Галілеа (касмічны апарат)

«Галілеа» (англ.: Galileo) — аўтаматычны касмічны апарат НАСА, створаны для даследавання Юпітэра і яго спадарожнікаў. Апарат быў запушчаны ў 1989 годзе і прапрацаваў да 2003 года. Гэта быў першы (і пакуль адзіны) апарат, які выйшаў на арбіту Юпітэра, які вывучаў планету доўгі час і скінуў у яе атмасферу спушчальны зонд. Станцыя перадала звыш 30 гігабайт інфармацыі, у тым ліку 14 тысяч малюнкаў планеты і спадарожнікаў, а таксама ўнікальную інфармацыю аб атмасферы Юпітэра. Назва станцыі звязана з тым, што менавіта Галілеа Галілей адкрыў чатыры спадарожніка Юпітэра ў 1610 годзе.

Галілеа
Заказчык	NASA
Вытворца
Задачы	Даследаванне сістэмы Юпітэра
Пралёт	Венера, (951) Гаспра, (243) Іда, Іо
Спадарожнік	Юпітэра
Запуск	18 кастрычніка 1989 22:23:00 UTC
Ракета-носьбіт	Атлантыс
Стартавая пляцоўка	, мыс Канаверал
NSSDC ID	1989-084B
SCN	20298
Тэхнічныя характарыстыкі
Маса	2223 кг
Магутнасць	500 Вт

Гісторыя

• 
  «Галілеа» на стадыі теставання
• 
  Запуск «Галілеа» з борта «Атлантыса»

Праектаванне апарата пачалося яшчэ ў 1977 годзе, калі было прынята рашэнне аб вывучэнні атмасферы Юпітэра з дапамогай спушчальнага апарата. Мэтай місіі было вывучэнне атмасферы Юпітэра, спадарожнікаў і іх будынка, магнітасферы, перадача малюнкаў планеты і яе спадарожнікаў і іншага.

Меркавалася, што «Галілеа» будзе выведзены на зямную арбіту з дапамогай «Шатла», а затым разагнаны з дапамогай паскаральніка «Кентаўр» у бок Юпітэра. Аднак пасля згубы «Чэленджэра» дастаўка «Кентаўра» на арбіту з дапамогай «Шатл» была забароненая. Пасля доўгага аналізу была знойдзена траекторыя палёту, якая значна эканоміла паліва і дазваляла абыйсціся без «Кентаўра». Гэтая траекторыя, якую назвалі VEEGA (Venus-Earth-Earth Gravity Assist), выкарыстала прыцягненне Венеры і Зямлі для здзяйснення гравітацыйных манеўраў.

У выніку, апарат паляцеў спачатку да Венеры і 2 разы прайшоў міма Зямлі, перш чым выйсці на траекторыю да Юпітэра, а працягласць палёту да планеты склала амаль 6 гадоў. У выніку «Галілеа» правёў даследаванні Венеры і двух астэроідаў. З-за змены першапачатковай траекторыі апарату спатрэбілася дадатковая сонцаабарона. Акрамя таго, паколькі паблізу Сонца апарат павінен быў быць павернуты пэўным чынам, каб знаходзіцца ў цені сонцаабароны, то выкарыстанне асноўнай антэны было немагчыма. Таму вырашана было не раскрываць яе, пакуль апарат не адыдзе ад Сонца на бяспечную адлегласць, а для падтрымання сувязі была ўсталявана дадатковая антэна (маламагутная). Але асноўная антэна пасля так і не расчынілася.

Сумарныя выдаткі на місію «Галілеа» склалі 1,5 млрд долараў.

Асноўныя падзеі:

• Апарат быў запушчаны 18 кастрычніка 1989 г. з борта касмічнага карабля «Атлантыс» (місія STS-34). Старт не раз адкладаўся з-за катастрофы «Чэленджэр».

• У 1990 годзе праляцеў міма Венеры, правёўшы шэраг даследаванняў гэтай планеты.

• У 1991 годзе ўвайшоў у кольца астэроідаў, якія размяшчаюцца паміж арбітамі Марса і Юпітэра.

• У ліпені 1994 года сфатаграфаваў, як камета Шумейкераў — Леві 9 ўразаецца ў Юпітэр.

• Ліпень 1995 г. — аддзяленне спушчальнага зонда ад асноўнага касмічнага апарата.

• 7 снежня 1995 г. спушчальны зонд увайшоў у атмасферу Юпітэра.

• 8 снежня 1995 г. выйшаў на арбіту Юпітэра.

• Меркавалася, што пасля прыбыцця да Юпітэра «Галілеа» прапрацуе два гады, пераходзячы з адной арбіты на іншую з мэтай збліжэння з кожным з буйных спадарожнікаў. Усяго было распрацавана 11 арбіт. У рэчаіснасці «Галілеа» «асвоіў» значна большую колькасць арбіт, зрабіўшы 35 віткоў вакол Юпітэра на працягу 8 гадоў.

• 21 верасня 2003 года, пасля 14 гадоў палёту і 8 гадоў даследаванняў сістэмы Юпітэра, місія «Галілеа» была завершана. Апарат быў пасланы ў атмасферу Юпітэра з хуткасцю каля 50 км/с з мэтай пазбегнуць магчымасці занясення мікраарганізмаў з Зямлі на спадарожнікі Юпітэра. Ён расплавіўся ў верхніх пластах атмасферы.

Апісанне апарата

Апарат вышынёй 5 метраў важыў 2223 кг, у тым ліку 118 кг навуковага абсталявання, 339 кг — спушчальны апарат, 925 кг паліва. Электраэнергетычная ўстаноўка складалася з двух радыеізатопных элементаў магутнасцю каля 500 Вт (сонечныя батарэі не ўжываліся з прычыны вялікай адлегласці ад Сонца).

На апараце было ўстаноўлена 4 антэны — асноўная, маламагутная і прыёмная для сувязі са спушчальным апаратам. Асноўная антэна не расчынілася, і сувязь з Зямлёй ажыццяўлялася з дапамогай маламагутнай антэны. Хуткасць сувязі склала 160 біт/с замест 134 Кбіт/с. Былі распрацаваныя метады сціску інфармацыі (уключаючы абразанне цёмнага касмічнага фону здымкаў), аднак якасць некаторых здымкаў прыйшлося паменшыць. Нагрузка на асноўны камп’ютар рэзка ўзрасла, і часткова алгарытмы сціску выконваліся на камп’ютары, адказным за сістэму арыентацыі «Галілеа». Стужачная прылада захоўвання інфармацыі мела ёмістасць 900 мегабіт, аднак з ёй таксама ўзніклі праблемы.

Энергію для апарата выпрацоўвалі дзве радыеізатопных устаноўкі агульнай магутнасцю 570 ват (490 ват пры прыбыцці да Юпітэра).

Апарат быў абсталяваны ракетным рухавіком цягай у 400 ньютанаў (зробленым у ФРГ) і 12-ю малымі рухавікамі арыентацыі па 10 Н. Тармажэнне пры заходзе на юпітэрыянскую арбіту ажыццяўлялася з дапамогай асноўнага рухавіка, а пераходы з адной арбіты на іншую, як правіла, з дапамогай рухавікоў арыентацыі, хоць у двух пераходах выкарыстоўваўся і асноўны рухавік.

«Галілеа» нёс 11 навуковых прыбораў, і яшчэ 7 знаходзіліся на спушчальным зондзе.

Апарат быў абсталяваны камерай, якая дае малюнка 800х800 пікселяў. Камера зроблена па прынцыпе тэлескопа-рэфлектара, працавала з дапамогай крамянёвых сенсараў і была абсталявана рознымі фільтрамі для здымкі ў тым ці іншым дыяпазоне. Спектральны дыяпазон камеры складаў ад 0,4 да 1,1 мікраметра (бачны дыяпазон 0,4-0,7 мкм). Радыяцыйную абарону камеры выконвала 1-сантыметровае танталавае пакрыццё. Разрозненне камеры, усталяванай на «Галілеа», у 20 разоў перавышала паказчык камер «Вояджэраў», а для некаторых здымкаў — да 1000 раз.

Спектраметр для карціравання ў блізкай інфрачырвонай вобласці (NIMS) дазваляў атрымоўваць малюнак высокага разрознення ў інфрачырвоным дыяпазоне. З яго дапамогай можна было складаць «тэмпературныя карты», рабіць высновы аб хімічным складзе паверхні спадарожнікаў Юпітэра, а таксама вызначаць цеплавыя і хімічныя характарыстыкі атмасферы планеты, уключаючы ўнутраныя пласты. Дыяпазон хваляў, якія рэгіструюцца NIMS, складаў ад 0,7 да 5,2 мкм.

Фотапалярыметр быў прызваны вымяраць інтэнсіўнасць і палярызацыю святла, адлюстраванага/рассейванага ад Юпітэра і паверхні яго спадарожнікаў. Прыбор адначасова выконваў функцыі палярыметра, фотаметрыі і радыёметра. З дапамогай фотапалярыметра рабіліся ацэнкі, якія тычацца як складу і структуры атмасферы, так і патокаў цеплавога і адлюстраванага выпраменьвання . Поляриметр рэгістраваў электрамагнітныя хвалі даўжынёй да 110 мкм.

Ультрафіялетавы спектраметр працаваў у дыяпазоне хваль ад 54 да 128 нанаметраў, а дадатковы ўльтрафіялетавы спектраметр — ад 113 да 438 нанаметраў. З дапамогай гэтых прыбораў вызначаліся характарыстыкі атмасферных газаў, палярных ззянняў, атмасферных святленняў і іанізаванай плазмы вакол Юпітэра і Іо. Акрамя таго, ультрафіялетавыя спектраметры дазвалялі вызначаць фізічны стан рэчываў на паверхні спадарожнікаў: іней, лёд, пескападобная субстанцыя і т. п.

Шэраг прыбораў (дэтэктар часціц высокіх энергій і інш.) выкарыстоўваўся, галоўным чынам, для вывучэння плазмы, якая ўваходзіць у магнітасферу Юпітэра. Дэтэктар пылавых часціц рэгістраваў часціцы масай ад 10⁻⁷ да 10⁻¹⁶ грама ў касмічнай прасторы і на арбіце Юпітэра. Праводзіліся таксама нябеснамеханічныя і радыёэксперыменты (па праходжанні радыёсігналу праз іонасферу і атмасферу).

Спушчальны апарат масай 339 кг і памерам каля метра быў абсталяваны парашутнай сістэмай, радыёперадавальнікам для сувязі з «Галілеа» і сям’ю навуковымі прыборамі. На ім не было прыёмнай антэны і ўласных рухавікоў. У камплект прыбораў уваходзілі:

• прыбор для вызначэння структуры атмасферы (вымярэнне тэмпературы, ціску і шчыльнасці на працягу спуску);
• мас-спектраметр (вызначэнне хімічнага складу атмасферы);
• нефеламетр (вывучэнне структуры аблокаў і характару складнікаў іх часціц);
• прыбор для рэгістрацыі маланак, вымярэння радыёэмісій і рэгістрацыі зараджаных часціц;
• прыбор для дакладнага вымярэння долі гелія ў атмасферы;
• прыбор для рэгістрацыі патокаў выпраменьвання і энергіі ў атмасферы;
• выкарыстанне радыёперадавальніка для вымярэння хуткасці ветру па доплераўскага эфекту.

Навуковыя даследаванні

Мазаічная выява астэроіда Гаспра

Астэроід Мда са спадарожнікам Дактыль

Знаходзячыся ў поясе астэроідаў, «Галілеа» зблізіўся з астэроідам Гаспра і паслаў на Зямлю першыя здымкі, зробленыя з блізкай адлегласці. Каля года праз «Галілеа» прайшоў міма астэроіда Іда і выявіў у яго спадарожнік, названы Дактыль.

У ліпені 1994 года на паверхню Юпітэра ўпала камета Шумейкераў — Леві 9. Пункту падзення фрагментаў знаходзіліся ў паўднёвым паўшар’і Юпітэра, на процілеглым па адносінах да Зямлі паўшар’і, таму самі моманты падзення візуальна назіраліся толькі апаратам «Галілеа», якія знаходзіліся на адлегласці 1,6 а.а. ад Юпітэра.

У снежні 1995 спушчальны апарат увайшоў у атмасферу Юпітэра. Зонд прапрацаваў у атмасферы прыкладна на працягу гадзіны, апусціўшыся на глыбіню 130 км. Паводле вымярэнняў, знешні ўзровень аблокаў характарызаваўся ціскам у 1,6 атмасферы і тэмпературай −80 °C; на глыбіні 130 км — 24 атмасферы, +150 °C. Шчыльнасць аблокаў апынулася ніжэй чаканай, меркаваны пласт аблокаў з вадзянога пара адсутнічаў.

«Галілеа» падрабязна даследаваў дынаміку атмасферы Юпітэра і іншыя параметры планеты. У прыватнасці, ён выявіў, што атмасфера Юпітэра мае «мокрыя» і «сухія» вобласці. У некаторых «сухіх плямах» утрыманне вадзянога пара быў у 100 разоў менш, чым у атмасферы ў цэлым. Гэтыя «сухія плямы» маглі павялічвацца і памяншацца, аднак яны пастаянна аказваліся на адных і тых жа месцах, што кажа пра сістэмнасць цыркуляцыі атмасферы Юпітэра. «Галілеа» зарэгістраваў шматлікія навальніцы з маланкамі ў 1000 разоў больш магутны за зямныя. Перадаў мноства здымкаў Вялікай Чырвонай Плямы — гіганцкага шторму (памерам перавышае дыяметр Зямлі), які назіраюць ужо больш за 300 гадоў. «Галілеа» таксама выявіў «гарачыя плямы» уздоўж экватара. Відаць, у гэтых месцах пласт знешніх аблокаў тонкі, і можна бачыць больш гарачыя ўнутраныя вобласці.

Дзякуючы дадзеным «Галілеа» былі пабудаваныя больш дакладныя мадэлі працэсаў, якія адбываюцца ў атмасферы Юпітэра.

Вялікае значэнне мелі даследаванні спадарожнікаў Юпітэра. За час свайго знаходжання на арбіце Юпітэра «Галілеа» праходзіў рэкордна блізка да спадарожнікаў Юпітэра: Еўропа — 201 км (16 снежня 1997 г.), Каліста — 138 км (25 мая 2001), Іо — 102 км (17 студзеня 2002 г.), Амальтэя — 160 км (5 лістапада 2002 г.).

Было атрымана мноства новых дадзеных і падрабязныя здымкі паверхні спадарожнікаў. Было ўстаноўлена, што Іо валодае ўласным магнітным полем, пацверджана тэорыя аб наяўнасці акіяна вадкай вады пад паверхняй Еўропы, выказаны гіпотэзы аб наяўнасці вадкай вады ў нетрах Ганімеда і Каліста. Таксама былі вызначаны незвычайныя характарыстыкі Амальтэі.

Спасылкі

• Жизнь и смерть «Галилео»
• О «Галилео» на русском языке
• Сайт місіі «Галілеа» на НАСА
• Сайт місіі «Галілеа» на НАСА Архівавана 6 кастрычніка 2012.