Dawn Journal: Актуализация за прехода от Веста до Церера

Марк Рейман

Марк Рейман от JPL


Марк Рейман е главен инженер на космическия кораб Dawn и директор на мисията в JPL. Като космически ентусиаст през целия си живот, той започва да пише в НАСА, когато е на девет години, и се присъединява към JPL, след като получава докторска степен. във физиката няколко години по-късно. Работил е върху голямо разнообразие от астрофизика и планетарни мисии, но, разбира се, „нищо друго не е толкова готино като Dawn“. Феновете на Dawn следват тази мисия, като четат Marc’sДневник на зората. Тази статия е повторно публикуване на Dawn Journal за 28 ноември 2014 г. Използва се с разрешение.

Летяйки безшумно и плавно през главния астероиден пояс между Марс и Юпитер, космическият кораб Dawn излъчва синьо-зелен лъч от високоскоростни ксенонови йони. На противоположната страна на слънцето от Земята, изстрелвайки уникално ефективнойонна задвижваща система, далечният авантюрист продължава да напредва добре в дългото си пътуване отгигантска протопланета Вестадо планетата джудже Церера.


Този месец нека погледнем напред към някои предстоящи дейности. Можете да използвате слънцето през декември, за да намерите Dawn в небето, но преди да опишем това, нека видим как Dawn гледа напред към Церера, с планове да направи снимки през нощта на 1 декември [Изд. бележка: Щракнете тук, за да видите снимката на Церера от Dawn’s 1 декември]

Първата снимка на Церера от Dawn, направена на 20 юли 2010 г. Кредит: NASA/JPL-Caltech/MPS/DLR/IDA

Първата снимка на Церера от Dawn, направена на 20 юли 2010 г. Кредит: NASA/JPL-Caltech/MPS/DLR/IDA

Сензорите на роботизирания изследовател са сложни устройства, които извършват много чувствителни измервания. За да се гарантира, че дават възможно най-добрите научни данни, тяхното здраве трябва да бъде внимателно наблюдавано и поддържано и те трябва да бъдат точно калибрирани. Сложните инструменти се активират и тестват от време на време и всички остават в отлично състояние.

Едно последно калибриране нанаучна камерае необходимо преди пристигането на Церера. За да го постигне, камерата трябва да направи снимки на цел, която се появява само на няколко пиксела. Безкрайното небе, което заобикаля нашия междупланетен пътешественик, е пълно със звезди, но тези красиви точки светлина, макар и лесно откриваеми, са твърде малки за това специализирано измерване. Но има обект, който просто е с правилния размер. На 1 декември г.Церера ще бъде с диаметър около девет пиксела, почти идеален за това калибриране.




Изображенията ще предоставят данни за много фини оптични свойства на камерата, които учените ще използват, когато анализират и интерпретират детайлите на някои от снимките, върнати от орбита. На 740 000 мили (1,2 милиона километра), разстоянието на Dawn до Церера ще бъде около три пъти по-голямо от разстоянието между Земята и Луната. Неговата камера, предназначена за картографиране на Веста и Церера от орбита, няма да разкрие нищо ново. Това обаче ще разкрие нещо готино! Снимките ще бъдат първият разширен изглед за първата сонда, която ще достигне първата открита планета джудже. Те ще покажат най-голямото тяло между Слънцето и Плутон, което все още не е посетено от космически кораб, дестинацията на Dawn отизлезна от гравитационната хватка на Веста преди повече от две години.

Първата разширена снимка на Церера на Dawn ще бъде само малко по-голяма от това изображение на Веста, направено на 3 май 2011 г., в началото на фазата на приближаване на Vesta. Вложката показва пикселизираната Веста, извлечена от основната картина, на която преекспонираната Веста може да се види на фона на звезди. Кредит: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Първата разширена снимка на Церера на Dawn -които можете да видите тук– е само малко по-голям от това изображение на Vesta, направено на 3 май 2011 г., в началото на фазата на приближаване на Vesta. Вложката показва пикселизираната Веста, извлечена от основната картина, на която преекспонираната Веста може да се види на фона на звезди. Кредит: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Това няма да е първият път, когато Зората забелязва Церера. При различно калибриране на камерата преди повече от четири години изследователят описа нейния припадъкдестинация, далеч във времето и пространството. Тогава, още преди годинапристигайки във Веста, Dawn беше повече от 1300 пъти по-далеч от Церера, отколкото ще бъде за това ново калибриране. Гигантът от главния астероиден пояс беше неясна точка в огромния космически пейзаж.

Сега Церера е най-яркият обект в небето на Dawn, освен далечното слънце. Когато направи снимките, Церера ще бъде толкова ярка, колкото Венера понякога се появява от Земята (това, което астрономите биха нарекли визуална величина -3,6).


Да сезапазване на хидразин, ценен ресурс следзагуба на две реакционни колела, Dawn ще тласне със своята система за йонно задвижване, когато извърши това калибриране, което изисква дълги експозиции. В допълнение към движението на космическия кораб по неговата траектория, йонният двигател стабилизира кораба, позволявайки му да насочва стабилно в нулевата гравитация на космическия полет. (предшественикът на Dawn,Дълбок космос 1, използва същия трик с йонно изтласкване, за да бъде възможно най-стабилен за първоначалните си снимки на кометата Борели.)

Докато Зората се приближава към кариерата си, Церера ще става все по-ярка и по-голяма. Миналия месец обобщихмеплан за снимане на Церерапо време на първата част от фазата на приближаване, давайки изгледи през януари, сравними с най-добрите, които имаме в момента (от космическия телескоп Хъбъл), и през февруари значително по-добри. Основната цел на снимките е да помогнат на навигаторите да насочат кораба към това неизследвано, последно пристанище след дълго пътуване в междупланетните морета. Камерата служи като очи на кормчия. Церера е била наблюдавана с телескопи от (или близо) Земята в продължение на повече от два века, но изглежда като малко повече от бледо, размито петно, по-далече от слънцето. Но не за дълго!

Единственият космически кораб, построен някога за обикаляне на две извънземни дестинации, усъвършенстваната йонна задвижваща система на Dawn позволява амбициозната му мисия. Предоставяне напросто шепот на тласък, йонният двигател позволява на Dawn да маневрира по начини, напълно различни от конвенционалните космически кораби. През януари представихме подробноУникалният начин на Dawn за плъзгане в орбита. През септември,изблик на космическа радиация наруши профила на тягата. Както видяхме, полетният екип реагира бързо на много сложен проблем, свеждайки до минимум продължителността на пропуснатата тяга. Една част от техните операции при извънредни ситуации беше да проектират нова траектория на подход, отчитаща 95-те часа, през които Dawn измина, вместо тласък. Нека да разгледаме сега как получената траектория се различава от това, което обсъждахме в началото на тази година.

В този изглед, гледайки надолу към северния полюс на Церера, слънцето е извън фигурата вляво и орбиталното движение на Церера, обратно на часовниковата стрелка около слънцето, я отвежда от долната част на фигурата до върха. Зората влита отляво, пътува пред Церера и след това е уловена по пътя към върха на орбитата си. Белите кръгове са на интервали от един ден, което илюстрира как Dawn се забавя постепенно в началото. (Когато кръговете са по-близо един до друг, Dawn се движи по-бавно.) След улавянето и гравитацията на Церера, и йонната тяга я забавят още повече, преди корабът да се ускори до края на фазата на приближаване. (Можете да мислите за тази перспектива като отгоре. След това следващата фигура показва изгледа отстрани, което тук би означавало да гледате към действието от място в долната част на графиката.) Кредит: NASA/JPL

В този изглед, гледайки надолу към северния полюс на Церера, слънцето е извън фигурата вляво и орбиталното движение на Церера, обратно на часовниковата стрелка около слънцето, я отвежда от долната част на фигурата до върха. Зората влита отляво, пътува пред Церера и след това е уловена по пътя към върха на орбитата си. Белите кръгове са на интервали от един ден, което илюстрира как Dawn се забавя постепенно в началото. (Когато кръговете са по-близо един до друг, Dawn се движи по-бавно.) След улавянето и гравитацията на Церера, и йонната тяга я забавят още повече, преди корабът да се ускори до края на фазата на приближаване. (Можете да мислите за тази перспектива като отгоре. След това следващата фигура показва изгледа отстрани, което тук би означавало да гледате към действието от място в долната част на графиката.) Кредит: NASA/JPL


В първоначалния подход, Dawn следваше проста спирала около Церера, приближавайки се от общата посока на слънцето, заобикаляйки южния полюс, преминавайки отвъд нощната страна и връщайки се над северния полюс, преди да се отпусне в целевата орбита, известен с възбуждащото имеRC3, на височина 8 400 мили (13 500 километра). Подобно на пилот, който каца самолет, летенето по този маршрут изискваше подреждане на определен курс и скорост доста предварително. Йоните, тласкащи тази година, накараха Dawn да влезе в тази спирала на подхода в началото на следващата година.

Промяната в неговия профил на полета след срещата през септември с измамни космически лъчи означаваше, че спираловият път ще бъде значително различен и ще изисква значително повече време за завършване. Макар че екипът на полетите определено е търпелив - в края на краищата роботизираният посланик на Земята няма да достигне Церера до 213 години след откриването си и повече от седем години след изстрелването - брилянтно креативните навигатори измислиха изцяло нова траектория на подход, която би била по-къса. Демонстрирайки изключителната гъвкавост на йонното задвижване, космическият кораб сега ще поеме по съвсем различен път, но ще се озове в точно същата орбита.

Космическият кораб ще позволи да бъде заловен от Церера на 6 март, само около половин ден по-късно от траекторията, която е следвал преди прекъсването на тягата, но геометрията преди и след това ще бъде доста различна. Вместо да лети на юг от Церера, Зората вече е насочена да я води, излитайки пред нея, докато планетата джудже обикаля около слънцето, а след това космическият кораб ще започне леко да се огъва около нея. (Можете да видите това на фигурата вляво.) Зората ще дойде на 24 000 мили (38 000 километра) и след това бавно ще се отдалечи. Но благодарение на забележителния дизайн на профила на тягата, йонният двигател и гравитационното притегляне от гигантския камък и лед ще работят заедно. На разстояние от 41 000 мили (61 000 километра), Церера ще протегне ръка и нежно ще се хване за новата си съпруга и те ще бъдат заедно завинаги. Dawn ще бъде в орбита, а Церера завинаги ще бъде придружена от този бивш жител на Земята.

Ако космическият кораб спре да се тласка точно когато Церера го улови, той ще продължи да се върти около масивното тяло във висока, елиптична орбита, но мисията му е да изследва мистериозния свят. Нашата цел не е да бъдем в произволна орбита, а по-скоро в конкретни орбити, които са избрани, за да осигурят най-добрата научна възвръщаемост за камерата на сондата и другите сензори. Така че няма да спре, а вместо това ще продължи да маневрира към RC3.

Винаги грациозна, Dawn ще се тласне леко, за да противодейства на орбиталния си импулс, като я предпазва от люлеене до най-високата височина, която иначе би достигнала. На 18 март, близо две седмици след като бъде уловена от гравитацията на Церера, Dawn ще се издигне до гребена на своята орбита. Подобно на хвърлена високо топка, която се забавя до моментно спиране, преди да падне назад, орбиталното изкачване на Dawn ще завърши на височина от 47 000 мили (75 000 километра) и безмилостното издърпване на Церера (подпомогнато от постоянния, нежен тласък) ще победи. Когато започне да се спуска към своя гравитационен господар, той ще продължи да работи с Церера. Вместо да се съпротивлява на падането, космическият кораб ще се натисне, за да се ускори, ускорявайки пътуването до RC3.

В спецификацията на орбитата има нещо повече от височината. Един от другите атрибути е ориентацията на орбитата в пространството. (Представете си орбита като пръстен около Церера, но този пръстен може да бъде наклонен и наклонен по много начини.) За да осигури изглед на цялата повърхност, докато Церера се върти под нея, Dawn трябва да бъде в полярна орбита, лети над север полюс, докато се движи от нощната към дневната страна, движи се на юг, докато минава над екватора, отплава обратно към неосветената страна, когато достигне южния полюс, и след това се насочва на север над терена в тъмната нощ. За да изпълни по-ранната част от новата си траектория на подход обаче, Dawn ще остане над по-ниски ширини, много високо над мистериозната повърхност, но недалеч от екватора. Следователно, докато се движи към RC3, той ще ориентира своя йонен двигател не само за да съкрати времето за достигане на тази орбитална височина, но и да наклони равнината на своята орбита, така че да обгражда полюсите (и да наклони самолета, за да бъде в определена ориентация спрямо слънцето). След това, най-накрая, когато се приближи, ще се обърне към използването на този прословуто ефективен светещ лъч от ксенонови йони срещу гравитацията на Церера, действайки като спирачка, а не като ускорител. До 23 април този първи акт на красив нов небесен балет ще приключи. Dawn ще бъде в първоначално предвидената орбита около Церера, готова за следващия си акт: интензивните наблюдения на RC3, които описахме вфевруари.

Северът е в горната част на тази фигура, а слънцето е далеч отляво. Орбиталното движение на Церера около слънцето го носи право във фигурата. Оригиналният подход пренесе Dawn над южния полюс на Церера, докато спираше директно в RC3. При новия подход тук изглежда сякаш лети над северния полюс, но това е заради плоското изображение. Както показва предишната фигура, подходът извежда Dawn доста по-напред от Церера. Горната част на зелената траектория не е в същата равнина като първоначалния подход и RC3; по-скоро е на заден план, „зад” графиката. Тъй като Dawn лети към дясната страна на диаграмата, тя също се придвижва напред към равнината на фигурата, за да се изравни с целевия RC3. Както и преди, кръговете, разположени на интервали от един ден, показват скоростта на космическия кораб; където са по-близо един до друг, корабът пътува по-бавно. (Можете да мислите за тази перспектива като отстрани, а предишната фигура като показваща изгледа отгоре, извън горната част на тази графика.) Кредит: NASA/JPL

Северът е в горната част на тази фигура, а слънцето е далеч отляво. Орбиталното движение на Церера около слънцето го носи право във фигурата. Оригиналният подход пренесе Dawn над южния полюс на Церера, докато спираше директно в RC3. При новия подход тук изглежда сякаш лети над северния полюс, но това е заради плоското изображение. Както показва предишната фигура, подходът извежда Dawn доста по-напред от Церера. Горната част на зелената траектория не е в същата равнина като първоначалния подход и RC3; по-скоро е на заден план, „зад” графиката. Тъй като Dawn лети към дясната страна на диаграмата, тя също се придвижва напред към равнината на фигурата, за да се изравни с целевия RC3. Както и преди, кръговете, разположени на интервали от един ден, показват скоростта на космическия кораб; където са по-близо един до друг, корабът пътува по-бавно. (Можете да мислите за тази перспектива като отстрани, а предишната фигура като показваща изгледа отгоре, извън горната част на тази графика.) Кредит: NASA/JPL

Маршрутът на Dawn до орбита не е по-сложен и елегантен от това, което би изпълнил всеки пилот на космически кораб. Въпреки това, една от ключовите разлики между това, което ще направи нашия ас и това, което често се случва във филмите за научна фантастика, е, че маневрите на Dawn ще отговарят на законите на физиката. И ако това не е достатъчно задоволително, може би фактът, че е истинско, го прави още по-впечатляващ. Космически кораб, изпратен от Земята преди повече от седем години, задвижван от електрически ускорени йони, който вече е маневрирал широко в орбита около гигантската протопланета Веста, за да разкрие безбройните си тайни, скоро ще се наведе и ще се търкаля, ще се върти и ще се върти, ще се издига и слиза и ще замахне в планираната си орбита.

Илюстрация на относителните местоположения (но не и размери) на Земята, Слънцето и Зората в началото на декември 2014 г. (Земята и Слънцето са на това място всеки декември.) Изображенията се наслагват върху траекторията за цялата мисия, показвайки позиции на Земята, Марс, Веста и Церера в важни точки по време на пътуването на Dawn. Кредит: НАСА/JPL

Илюстрация на относителните местоположения (но не и размери) на Земята, Слънцето и Зората в началото на декември 2014 г. Земята и Слънцето са на това място всеки декември. Изображенията се наслагват върху траекторията за цялата мисия, показвайки позициите на Земята, Марс, Веста и Церера в важни етапи по време на пътуването на Dawn. Кредит: НАСА/JPL

И всичко това ще се случи далеч, далеч от Земята. Наистина, Dawn е на много различна хелиоцентрична орбита от тази на планетата, която остави след себе си през 2007 г. През декември отделните им пътища ще ги отведат до противоположните страни на слънцето. Няма да имаме подобно небесно подреждане до 2016 г., докогато плавателният съд ще бъде в своятаорбита с най-ниска височина в Церера. (Приканваме бъдещите си аз да се върнем в миналото, за да ни каже тук как е гледката. __ ) От нашата земна перспектива тази година Зората ще изглежда по-малка от един слънчев диаметър от слънчевия край на 9 и 10 декември.

Тъй като Земята, Слънцето и космическият кораб се приближават в съответствие, радиосигналите, които се движат напред-назад, трябва да преминават близо до слънцето. Слънчевата среда наистина е жестока и ще пречи на тези радиовълни. Докато някои сигнали ще преминат, комуникацията няма да бъде надеждна. Следователно контролерите планират да не изпращат съобщения до космическия кораб от 4 до 15 декември; всички инструкции, необходими през това време, ще бъдат запазени на борда предварително. Понякога антените на Deep Space Network, насочени близо до слънцето, ще слушат през ревящия шум за слабия шепот на космическия кораб, но екипът ще счита всяка комуникация за бонус.

Зората е голямаза междупланетен космически кораб (или за неземно водно конче, за този въпрос), с размах на крилете от почти 65 фута (19,7 метра). Въпреки това, повече от 3,8 пъти по-далеч от слънцето, на 352 милиона мили (567 милиона километра) разстояние, човечеството няма никаква технология, дори отдалечено способна да го зърне. Но можем да донесем нещо по-мощно от нашата технология: умственото око. От 8 до 11 декември, ако блокирате слънчевата светлина с палеца си, вие също ще покривате местоположението на Dawn. Там, в тази посока, е нашият далечен емисар към новите светове. Той е изминал три милиарда мили (4,8 милиарда километра) вече по време на своята необикновена извънземна експедиция и някои от най-вълнуващите мили все още предстоят, когато се приближи до Церера. Можете да видите точно къде е. Сега е от другата страна на слънцето.

Слънцето!

Това е същото слънце, което е повече от 100 пъти диаметъра на Земята и една трета от милион пъти нейната маса. Това е същото слънце, което е неоспорим господар на нашата слънчева система повече от 4,5 милиарда години. Това е същото слънце, което е огрявало Земята през цялото това време и е било основният източник на толкова много топлина, светлина и друга енергия, от която жителите на планетата са били толкова зависими. Това е същото слънце, което е повлияло толкова върху човешкото изразяване в изкуството, литературата, митологията и религията в продължение на безброй хилядолетия. Това е същото слънце, което е мотивирало научните изследвания от векове. Това е същото слънце, което е нашият пътепоказател в галактиката Млечния път. А хората имат космически кораб от другата му страна. Може да сме смирени от собствената си незначителност във Вселената, но все пак предприемаме най-храбрите приключения в опитите си да разберем нейното величие.

Зората е на 780 000 мили (1,3 милиона километра) от Церера, или 3,3 пъти средното разстояние между Земята и Луната. Също така е на 3,77 AU (350 милиона мили или 564 милиона километра) от Земята, или 1525 пъти по-далеч от Луната и 3,82 пъти по-далеч от слънцето днес. Радиосигналите, които се движат с универсалната граница на скоростта на светлината, отнемат един час и три минути, за да направят двупосочно пътуване.

д-р Марк Д. Рейман
17:00 ч. PST 28 ноември 2014 г

Вижте изображението на планетата джудже Церера от 1 декември 2014 г

Всички записи на Dawn Journal