Користувач:Liliya Klepko/Чернетка

Стартова та тестова фаза

Положення точки Лагранжа L2

Траєкторія космічного корабля Gaia до точки Лагранжа Сонце-Земля L2 і подальшої орбіти Ліссажу навколо L2

Стартовий етап

Запуск відбувся 19 грудня 2013 року о 9:12 ранку UTC  за допомогою чотириступінчастої російської ракети "Союз-СТ" з розгінним ступенем "Фрегат" з Космічного центру Гвіани поблизу Куру у Французькій Гвіані. Спочатку запланований на 20 листопада 2013 року, він був перенесений з технічних причин. Стартова маса зонда становила 2030 кг, з яких 710 кг припадало на корисне навантаження, 920 кг на службовий модуль і 400 кг на паливо.

Ступінь Фрегат вийшов на орбіту на висоті 175 км. Через одинадцять хвилин він був запущений знову, вивівши зонд на перехідну орбіту. "Фрегат" відокремився через 42 хвилини після зльоту, а сонцезахисний екран був розширений майже через 90 хвилин.

Тестовий етап

8 січня 2014 року Gaia вийшла на орбіту навколо точки Лагранжа L2 Сонце-Земля. Точка L2 розташована на лінії Сонце-Земля приблизно в 1,5 мільйонах кілометрів позаду Землі, що приблизно в чотири рази більше, ніж відстань від Землі до Місяця. Ця гравітаційна точка рівноваги обертається навколо Сонця на фіксованій відстані від Землі і дозволяє більш безперебійно бачити космос, ніж з орбіти нижче від Землі. Gaia прийняла орбіту Ліссажу на відстані 263 000 км × 707 000 км × 370 000 км навколо L2, таким чином гарантуючи, що вона не буде входити в затемнення (в тінь Землі щодо Сонця) протягом приблизно п’яти років, оскільки тепловий баланс Gaia потрібно дуже ретельно контролювати. Останнє вплине на енергопостачання та тимчасово знизить якість зображення через теплове розширення оптичних компонентів при зміні температури. Зонд проходив інтенсивні випробування протягом приблизно півроку під час етапу введення в експлуатацію, а також передачі даних, обробки даних і позиціонування. Робота, виконана для підключення всіх компонентів сервісного модуля Gaia, пройшла добре, наукове навантаження Gaia також працювало відмінно. Однак ближче до початку введення в експлуатацію було виявлено три проблеми, що впливали на продуктивність корисного навантаження: забруднення, розсіяне світло і періодичні варіації основного кута. Розсіяне світло збільшує фон, який виявляє Gaia, і, отже, пов’язаний із цим шум. Вплив є найбільшим для найслабших зірок, але мінімальний - на яскравіші зірки.

Калібрування

Фаза випробувань завершилася 18 липня 2014 року. А 25 липня 2014 року, Gaia розпочав фазу калібрування, скануючи небо протягом 28 днів, під час чого проводилися інтенсивні вимірювання полюсів екліптики та розпочався збір наукових даних. Протягом цих 28 днів Gaia працював у режимі Закону сканування полюсів екліптики (Ecliptic Poles Scan Law, EPSL), у якому два небесних полюси вимірювалися двічі з кожним обертом. Для вимірювання полюсів перед стартом був створений Каталог полюсів екліптики (EPC, пізніше Gaia Ecliptic Pole Catalog, GEPC). Каталог GEPC V. 3.0 містить 612 946 об'єктів із поля в один квадратний градус кожен на північному та південному полюсах. Північний полюс відносно бідний на зірки і містить 164 468 об'єктів, тоді як південний полюс все ще знаходиться в районі Великої Магелланової Хмари і містить 448 478 об'єктів.

Номінальна операція

Після калібрування вимірювання було розширено, щоб охопити всю область неба. Відтоді Gaia перебуває в Законі про номінальне сканування (NSL), у звичайному «режимі сканування». Спочатку гідразинові двигуни повинні були коригувати курс зонда приблизно раз на місяць. Тепер інтервал між коригуючими маневрами становить від 3 до 4 місяців.

Наземний контроль

Центр управління ESOC

Наземне управління (Mission Operation Centre, MOC) знаходиться в Європейському центрі космічних операцій (European Space Operations Centre, ESOC) у Дармштадті, Німеччина. Наземне управління використовує дані телеметрії та відповідає за планування траєкторії польоту, відстеження положення, напрямку та швидкості та внесення будь-яких коригувань курсу. Він відповідає за зв’язок, передає план спостереження на зонд і обслуговує програмне забезпечення на борту, забезпечує синхронізацію годинників і контролює роботу комп’ютерів, використання пам’яті тощо. ESOC втручається в разі несподіваної події або при виникненні операційного збою, аналізує проблему, намагається мінімізувати наслідки та повертає зонд у нормальний режим роботи. Наземний контроль також піклується про калібрування двигунів і навігаційних приладів. Він відповідає за планування та розподіл відповідних можливостей завантаження мережі ESTRACK, враховуючи потреби інших місій, що виконуються одночасно. Будуть використані три наземні станції (Cebreros, Іспанія, New Norcia, Австралія та Malargüe, Аргентина). Дані з усіх трьох антен збираються на наземному диспетчері та пересилаються звідти до Європейського центру космічної астрономії (ESAC). ESOC обробляє дані наземного оптичного пристрою стеження (Ground Based Optical Tracking, GBOT) для визначення положення та реконструкції траєкторії, що є основою для точного розрахунку положення об’єкта.

Наукові операції

У той час як ESOC управляє космічним корабель і контролює його комунікації, увесь науковий контроль належить Науково-операційному центру (Science Operation Centre, SOC), який розташований поблизу Мадрида, Іспанія. Усі оцінки наукових даних, а також наукові операції, зберігання, управління та розповсюдження даних здійснюються через ESAC у Віллафранці. SOC вибирає стратегію спостереження (закон сканування), здійснює генерування наукового розкладу, тобто прогнозованої бортової швидкості передачі даних відповідно до закону оперативного сканування та моделі неба, створює файл уникнення, що містить періоди часу, коли перерви в науковому зборі виявляться особливо шкідливими для кінцевих продуктів місії та інше. Вчені знають щільність зірок і, отже, кількість згенерованих даних, і передають цю інформацію в ESOC для планування потреб у зв’язку.

Стратегія спостереження

Метод сканування Gaia

Спостереження проводиться з контрольованої орбіти Ліссажу навколо точки Лагранжа L2. Під час фази спостереження зонд безперервно обертається навколо власної осі з високою точністю на постійній швидкості, при цьому швидкість обертання синхронізована зі швидкістю зчитування датчиків. За шість годин зонд використовує свої два поля спостереження, щоб зафіксувати об’єкти у вузькій смузі неба на 360°, перпендикулярній до осі обертання. Оскільки два поля спостереження знаходяться на відстані 106,5°, об’єкт проходить через обидва поля спостереження одне за одним з інтервалом 106,5 хвилин. Окремі датчики охоплюються за 4,4 секунди; цей час також є часом експозиції. Вісь обертання не вказує в фіксованому напрямку в просторі, а рухається дуже повільно, круговим рухом і описує коло за 63 дні, так що смуга спостереження потім рухається далі, і все небо оглядається. У середньому кожен об’єкт на небі спостерігають близько 70 разів. Протягом усього періоду спостереження зонд знаходиться під кутом 45° сонцезахисним екраном до сонця. Для виявлення об’єкти повинні бути меншими за 500-600 mas у діаметрі, що виключає виявлення планет і деяких їхніх супутників, а також деяких астероїдів.

Наземний оптичний блок стеження

Delta-DOR: почергове вимірювання зонда та квазара

Для точних розрахунків позиція зонда повинна бути відома дуже точно в будь-який час, зокрема, повинна бути відома довжина базової лінії для вимірювання паралакса. Абсолютна швидкість по відношенню до барицентру Сонячної системи має бути відома з точністю до 2,5 мм/с, а абсолютне положення – з точністю до 150 м. Щоб визначити відстань до зонда, ESOC проводить регулярні вимірювання часу проходження радіосигналів з точністю до 5 метрів. Швидкість у радіальному напрямку до та від спостерігача може бути визначена як 0,1 мм/с за допомогою доплерівського вимірювання.

Дуже точним методом вимірювання положення є метод Delta-DOR, для якого потрібні дві антени, розташовані на великій відстані одна від одної, які з точністю до міліметра одночасно відстежують космічний зонд. Станції посилають сигнали, які приймає космічний корабель і негайно відправляє назад. Визначається різниця в часі між моментом надсилання сигналу та моментом надходження сигналу на дві станції. В принципі, це відповідає різниці вимірювання часу двостороннього проходження, на основі якого можна тріангулювати відстань і позицію. Відстань до космічного корабля визначається шляхом вимірювання часу, який потрібен радіосигналу для проходження до космічного корабля та назад на Землю. Delta DOR може забезпечити для Gaia вимірювання з точністю приблизно до 22 метрів. Однак неможливо зробити дві антени мережі ESTRACK доступними протягом усього періоду спостереження, оскільки інші місії також мають доступ до антен.

Один із телескопів стеження знаходиться в обсерваторії Паранал у Чилі (VST на дальньому кінці гірського плато)

Цю проблему вирішує наземний оптичний блок стеження (GBOT): протягом усього періоду місії оптичні телескопи регулярно дивляться на зонд і записують його положення та час, щоб точне положення зонда обчислювалося для будь-якого заданого часу. Цю процедуру було успішно випробувано перед запуском на набагато меншому зонді WMAP і космічному телескопі Планка, обидва з яких працювали на L2. Положення оцінюється відносно еталонних зірок. Оскільки їх положення, паралакси та рухи стають більш відомими лише після спостереження та оцінки, визначення положення повторюється рекурсивно з покращеними даними: точніше визначення положення зонда, у свою чергу, покращує точність вимірювань положення опорних зірок, а тому на. GBOT не може спостерігати за зондом протягом п’яти-семи днів під час повного місяця, оскільки в цей час Місяць знаходиться в напрямку L2 від Землі та затіняє Гею. Протягом цього часу вимірювання дельта DOR можуть компенсувати прогалини, щоб не було втрати якості даних про місцезнаходження. ESOC оцінює як радіовимірювання, так і спостереження з GBOT для реконструкції орбіти.

Телескопи стеження включають 2,5-метровий оглядовий телескоп ESO VLT (VST) у Параналі в Чилі, 2-метровий Ліверпульський телескоп у Роке-де-лос-Мучачос, Ла-Пальма, Іспанія, і 2-метрові телескопи Фолкс на півночі та півдні, які знаходяться у обсерваторії Халеакала на Мауї Айленд (Гаваї, США) та обсерваторія Сайдінг Спрінг в Австралії відповідно. Ці телескопи працюють частково автоматично. Деякі з них також беруть участь у «Мережі спостереження за об’єктами Сонячної системи Gaia» (Gaia Follow-Up Network for Solar System Objects, Gaia-FUN-SSO) у відстеженні орбіт нещодавно знайдених об’єктів Сонячної системи.