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Voe Plutão com os Novos Horizontes



Nesta semana, estamos aguardando um evento histórico - pela primeira vez o aparelho terrestre passará por Plutão. A sonda New Horizons, na tarde de 14 de julho, estará a uma distância de apenas 12.500 km do planeta anão. Porém, devido ao fato de a taxa de transferência de dados nessas distâncias ser de aproximadamente 1 kilobits por segundo, os dados da sonda serão transmitidos por meses. Observar o vôo após Plutão na transmissão on-line não funciona, mas não importa. Graças à comunidade de entusiastas, podemos voar virtualmente por Plutão, no simulador espacial Orbiter, e quase ver por si mesmo como esse evento ocorrerá.

Um pouco de material



New Horizons no complexo de montagem e teste

A sonda New Horizons tem um peso inicial de 478 kg, dos quais 77 kg são combustíveis (hidrazina) e 30 kg são equipamentos científicos. O RTG é usado como fonte de eletricidadecom 11 kg de plutônio-238. No momento da chegada a Plutão, o RTG gera aproximadamente 200 watts de energia. O dispositivo é envolto em um revestimento protetor de calor multicamada (Dacron, Mylar, Kapton), que também serve como proteção contra micrometeoritos, e é aquecido pelo calor liberado durante a operação dos eletrônicos. Para redefinir o excesso de calor nas regiões internas do sistema solar, são fornecidas persianas e, se não houver calor suficiente dos componentes eletrônicos, a automação ligará os aquecedores. Duas antenas de baixo ganho estão instaladas na sonda (para comunicações de curto alcance) e uma antena de médio e alto ganho. O sistema de propulsão consiste em 16 motores combinados em dois grupos de 8 para maior confiabilidade. Em cada grupo, dois motores com um empuxo de 0,5 kg são usados ​​para corrigir a trajetória e 6 motores com um empuxo de 80 gramas para orientação.O computador de bordo possui um processador resistente à radiação com uma frequência de 12 MHz e uma unidade de estado sólido de 8 GB. Computador e unidade também são duplicados. ParaPara determinar a posição do dispositivo no espaço , são utilizados dois sensores estelares, dois sensores solares (reserva) e duas unidades de medição inercial com giroscópios e acelerômetros. A orientação do dispositivo no espaço é realizada usando motores; no modo de vôo para o alvo, a sonda também é estabilizada por rotação.







A bordo do "New Horizons" estão instalados sete instrumentos científicos:
  • Alice . Espectrômetro UV. Sua tarefa é determinar os parâmetros da atmosfera de Plutão. No modo de brilho da atmosfera, captura o que a atmosfera emite na faixa de UV e no modo eclipse, quando os Novos Horizontes voam através da sombra de Plutão, determinam a composição da atmosfera a partir do espectro de absorção da luz solar. Uma modificação deste dispositivo também está na sonda Rosetta.
  • Ralph. -. - .
  • LORRI. . 50 /, 100 , , .
  • SWAP. . - .
  • PEPSSI. . SWAP , .
  • SDC. . , « ».
  • REX. , .





A preparação para o lançamento e o lançamento não foram sem problemas. No outono de 2005, o furacão Wilma chegou a Cape Canaveral, que danificou o acelerador do primeiro estágio pelos destroços dos portões do complexo de montagem e testes. O acelerador teve que ser trocado. O tanque de combustível da primeira etapa teve que ser verificado adicionalmente, porque um tanque semelhante foi destruído durante o teste. Todos esses incidentes mudaram o início de 11 para 17 de janeiro. Todos os dias a situação balística piorava, a Terra deixava a área do pericentro de sua órbita, e cada vez mais combustível era gasto para superar a atração da Terra e do Sol. Menos combustível foi deixado para dispersar, e isso prolongou o caminho para Plutão. E o início após 2 de fevereiro impossibilitou a manobra gravitacional em Júpiter, o que atrasaria ainda mais a missão.
17 de janeiro, o início não ocorreu - um forte vento impediu. Em 18 de janeiro, o centro de controle da sonda foi desligado repentinamente. Em 19 de janeiro, o início teve que ser adiado por 52 minutos devido à baixa cobertura de nuvens, mas finalmente, às 19:00 UTC, a New Horizons decolou do chão:



Após ~ 100 segundos, os aceleradores laterais do primeiro estágio se separaram, havia até cinco - a versão mais pesada do veículo de lançamento Atlas V foi usada para lançá-lo. Após quatro minutos e meio, os motores russos RD-180, que estavam no primeiro estágio, foram desligados e, dez minutos depois, o segundo estágio entrou na órbita de referência. Após uma pausa de vinte minutos, o motor do segundo estágio ligou novamente e o New Horizons atingiu uma velocidade de 12,4 km / s. Então chegou a vez da unidade de overclocking de combustível sólido Star-48. O pacote da sonda e o bloco de reforço foram destorcidos até 60 rotações por minuto e, após ~ 80 segundos, o motor "New Horizons" acelerou para 16 km / s em relação à Terra, tornando-se o primeiro dispositivo a desenvolver a terceira velocidade espacial imediatamente a partir da órbita da Terra ("Pioneiros" e " Voyagers ”o alcançaram somente após a manobra gravitacional em Júpiter).


Animação da separação do estágio superior e posterior vôo

Extensão de júpiter


Após apenas um ano, em fevereiro de 2007, a New Horizons passou por Júpiter a uma distância de 2,3 milhões de km (aproximadamente 32 diâmetros), recebendo 4 km / s “livres” devido à manobra gravitacional e encurtando o caminho para Plutão em três anos. Os instrumentos científicos não apenas checaram um cenário real da passagem de um corpo celeste, mas também coletaram dados interessantes. Após o fim da missão Galileo em 2003, ninguém visitou o bairro de Júpiter, e os instrumentos dos Novos Horizontes eram muito melhores.


Uma grande mancha vermelha através dos olhos de Ralph


Animation de um vulcão em Io

Plutão


Depois de Júpiter, a New Horizons voou por anos em hibernação. A sonda atravessou a órbita de Saturno em junho de 2008 e Urano em março de 2011. Apesar de alguns instrumentos terem começado a funcionar mais cedo, a sonda acordou completamente em 6 de dezembro de 2014. E, a partir de janeiro, temos fotografias cada vez mais próximas de Plutão e suas luas:






Plutão. O snapshot mais recente de 11 de julho

O gráfico de voo já é conhecido, pode ser visualizado baixando o aplicativo Olhos da NASA no site oficial ou assistindo a uma gravação no YouTube (é melhor expandi-lo em tela cheia):



E vamos olhar para este vôo em Orbiter. Para isso, precisamos:

Ordem de instalação:
  1. Descompacte na pasta do simulador "Plutão e luas".
  2. Na pasta \ Config do simulador, adicione as linhas ao arquivo Sol.cfg
    Planet## = Pluto
Pluto:Moon1 = Charon
Pluto:Moon2 = Nix
Pluto:Moon3 = Hydra
    substituindo a rede pelo número do planeta. No meu caso, o último número foi 8, altere ## para 9:
  3. Desembale na pasta do simulador "New Horizons".
  4. Descompacte na pasta do simulador “New Horizons Pluto Encounter”, substituindo os arquivos existentes.

Inicie o Orbiter. O script que precisamos é chamado de Novos Horizontes - Encontro de


Plutão Oi Plutão!


Teclas de controle:
  • F1 - alternando a visualização da primeira / terceira pessoa.
  • T - acelerar o tempo em 10 vezes, R - diminuir a velocidade.
  • :

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


Plutão à vista:


14 de julho:


11:11 UTC, close-up de Plutão e Caronte, até o ponto de convergência máxima em menos de uma hora.


11:32 UTC. A New Horizons vai tirar uma foto assim?


11:50 UTC (14:50, horário de Moscou). O ponto de aproximação máxima já está no lado externo da órbita de Plutão, a partir daqui será visível como uma foice.


12:50 UTC (15:50, horário de Moscou). Entramos na sombra de Plutão. O espectrômetro Alice coletará dados muito interessantes aqui.


14:15 UTC (17:15, horário de Moscou). Entramos na sombra de Caronte.


~ 20 horas UTC em 14 de julho. Nos arredores deste ponto, o New Horizons deve enviar um sinal de "ligar para casa", o que significa que tudo correu bem. Na Terra, ele será recebido por volta das 4 da manhã em Moscou.


Perguntas frequentes pequenas


Haverá uma transmissão on-line a partir da sonda?
Não, não vai. Em 14 de julho, a sonda voará quase o tempo todo no modo de silêncio por rádio. Isso se deve ao fato de que a antena e os instrumentos científicos são rigidamente fixados ao corpo, e você pode coletar dados ou transmiti-los à Terra. Além disso, a taxa de transferência de dados é baixa, na região de 1 kilobit por segundo. Nesse modo, uma foto LORRI será transmitida por cerca de uma hora. Não estou falando do fato de que as antenas da Deep Space Network que funcionam com estações interplanetárias não são totalmente entregues às necessidades dos New Horizons, o Sistema Solar tem estações suficientes para trabalhar e o New Horizons MCC fica feliz se receber 8 horas de antena por dia.

E então o que focar, quais eventos esperar?
O evento mais importante que o público estará ciente é a "chamada de lar" por volta das 04:00, horário de Moscou. Isso significa que o New Horizons não encontrou nada, não entrou em modo de segurança e nenhum outro incidente ocorreu.

Quando serão as novas fotos exclusivas?
Eles esperam receber uma foto de Plutão no site de aproximação máxima em 15 de julho, uma foto de Charon é esperada no dia 16. As primeiras fotos coloridas são esperadas por volta de 18 de julho. E a transferência de todos os dados coletados levará meses, eles planejam concluí-los já em 2016.

Por que uma conexão tão lenta?
A velocidade da comunicação é determinada pela capacidade de distinguir um sinal do ruído. Em termos muito simples, quanto menor a potência do transmissor, menor a antena e maior a distância, mais lento é necessário transmitir dados para que possam ser desmontados no lado receptor. Uma antena do tamanho de um telescópio Arecibo, alimentado por uma usina nuclear, poderia transmitir dados em gigabits, se não em terabits por segundo. Os “novos horizontes”, com uma antena de 2 metros de diâmetro e uma fonte de energia de 200 W a bordo, devem se contentar com muito menos.
Veja também os teoremas de Shannon para um canal com ruído .

O que acontecerá com o New Horizons depois?
Após o vôo de Plutão, serão feitas buscas de um objeto adequado no cinturão de Kuiper. A especificidade da trajetória significa que um alvo adequado deve estar em um cone muito estreito, por exemplo, Eris não é exatamente adequado como alvo.

E você poderia entrar na órbita de Plutão?
Os "novos horizontes" têm uma velocidade relativa a Plutão ~ 13 km / s. O suprimento total de combustível na sonda é suficiente para alterar a velocidade em ~ 500 m / s. E se projetássemos o navio, alterando arbitrariamente a proporção de peças, a frenagem nos motores químicos da estação, pesando 478 kg, forneceria cerca de 6 kg à órbita de Plutão, incluindo motores que freiam e tanques onde o combustível é armazenado.
Ao mesmo tempo, teoricamente, é possível uma missão em órbita de Plutão. Mas ela exigirá:
  1. Décadas de manobras de gravidade ou apenas movimentos mais lentos (para diminuir a velocidade relativa mais baixa de Plutão)
  2. .
  3. - .

Nesse contexto, a idéia de acelerar um veículo relativamente pequeno para alta velocidade, voar para Plutão em apenas dez anos e coletar informações da trajetória de vôo parece rápida, barata e eficiente.

Onde está Plutão agora?
Se, depois da meia-noite, você olhar para o céu e traçar mentalmente uma linha através de Deneb e Altair, Plutão estará baixo acima do horizonte na constelação de Sagitário. Sua magnitude é 14 e não funcionará para ver Plutão em telescópios amadores.



Por tag Orbiter outras publicações sobre viagens espaciais virtuais.

Na preparação da publicação, foram utilizados materiais da revista Cosmonautics News. Agora, a revista pode ser adquirida não apenas em papel, mas também em formato digital, no aplicativo “VipishiSmart: Digital Press”, disponível para iOS e Android.

Source: https://habr.com/ru/post/pt381515/

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