BepiColombo

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
BepiColombo
BepiColombo spacecraft model.png
Mercury Planetary Orbiter (ліворуч) та Mercury Magnetospheric Orbiter (праворуч) в уяві художника
Основні параметри
Виготівник Astrium, ISAS
Оператор ЄКА ААДЯ
Тип апарата дослідницький зонд
Нині рухається до Меркурій
Штучний супутник Меркурій
Вихід на орбіту Заплановано: 5 грудня 2025
Дата запуску 20 жовтня 2018
Ракета-носій Аріан-5
Космодром Куру[1]
Технічні параметри
Маса 4100 кг
Розміри MPO: 2,4×2.2×1.7 м
Mio: 1,8×1.1 м[2]
Потужність MPO:150 Вт
Mio:90 Вт
Джерела живлення Сонячні панелі
Вебсторінка
Вебсторінка sci.esa.int/bepicolombo/
global.jaxa.jp/projects/sat/bepi/

BepiColombo — спільна космічна автоматична місія до Меркурія Європейської космічної агенції (ЄKA) і Японського агентства аерокосмічних досліджень (JAXA)[3]. Місія складається з двох апаратів, які запущені разом: Mercury Planetary Orbiter (MPO) та Mio (Mercury Magnetospheric Orbiter, MMO)[4]. Місія здійснить всебічне дослідження Меркурія: магнітне поле, магнітосферу, структуру і поверхню. Запуск успішно здійснено 20 жовтня 2018 року у 01:45 UTC, прибуття до Меркурія планується у грудні 2025, після обльоту Землі, двох обльотів Венери і шістьох обльотів Меркурія[2][5]. Місія була затверджена у листопаді 2009-го, після років планування і має стати частиною програми ЄКА Horizon 2000+[6]. Це остання місія за цією програмою[7].

Місія[ред. | ред. код]

BepiColombo названо на честь італійського математика та інженера Джузеппе Коломбо[en] (19201984) з університету Падуї, відомого під ім'ям «Bepi Colombo». Він розробив теорію гравітаційного маневру, яка застосовується для польотів космічних апаратів до інших планет. Коломбо брав участь у розробці траєкторії корабля Марінер-10, космічного апарату, який другий зробив гравітаційний маневр (поблизу Венери).

Місія складається з трьох компонентів[8]:

  • Mercury Transfer Module (MTM) — рухова установка, сконструйована ЄКА.
  • Mercury Planetary Orbiter (MPO) — побудований ЄКА.
  • Mercury Magnetospheric Orbiter (Mio) — побудований ААДЯ.
Заплановані орбіти для апаратів Mio і MPO, двох складових місії BepiColombo

Головний підрядник ЄКА — Airbus Defence and Space[9]. ЄКА відповідальна за місію загалом, конструкцію, етап збірки і тестування рухової установки і модулей MPO, запуск. Два зонди планується запустити ракетою-носієм Аріан-5 у жовтні 2018 року. Станція подорожуватиме до Меркурія сім років використовуючи іонні двигуни і гравітаційні маневри довкола Землі, Венери, після чого буде захоплений гравітацією Меркурія[2]. Наземна 35-метрова станція ЄКА Cebreros забезпечуватиме зв'язок з апаратом.

Апарати вийдуть на орбіту Меркурію 5 грудня 2025 р., Mio та MPO відділяться і досліджуватимуть Меркурій один рік, з можливим подовженням на рік[2]. Вони будуть обладнані науковими інструментами країн ЄС і Японії. Інструменти мають охарактеризувати велике металеве ядро планети (​3⁄4 радіусу планети) і здійснити картографування гравітаційного і магнітного полів. Росія забезпечить інструменти: гамма- та нейтронний спектрометр для виявлення водяного льоду у полярних кратерах, які перманентно перебувають у тіні від Сонця.

Меркурій надто малий і гарячий для його гравітації, щоб зберегти атмосферу впродовж тривалого періоду. Він має «слабу поверхневу екзосферу»[10], яка складається з водню, гелію, кисню, натрію, кальцію, калію. Екзосфера планети не стабільна, атоми постійно втрачаються і поповнюються з різних джерел, місія вивчатиме їх склад і динаміку, в тому числі покоління і втрату атомів.

Цілі[ред. | ред. код]

Головні цілі місії[1][11]:

  • Дослідити походження й еволюцію планети, близької до своєї батьківської зірки.
  • Дослідити форму планети, структуру, поверхню, геологію, склад і кратери.
  • Дослідити склад і зміни в екзосфері планети.
  • Дослідити магнітосферу — структуру й динаміку змін.
  • Дослідити походження магнітного поля Меркурія
  • Перевірити загальну теорію відносності Ейнштейна вимірюючи параметри гамма і бета параметризованого постньютонівського формалізму з високою точністю[12][13].

Огляд місії[ред. | ред. код]

Політ триватиме сім років. Прибуття в район Меркурія очікується у грудні 2025 року. BepiColombo матиме електроракетні двигуни, випробувані на зонді Смарт-1. Для економії палива протягом польоту BepiColombo здійснить чотири гравітаційних маневри в полі тяжіння Місяця, Землі (квітень 2020), Венери (2020 і 2021) й шість обльотів Меркурія (2021—2025)[2].

Космічний апарат залишить Землю з гіперболічною швидкістю 475 км/с. Спочатку апарат знаходитиметься на орбіті, схожій на орбіту Землі. Після того, як станція і Земля здійснять по півтори орбіти, апарат повернеться на орбіту Землі для гравітаційного маневру і змінить напрям руху і подорожуватиме до Венери. Два обльоти довкола Венери зменшать перигелій майже до відстані Меркурія майже не потребуючи тяги. Послідовність шести обльотів Меркурія зменшить швидкість до 1.76 км/с. Після четвертого обльоту космічний апарат подорожуватиме майже тією ж самою орбітою, що і Меркурій і залишиться в загальній зоні Меркурія. Чотири останні маневри зменшать швидкість, до моменту, коли Меркурій захопить апарат у своє гравітаціне поле 5 грудня 2025 в районі полюсу. Необхідний лише один невеликий маневр, щоб вивести апарат на орбіту з апоцентром 178 000 км. Апарат використає хімічні двигуни[14][15].

Етапи місії[ред. | ред. код]

Графік руху місії виглядає так[2]:

Дата Подія Коментар
20 жовтня 2018 Запуск
6 квітня 2020 Обліт Землі 1,5 роки після запуску
12 жовтня 2020 Перший обліт Венери
11 серпня 2021 Другий обліт Венери 1,35 роки Венери після першого обльоту Венери
2 жовтня 2021 Перший обліт Меркурію
23 червня 2022 Другий обліт Меркурію 2 орбіти (3 роки Меркурія) після першого обльоту Меркурія
20 червня 2023 Третій обліт Меркурію >3 орбіти (4,12 роки Меркурія) після 2 обльоту Меркурію
5 вересня 2024 Четвертий обліт Меркурію ~4 орбіти (5,04 роки Меркурія) після 3 обльоту Меркурію
2 грудня 2024 П'ятий обліт Меркурію 1 орбіта (1 рік Меркурія) після 4 обльоту Меркурію
9 січня 2025 Шостий обліт Меркурію ~0,43 орбіти (0,43 роки Меркурія) після 5 обльоту Меркурію
5 грудня 2025 Вихід на орбіту Меркурію Відділення апарату; 3.75 роки Меркурію після шостого обльоту
14 березня 2026 MPO на фінальній дослідницькій орбіті 1,13 роки Меркурію після виходу на орбіту
1 травня 2027 Кінець основної місії 5,82 роки Меркурію після виходу на орбіту
1 травня 2028 Кінець розширеної місії 9,98 роки Меркурію після виходу на орбіту

Склад[ред. | ред. код]

Mercury Transfer Module[ред. | ред. код]

Mercury Transfer Module у великому космічному симуляторі

Mercury Transfer Module (MTM) розташований в основній конструкції. Його мета — нести два орбітальних апарати до Меркурія і технічно їх підтримувати під час подорожі.

МТМ обладнаний двигунами на електричній тязі. Його чотири іонні двигуни QinetiQ T6 мають здатність працювати по одному або у парі і генерують тягу у 290 мН[16]. Під час запуску T6 будуть найпотужнішими іонними двигунами, які коли-небудь працювали у космосі. MTM використовуватиме електричну тягу використовуючи 14 метрові сонячні панелі[17]. Залежно від відстані до Сонця потужність батарей складатиме 7 і 14 кВт, кожен Т6 потребує між 2,5 і 4,5 кВт відповідно до необхідного рівня тяги.

Сонячна електрична рухова система зазвичай має дуже високий питомий імпульс і низьку тягу. Це призводить до профілю політу з довгими місячними фазами повільного гальмування, які перериваються гравітаційними маневрами довкола планет, щоб поступово зменшити швидкість космічного зонда. Перед виходом на орбіту Меркурія, МТМ буде від'єднаний від корпусу космічного зонда[17]. Після відділення МТМ забезпечить Міо всі необхідні ресурси для доставки зонда на орбіту, від'єднання Міо від МРО має здійснюватись за допомогою спеціального пристрою.

Mercury Planetary Orbiter[ред. | ред. код]

Mercury Planetary Orbiter у великому космічному симуляторі
Радіо тестування орбітального апарата BepiColombo

Mercury Planetary Orbiter (MPO) важитиме 1150 кг і використовуватиме сонячні панелі, які будуть здатні генерувати 1 кВт за участі оптичних сонячних рефлекторів для збереження температури нижче 200 °C. Сонячні панелі мають бути направлені до Сонця за низького кута падіння світла, щоб отримати достатню потужність, одночасно обмежуючи температуру[17].

MPO матиме 11 наукових інструментів: камери, спектрометри (інфрачервоний, ультрафіолетовий, гамма, рентгенівський), радіометр, лазерний альтиметр, магнітометр, аналізатор часток, Ка-діапазонний транспондер, акселерометр. Наукові інструменти вмонтовані з надірної сторони космічного апарату для досягнення низьких температур детекторів, окрім спектрометрів MERTIS і PHEBUS, які розташовані на головному радіаторі для забезпечення більш широкого поля огляду[17].

Високочастотна 1-метрова антена з тепловим захистом закріплена на короткій стрілі з зенітної сторони апарату. Система зв'язку представлена у Ка- та Х-діапазонах зі швидкістю передачі даних 50 кбіт/с і загальною швидкістю 1550 Гб/рік. Наземна станція ЄКА «Цереброс» з 35-метровою антеною має бути головним центром зв'язку впродовж всієї місії[17].

Наукові інструменти[ред. | ред. код]

Має 11 наукових приладів[18][19]:

  • BELA (BepiColombo Laser Altimeter) — побудований Швейцарією і Німеччиною.
  • ISA (Italian Spring Accelerometer) — побудований Італією.
  • MERMAG (Mercury Magnetometer) — побудований Німеччиною і Великою Британією.
  • MERTIS-TIS (Mercury Thermal Infrared Spectrometer) — побудований Німеччиною.
  • MIXS (Mercury Imaging X-ray Spectrometer) — побудований Великою Британією і Фінляндією.
  • MORE (Mercury Orbiter Radio science Experiment) — побудований Італією і США.
  • SERENA (Search for Exosphere Refilling and Emitted Neutral Abundances (Neutral and ionised particle analyser)) — побудований Італією, Швецією, Австрією, США, має у складі Strofio mass spectrometer за програмою НАСА Discovery.
  • SIMBIO-SYS (Spectrometers and Imagers for MPO BepiColombo Integrated Observatory System) (High resolution and stereo cameras, visual and near infrared spectrometer) — побудований Італією, Францією і Швейцарією.
  • SIXS (Solar Intensity X-ray Spectrometer) — побудований Фінляндією і Великою Британією.
  • PHEBUS (Probing of Hermean Exosphere by Ultraviolet Spectroscopy)[20] — ультрафіолетовий спектрометр для вимірювання складу і динаміки екзосфери Меркурія. Головний розробник — Національний центр космічних досліджень Франції. Розробка відділу фізики планет ІКД РАН — вхідний оптичний блок із системою наведення приладу в заданому напрямку. Так само в розробці бере участь Японія.
  • МГНС (Меркуріанський гамма- та нейтронний спектрометр) або MGNS(Mercury Gamma ray and Neutron Spectrometer)[21]. Завдання: вивчення елементного складу речовини поверхні Меркурія, що дозволить уточнити уявлення про утворення і еволюцію планети; виміри відносини калію до торію та зіставлення цієї величини з тими, що відомі на інших планетах земної групи, а також вивчення полярних районів Меркурія і зіставлення їх з полярними районами Місяця. Прилад розроблений у відділі ядерної планетології ІКД РАН.

Mio (Mercury Magnetospheric Orbiter)[ред. | ред. код]

Mio у випробувальній камері перед встановленням

Mio або Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO), побудований і доставлений з Японії, має форму короткої октагональної призми 180 см у довжину і 90 см у висоту[1][22]. Загальна маса — 285 кг, в тому числі 45 кг наукового обладнання[1][23].

Mio має обертатися довкола екватора Меркурія зі швидкістю 15 обертів за хвилину і вийде на високоеліптичну полярну орбіту (400 км на 12 000 км) ззовні орбіти МРО[23]. Верхня і нижня частина апарату мають радіатори з ребрами для регулювання температури. Сторони вкриті сонячними панелями, які здатні генерувати 90 Вт енергії. Зв'язок здійснюватиметься за допомогою 0,8-метрової Х-діапазонної посиленої антени і двох антен середньої потужності також Х-діапазону. Потужність обладнання забезпечуватиме повернення даних 160 Гб/рік, 5 кб/с, чого буде досить більш ніж на рік. Рухова установка і маневрові системи апарату засновані на тязі холодного газу. Після виходу на орбіту Меркурія Міо має керуватись з Sagamihara Space Operation Center використовуючи Космічний Центр Далекого Зв'язку Усуда, за допомогою 64 м антени, розташованої у префектурі Наґано, Японія[18].

Mercury Magnetospheric Orbiter названий Міо 8 червня 2018 року. Японською Міо означає водний шлях для суден і символізує дослідження і розвиток, який досягнутий на сьогодні, а також побажання безпечної подорожі. Космічний апарат дослідить сонячний вітер, що протікає повз і досягає магнітосфери Меркурія, так само як і корабель рухається крізь течії. Міо був обраний серед 6494 пропозицій[4].

Наукові інструменти[ред. | ред. код]

Має п'ять груп наукових інструментів загальною масою 45 кг[1][18]:

  • MPPE (Mercury Plasma Particle Experiment) — вивчатиме плазму і нейтральні частинки з планети, магнітосфери і міжпланетний сонічний вітер, інструмент складається зі складових:
  • Mercury Electron Analyzers (MEA1 та MEA2)
  • Mercury Ion Analyzer (MIA)
  • Mass Spectrum Analyzer (MSA)
  • High-Energy Particle instrument for electrons (HEP-ele)
  • High-Energy Particle instrument for Ions (HEP-ion)
  • Energetic Neutrals Analyzer (ENA)
  • Mercury Magnetometer (MMO-MGF) — вивчатиме магнітне поле Меркурія, магнітосферу і міжпланетний сонячний вітер
  • Plasma Wave Investigation (PWI) — вивчатиме електричне поле, електромагнітні хвилі і радіо хвилі від магнітосфери і сонячного вітру
  • MSASI (Mercury Sodium Atmospheric Spectral Imager)[24] — камера спостереження в променях натрію, розробляється в кооперації Росії та Японії. Головне завдання приладу — визначення причин появи натрію в екзосфері Меркурія.
  • Mercury Dust Monitor (MDM) — вивчатиме пил від планети і у міжпланетному просторі.

Mercury Surface Element[ред. | ред. код]

Mercury Surface Element був скасований у 2003 році через нестачу коштів[7]. До скасування, MSE мав бути невеликим 44 кг спускним апаратом, який був би спроектований для роботи впродовж тижня на поверхні Меркурію[14]. Розміри: диск діаметром 0,9 м, мав би приземлитись під кутом 85° біля термінатору. Маневри двигуна призвели б до нульової швидкості на висоті 120 м, після чого рухова установка мала б від'єднатись і активувались би повітряні подушки, модуль впав би на поверхню з максимальною швидкістю 30 м/с. Наукові дані мали бути зібрані і відправлені за допомогою крос-дипольної UHF антени до Міо або МРО. Спускний апарат мав би нести 7 кг наукового навантаження: спускна і поверхнева камери, спектрометр Х-променів, магнітометр, сейсмометр, пристрій для проникнення в грунт і мікро-ровер[25].

Див. також[ред. | ред. код]

Примітки[ред. | ред. код]

  1. а б в г д MIO/BepiColombo. JAXA. 2018. Процитовано 9 July 2018. 
  2. а б в г д е Помилка цитування: Неправильний виклик <ref>: для виносок FACTS не вказаний текст
  3. Amos, Jonathan (18 January 2008). European probe aims for Mercury. BBC News. Процитовано 21 January 2008. 
  4. а б JAXA (8 June 2018). "MIO - Mercury Magnetospheric Orbiter's New Name". Прес-реліз. Переглянутий 9 June 2018.
  5. BepiColombo Launch Rescheduled for October 2018. European Space Agency. 25 November 2016. Процитовано 14 December 2016. 
  6. BepiColombo Overview. European Space Agency. 5 September 2016. Процитовано 13 March 2017. 
  7. а б European Space Agency (7 November 2003). "Critical Decisions on Cosmic Vision". Прес-реліз. Переглянутий 14 December 2016.
  8. Hayakawa, Hajime; Maejima, Hironori (2011). BepiColombo Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO) 9th IAA Low-Cost Planetary Missions Conference. 21–23 June 2011. Laurel, Maryland. 
  9. BepiColombo to Enter Implementation Phase. European Space Agency. 26 February 2007. 
  10. Domingue, Deborah L.; Koehn, Patrick L. та ін. (August 2007). Mercury's Atmosphere: A Surface-Bounded Exosphere. Space Science Reviews 131 (1–4): 161–186. Bibcode:2007SSRv..131..161D. doi:10.1007/s11214-007-9260-9. 
  11. BepiColombo: Fact Sheet. European Space Agency. 1 December 2016. Процитовано 13 December 2016. 
  12. BepiColombo - Testing general relativity. European Space Agency. 4 July 2003. Архів оригіналу за 7 February 2014. Процитовано 7 February 2014.  Проігноровано невідомий параметр |dead-url= (довідка)
  13. Einstein's general relativity reveals new quirk of Mercury's orbit. Emily Conover, Science News. April 11, 2018,
  14. а б BepiColombo. National Space Science Data Center. NASA. 26 August 2014. Процитовано 6 April 2015. 
  15. Mission Operations - Getting to Mercury. European Space Agency. Процитовано 7 February 2014. 
  16. Clark, Stephen D.; Hutchins, Mark S. та ін. (2013). BepiColombo Electric Propulsion Thruster and High Power Electronics Coupling Test Performances 33rd International Electric Propulsion Conference. 6–10 October 2013. Washington, D.C. IEPC-2013-133. 
  17. а б в г д Mercury Planetary Orbiter - Spacecraft. European Space Agency. 20 October 2011. Процитовано 6 February 2014. 
  18. а б в MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter) : Objectives. JAXA. 2011. Процитовано 7 February 2014. 
  19. Mercury Planetary Orbiter - Instruments. European Space Agency. 15 January 2008. Процитовано 6 February 2014. 
  20. Ультрафиолетовый спектрометр PHEBUS. ИКИ РАН. Отдел физики планет и малых тел Солнечной системы. 
  21. Меркурианский гамма и нейтронный спектрометр МГНС для проекта ЕКА «БепиКоломбо». ИКИ РАН. Отдел №63 "Ядерной планетологии". 
  22. Yamakawa, Hiroshi; Ogawa, Hiroyuki та ін. (January 2004). Current status of the BepiColombo/MMO spacecraft design. Advances in Space Research 33 (12): 2133–2141. Bibcode:2004AdSpR..33.2133Y. doi:10.1016/S0273-1177(03)00437-X. 
  23. а б Mercury Exploration Project "BepiColombo". JAXA. 2014. Процитовано 6 April 2015. 
  24. Камера наблюдения в лучах натрия MSASI. ИКИ РАН. Отдел физики планет и малых тел Солнечной системы. 
  25. BepiColombo's lander. European Space Agency. 20 February 2002. Процитовано 7 February 2014. 

Посилання[ред. | ред. код]