Автоматичні міжпланетні станції

Перш ніж в космос відправився чоловік, умови на орбіті були вивчені штучними супутниками.

Так само було і з відвідуванням Місяця - спочатку її досліджували автоматичні станції. Так буде, ймовірно, ще довго, тому що не в усі області Сонячної системи може поки проникнути людина, а ось міжпланетні автоматичні станції туди можуть бути спрямовані.

Отже, автоматичні міжпланетні станції - це безпілотні космічні літальні апарати, призначені для польотів до інших небесних тіл з метою вивчення Сонячної системи. А що входить в поняття «Сонячна система», ми з вами вже знаємо: міжпланетний простір, Місяць, Сонце, планети, комети і ін. Зазвичай на автоматичних міжпланетних станціях встановлюються прилади для астрономічних досліджень, які реєструють космічні промені галактичного походження, електромагнітне випромінювання в різних діапазонах спектру від небесних об'єктів, що знаходяться за межами Сонячної системи.

Навколоземні супутники мають вже багато країн, а ось технології міжпланетних станцій доступні тільки СРСР / Росії, США, Європі / ESA, Японії, Китаю, Індії.

Але більш перспективними є міжнародні проекти, тому що створення міжпланетної автоматичної станції - складне і дуже дорогий захід. Так, для вивчення системи Юпітера створюється зонд нового покоління за спільної участі NASA, ESA, Роскосмоса і JAXA (Японія).

Завдання автоматичних міжпланетних станцій (АМС)

Зазвичай це цілий комплекс завдань: інші планети, їх природні супутники, комети та інші об'єкти Сонячної системи. При цьому зазвичай проводиться фотографування, сканування рельєфу; вимірюються поточні параметри магнітного поля, радіації, температури; хімічний склад атмосфери іншої планети, грунту і космічного простору поблизу планети; перевіряються сейсмічні характеристики планети.

Накопичені вимірювання періодично передаються на Землю за допомогою радіозв'язку. В даний момент в якості каналу для передачі даних використовують частоти в радіодіапазоні. Досліджуються перспективи застосування лазерів для міжпланетної зв'язку. Великі відстані створюють суттєві затримки при обміні даними, тому ступінь автоматизації АМС прагнуть максимально збільшити.

конструкція АМС

Конструкція АМС може бути різною, але існують загальні особливості. Джерелами електроенергії на борту АМС зазвичай є сонячні батареї або радіоізотопні термоелектричні генератори. Запас електроенергії на випадок можливих перебоїв забезпечує спеціальна акумуляторна батарея. В приладовому відсіку підтримується певна температура, необхідна для нормального функціонування всіх, хто знаходиться там пристроїв. Бортова астроінерціальная навігаційна система спільно з наземними службами визначає кутову орієнтацію в просторі і координати. Для управління орієнтацією в просторі АМС використовує гіродіни (що обертається инерциальное пристрій, що застосовується для високоточної орієнтації і стабілізації космічних апаратів, що забезпечує правильну орієнтацію в польоті і запобігає безладне обертання), коригувальні ракетні двигуни. Для прискорення або гальмування під час крейсерського польоту використовуються ракетні двигуни, а останнім часом - електричні ракетні двигуни. Для радіозв'язку використовуються переважно параболічні і фазовані антени, що працюють на гігагерцовий частотах. Великі АМС часто мають разделяющуюся конструкцію. Наприклад, по прибуттю до планети призначення АМС може скидати на неї різні спусковий апарат, а решта на орбіті частина може виконувати функції радіо ретранслятора.

Найбільш відомі автоматично міжпланетні станції (АМС)

Першою автоматичної міжпланетної станцією була «Луна-1», що пролетіла поблизу Місяця. Найбільш відомими АМС є апарати серії «Вояджер», «Венера», «Місяць», «Марінер», «Піонер», «Вікінг», «Галілео», «Вега», «Кассіні», «Нові горизонти».

Серія радянських автоматичних міжпланетних станцій для вивчення Місяця і космічного простору. Запуск космічних кораблів радянської серії «Місяць» проводився з 1958 по 1976 рік, все запуски (16 вдалих і 17 невдалих) здійснювалися з космодрому Байконур. У 1977 р програма була згорнута.

Серія радянських автоматичних міжпланетних космічних апаратів (АМС) для вивчення планети Венера і космічного простору. Жорсткі умови на Венері, а також початковий недолік достовірної інформації про температуру і тиск ускладнював процес дослідження планети. Спусковий апарат перших серій навіть мали запас плавучості. Перші польоти їх проходили невдало - це були перші в історії людства автоматичні міжпланетні перельоти. Надалі СРСР вдалося досягти успіхів у вивченні Венери АМС настільки, що її стали називати «російської планетою».

Подальшим продовженням програми «Венера» в СРСР стала програма «Вега» з дослідження Венери (зондами в атмосфері), а також комети Галлея.

Так були названі два американських космічних апарату, запущених в 1977 р Так само названий проект з дослідження далеких планет Сонячної системи за участю апаратів даної серії.

Проект вважається одним з найуспішніших і результативних в історії міжпланетних досліджень. Обидва «Вояджера» вперше передали якісні знімки Юпітера і Сатурна, а «Вояджер-2» вперше досяг Нептуна і Урану. «Вояджери» стали третім і четвертим космічними апаратами, що покинули межі Сонячної системи (першими двома були «Піонер-10» і «Піонер-11»).

Апарати серії «Вояджер» - досить великі споруди. Це високоавтономние роботи, оснащені власними енергетичними установками, ракетними двигунами, комп'ютерами, системами радіозв'язку, управління і науковими приладами для дослідження зовнішніх планет, загальною масою близько 721 кг.

У двійковому коді зроблені необхідні роз'яснення та вказано місце розташування Сонячної системи відносно 14 потужних пульсарів. Як «мірної лінійки» вказана надтонка структура молекули водню (1420 МГц).

Крім зображень, на диску записані і звуки: шепіт матері і плач дитини, голоси птахів і звірів, шум вітру і дощу, гуркіт вулканів і землетрусів, шурхіт піску і океанський прибій.

Людська мова представлена на диску короткими вітаннями на 55 мовах народів світу. По-русски сказано: «Здрастуйте, вітаю вас!». Особливу главу послання складають досягнення світової музичної культури. На диску записані твори Баха, Моцарта, Бетховена, джазові композиції Луї Армстронга, Чака Беррі та народна музика багатьох країн.

На диску записано також звернення Картера, який в 1977 р був президентом США.

Апарати назавжди покинули межі Сонячної системи. Мінімальна програма їх роботи - приблизно до 2025 р За інформацією, що надійшла з «Влджера-2», Сонячна система асиметрична - її південна частина приблизно на 10 а. е. ближче до Сонця, ніж північна. «Вояджер-2» підтвердив, що геліосфера - не ідеальний куля, вона сплющена: її південна межа знаходиться ближче до Сонця, ніж північна. Крім того, апарат зробив ще одне несподіване спостереження: гальмування сонячного вітру за рахунок протидії міжзоряного газу повинно було б приводити до різкого підвищення температури і щільності плазми вітру. Дійсно, на кордоні ударної хвилі температура була вище, ніж у внутрішній геліосфері, але все одно в 10 разів менше, ніж очікувалося. Чим викликано розбіжність і куди йде енергія, невідомо.

Так називаються радянські автоматичні міжпланетні станції, що запускаються до планети Марс, починаючи з 1960 року.

Автоматичні міжпланетні станції серії «Марінер» запускалися НАСА з 1962 по 1973 рр. з метою вивчення Венери, Марса і Меркурія. «Маринер» виявили, що Венера має гарячої атмосферою, а Меркурій схожий на мляву Місяць. Всього було запущено 10 космічних апаратів, але два з них загинули під час старту, і один незабаром після старту. Апарати «Маринер», на відміну від "Піонерів" і "Вояджер", працювали в космосі відносно недовго - від кількох місяців до 3-х років. Однак все «Маринер» виконали свої завдання. «Маринер» були забезпечені сонячними батареями, несли набір наукових приладів, в тому числі для вимірювання магнітних полів і реєстрації заряджених частинок, а також телекамери. Більшість апаратів запускалося парами для зниження ризику невдачі.

Виявлено зворотне обертання планети, виміряні параметри атмосфери і магнітного поля. Проводилось фотографування Марса, його супутників Фобоса і Деймоса. Здійснено фотографування меркурій з близької відстані.

Блоки космічних апаратів серії «Вікінг»: «Вікінг-1» і «Вікінг-2», які стали штучними супутниками Марса, створені на базі «Маринер-9».

Американська програма дослідження міжпланетного простору і декількох небесних тіл. В рамках програми було запущено кілька АМС, з яких найбільш примітними були «Піонер-10» і «Піонер-11», вперше досягли двох з зовнішніх планет Сонячної системи (Юпітер і Сатурн) і покинули її. Запуск космічних кораблів серії «Піонер» почався в 1958 році.

Космічні апарати серії «Піонер» були різні по влаштуванню, так як призначалися для різних місій.

Метою запуску перших трьох кораблів серії було вивченні Місяця і фотографування її зворотної сторони. Політичної ж метою було повернути США статус найрозвиненішою технічної держави, який вона втратила після запуску Радянським Союзом першого супутника. Запуски перших апаратів серії «Піонер» до Місяця виявилися не дуже вдалими, і подальше вивчення Місяця продовжили апарати серій «Сервейер» і «Лунар орбитер».

Проведено вимірювання космічних променів в умовах, повністю вільних від впливу атмосфери Землі. «Піонер-7» максимально наблизився до комети Галлея. «Піонер-10» і «Піонер-11» першими досягли третьої космічної швидкості і першими досліджували далекий космос, а також отримали фотографії Юпітера. У 1979 «Піонер-11» досяг Сатурна.

"Нові горизонти"

Станція «Нові горизонти» покинула околиці Землі з найбільшою з усіх космічних апаратів швидкістю. У момент вимкнення двигунів вона склала 16,21 км / сек. Маса апарату - 478 кг, включаючи близько 80 кг палива. Розміри - 2,2 × 2,7 × 3,2 метра. Для запуску використовувалася ракета-носій «Атлас V». На апараті встановлені прилади:

ультрафіолетовий спектрометр Alice, який буде вивчати склад атмосфери і структуру поверхні Плутона;
оглядова фотокамера Ralph, що працює у видимому і інфрачервоному діапазонах довжин хвиль;
камера LORRI з дозволом в 5 мікро-радіан для детальної зйомки і зйомки з великої відстані;
вимірювач параметрів частинок сонячного вітру SWAP. З його допомогою планується визначити, чи є у Плутона магнітосфера, а також встановити швидкість витоку його атмосфери;
спектрометр енергетичних частинок EPSSI для пошуку нейтральних атомів, що залишають атмосферу Плутона і перетворюються в заряджені частинки при взаємодії з сонячним вітром;
детектор пилу SDC для вимірювання концентрації пилових частинок в поясі Койпера. Прилад являє собою веерообразное пристрій радіусом 42 см і товщиною 3 мм з алюмінієвого стільникового матеріалу, покритого тонкою плівкою, поєднане кабелем з блоком електроніки;
радіоспектрометр REX, інтегрований з основною антеною зонда (з його допомогою планується досліджувати структуру атмосфери Плутона, теплові властивості його поверхні і вимірювати масу Плутона, Харона і ще не обраних об'єктів пояса Койпера.

В апараті є система зв'язку з Землею, що складається з передавальних антен і безлічі підсилювачів сигналу. У разі виходу з ладу продубльованих пристроїв, їх роботу візьмуть на себе запасні. Система дозволить передавати дані на Землю зі швидкістю 38 кбіт / сек. в районі Юпітера. Після досягнення Плутона апарат зможе передавати дані зі швидкістю 768 біт / сек.

результати

Що попереду?

Новим етапом у розвитку АМС є застосування іонних і плазмових електроракетних двигунів. Приклад тому - місія Dawn, що досліджує пояс астероїдів.

Розповісти про всі плани дослідження космосу за допомогою автоматичних міжпланетних станцій в одній статті просто не представляється можливим. Але плани ці грандіозні.