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Fliegen Sie Pluto mit den neuen Horizonten



Diese Woche warten wir auf ein historisches Ereignis - zum ersten Mal wird der irdische Apparat an Pluto vorbeifliegen. Die New Horizons-Sonde am Nachmittag des 14. Juli befindet sich nur 12.500 km vom Zwergplaneten entfernt. Aufgrund der Tatsache, dass die Datenübertragungsrate bei solchen Entfernungen ungefähr 1 Kilobit pro Sekunde beträgt, werden die Daten von der Sonde monatelang übertragen. Das Beobachten des Fluges an Pluto vorbei im Online-Rundfunk funktioniert nicht, spielt aber keine Rolle. Dank der Community von Enthusiasten können wir im Orbiter-Weltraumsimulator virtuell an Pluto vorbeifliegen und fast selbst sehen, wie diese Veranstaltung stattfinden wird.

Ein bisschen Material



New Horizons im Montage- und Testkomplex

Die New Horizons-Sonde hat ein Anfangsgewicht von 478 kg, davon 77 kg Kraftstoff (Hydrazin) und 30 kg wissenschaftliche Ausrüstung. RTG wird als Stromquelle verwendetmit 11 kg Plutonium-238. Zum Zeitpunkt der Ankunft in Pluto erzeugt die RTG ungefähr 200 Watt Leistung. Das Gerät ist in eine mehrschichtige Hitzeschutzbeschichtung (Dacron, Mylar, Kapton) eingewickelt, die auch als Schutz gegen Mikrometeoriten dient, und wird durch die während des Betriebs der Elektronik freigesetzte Wärme erwärmt. Um überschüssige Wärme in den inneren Bereichen des Sonnensystems zurückzusetzen, sind Jalousien vorgesehen. Wenn die Elektronik nicht genügend Wärme liefert, schaltet die Automatisierung die Heizungen ein. Auf der Sonde sind zwei Antennen mit geringer Verstärkung (für Kurzstreckenkommunikation) und eine Antenne mit mittlerer und hoher Verstärkung installiert. Das Antriebssystem besteht aus 16 Motoren, die zur Erhöhung der Zuverlässigkeit in zwei 8er-Gruppen zusammengefasst sind. In jeder Gruppe werden zwei Motoren mit einem Schub von 0,5 kg zur Korrektur der Flugbahn und 6 Motoren mit einem Schub von 80 Gramm zur Orientierung verwendet.Der Bordcomputer verfügt über einen strahlungsbeständigen Prozessor mit einer Frequenz von 12 MHz und ein 8-GB-Solid-State-Laufwerk. Computer und Laufwerk werden ebenfalls dupliziert. ZumZur Bestimmung der Position des Geräts im Weltraum werden zwei Sternsensoren, zwei Sonnensensoren (Reserve) und zwei Trägheitsmesseinheiten mit Gyroskopen und Beschleunigungsmessern verwendet. Die Ausrichtung der Vorrichtung im Weltraum erfolgt mit Triebwerken, im Flugmodus zum Ziel wird die Sonde auch durch Drehung stabilisiert.







An Bord der "New Horizons" sind sieben wissenschaftliche Instrumente installiert:
  • Alice . UV-Spektrometer. Seine Aufgabe ist es, die Parameter der Pluto-Atmosphäre zu bestimmen. Im Atmosphären-Glühmodus erfasst es, was die Atmosphäre im UV-Bereich emittiert, und im Eclipse-Modus bestimmt es die Zusammensetzung der Atmosphäre aus dem Absorptionsspektrum des Sonnenlichts, wenn die neuen Horizonte durch den Schatten von Pluto fliegen. Eine Modifikation dieses Gerätes steht auch auf der Rosetta-Sonde.
  • Ralph. -. - .
  • LORRI. . 50 /, 100 , , .
  • SWAP. . - .
  • PEPSSI. . SWAP , .
  • SDC. . , « ».
  • REX. , .





Die Vorbereitung für den Start und den Start verlief nicht ohne Probleme. Im Herbst 2005 erreichte der Hurrikan Wilma Cape Canaveral, das den Beschleuniger der ersten Stufe durch die Zerstörung der Tore des Montage- und Testkomplexes beschädigte. Das Gaspedal musste gewechselt werden. Der Kraftstofftank der ersten Stufe musste zusätzlich überprüft werden, da ein ähnlicher Tank während der Prüfung zerstört wurde. All diese Vorfälle haben den Start vom 11. bis 17. Januar verschoben. Jeden Tag verschlechterte sich die ballistische Situation, die Erde verließ den Bereich des Perizentrums ihrer Umlaufbahn und es musste immer mehr Treibstoff ausgegeben werden, um die Anziehungskraft der Erde und der Sonne zu überwinden. Es blieb weniger Treibstoff übrig, was den Weg nach Pluto verlängerte. Und der Start nach dem 2. Februar machte das Gravitationsmanöver bei Jupiter unmöglich, was die Mission noch mehr verzögern würde.
Am 17. Januar fand der Start nicht statt - ein starker Wind verhinderte dies. Am 18. Januar wurde das Sondenkontrollzentrum plötzlich ausgeschaltet. Am 19. Januar musste der Start wegen der geringen Wolkendecke um 52 Minuten verschoben werden, doch schließlich startete New Horizons um 19:00 UTC vom Boden ab:



Nach ~ 100 Sekunden trennten sich die Seitenbeschleuniger der ersten Stufe, es waren bis zu fünf - die schwerste Version der Trägerrakete Atlas V wurde zum Starten verwendet. Nach viereinhalb Minuten schalteten sich die russischen RD-180-Triebwerke aus, die sich in der ersten Stufe befanden, und zehn Minuten später trat die zweite Stufe in die Referenzbahn ein. Nach einer zwanzigminütigen Pause schaltete sich der Motor der zweiten Stufe wieder ein und die New Horizons erreichten eine Geschwindigkeit von 12,4 km / s. Dann war die Star-48-Übertaktungseinheit für feste Brennstoffe an der Reihe. Das Bündel der Sonde und des Boosterblocks wurde bis zu 60 Umdrehungen pro Minute aufgedreht, und nach ~ 80 Sekunden wurde der New Horizons-Motor auf 16 km / s relativ zur Erde beschleunigt. Damit war er das erste Gerät, das die dritte Raumgeschwindigkeit unmittelbar aus der Erdumlaufbahn entwickelte (Pioneers und " Voyagers “erreichte es erst nach dem Gravitationsmanöver am Jupiter.


Animation der Trennung von der oberen Stufe und des weiteren Fluges

Spannweite des Jupiters


Nach nur einem Jahr, im Februar 2007, flog New Horizons in einer Entfernung von 2,3 Millionen km (ungefähr 32 Durchmesser) an Jupiter vorbei, erhielt aufgrund von Gravitationsmanövern „freie“ 4 km / s und verkürzte den Weg nach Pluto um drei Jahre. Wissenschaftliche Instrumente überprüften nicht nur ein reales Szenario des Durchgangs eines Himmelskörpers, sondern sammelten auch interessante Daten. Nach dem Ende der Galileo-Mission im Jahr 2003 besuchte niemand die Nachbarschaft von Jupiter, und die Instrumente der Neuen Horizonte waren viel besser.


Ein großer roter Fleck durch die Augen von Ralph


Animation eines Vulkans auf Io

Pluto


Nach Jupiter flogen New Horizons jahrelang im Winterschlaf. Die Sonde überquerte im Juni 2008 die Umlaufbahn von Saturn und im März 2011 von Uranus. Obwohl einige Instrumente früher in Betrieb genommen wurden, wachte die Sonde am 6. Dezember 2014 vollständig auf. Und ab Januar bekommen wir immer nähere Fotos von Pluto und seinen Monden:






Pluto. Der neueste Schnappschuss vom 11. Juli.

Die Flugkarte ist bereits bekannt. Sie kann durch Herunterladen der NASA-Anwendung Eyes von der offiziellen Website oder durch Ansehen einer Aufzeichnung auf YouTube angezeigt werden (es ist besser, sie im Vollbildmodus zu erweitern):



Und wir werden uns diesen Flug in Orbiter ansehen. Dafür brauchen wir:

Installationsreihenfolge:
  1. Entpacken Sie in den Ordner des Simulators "Pluto and Moons".
  2. Fügen Sie im Ordner \ Config des Simulators die Zeilen zur Datei Sol.cfg hinzu
    Planet## = Pluto
Pluto:Moon1 = Charon
Pluto:Moon2 = Nix
Pluto:Moon3 = Hydra
    Ersetzen des Gitters durch die Planetennummer. In meinem Fall war die letzte Zahl 8, ändern Sie ## in 9:
  3. Entpacken Sie in den Ordner des Simulators "New Horizons".
  4. Entpacken Sie in den Ordner des Simulators "New Horizons Pluto Encounter" und überschreiben Sie vorhandene Dateien.

Starten Sie Orbiter. Das Skript, das wir brauchen, heißt New Horizons - Pluto Encounter


Hi Pluto!


Steuertasten:
  • F1 - Umschalten der Ansicht von der ersten / dritten Person.
  • T - Beschleunigungszeit um das 10-fache, R - Verlangsamung.
  • :

    Num 5 .
  • Z — ( ), X — ( )
  • F9 — , .
  • H — . //.


Pluto in Sicht:


14. Juli:


11:11 UTC, Nahaufnahme von Pluto und Charon, bis zur maximalen Konvergenz von weniger als einer Stunde.


11:32 UTC. Wird New Horizons ein solches Foto machen?


11:50 UTC (14:50 Uhr Moskauer Zeit). Der Punkt der maximalen Annäherung befindet sich bereits auf der Außenseite von Plutos Umlaufbahn, von hier aus ist er als Sichel sichtbar.


12:50 UTC (15:50 Uhr Moskauer Zeit). Wir betreten den Schatten von Pluto. Das Alice-Spektrometer sammelt hier sehr interessante Daten.


14:15 UTC (17:15 Uhr Moskauer Zeit). Wir betreten den Schatten von Charon.


~ 20 Stunden UTC am 14. Juli. Aus der Nähe dieses Punktes sollten die New Horizons ein "Call Home" -Signal senden, was bedeutet, dass alles gut gelaufen ist. Auf der Erde wird er gegen 4 Uhr morgens in Moskau empfangen.


Kleine FAQ


Wird es eine Online-Sendung von der Sonde geben?
Nein es wird nicht. Am 14. Juli fliegt die Sonde fast die ganze Zeit im Funkstummschaltungsmodus. Dies liegt an der Tatsache, dass die Antenne und die wissenschaftlichen Instrumente starr am Körper befestigt sind und Sie entweder Daten sammeln oder zur Erde übertragen können. Außerdem ist die Datenübertragungsrate im Bereich von 1 Kilobit pro Sekunde niedrig. In diesem Modus wird ein LORRI-Foto etwa eine Stunde lang übertragen. Ich spreche nicht von der Tatsache, dass die Deep Space Network-Antennen, die mit interplanetaren Stationen arbeiten, nicht vollständig für die Bedürfnisse der New Horizons aufgegeben werden, das Sonnensystem über genügend Stationen verfügt, mit denen gearbeitet werden kann, und das New Horizons MCC freut sich über den Empfang 8 Stunden Antennenzeit pro Tag.

Und worauf sollte man sich dann konzentrieren, welche Ereignisse sind zu erwarten?
Das wichtigste Ereignis, das der Öffentlichkeit bekannt sein wird, ist der „Call Home“ gegen 4 Uhr morgens in Moskau. Dies bedeutet, dass die New Horizons auf nichts gestoßen sind, nicht in den abgesicherten Modus gegangen sind und keine anderen Vorfälle aufgetreten sind.

Wann werden die neuen einzigartigen Fotos sein?
Sie erwarten, am 15. Juli ein Foto von Pluto von der maximalen Annäherungsstelle zu erhalten, ein Foto von Charon wird am 16. Juli erwartet. Die ersten Farbfotos werden um den 18. Juli erwartet. Und die Übertragung aller gesammelten Daten wird Monate dauern, sie planen, sie bereits im Jahr 2016 abzuschließen.

Warum so eine langsame Verbindung?
Die Kommunikationsgeschwindigkeit wird durch die Fähigkeit bestimmt, ein Signal von Rauschen zu unterscheiden. In sehr einfachen Worten: Je geringer die Sendeleistung, je kleiner die Antenne und je größer der Abstand, desto langsamer müssen Daten übertragen werden, damit sie auf der Empfangsseite zerlegt werden können. Eine Antenne von der Größe eines Arecibo-Teleskops, die von einem Kernkraftwerk gespeist wird, könnte Daten in Gigabit, wenn nicht in Terabit pro Sekunde übertragen. „New Horizons“ mit einer Antenne mit einem Durchmesser von 2 Metern und einer Bordstromquelle von 200 W müssen sich mit viel weniger zufrieden geben.
Siehe auch Shannons Theoreme für einen Kanal mit Rauschen .

Was wird danach mit den neuen Horizonten geschehen?
Nach dem Flug von Pluto wird nach einem geeigneten Objekt im Kuipergürtel gesucht. Die Spezifität der Flugbahn bedeutet, dass sich ein geeignetes Ziel in einem sehr engen Kegel befinden muss, zum Beispiel ist Eris nicht genau als Ziel geeignet.

Und könnten Sie die Umlaufbahn von Pluto betreten?
"New Horizons" haben eine Geschwindigkeit relativ zu Pluto ~ 13 km / s. Die gesamte Kraftstoffzufuhr an der Sonde reicht aus, um die Geschwindigkeit um ~ 500 m / s zu ändern. Und wenn wir das Schiff so konstruieren würden, dass das Verhältnis der Teile willkürlich geändert wird, würde das Bremsen der chemischen Motoren der Station mit einem Gewicht von 478 kg etwa 6 Kilogramm in die Umlaufbahn von Pluto bringen, einschließlich Motoren, die bremsen würden, und Tanks, in denen der Kraftstoff gelagert würde.
Gleichzeitig ist theoretisch eine Mission mit umlaufendem Pluto möglich. Aber sie wird verlangen:
  1. Jahrzehntelange Schwerkraftmanöver oder nur langsamere Bewegungen (um Plutos niedrigere Relativgeschwindigkeit zu dämpfen)
  2. .
  3. - .

Vor diesem Hintergrund erscheint die Idee, ein relativ kleines Fahrzeug auf hohe Geschwindigkeit zu beschleunigen, in nur zehn Jahren nach Pluto zu fliegen und Informationen von der Flugbahn zu sammeln, schnell, billig und effizient.

Wo ist Pluto jetzt?
Wenn Sie nach Mitternacht in den Himmel schauen und mental eine Linie durch Deneb und Altair ziehen, befindet sich Pluto im Sternbild Schütze tief über dem Horizont. Seine Größe ist 14, und es wird nicht funktionieren, Pluto in Amateurteleskopen zu sehen.



Mit dem Tag Orbiter andere Veröffentlichungen zur virtuellen Raumfahrt.

Bei der Vorbereitung der Veröffentlichung wurden Materialien aus dem Cosmonautics News Magazin verwendet. Jetzt kann das Magazin nicht nur in Papierform, sondern auch in digitaler Form in der Anwendung „VipishiSmart: Digital Press“ für iOS und Android erworben werden.

Source: https://habr.com/ru/post/de381515/

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