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Pilotez Pluton avec les nouveaux horizons



Cette semaine, nous attendons un événement historique - pour la première fois, l'appareil terrestre passera devant Pluton. La sonde New Horizons dans l'après-midi du 14 juillet sera à seulement 12 500 km de la planète naine. Mais étant donné que le taux de transfert de données à de telles distances sera d'environ 1 kilobits par seconde, les données de la sonde seront transmises pendant des mois. Regarder le vol passé Pluton dans la diffusion en ligne ne fonctionne pas, mais cela n'a pas d'importance. Grâce à la communauté des passionnés, nous pouvons survoler Pluton virtuellement, dans le simulateur spatial Orbiter, et voir presque par vous-même comment cet événement se déroulera.

Un peu de matériel



New Horizons dans le complexe d'assemblage et d'essai

La sonde New Horizons a un poids initial de 478 kg, dont 77 kg de carburant (hydrazine) et 30 kg d'équipement scientifique. Le RTG est utilisé comme source d'électricitéavec 11 kg de plutonium-238. Au moment de son arrivée à Pluton, le RTG génère environ 200 watts de puissance. L'appareil est enveloppé dans un revêtement multicouche de protection thermique (Dacron, Mylar, Kapton), qui sert également de protection contre les micrométéorites, et est chauffé par la chaleur dégagée lors du fonctionnement de l'électronique. Pour réinitialiser l'excès de chaleur dans les régions intérieures du système solaire, des stores sont fournis et s'il n'y a pas assez de chaleur de l'électronique, l'automatisation allumera les radiateurs. Deux antennes à faible gain sont installées sur la sonde (pour les communications à courte portée) et une antenne à gain moyen et élevé. Le système de propulsion se compose de 16 moteurs combinés en deux groupes de 8 pour une plus grande fiabilité. Dans chaque groupe, deux moteurs avec une poussée de 0,5 kg sont utilisés pour corriger la trajectoire, et 6 moteurs avec une poussée de 80 grammes pour l'orientation.L'ordinateur de bord est doté d'un processeur résistant aux radiations d'une fréquence de 12 MHz et d'un lecteur à semi-conducteurs de 8 Go. L'ordinateur et le lecteur sont également dupliqués. Pourpour déterminer la position de l'appareil dans l'espace , deux capteurs étoiles, deux capteurs solaires (réserve) et deux unités de mesure inertielles avec gyroscopes et accéléromètres sont utilisés. L'orientation du dispositif dans l'espace s'effectue à l'aide de moteurs; en mode vol vers la cible, la sonde est également stabilisée par rotation.







A bord des "Nouveaux Horizons", sept instruments scientifiques sont installés:
  • Alice . Spectromètre UV. Sa tâche est de déterminer les paramètres de l'atmosphère de Pluton. En mode luminescent de l'atmosphère, il capture ce que l'atmosphère émet dans la gamme UV, et en mode éclipse, lorsque les nouveaux horizons volent à travers l'ombre de Pluton, il déterminera la composition de l'atmosphère à partir du spectre d'absorption du soleil. Une modification de cet appareil se trouve également sur la sonde Rosetta.
  • Ralph. -. - .
  • LORRI. . 50 /, 100 , , .
  • SWAP. . - .
  • PEPSSI. . SWAP , .
  • SDC. . , « ».
  • REX. , .





La préparation au lancement et au lancement n'a pas été sans problème. À l'automne 2005, l'ouragan Wilma est arrivé à Cap Canaveral, qui a endommagé l'accélérateur du premier étage par l'épave des portes du complexe de montage et d'essai. L'accélérateur a dû être changé. Le réservoir de carburant du premier étage a dû être vérifié en plus, car un réservoir similaire a été détruit lors des essais. Tous ces incidents ont déplacé le début du 11 au 17 janvier. Chaque jour, la situation balistique s'aggravait, la Terre quittait la zone du péricentre de son orbite, et de plus en plus de carburant devait être dépensé pour vaincre l'attraction de la Terre et du Soleil. Il restait moins de carburant à disperser, ce qui allongeait le chemin vers Pluton. Et le début après le 2 février a rendu impossible la manœuvre gravitationnelle à Jupiter, ce qui retarderait encore plus la mission.
Le 17 janvier, le départ n'a pas eu lieu - un vent fort a empêché. Le 18 janvier, le centre de contrôle des sondes s'est soudainement éteint. Le 19 janvier, le départ a dû être reporté de 52 minutes en raison de la faible couverture nuageuse, mais finalement, à 19h00 UTC, New Horizons a décollé du sol:



Après environ 100 secondes, les accélérateurs latéraux du premier étage se sont séparés, il y en avait jusqu'à cinq - la version la plus lourde du lanceur Atlas V a été utilisée pour le lancer. Après quatre minutes et demie, les moteurs russes RD-180, qui étaient dans la première étape, s'éteignirent et dix minutes plus tard, la deuxième étape entra dans l'orbite de référence. Après une pause de vingt minutes, le moteur du deuxième étage s'est rallumé et les New Horizons ont atteint une vitesse de 12,4 km / s. Puis vint le tour de l'overclocking à combustible solide Star-48. Le faisceau de la sonde et du booster n'a pas été tordu jusqu'à 60 tours par minute, et après environ 80 secondes, le moteur "New Horizons" a accéléré à 16 km / s par rapport à la Terre, devenant le premier appareil à développer la troisième vitesse spatiale immédiatement à partir de l'orbite de la Terre ("Pionniers" et " Voyageurs »ne l'ont atteint qu'après la manœuvre gravitationnelle de Jupiter).


Animation de la séparation de l'étage supérieur et de la poursuite du vol

Envergure de jupiter


Après seulement un an, en février 2007, New Horizons a survolé Jupiter à une distance de 2,3 millions de kilomètres (environ 32 diamètres), recevant "gratuitement" 4 km / s en raison de la manœuvre gravitationnelle et raccourcissant le chemin de Pluton de trois ans. Les instruments scientifiques ont non seulement vérifié dans un scénario réel du passage d'un corps céleste, mais ont également collecté des données intéressantes. Après la fin de la mission Galileo en 2003, personne n'a visité le quartier de Jupiter, et les instruments des Nouveaux Horizons étaient bien meilleurs.


Une grande tache rouge à travers les yeux de Ralph


Animation d'un volcan sur Io

Pluton


Après Jupiter, New Horizons a volé pendant des années en hibernation. La sonde a traversé l'orbite de Saturne en juin 2008 et d'Uranus en mars 2011. Malgré le fait que certains instruments aient commencé à fonctionner plus tôt, la sonde s'est complètement réveillée le 6 décembre 2014. Et, à partir de janvier, nous approchons de plus en plus de photographies de Pluton et de ses lunes:






Pluton. Le dernier instantané du 11 juillet

Le tableau de vol est déjà connu, il peut être consulté en téléchargeant l'application Eyes de la NASA sur le site officiel ou en regardant un enregistrement sur YouTube (il est préférable de le développer en plein écran):



Et nous allons regarder ce vol à Orbiter. Pour cela, nous avons besoin de:

Ordre d'installation:
  1. Déballez dans le dossier du simulateur "Pluton et Lunes".
  2. Dans le dossier \ Config du simulateur, ajoutez les lignes au fichier Sol.cfg
    Planet## = Pluto
Pluto:Moon1 = Charon
Pluto:Moon2 = Nix
Pluto:Moon3 = Hydra
    remplacer le réseau par le numéro de planète. Dans mon cas, le dernier nombre était 8, remplacez ## par 9:
  3. Déballez dans le dossier du simulateur "New Horizons".
  4. Décompressez dans le dossier du simulateur "New Horizons Pluto Encounter", en écrasant les fichiers existants.

Lancez Orbiter. Le script dont nous avons besoin s'appelle New Horizons - Pluto Encounter


Hi Pluto!


Touches de contrôle:
  • F1 - changer la vue de la première / troisième personne.
  • T - accélère le temps de 10 fois, R - ralentit.
  • :

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


Pluton en vue:


14 juillet:


11h11 UTC, gros plan Pluton et Charon, au point de convergence maximale en moins d'une heure.


11:32 UTC. New Horizons prendra-t-il une telle photo?


11:50 UTC (14:50 heure de Moscou). Le point de rapprochement maximal est déjà du côté extérieur de l'orbite de Pluton, à partir d'ici, il sera visible comme une faucille.


12:50 UTC (15:50 heure de Moscou). Nous entrons dans l'ombre de Pluton. Le spectromètre Alice collectera ici des données très intéressantes.


14:15 UTC (17:15 heure de Moscou). Nous entrons dans l'ombre de Charon.


~ 20 heures UTC le 14 juillet. Du voisinage de ce point, les Nouveaux Horizons devraient envoyer un signal «appeler à la maison», ce qui signifie que tout s'est bien passé. Sur Terre, il sera reçu vers 4 heures du matin à Moscou.


Petite FAQ


Y aura-t-il une diffusion en ligne de la sonde?
Non, ce ne sera pas le cas. Le 14 juillet, la sonde volera presque tout le temps en mode radio silence. Cela est dû au fait que l'antenne et les instruments scientifiques sont fixés rigidement au corps, et vous pouvez soit collecter des données, soit les transmettre à la Terre. De plus, le taux de transfert de données est faible, de l'ordre de 1 kilobit par seconde. Dans ce mode, une photo LORRI sera transmise pendant environ une heure. Je ne parle pas du fait que les antennes du Deep Space Network qui fonctionnent avec des stations interplanétaires ne sont pas complètement abandonnées pour les besoins de New Horizons, le système solaire a suffisamment de stations avec lesquelles travailler et le New Horizons MCC est heureux s'il reçoit 8 heures d'antenne par jour.

Et puis sur quoi se concentrer, à quels événements s'attendre?
L'événement le plus important que le public connaîtra est le «call home» vers 4 heures du matin, heure de Moscou. Cela signifiera que les New Horizons n'ont rien rencontré, ne sont pas passés en mode sans échec et aucun autre incident n'est survenu.

Quand seront les nouvelles photos uniques?
Une photo de Pluton de la zone de rapprochement maximal devrait être reçue le 15 juillet, une photo de Charon est attendue le 16. Les premières photos couleur sont attendues vers le 18 juillet. Et le transfert de toutes les données collectées prendra des mois, ils prévoient de le terminer déjà en 2016.

Pourquoi une connexion si lente?
La vitesse de communication est déterminée par la capacité de distinguer un signal du bruit. En termes très simples, plus la puissance d'émission est faible, plus l'antenne est petite et plus la distance est grande, plus la transmission des données est lente pour pouvoir être démontée côté réception. Une antenne de la taille d'un télescope Arecibo, alimentée par une centrale nucléaire, pourrait transmettre des données en gigabits, sinon en térabits par seconde. «New Horizons» avec une antenne d'un diamètre de 2 mètres et une source d'alimentation embarquée de 200 W doit se contenter de beaucoup moins.
Voir également les théorèmes de Shannon pour un canal avec du bruit .

Qu'adviendra-t-il des Nouveaux Horizons par la suite?
Après le vol de Pluton, on recherchera un objet approprié dans la ceinture de Kuiper. La spécificité de la trajectoire signifie qu'une cible appropriée doit être dans un cône très étroit, par exemple, Eris ne convient pas exactement comme cible.

Et pourriez-vous entrer dans l'orbite de Pluton?
Les "Nouveaux Horizons" ont une vitesse par rapport à Pluton ~ 13 km / s. L'alimentation totale en carburant de la sonde est suffisante pour modifier la vitesse de ~ 500 m / s. Et si nous concevions le navire, modifiant arbitrairement le rapport des pièces, puis freiner les moteurs chimiques de la station pesant 478 kg fournirait environ 6 kilogrammes à l'orbite de Pluton, y compris les moteurs qui freineraient et les réservoirs où le carburant serait stocké.
En même temps, théoriquement, une mission avec Pluton en orbite est possible. Mais elle aura besoin de:
  1. Des décennies de manœuvres de gravité ou tout simplement un mouvement plus lent (pour amortir la vitesse relative inférieure de Pluton)
  2. .
  3. - .

Dans ce contexte, l'idée d'accélérer un véhicule relativement petit à grande vitesse, de voler vers Pluton en seulement dix ans et de collecter des informations sur la trajectoire de vol semble rapide, bon marché et efficace.

Où est Pluton maintenant?
Si, après minuit, vous regardez le ciel et tracez mentalement une ligne à travers Deneb et Altair, alors Pluton sera bas au-dessus de l'horizon dans la constellation du Sagittaire. Son amplitude est de 14, et cela ne fonctionnera pas pour voir Pluton dans des télescopes amateurs.



Par tag Orbiter d' autres publications sur les voyages spatiaux virtuels.

Pour préparer la publication, des documents du magazine Cosmonautics News ont été utilisés. Maintenant, le magazine peut être acheté non seulement sur papier mais aussi sous forme numérique, dans l'application «VipishiSmart: Digital Press», disponible pour iOS et Android.

Source: https://habr.com/ru/post/fr381515/

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