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Vuela a Plutón con los nuevos horizontes



Esta semana estamos esperando un evento histórico: por primera vez, el aparato terrenal volará más allá de Plutón. La sonda New Horizons en la tarde del 14 de julio estará a una distancia de solo 12,500 km del planeta enano. Pero debido al hecho de que la velocidad de transferencia de datos a tales distancias será de aproximadamente 1 kilobits por segundo, los datos de la sonda se transmitirán durante meses. Ver el vuelo más allá de Plutón en la transmisión en línea no funciona, pero no importa. Gracias a la comunidad de entusiastas, podemos volar a Plutón virtualmente, en el simulador espacial Orbiter, y casi ver por ti mismo cómo se llevará a cabo este evento.

Un poco de material



New Horizons en el complejo de ensamblaje y pruebas

La sonda New Horizons tiene un peso inicial de 478 kg, de los cuales 77 kg es combustible (hidrazina) y 30 kg es equipo científico. RTG se utiliza como fuente de electricidad.con 11 kg de plutonio-238. Al momento de llegar a Plutón, el RTG genera aproximadamente 200 vatios de potencia. El dispositivo está envuelto en una capa protectora contra el calor multicapa (Dacron, Mylar, Kapton), que también sirve como protección contra los micrometeoritos, y se calienta por el calor liberado durante el funcionamiento de la electrónica. Para restablecer el exceso de calor en las regiones internas del sistema solar, se proporcionan persianas, y si no hay suficiente calor de la electrónica, la automatización encenderá los calentadores. Se instalan dos antenas de baja ganancia en la sonda (para comunicaciones de corto alcance) y una antena de ganancia media y alta. El sistema de propulsión consta de 16 motores combinados en dos grupos de 8 para mayor confiabilidad. En cada grupo, se utilizan dos motores con un empuje de 0.5 kg para corregir la trayectoria, y 6 motores con un empuje de 80 gramos para la orientación.La computadora de a bordo tiene un procesador resistente a la radiación con una frecuencia de 12 MHz y una unidad de estado sólido de 8 GB. La computadora y el disco también están duplicados. porPara determinar la posición del dispositivo en el espacio , se utilizan dos sensores de estrella, dos sensores solares (de reserva) y dos unidades de medición de inercia con giroscopios y acelerómetros. La orientación del dispositivo en el espacio se lleva a cabo utilizando motores; en modo de vuelo hacia el objetivo, la sonda también se estabiliza por rotación.







A bordo del "New Horizons" se instalan siete instrumentos científicos:
  • Alice . Espectrómetro UV. Su tarea es determinar los parámetros de la atmósfera de Plutón. En el modo de brillo de la atmósfera, captura lo que la atmósfera emite en el rango UV, y en el modo de eclipse, cuando los Nuevos Horizontes vuelan a través de la sombra de Plutón, determinará la composición de la atmósfera a partir del espectro de absorción de la luz solar. Una modificación de este dispositivo también se encuentra en la sonda Rosetta.
  • Ralph. -. - .
  • LORRI. . 50 /, 100 , , .
  • SWAP. . - .
  • PEPSSI. . SWAP , .
  • SDC. . , « ».
  • REX. , .





La preparación para el lanzamiento y el lanzamiento no estuvieron exentos de problemas. En el otoño de 2005, el huracán Wilma llegó a Cabo Cañaveral, que dañó el acelerador de la primera etapa por los restos de las puertas del complejo de ensamblaje y pruebas. El acelerador tuvo que ser cambiado. El tanque de combustible de la primera etapa tuvo que ser revisado adicionalmente, porque un tanque similar fue destruido durante la prueba. Todos estos incidentes movieron el inicio del 11 al 17 de enero. Todos los días la situación balística empeoraba, la Tierra abandonaba el área del pericentro de su órbita, y se tenía que gastar más y más combustible para superar la atracción de la Tierra y el Sol. Se dejó menos combustible para dispersarse, y esto alargó el camino hacia Plutón. Y el comienzo después del 2 de febrero hizo imposible la maniobra gravitacional en Júpiter, lo que retrasaría aún más la misión.
El 17 de enero, el inicio no tuvo lugar: se impidió un fuerte viento. El 18 de enero, el centro de control de la sonda se apagó de repente. El 19 de enero, el inicio tuvo que posponerse durante 52 minutos debido a la baja capa de nubes, pero finalmente, a las 19:00 UTC, New Horizons despegó del suelo:



Después de ~ 100 segundos, los aceleradores laterales de la primera etapa se separaron, había hasta cinco: se utilizó la versión más pesada del vehículo de lanzamiento Atlas V para lanzarlo. Después de cuatro minutos y medio, los motores rusos RD-180, que estaban en la primera etapa, se apagaron y diez minutos después la segunda etapa entró en la órbita de referencia. Después de una pausa de veinte minutos, el motor de la segunda etapa se encendió nuevamente y los Nuevos Horizontes alcanzaron una velocidad de 12.4 km / s. Luego llegó el turno de la unidad de overclocking de combustible sólido Star-48. El paquete de la sonda y el bloque de refuerzo se desenrolló hasta 60 revoluciones por minuto, y después de ~ 80 segundos el motor de "Nuevos Horizontes" aceleró a 16 km / s en relación con la Tierra, convirtiéndose en el primer dispositivo en desarrollar la tercera velocidad espacial inmediatamente desde la órbita de la Tierra ("Pioneros" y " Voyagers ”lo alcanzaron solo después de la maniobra gravitacional en Júpiter).


Animación de la separación de la etapa superior y más vuelo.

Palmo de júpiter


Después de solo un año, en febrero de 2007, New Horizons sobrevoló Júpiter a una distancia de 2.3 millones de km (aproximadamente 32 diámetros), recibiendo 4 km / s "libres" debido a una maniobra gravitacional y acortando el camino a Plutón en tres años. Los instrumentos científicos no solo verificaron en un escenario real el paso de un cuerpo celeste, sino que también recopilaron datos interesantes. Después del final de la misión Galileo en 2003, nadie visitó el vecindario de Júpiter, y los instrumentos de los Nuevos Horizontes fueron mucho mejores.


Una gran mancha roja a través de los ojos de Ralph


Animación de un volcán en Io

Plutón


Después de Júpiter, New Horizons voló durante años en hibernación. La sonda cruzó la órbita de Saturno en junio de 2008 y Urano en marzo de 2011. A pesar de que algunos instrumentos comenzaron a funcionar antes, la sonda se despertó por completo el 6 de diciembre de 2014. Y, a partir de enero, tenemos fotografías cada vez más cercanas de Plutón y sus lunas:






Plutón. La última instantánea del 11 de julio

La carta de vuelo ya se conoce, se puede ver descargando la aplicación Eyes de la NASA desde el sitio web oficial o viendo una grabación en YouTube (es mejor expandirla en pantalla completa):



Y veremos este vuelo en Orbiter. Para esto necesitamos:

Orden de instalación:
  1. Desempaquete en la carpeta del simulador "Plutón y lunas".
  2. En la carpeta \ Config del simulador, agregue las líneas al archivo Sol.cfg
    Planet## = Pluto
Pluto:Moon1 = Charon
Pluto:Moon2 = Nix
Pluto:Moon3 = Hydra
    reemplazando el enrejado con el número del planeta. En mi caso, el último número fue 8, cambie ## a 9:
  3. Descomprima en la carpeta del simulador "Nuevos horizontes".
  4. Descomprima en la carpeta del simulador "New Horizons Pluto Encounter", sobrescribiendo los archivos existentes.

Lanzar Orbiter. El guión que necesitamos se llama Nuevos Horizontes - Encuentro con


Plutón ¡Hola, Plutón!


Teclas de control:
  • F1 : cambiar la vista desde la primera / tercera persona.
  • T : acelerar el tiempo 10 veces, R : reducir la velocidad.
  • :

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


Plutón a la vista:


14 de julio:


11:11 UTC, primer plano de Plutón y Caronte, hasta el punto de convergencia máxima en menos de una hora.


11:32 UTC. ¿New Horizons tomará esa foto?


11:50 UTC (14:50 hora de Moscú). El punto de acercamiento máximo ya está en el lado exterior de la órbita de Plutón, desde aquí será visible como una hoz.


12:50 UTC (15:50 hora de Moscú). Entramos en la sombra de Plutón. El espectrómetro Alice recopilará datos muy interesantes aquí.


14:15 UTC (17:15 hora de Moscú). Entramos en la sombra de Charon.


~ 20 horas UTC el 14 de julio. Desde la vecindad de este punto, los Nuevos Horizontes deberían enviar una señal de "llamar a casa", lo que significa que todo salió bien. En la Tierra, será recibido alrededor de las 4 de la mañana en Moscú.


Pequeñas preguntas frecuentes


¿Habrá una transmisión en línea desde la sonda?
No, no lo hará. El 14 de julio, la sonda volará casi todo el tiempo en modo de silencio de radio. Esto se debe al hecho de que la antena y los instrumentos científicos están rígidamente fijados al cuerpo, y usted puede recopilar datos o transmitirlos a la Tierra. Además, la velocidad de transferencia de datos es baja, en la región de 1 kilobit por segundo. En este modo, se transmitirá una foto LORRI durante aproximadamente una hora. No estoy hablando del hecho de que las antenas de la Red del Espacio Profundo que funcionan con estaciones interplanetarias no están completamente abandonadas para las necesidades de New Horizons, el sistema solar tiene suficientes estaciones para trabajar y el New Horizons MCC está contento si recibe 8 horas de antena al día.

¿Y en qué centrarse, qué eventos esperar?
El evento más importante que el público sabrá es el "llamado a casa" alrededor de las 4 a.m., hora de Moscú. Significará que los Nuevos Horizontes no encontraron nada, no entraron en modo seguro y no ocurrieron otros incidentes.

¿Cuándo serán las nuevas fotos únicas?
Se espera recibir una foto de Plutón del área de acercamiento máximo el 15 de julio, y se espera una foto de Charon el 16. Se esperan las primeras fotos en color alrededor del 18 de julio. Y la transferencia de todos los datos recopilados llevará meses, planean completarla ya en 2016.

¿Por qué una conexión tan lenta?
La velocidad de comunicación está determinada por la capacidad de distinguir una señal del ruido. En términos muy simples, cuanto menor es la potencia del transmisor, cuanto menor es la antena y mayor es la distancia, más lenta es la transmisión de datos para poder desmontarla en el lado receptor. Una antena del tamaño de un telescopio de Arecibo, alimentada por una planta de energía nuclear, podría transmitir datos en gigabits, si no en terabits por segundo. Los "Nuevos Horizontes" con una antena con un diámetro de 2 metros y una fuente de alimentación a bordo de 200 W deben contentarse con mucho menos.
Vea también los teoremas de Shannon para un canal con ruido .

¿Qué pasará con los Nuevos Horizontes después?
Después del vuelo de Plutón, se realizarán búsquedas de un objeto adecuado en el cinturón de Kuiper.. La especificidad de la trayectoria significa que un objetivo adecuado debe estar en un cono muy estrecho, por ejemplo, Eris no es exactamente adecuado como objetivo.

¿Y podrías entrar en la órbita de Plutón?
Los "Nuevos Horizontes" tienen una velocidad relativa a Plutón ~ 13 km / s. El suministro total de combustible en la sonda es suficiente para cambiar la velocidad en ~ 500 m / s. Y si diseñamos el barco, cambiando arbitrariamente la proporción de piezas, luego frenar en los motores químicos de la estación que pesan 478 kg entregaría unos 6 kilogramos a la órbita de Plutón, incluidos los motores que frenarían y los tanques donde se almacenaría el combustible.
Al mismo tiempo, teóricamente, es posible una misión con la órbita de Plutón. Pero ella requerirá:
  1. Décadas de maniobras de gravedad o simplemente movimientos más lentos (para amortiguar la velocidad relativa más baja de Plutón)
  2. .
  3. - .

En este contexto, la idea de acelerar un vehículo relativamente pequeño a alta velocidad, volar a Plutón en solo diez años y recopilar información de la ruta de vuelo parece rápida, barata y eficiente.

¿Dónde está Plutón ahora?
Si, después de la medianoche, miras al cielo y dibujas mentalmente una línea a través de Deneb y Altair, entonces Plutón estará bajo sobre el horizonte en la constelación de Sagitario. Su magnitud es 14, y no funcionará ver a Plutón en telescopios aficionados.



Por tag Orbiter otras publicaciones sobre viajes espaciales virtuales.

Al preparar la publicación, se utilizaron materiales de la revista Cosmonautics News.. Ahora la revista se puede comprar no solo en papel sino también en formato digital, en la aplicación "VipishiSmart: Digital Press", disponible para iOS y Android.

Source: https://habr.com/ru/post/es381515/

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