«Юнона» останется на орбите Юпитера ( 10 фото + 1 гиф + 1 видео )
- 21.02.2017
- 1 165
Зонд «Юнона», исследующий Юпитер, застрял на промежуточной 53-дневной орбите. Что стало причиной неудачи НАСА, рассказывает Филипп Терехов.
Шутка NASA о том, что на Юпитере "не бывает Дня сурка" оказалась неудачной. Зонд "Юнона", который должен был провести на промежуточной 53-дневной орбите только два витка, застрял на ней окончательно - на днях в NASA приняли решение не принимать попыток перейти на научную 14-суточную орбиту. Официальный пресс-релиз написан настолько оптимистично, что миссия на 53-дневой орбите выглядит чуть ли не лучше изначально запланированной. Самое время поговорить о том, что произошло, какие варианты действий были у команды управления миссией, и чем заняться нам, простым зрителям.
Южное полушарие Юпитера, фото NASA, обработка C.Harvey
Подвели клапаны
Маршевый двигатель "Юноны" включался как минимум три раза - на двух коррекциях траектории в 2012 и при торможении у Юпитера 5 июля 2016 года. И эти маневры проходили без заметных проблем. Зонд успешно долетел до Юпитера и вышел на промежуточную орбиту периодом 53 суток. По плану 19 октября он должен был перейти на научную 14-суточную орбиту. Но этого не случилось.02.jpg
Промежуточные орбиты зеленые, научные - синие. Изображение NASA
15 октября, при поверке систем перед маневром, клапаны наддува гелия вместо нескольких секунд открывались несколько минут. Этого оказалось достаточно, чтобы запланированный маневр отменили. Для чего нужны эти клапаны? При нормальной работе они открываются перед включением двигателя, гелий давит на мембрану и обеспечивает подачу топлива и окислителя в двигатель под постоянным давлением.
Сферические баки с топливом (синий) и окислителем (зеленый), цилиндрические баки гелия (фиолетовый)
У "Юноны" есть специальная система подогрева баков и топливной системы, которая в норме включается за несколько недель до маневра и гарантирует, что топливо и арматура топливной системы не замерзли. Неизвестно, пытались ли инженеры еще несколько недель погреть клапаны и пробовали ли снова их переключать, этот вариант в интервью представителей команды "Юноны" не упоминался. Второй способ обойти проблему состоит в том, чтобы игнорировать клапаны и включить двигатель на давлении компонентов, которое есть баках сейчас. В процессе работы двигателя давление будет падать, на не очень долгий маневр его запаса хватит, а сравнительно простая конструкция двигателя не имеет категорических запретов для такого типа работы. Но маршевый двигатель Leros-1b, который стоит на "Юноне", не испытывался в таком режиме, и ЦУП решил не рисковать.
Двигатели семейства Leros, фото компании-производителя Moog
На "Юноне" также стоит набор двигателей системы ориентации. Они используют только топливо, без окислителя, из того же бака, что и маршевый двигатель, и специально рассчитаны на то, чтобы в случае полного отказа маршевого двигателя суметь свести "Юнону" с орбиты и сжечь в Юпитере, гарантированно избежав случайного занесения земных микроорганизмов на спутники газового гиганта. Теоретически, их можно использовать для перехода на научную орбиту, но они сравнительно слабые, и маневр потребует нескольких витков. Дело в том, что для понижения апоцентра (верхней точки орбиты) маневр надо проводить в районе перицентра (нижней точки орбиты), а там скорость аппарата максимальна, и этот участок "Юнона" пролетает очень быстро. Финальный же маневр схода с орбиты в атмосферу Юпитера будет проводиться в апоцентре, где скорости минимальны, и можно спокойно часами держать двигатель включенным. Несмотря на принципиальную реализуемость, этот вариант также не был упомянут представителями команды миссии.
Из всего вышесказанного следует, что ЦУП больше всего боится сделать ситуацию хуже. Параметры промежуточной орбиты были выбраны не наобум, и на ней вполне можно собирать научные данные, а переход на незапланированную орбиту в случае отказа двигателя в процессе маневра может ухудшить дело. Официальный пресс-релиз даже хвалится тем, что на промежуточной орбите можно будет собрать "бонусные" научные данные на удаленных участках, которые находятся выше, чем изначально запланированная орбита. Кроме этого, на промежуточной орбите ниже радиационная нагрузка, что даст "Юноне" возможность работать дольше. Но, понятное дело, пресс-релиз подчеркивает хорошие стороны ситуации, а не плохие. Какие проблемы даст пребывание на промежуточной орбите?
Прежде всего, текущий бюджет миссии "Юнона" рассчитан до июля 2018, потому что на штатной орбите зонд сожгли бы в атмосфере еще в феврале того же года. Но на промежуточной орбите к этому времени получится сделать только 12 витков вместо плановых 36. А это означает либо сокращение научной программы, либо необходимость продления миссии за счет дополнительных средств из бюджета NASA. В принципе, продление программы миссии стоит немного, и вероятность, что на "Юнону" дадут еще денег, велика, но, все-таки, не стопроцентна.
Следующая проблема связана с тем, что зонд работает от солнечных батарей. На промежуточной орбите в 2019 году "Юнона" начнет залетать в тень Юпитера, что совершенно неприемлемо. Поэтому плоскость орбиты нужно будет повернуть. К счастью, маневр не потребует большого изменения скорости, и с этой задачей вполне справятся двигатели ориентации.
Так что, несмотря на отказ от попыток вывести зонд на запланированную орбиту, Юнона имеет шансы успешно выполнить свою миссию.
Чем бы заняться
Основные научные приборы "Юноны" работают в невидимых глазу диапазонах и собирают данные, которые будут выражаться скучными графиками. Но пиарщики NASA не зря едят свой хлеб - на зонде установлена камера Junocam, которая делает красивые фотографии. Мало того, на сайте миссии регулярно проводятся голосования, какие из потенциально интересных участков снимать. Я бы рекомендовал сделать заметку в ежедневниках - следующий тур голосования пройдет с 10 по 15 марта и определит места съемки при пятом сближении с Юпитером 27 марта. По оценкам инженеров, камера должна будет проработать минимум семь витков и сломаться не раньше осени этого года.
Любопытно, что на сайте миссии в одном разделе лежат как исходные фотографии, так и результат их обработки, присланный энтузиастами. Похоже, что принимают практически любую работу, потому что профессионально обработанные фотографии соседствуют с несерьезными и даже странными.
Свежее фото южного полюса, снятое на четвертом сближении с Юпитером 2 февраля. Обработка Романа Ткаченко.
Серп Юпитера и тень Ганимеда, обработка Романа Ткаченко.
А это изображение обработано David W. Thomson III для большего контраста необычных продолговатых вихрей
Сближение с Юпитером 2 февраля, в кадре северное полушарие, автор коллажа Philosophia-47.
"Юпитер улыбается на фото", обработка David W. Thomson III.
"Электрический ветер", автор CosmEffect.
"Мяу космического кота", автор Wintje (теперь вы поняли, ради чего все это писалось :) )
Видео Winter Bynes, концептуальное до упоротости, с авторской музыкой.
Шутка NASA о том, что на Юпитере "не бывает Дня сурка" оказалась неудачной. Зонд "Юнона", который должен был провести на промежуточной 53-дневной орбите только два витка, застрял на ней окончательно - на днях в NASA приняли решение не принимать попыток перейти на научную 14-суточную орбиту. Официальный пресс-релиз написан настолько оптимистично, что миссия на 53-дневой орбите выглядит чуть ли не лучше изначально запланированной. Самое время поговорить о том, что произошло, какие варианты действий были у команды управления миссией, и чем заняться нам, простым зрителям.
Южное полушарие Юпитера, фото NASA, обработка C.Harvey
Подвели клапаны
Маршевый двигатель "Юноны" включался как минимум три раза - на двух коррекциях траектории в 2012 и при торможении у Юпитера 5 июля 2016 года. И эти маневры проходили без заметных проблем. Зонд успешно долетел до Юпитера и вышел на промежуточную орбиту периодом 53 суток. По плану 19 октября он должен был перейти на научную 14-суточную орбиту. Но этого не случилось.02.jpg
Промежуточные орбиты зеленые, научные - синие. Изображение NASA
15 октября, при поверке систем перед маневром, клапаны наддува гелия вместо нескольких секунд открывались несколько минут. Этого оказалось достаточно, чтобы запланированный маневр отменили. Для чего нужны эти клапаны? При нормальной работе они открываются перед включением двигателя, гелий давит на мембрану и обеспечивает подачу топлива и окислителя в двигатель под постоянным давлением.
Сферические баки с топливом (синий) и окислителем (зеленый), цилиндрические баки гелия (фиолетовый)
У "Юноны" есть специальная система подогрева баков и топливной системы, которая в норме включается за несколько недель до маневра и гарантирует, что топливо и арматура топливной системы не замерзли. Неизвестно, пытались ли инженеры еще несколько недель погреть клапаны и пробовали ли снова их переключать, этот вариант в интервью представителей команды "Юноны" не упоминался. Второй способ обойти проблему состоит в том, чтобы игнорировать клапаны и включить двигатель на давлении компонентов, которое есть баках сейчас. В процессе работы двигателя давление будет падать, на не очень долгий маневр его запаса хватит, а сравнительно простая конструкция двигателя не имеет категорических запретов для такого типа работы. Но маршевый двигатель Leros-1b, который стоит на "Юноне", не испытывался в таком режиме, и ЦУП решил не рисковать.
Двигатели семейства Leros, фото компании-производителя Moog
На "Юноне" также стоит набор двигателей системы ориентации. Они используют только топливо, без окислителя, из того же бака, что и маршевый двигатель, и специально рассчитаны на то, чтобы в случае полного отказа маршевого двигателя суметь свести "Юнону" с орбиты и сжечь в Юпитере, гарантированно избежав случайного занесения земных микроорганизмов на спутники газового гиганта. Теоретически, их можно использовать для перехода на научную орбиту, но они сравнительно слабые, и маневр потребует нескольких витков. Дело в том, что для понижения апоцентра (верхней точки орбиты) маневр надо проводить в районе перицентра (нижней точки орбиты), а там скорость аппарата максимальна, и этот участок "Юнона" пролетает очень быстро. Финальный же маневр схода с орбиты в атмосферу Юпитера будет проводиться в апоцентре, где скорости минимальны, и можно спокойно часами держать двигатель включенным. Несмотря на принципиальную реализуемость, этот вариант также не был упомянут представителями команды миссии.
Из всего вышесказанного следует, что ЦУП больше всего боится сделать ситуацию хуже. Параметры промежуточной орбиты были выбраны не наобум, и на ней вполне можно собирать научные данные, а переход на незапланированную орбиту в случае отказа двигателя в процессе маневра может ухудшить дело. Официальный пресс-релиз даже хвалится тем, что на промежуточной орбите можно будет собрать "бонусные" научные данные на удаленных участках, которые находятся выше, чем изначально запланированная орбита. Кроме этого, на промежуточной орбите ниже радиационная нагрузка, что даст "Юноне" возможность работать дольше. Но, понятное дело, пресс-релиз подчеркивает хорошие стороны ситуации, а не плохие. Какие проблемы даст пребывание на промежуточной орбите?
Прежде всего, текущий бюджет миссии "Юнона" рассчитан до июля 2018, потому что на штатной орбите зонд сожгли бы в атмосфере еще в феврале того же года. Но на промежуточной орбите к этому времени получится сделать только 12 витков вместо плановых 36. А это означает либо сокращение научной программы, либо необходимость продления миссии за счет дополнительных средств из бюджета NASA. В принципе, продление программы миссии стоит немного, и вероятность, что на "Юнону" дадут еще денег, велика, но, все-таки, не стопроцентна.
Следующая проблема связана с тем, что зонд работает от солнечных батарей. На промежуточной орбите в 2019 году "Юнона" начнет залетать в тень Юпитера, что совершенно неприемлемо. Поэтому плоскость орбиты нужно будет повернуть. К счастью, маневр не потребует большого изменения скорости, и с этой задачей вполне справятся двигатели ориентации.
Так что, несмотря на отказ от попыток вывести зонд на запланированную орбиту, Юнона имеет шансы успешно выполнить свою миссию.
Чем бы заняться
Основные научные приборы "Юноны" работают в невидимых глазу диапазонах и собирают данные, которые будут выражаться скучными графиками. Но пиарщики NASA не зря едят свой хлеб - на зонде установлена камера Junocam, которая делает красивые фотографии. Мало того, на сайте миссии регулярно проводятся голосования, какие из потенциально интересных участков снимать. Я бы рекомендовал сделать заметку в ежедневниках - следующий тур голосования пройдет с 10 по 15 марта и определит места съемки при пятом сближении с Юпитером 27 марта. По оценкам инженеров, камера должна будет проработать минимум семь витков и сломаться не раньше осени этого года.
Любопытно, что на сайте миссии в одном разделе лежат как исходные фотографии, так и результат их обработки, присланный энтузиастами. Похоже, что принимают практически любую работу, потому что профессионально обработанные фотографии соседствуют с несерьезными и даже странными.
Свежее фото южного полюса, снятое на четвертом сближении с Юпитером 2 февраля. Обработка Романа Ткаченко.
Серп Юпитера и тень Ганимеда, обработка Романа Ткаченко.
А это изображение обработано David W. Thomson III для большего контраста необычных продолговатых вихрей
Сближение с Юпитером 2 февраля, в кадре северное полушарие, автор коллажа Philosophia-47.
"Юпитер улыбается на фото", обработка David W. Thomson III.
"Электрический ветер", автор CosmEffect.
"Мяу космического кота", автор Wintje (теперь вы поняли, ради чего все это писалось :) )
Видео Winter Bynes, концептуальное до упоротости, с авторской музыкой.
Материал взят: Тут