Автоматическая межпланетная станция

Автоматическая межпланетная станция (АМС) — беспилотный космический аппарат, предназначенный для полёта в межпланетном космическом пространстве (не по геоцентрической орбите) с выполнением различных поставленных задач[2].

АМС «Луна-1», первой в мире достигшая второй космической скорости и покинувшая зону притяжения Земли[1]

В то время как государств, имеющих околоземные спутники, много десятков, сложные технологии межпланетных станций освоили немногие: СССР (и его наследник Россия), США, члены ЕКА (22 страны Европы), Япония, Индия, Китай и ОАЭ (помимо этого, миссию к Луне отправлял Израиль, но она окончилась неудачей). Целями большинства миссий являются Луна, Марс, Венера и околоземные астероиды, а во внешнюю Солнечную систему (то есть за главный пояс астероидов) миссии отправляли только США, однажды в сотрудничестве с ЕКА. В настоящее время действуют более 20 миссий.

Задачи

АМС обычно предназначается для выполнения комплекса задач, начиная научно-исследовательскими проектами и заканчивая политическими демонстрациями. Типичными объектами для исследовательских задач являются другие планеты, карликовые планеты, их естественные спутники, кометы и другие объекты Солнечной системы. При этом обычно производится фотографирование, сканирование рельефа; измеряются текущие параметры магнитного поля, радиации, температуры; химический состав атмосферы другой планеты, грунта и космического пространства вблизи планеты; проверяются сейсмические характеристики планеты.

Связь

Накопленные измерения периодически передаются на Землю с помощью радиосвязи. Большинство АМС имеют двунаправленную радиосвязь с Землёй, что даёт возможность использовать их как дистанционно управляемые приборы. В данный момент в качестве канала для передачи данных используют частоты в радиодиапазоне. Исследуются перспективы применения лазеров для межпланетной связи. Большие расстояния создают существенные задержки при обмене данными, поэтому степень автоматизации АМС стремятся максимально увеличить. Новые АМС, такие как Кассини-Гюйгенс и Mars Exploration Rover обладают большой степенью автономности и используют бортовые компьютеры для автономной работы в течение продолжительных промежутков времени[3][4].

Конструкция

АМС могут обладать различной конструкцией, но обычно они имеют множество схожих особенностей.

Источниками электроэнергии на борту АМС обычно являются солнечные батареи или радиоизотопные термоэлектрические генераторы. Радиоизотопные генераторы используются в тех случаях, когда АМС должна действовать на значительном удалении от Солнца, где использование солнечных батарей неэффективно[5]. Запас электроэнергии на случай возможных перебоев обеспечивает специальная аккумуляторная батарея. В приборном отсеке поддерживается температура, достаточная для нормального функционирования всех находящихся там устройств. Бортовая астроинерциальная навигационная система состоит из инерциальных датчиков, астрокорректора (устройства сбора и предварительной обработки астрономической информации); совместно с наземными службами она определяет угловую ориентацию в пространстве и координаты. Для управления ориентацией в пространстве АМС использует гиродины, корректирующие ракетные двигатели. Для ускорения или торможения во время крейсерского полёта используются ракетные двигатели, а в последнее время — электрические ракетные двигатели.

Для радиосвязи используются преимущественно параболические и фазированные антенны, работающие на гигагерцовых частотах. Крупные АМС зачастую имеют разделяющуюся конструкцию. Например, по прибытии к планете назначения от АМС может отделяться спускаемый аппарат, который обеспечивает мягкую посадку неподвижной планетарной станции или планетохода либо обеспечивает размещение в атмосфере аэростата с научной аппаратурой[6], а оставшаяся на орбите спутника планеты часть АМС (орбитальная станция) может выполнять функции радиоретранслятора.

История

Первой автоматической межпланетной станцией была «Луна-1», пролетевшая вблизи Луны. Наиболее успешными АМС являются аппараты серий «Вояджер», «Венера», «Луна», «Маринер», «Пионер», «Викинг», «Вега», «Чанъэ», а также аппараты «Галилео», «Кассини», «Новые горизонты».

Рекорд по длительности работы демонстрируют два аппарата «Вояджер», запущенные в 1977 году.

Новым этапом в развитии АМС является применение ионных и плазменных электроракетных двигателей. Пример тому — миссия Dawn, исследующая пояс астероидов.

Траектории межпланетных перелётов

После того, как зонд покинул окрестности Земли, его траектория примет вид орбиты вокруг Солнца, близкой к орбите Земли. Добираться до другой планеты с энергетической точки зрения целесообразнее по эллиптической гомановской траектории, причём наибольшей экономии топлива позволяет достичь метод так называемой «гравитационной пращи» — дополнительного разгона КА в гравитационном поле промежуточных на маршруте планет. Это позволяет взять на борт меньше топлива, а значит, больше оборудования, однако такой манёвр доступен далеко не всегда.

Для высокоточных измерений с Земли траектории автоматической межпланетной станции используют несколько наземных станций и метод радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой. Кроме того, используется радиоизлучение близкого к направлению на АМС квазара, поскольку квазары, ввиду большой удалённости, в отличие от звёзд, выглядят практически неподвижными. Например, для определения параметров траектории АМС «Экзомарс-2016» использовалось радиоизлучение квазара P1514-24[7].

См. также

Примечания
  1. Энциклопедический словарь юного техника / сост. Б. В. Зубков, С. В. Чумаков. — 2-е изд. — М.: Педагогика, 1987. — С. 23.
  2. Space Probes. National Geographic Education. National Geographic Society.
  3. K. Schilling, W. Flury. Autonomy and on-board mission management aspects for the cassini titan probe (англ.) // Acta Astronautica. — Elsevier, 1990. — Vol. 21, iss. 1. — P. 55—68. — doi:10.1016/0094-5765(90)90106-U.
  4. Richard Washington, Keith Golden, John Bresina, David E. Smith, Corin Anderson, Trey Smith. Autonomous Rovers for Mars Exploration (англ.). NASA Ames Research Center.
  5. Basics of Space Flight - Solar System Exploration: NASA Science (англ.). NASA Science.
  6. зонд для сбора различных данных, снаряд и т. п.
  7. Эйсмонт Н., Батанов О. «ЭкзоМарс»: от миссии-2016 к миссии-2020 // Наука и жизнь. — 2017. — № 4. — С. 7—8.

Ссылки
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.