Solar Orbiter - Solar Orbiter

Ten artykuł dotyczy orbitera heliofizycznego Europejskiej Agencji Kosmicznej. Aby zapoznać się z orbiterem heliofizyki in-situ NASA, patrz Parker Solar Probe .

Solar Orbiter
Solar Orbiter ESA
Renderowanie przez artystę Solar Orbiter
Typ misji Orbiter heliofizyki słonecznej
Operator ESA / NASA
ID COSPAR 2020-010A
SATCAT nr. 45167
Strona internetowa sci .esa .int /solar-orbiter /
Czas trwania misji 7 lat (nominalnie)
+ 3 lata (przedłużone)
Upłynęło: 1 rok i 8 miesięcy
Właściwości statku kosmicznego
Producent Obrona i przestrzeń kosmiczna Airbusa
Rozpocznij masę 1800 kg (4000 funtów)
Masa ładunku 209 kg (461 funtów)
Wymiary 2,5 × 3,1 × 2,7 m (8 × 10 × 9 stóp)
Moc 180 watów
Początek misji
Data uruchomienia 10 lutego 2020, 04:03 UTC
Rakieta Atlas V 411 (AV-087)
Uruchom witrynę Przylądek Canaveral , SLC-41
Kontrahent United Launch Alliance
Wprowadzona usługa Listopad 2021
(rozpoczęcie misji głównej)
Parametry orbitalne
System odniesienia Heliocentryczny
Reżim Orbita eliptyczna
Wysokość peryhelium 0,28 j.m
Wysokość Aphelion 0,91 au
Nachylenie 24° (misja nominalna)
33° (misja rozszerzona)
Okres 168 dni
Epoka ?
Główny
Rodzaj Ritchey-Chretien reflektor
Średnica 160mm
Długość ogniskowa 2,5 m²
Długości fal Światło widzialne , ultrafiolet , promieniowanie rentgenowskie
Insygnia Solar Orbiter.png
Insygnia na misję Solar Orbiter .
←  CHEOPS
Euklides  →
 

Solar Orbiter ( solo ) jest Sun -observing satelitarnej , opracowany przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA). SolO ma za zadanie wykonywać szczegółowe pomiary wewnętrznej heliosfery i rodzącego się wiatru słonecznego , a także wykonywać bliskie obserwacje obszarów polarnych Słońca, co jest trudne do wykonania z Ziemi , służąc jednocześnie do odpowiedzi na pytanie „Jak Słońce tworzy i kontroluje heliosfera?

Sólo sprawia obserwacje słońca z mimośrodowym orbicie ruchu jak najbliżej ≈60 promienia słonecznego (R S ) lub 0,284 jednostek astronomicznych (AU), umieszczając wewnątrz Rtęć jest perihelium od 0.3075 AU. Podczas misji nachylenie orbity zostanie podniesione do około 24°. Całkowity koszt misji to 1,5 miliarda USD, licząc zarówno wkład ESA, jak i NASA.

SolO wystartowało 10 lutego 2020 r. Misja ma potrwać 7 lat.

Porównanie wielkości Słońca widzianego z Ziemi (po lewej, 1 ja ) i ze statku kosmicznego Solar Orbiter (0,284 ja, po prawej).
Solar Orbiter strukturalny model termiczny krótko przed opuszczeniem Airbus obrony i przestrzeni siłownia w Stevenage, UK.

Statek kosmiczny

Statek kosmiczny Solar Orbiter to skierowana w stronę Słońca, trzyosiowa stabilizowana platforma z dedykowaną osłoną termiczną, która zapewnia ochronę przed wysokimi poziomami strumienia słonecznego w pobliżu peryhelium. Statek kosmiczny zapewnia stabilną platformę, która umożliwia połączenie teledetekcji i oprzyrządowania in situ w elektromagnetycznie czystym środowisku. 21 czujników zostało skonfigurowanych na statku kosmicznym, aby umożliwić każdemu przeprowadzanie eksperymentów in situ lub teledetekcji, zarówno z dostępem, jak i ochroną przed środowiskiem słonecznym. Solar Orbiter odziedziczył technologię z poprzednich misji, takich jak panele słoneczne z BepiColombo Mercury Planetary Orbiter (MPO). Te baterie słoneczne mogą być obracane wokół ich osi podłużnej, aby uniknąć przegrzania kiedy znajduje się blisko Sun. Zestaw akumulatorów zapewnia dodatkowe zasilanie w innych punktach misji, takich jak okresy zaćmienia podczas przelotów planet.

Podsystem telemetrii, śledzenia i dowodzenia zapewnia możliwość połączenia komunikacyjnego z Ziemią w paśmie X. Podsystem obsługuje telemetrię, telekomendę i zasięg. Anteny o niskim zysku są używane w fazie startu i wczesnej fazy orbity (LEOP), a teraz działają jako wsparcie podczas fazy misji, gdy w użyciu są sterowane anteny o średnim i wysokim zysku. Antena wysokotemperaturowa o wysokim wzmocnieniu musi wskazywać szeroki zakres pozycji, aby uzyskać połączenie ze stacją naziemną i móc pobierać wystarczające ilości danych. Jego projekt został zaadaptowany z misji BepiColombo. W razie potrzeby antenę można złożyć, aby uzyskać ochronę przed osłoną termiczną Solar Orbiter. Większość danych będzie zatem początkowo przechowywana w pamięci pokładowej i wysyłana z powrotem na Ziemię przy najbliższej możliwej okazji.

Stacja naziemna w Malargüe (Argentyna), z 35-metrową anteną, jest używana przez 4 do 8 godzin dziennie (efektywnie). Stacja naziemna ESA Malargüe będzie wykorzystywana do wszystkich operacji podczas całej misji, a stacje naziemne w New Norcia w Australii i Cebreros w Hiszpanii będą w razie potrzeby pełniły rolę rezerwową.

Operacje misji

Animacja trajektorii Solar Orbiter
Widok biegunowy. Aby uzyskać bardziej szczegółową animację, zobacz ten film
Widok równikowy
   Orbiter słoneczny  ·   Rtęć  ·   Wenus  ·   Ziemia  ·   Słońce

Podczas nominalnych operacji naukowych dane naukowe są pobierane przez osiem godzin podczas każdego okresu komunikacji ze stacją naziemną. W razie potrzeby planuje się dodatkowe ośmiogodzinne przejazdy łącza w dół, aby osiągnąć wymagany całkowity zwrot danych naukowych misji. Segment naziemny Solar Orbiter maksymalnie wykorzystuje infrastrukturę ESA do misji Deep Space:

  • Stacje naziemne należące do sieci stacji śledzenia przestrzeni kosmicznej ESA ( ESTRACK )
  • Centrum Operacji Misyjnych (MOC), zlokalizowane w ESOC , Darmstadt , Niemcy
  • Centrum Operacji Naukowych (SOC), zlokalizowane w ESAC , Villanueva de la Cañada , Hiszpania
  • Sieć komunikacyjna łącząca różne oddalone centra i stacje w celu obsługi ruchu danych operacyjnych

Centrum Operacji Naukowych było odpowiedzialne za planowanie misji i generowanie żądań operacji ładunku do MOC, a także za archiwizację danych naukowych. SOC działa w aktywnej fazie naukowej misji, tj. od początku fazy rejsu. Przekazanie operacji związanych z ładunkiem z MOC do SOC odbywa się pod koniec fazy rozruchu bliskiego ziemi (NECP). Stacja Malargüe ESA w Argentynie będzie wykorzystywana do wszystkich operacji podczas całej misji, a stacje naziemne stacji New Norcia w Australii i stacji Cebreros w Hiszpanii będą w razie potrzeby działać jako rezerwa.

Podczas początkowej fazy rejsu, która trwa do listopada 2021 r., Solar Orbiter wykona dwa manewry wspomagania grawitacyjnego wokół Wenus i jeden wokół Ziemi, aby zmienić trajektorię statku kosmicznego, kierując go w kierunku najbardziej wewnętrznych regionów Układu Słonecznego. Jednocześnie Solar Orbiter będzie zbierać dane in situ oraz charakteryzować i kalibrować swoje instrumenty teledetekcji. Pierwsze bliskie przejście słoneczne nastąpi w 2022 roku w około jednej trzeciej odległości Ziemi od Słońca.

Orbita statku kosmicznego została wybrana jako „w rezonansie” z Wenus, co oznacza, że ​​co kilka orbit będzie powracał w pobliże planety i może ponownie wykorzystywać grawitację planety do zmiany lub nachylania jej orbity. Początkowo Solar Orbiter będzie ograniczony do tej samej płaszczyzny co planety, ale każde spotkanie Wenus zwiększy jej nachylenie orbity. Na przykład, po spotkaniu Wenus w 2025 roku, wykona ona swoje pierwsze przejście słoneczne przy nachyleniu 17°, zwiększając się do 33° podczas proponowanej fazy rozszerzenia misji, dzięki czemu jeszcze więcej regionów polarnych będzie widocznych bezpośrednio.

Cele naukowe

Sonda kosmiczna zbliża się do Słońca co sześć miesięcy. Najbliższe podejście zostanie ustawione, aby umożliwić powtórne badanie tego samego obszaru atmosfery słonecznej. Solar Orbiter będzie w stanie obserwować narastającą aktywność magnetyczną w atmosferze, która może prowadzić do potężnych rozbłysków lub erupcji słonecznych .

Naukowcy będą mieli również okazję skoordynować obserwacje z misją NASA Parker Solar Probe (2018-2025), która wykonuje pomiary rozszerzonej korony Słońca .

Celem misji jest wykonanie badań Słońca i jego wewnętrznej heliosfery z bliska, w wysokiej rozdzielczości . Nowe zrozumienie pomoże odpowiedzieć na te pytania:

Instrumenty

Ładunek naukowy składa się z 10 instrumentów:

Heliosferyczne instrumenty in-situ (4)
  • SWA – Solar Wind Plasma Analyzer (Wielka Brytania): Składa się z zestawu czujników, które mierzą właściwości objętościowe jonów i elektronów (w tym gęstość, prędkość i temperaturę) wiatru słonecznego, tym samym charakteryzując wiatr słoneczny między 0,28 a 1,4 au od słońce. Oprócz określenia ogólnych właściwości wiatru, SWA zapewnia pomiary składu jonów wiatru słonecznego dla kluczowych pierwiastków (np. grupy C, N, O i Fe, Si lub Mg)
  • EPD - Energetic Particle Detector (Hiszpania): Mierzy skład, czas i funkcje dystrybucji cząstek supertermalnych i energetycznych. Tematy naukowe, które należy poruszyć, obejmują źródła, mechanizmy przyspieszania i procesy transportu tych cząstek
  • MAG - Magnetometr (Wielka Brytania): Zapewnia pomiary in situ heliosferycznego pola magnetycznego (do 64 Hz) z dużą precyzją. Ułatwi to szczegółowe badania nad sposobem, w jaki pole magnetyczne Słońca łączy się z kosmosem i ewoluuje w cyklu słonecznym; jak cząstki są przyspieszane i rozprzestrzeniają się w Układzie Słonecznym, w tym na Ziemi; jak korona i wiatr słoneczny są ogrzewane i przyspieszane
  • RPW - Fale radiowe i plazmowe (Francja): Unikalny wśród instrumentów Solar Orbiter, RPW wykonuje zarówno pomiary in situ, jak i pomiary teledetekcyjne. RPW mierzy pola magnetyczne i elektryczne w wysokiej rozdzielczości czasowej za pomocą szeregu czujników/anteny, aby określić charakterystykę fal elektromagnetycznych i elektrostatycznych wiatru słonecznego
Przyrządy do teledetekcji słonecznej (6)
  • PHI - Polarimetric and Helioseismic Imager (Niemcy): Zapewnia wysokiej rozdzielczości i pełnodyskowe pomiary fotosferycznego wektora pola magnetycznego i prędkości w linii wzroku (LOS), a także natężenia kontinuum w widzialnym zakresie długości fal. Mapy prędkości LOS charakteryzują się dokładnością i stabilnością umożliwiającą szczegółowe badania heliosejsmiczne wnętrza Słońca, w szczególności wysokorozdzielcze i pełnotarczowe pomiary fotosferycznego pola magnetycznego w strefie konwekcji słonecznej
  • EUI – Extreme Ultraviolet Imager (Belgia): Obrazuje słoneczne warstwy atmosferyczne nad fotosferą, zapewniając w ten sposób niezbędne połączenie między powierzchnią Słońca a zewnętrzną koroną, które ostatecznie kształtuje charakterystykę ośrodka międzyplanetarnego. Ponadto EUI zapewnia pierwsze w historii zdjęcia Słońca w promieniowaniu UV z punktu widzenia spoza ekliptyki (do 33° szerokości geograficznej słonecznej podczas rozszerzonej fazy misji)
  • SPICE - Obrazowanie spektralne środowiska koronalnego (Francja): Wykonuje spektroskopię obrazowania w ekstremalnym ultrafiolecie, aby zdalnie scharakteryzować właściwości plazmy korony słonecznej na dysku. Umożliwi to dopasowanie sygnatur składu in situ strumieni wiatru słonecznego do ich regionów źródłowych na powierzchni Słońca
  • STIX - Spectrometer Telescope for Imaging X-rays (Szwajcaria): Zapewnia obrazowanie spektroskopii promieniowania słonecznego termicznego i nietermicznego w zakresie od 4 do 150 keV. STIX dostarcza informacji ilościowych na temat czasu, lokalizacji, intensywności i widm przyspieszonych elektronów, a także wysokotemperaturowej plazmy termicznej, głównie związanej z rozbłyskami i/lub mikrorozbłyskami
  • Metis - Koronagraf (Włochy): Jednocześnie obrazuje widoczne i dalekie emisje korony słonecznej i diagnozuje, z bezprecedensowym pokryciem czasowym i rozdzielczością przestrzenną, strukturę i dynamikę pełnej korony w zakresie od 1,4 do 3,0 (od 1,7 do 4,1 ) promienie słoneczne od centrum Słońca, przy minimalnym (maksymalnym) peryhelium podczas nominalnej misji. Jest to region, który ma kluczowe znaczenie w łączeniu słonecznych zjawisk atmosferycznych z ich ewolucją w wewnętrznej heliosferze
  • SoloHI - Solar Orbiter Heliospheric Imager (Stany Zjednoczone): Obrazuje zarówno quasi-stacjonarny przepływ, jak i przejściowe zakłócenia wiatru słonecznego w szerokim polu widzenia, obserwując widzialne światło słoneczne rozproszone przez elektrony wiatru słonecznego. SoloHI zapewnia unikalne pomiary, które pozwalają precyzyjnie określić koronalne wyrzuty masy (CME). (dostarczono NRL)

Zaangażowane instytucje

Każdy instrument jest obsługiwany przez następujące instytucje:

Oś czasu i status

  • Kwiecień 2012: kontrakt o wartości 319 milionów euro na budowę orbitera przyznany firmie Astrium UK
  • Czerwiec 2014: Osłona przeciwsłoneczna kończy 2-tygodniowy test pieczenia
  • Wrzesień 2018: Statek kosmiczny zostaje wysłany do IABG w Niemczech, aby rozpocząć kampanię testów środowiskowych
  • Luty 2020: Udane uruchomienie
  • Maj-czerwiec 2020: Spotkanie z ogonami jonów i pyłu C/2019 Y4 (ATLAS)
  • Lipiec 2020: Pojawiły się pierwsze zdjęcia Słońca

Opóźnienia w uruchomieniu

Wystrzelenie Solar Orbiter z Cape Canaveral o godzinie 23:03 czasu wschodniego 9 lutego 2020 r. (data w USA).

W kwietniu 2015 r. start został przesunięty od lipca 2017 r. do października 2018 r. W sierpniu 2017 r. Solar Orbiter został uznany za „na dobrej drodze” do startu w lutym 2019 r. Wystrzelenie nastąpiło 10 lutego 2020 r. na Atlasie V 411.

Początek

Atlas V 411 (AV-087) wystartował z SLC-41 na Cape Canaveral na Florydzie o 04:03 UTC. Solar Orbiter pojazd kosmiczny oddzielone od górnego stopnia Centaur prawie 53 minut później, a Europejska Agencja Kosmiczna nabył pierwsze sygnały z sondy kilka minut później.

Trajektoria

Po wystrzeleniu, Solar Orbiter potrzebuje około 3,5 roku, wykorzystując powtarzające się asysty grawitacyjne z Ziemi i Wenus, aby osiągnąć swoją operacyjną orbitę, orbitę eliptyczną z peryhelium 0,28 ja i aphelium 0,91 ja. Pierwszy przelot w pobliżu Wenus odbył się w grudniu 2020 r. W oczekiwanym czasie trwania misji 7 lat, użyje dodatkowej asysty grawitacyjnej Wenus, aby podnieść swoje nachylenie z 0° do 24°, co pozwoli jej lepiej widzieć bieguny Słońca. Jeśli przedłużona misja zostanie zatwierdzona, nachylenie może wzrosnąć dalej do 33°.

Podczas fazy lotu na Wenus Solar Orbiter przeszedł przez warkocz jonowy komety C/2019 Y4 (ATLAS) od 31 maja do 1 czerwca 2020 r. Przeszedł przez warkocz pyłowy komety 6 czerwca 2020 r.

W czerwcu 2020 roku Solar Orbiter zbliżył się na odległość 77 000 000 km (48 000 000 mil) od Słońca i wykonał najbliższe kiedykolwiek zrobione zdjęcia Słońca.

Prędkość sondy i odległość od Słońca

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki