатория Космических Исследований Малларда, Великобритания

Приборы дистанционного зондирования Земли:

EUI: Экстремальный Ультрафиолетовый Сканер (Extreme Ultraviolet Imager)
EUI сделает снимки солнечной хромосферы, переходной области и короны. Это позволит ученым исследовать таинственные процессы нагрева, которые происходят в этой области, и позволит связать измерения солнечного ветра на месте с их исходными областями на Солнце. Главный Исследователь: Дэвид Бергманс, Королевская Обсерватория Бельгии.

Metis: Коронограф (Coronagraph)
Metis будет делать одновременные снимки короны в видимом и ультрафиолетовом диапазонах длин волн. Это позволит показать структуру и динамику солнечной атмосферы в беспрецедентных деталях, простираясь от 1,7 до 4,1 солнечных радиусов. Это позволит ученым искать связь между поведением этих регионов и космической погодой во внутренней части Солнечной системы. Главный исследователь: Марко Ромоли, инаф-университет Флоренции, Италия

PHI: Поляриметрический и Гелиосейсмический Тепловизор (Polarimetric and Helioseismic Imager)
PHI обеспечит измерения магнитного поля через фотосферу с высоким разрешением и карты его яркости на видимых длинах волн. Он также создаст карты скоростей движения фотосферы, что позволит проводить гелиосейсмические исследования недр Солнца, в частности конвективной зоны. Главный следователь: сами Соланки, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Германия

SoloHI: Гелиосферный Тепловизор (Heliospheric Imager)
SoloHI будет делать снимки солнечного ветра, захватывая свет, рассеянный частицами электронов на ветру. Это позволит идентифицировать переходные возмущения в солнечном ветре, такие как тип, который может вызвать выброс корональной массы, при котором миллиард тонн коронального газа может быть выброшен наружу в космос. Главный исследователь: Рассел А. Говард, военно-морская исследовательская лаборатория США, Вашингтон, округ Колумбия, США

SPICE: Спектральное Изображение Корональной Среды (Spectral Imaging of the Coronal Environment)
SPICE откроет свойства солнечного переходного региона и короны путем измерения экстремальных ультрафиолетовых волн с помощью плазмы. Эти данные будут сопоставлены со свойствами солнечного ветра, которые впоследствии будут обнаружены инструментами на месте космического аппарата. Ведущий следователь по операциям фазы: Фредерик Ошер, МСУ, Орсе, Франция

STIX: Рентгеновский спектрометр / телескоп  (X-ray Spectrometer/Telescope)
STIX обнаружит рентгеновское излучение, исходящее от Солнца. Оно может быть от горячей плазмы, часто связанной со взрывной магнитной активностью, такой как солнечные вспышки. STIX предоставит данные о времени, местоположении, интенсивности и энергии этих событий, чтобы можно было лучше понять их влияние на солнечный ветер. Главный следователь: Säm Krucker, FHNW, Виндиш, Швейцария

14/02/2020, источник: ESA