ГОЧЕ начал поставлять данные

Новости ЕКА,
30 сентября 2009

Спутник ЕКА ГОЧЕ перешел в режим измерений, для картографирования крохотных вариаций гравитации Земли с непревзойденной точностью.

‘Исследователь гравитационного поля и стабильных океанских течений’ ГОЧЕ (итал.- GOCE) запущен 17 марта с севера России (прим.перев. - запуску и первым дням ГОЧЕ посвящена целая серия материалов нашего сайта. Теперь начато получение данных, которые помогут лучше понять гравитацию Земли.

Часто предполагается, что гравитация действует одинаково везде на Земле. Однако, вследствие различных факторов - вращения, существования гор и океанских течений, а также вариаций плотности внутри Земли, эта фундаментальная сила может различаться в разных местах земной поверхности.

Создание карты гравитационного поля

В течение двух полугодий ГОЧЕ будет заниматься картографированием этих тонких вариаций с исключительной степенью детализации и точности. В результате будет построена уникальная модель "геоида" - поверхности идеального глобального океана, находящегося в состоянии покоя.

Точное знание геоида важно для точного измерения циркуляции океана и изменения уровня моря, на что сильно влияет климат. Данные от ГОЧЕ также очень нужны для понимания процессов, происходящих внутри Земли. В дополнение к этому, геоид, построенный на основе данных ГОЧЕ будет служить практическим задачам.

Старт ГОЧЕ

Спустя немного менее 6 месяцев после запуска, ГОЧЕ поставляет первые данные, которые будут затем использованы для построения первой подробной карты гравитационного поля Земли. Перед началом работы, спутник тщательно тестировался. Его также перевели с высоты 280 км на более низкую орбиту 255 км, которая считается исключительно низкой как для спутника наблюдения Земли.

В течение 3 месяцев после запуска, спутник калибровался и готовился к наблюдениям. Эти процедуры включали тестирование продвинутого ионного двигателя, который поддерживает стабильность его орбиты и высокочувствительного градиометра - прибора, определяющего гравитационное притяжение Земли.

ГОЧЕ на орбите

С приближением к Земле, сила притяжения становится сильнее, поэтому ГОЧЕ был разработан так, чтобы находиться на самой низкой возможной стабильной орбите, пролетая через верхние разреженные слои атмосферы. Для уменьшения трения и обеспечения правильных измерений гравитации, необходимо сохранять состояние свободного падения спутника. Любое сопротивление остающегося на этой высоте воздуха может потенциально искажать данные о гравитации.

Аэродинамический дизайн ГОЧЕ помогает этому уникальному спутнику преодолевать остатки атмосферы на этой исключительно низкой высоте. В дополнение к этому ионный двигатель генерирует крошечные импульсы, чтобы компенсировать трение.

Космическая градиометрия и использование сложного электронного двигателя - первые в своем роде в спутниковых технологиях, поэтому подготовка и калибровка были особенно важны для успеха всей миссии. Эта фаза была закончена летом, подготовив ГОЧЕ к переводу на рабочую высоту, что заняло пару месяцев.

Внутри ГОЧЕ

“Вы не захотите поместить спутник подобный ГОЧЕ на высоту измерений с первого дня,” комментирует Майкл Ферингер (Michael Fehringer), Системный Менеджер ГОЧЕ из ЕКА. “Нам требовалось еще время для проверки спутника перед тем, как пойти на риск и поместить его ниже точки, где ионный двигатель еще мог бы компенсировать атмосферное трение. Поэтому, при запуске мы поместили его на предварительную орбиту на высоте на 25 км выше, чем рабочая. После подготовки, мы переместили его на текущую орбиту в 225 км, которой достигли 13 сентября. После этого включился ионный реактивный двигатель, теперь мы находимся в режиме без трения, и готовы начать работу.”

ГОЧЕ противостоит трению

Получилось так, что солнечная активность сейчас очень мала, что означает более спокойную окружающую среду для ГОЧЕ. Поэтому, текущая орбита радиусом 255 км немного ниже, чем планировалось изначально. И это хорошие новости - потому, что гравитационные измерения, проводимые в настоящий момент будут еще точнее.

И сейчас ГОЧЕ, с расправленными солнечными панелями, по-настоящему начинает свою миссию по определению земной гравитации с уникальной точностью.

Рун Флобергаген (Rune Floberghagen), менеджер миссии ГОЧЕ, ЕКА, говорит: “Завершение подготовки и первая полетная калибровка отмечает важную веху миссии. Теперь мы переходим к научным операциям, ожидая получить и обработать великолепную трехмерную информацию о структуре гравитационного поля Земли.”

ГОЧЕ: включен ионный двигатель

Новости ГОЧЕ
6 Апреля 2009

Включена и опробована сложная электрическая ионная реактивная система ГОЧЕ, что отмечает еще одну критическую контрольную точку во время фазы подготовки после запуска.

Успех сверхчувствительных измерений гравитации спутника ГОЧЕ зависит от того, насколько хорошо мы управляем его орбитой и скоростью. Тяга двигателя должна быть достаточной для компенсации крошечной силы трения атмосферы на высоте орбиты ГОЧЕ.

Обычный реактивный двигатель для этого не подходит, поэтому ГОЧЕ использует сложную электрическую ионно-реактивную систему.

Эта очень передовая система не сжигает топливо как обычный ракетный двигатель. Вместо этого, она заправлена 40 килограммами ксенона, который преобразуется в быстро-движущиеся ионы – лишенные электронных оболочек атомы ксенона Ионы выстреливаются назад, давая очень малую, стабильную и непрерывную тягу.

Эта система включает два запасных двигателя, смонтированных на задней внешней панели спутника. Тяга двигателей составляет между 1 и 20 миллиньютонами с автоматической регулировкой, в зависимости от длительности, в течение которой спутник испытывает атмосферное трение.

Вид главной комнаты управления полетом

Это фантастически малая сила – тяга в несколько миллиньютонов эквивалентна весу нескольких капель воды на Земле. С помощью такой постоянной тяги представляется возможным поддерживать так называемую орбиту свободного падения.

"В прошлый вторник мы зажгли ионный двигатель В, медленно наращивая его тягу от 1, 3 и до 8.3 миллиньютонов. В четверг мы зажгли двигатель А. Оба двигателя работают нормально» - сказал менеджер управления космическим аппаратом Хуан Пинейро (Juan Piñeiro) из Европейского центра космических операций в Дармштадте, Германия.

"Следующий этап – «пробуждение» приборов, после которого можно будет начать работу первого в мире космического градиометра. После подтверждения начала работы, мы будем готовы интенсивно тестировать спутник и систему обработки научных данных на Земле в Центре наземных наблюдений в Фраскати, Италия" - говорит Рун Флобергаген, Менеджер миссии ГОЧЕ.

Команда управления полетом работает сейчас из комнаты управления в Центре Европейских Космических Исследований, продолжая серию операционных проверок со времени запуска и первой фазы полета 20 марта.

Внутри ГОЧЕ

Перед включением двигателей, ГОЧЕ был свободном полете и теперь находится на высоте примерно 280 км, снижаясь каждый день примерно на 190 м.

ГОЧЕ – первый спутник ЕКА с так называемым управлением без трения, в котором спутник находится в свободном падении, и один из первых спутников использующих ионное реактивное движение, чтобы постоянно компенсировать атмосферное трение. Система управления без трения DFACS производит автономное определение и управление наведением спутника, его угловыми смещениями и линейными и угловыми ускорениями.

Среди других источников информации система DFACS использует сигналы от электростатического градиометра – главного научного инструмента на его борту, чтобы получить данные о трении. Сила тяги автоматически подстраивается для получения требуемой скорости и высоты.

GOCE находится на очень низкой высоте, так что атмосферное трение и солнечная активность оказывает большое влияние на его траекторию. Нагревание вызывает расширение атмосферы, что приводит к увеличению трения на заданной высоте.

«Период минимальной солнечной активности продлился, и поэтому атмосферный слой тоньше, чем предполагалось, и ГОЧЕ испытывает меньшее трение, чем предсказывалось» - говорит Марко Антинио Гарсия Мататорос, Главный Координатор полета.

ГОЧЕ: завершена первая фаза вывода на орбиту

Новость ЕКА,
20 марта 2009 года

Спутник ЕКА ГОЧЕ (GOCE) официально объявлен готовым к работе в 01:00 по центрально-европейскому времени 20 марта. Спутник прошел все требуемые проверки во время запуска и первой фазы вывода на орбиту с отделением разгонной ступени.

Фаза запуска и раннего вывода на орбиту (LEOP) закончилась после того как ГОЧЕ переключился в режим тонкой настройки. Это значит, что все его системы работают нормально и спутник готов к вводу в действие научных приборов. С концом фазы LEOP, коммуникация с космическим аппаратом осуществляется станцией слежения ЕКА в Кируне, Швеция.

"Все работает хорошо. Сегодня мы закончили круглосуточное дежурство в главной комнате управления полетом и вернулись к обычным дневным операциям в отдельных комнатах контроля," сказал сегодня утром Директор Полета Пьер Паоло Эмануелли в Центре Европейских Космических Операций(ESOC) в Дармштадте, Германия.

Анимация: определение положения ГОЧЕ с помощью спутников GPS
Анимация высокого разрешения (886 кБ).

Главная цель этой недели была привести в функциональную готовность высокоточную систему навигации спутника. Эмануели подтвердил, что она работает нормально -

"Включение системы глобального позиционирования особенно важно, поскольку это означает, что спутник сможет начать самостоятельное определение своего местоположения на орбите. Система определяет положение ГОЧЕ очень точно, и нам нужно, чтобы она работала до того, как переводить спутник в режим самостоятельного полета".

Заместитель директора полета Ферри (P. Ferri (слева) и менеджер проекта ГОЧЕ Флобергаген (R. Floberghagen) в Главной Комнате Управления

Уже получены первые научные данные

В дополнение к обеспечению полета данными реального времени, система навигации - один из двух приборов полезной нагрузки ГОЧЕ, являясь очень точным инструментом для записи и реконструкции действительной орбиты спутника. Первые данные системы уже были получены Сегментом Данных Полезной Нагрузки в Центре Наблюдений Земли ЕКА в Фраскати, Италия.

"Получение первичных научных данных от системы позиционирования так быстро стало отличным первым шагом, и сейчас, поскольку система работает, мы уже можем приступить к подготовке другой научной аппаратуры" говорит менеджер миссии ГОЧЕ Руне Флобергаген, работавший в Главной Комнате Управления Полетом вместе с командой управления полетом во время первой фазы для мониторинга процесса.

График в реального времени обращения ГОЧЕ по орбите в режиме точного позиционирования (нажмите для снимка высокого разрешения)

Флобергаген: "ГОЧЕ работает отлично, мы уже подходим к подготовке другого нашего главного инструмента - Электростатического Гравитационного Градиометра, начиная в середине Апреля. Нас ожидает очень напряженное, но и очень волнующее время, когда мы начнем научные операции".

В течение следующих недель, ожидается, что миссии пройдет через несколько контрольных точек - включение электрики ионного реактивного двигателя, переключение в режим автономной работы и понижение орбиты до планируемой высоты в 260 километров.

ЕКА запустила первую миссию по исследованию Земли - спутник GOCE

Новость ЕКА,
17 марта 2009 года

Сегодня днем с помощью ракеты-носителя Рокот с космодрома Плесецк, на низкую орбиту Земли был выведен спутник миссии по исследованию гравитационного поля и океанских течений (GOCE), разработанный Европейским Космическим Агенством.

Этот запуск открывает новую главу в европейской истории исследований Земли. GOCE – первый из нового семейства спутников ЕКА, разработанных для изучения нашей планеты и ее окружения с целью расширить наше понимание процессов системы «Земля» и ее эволюции, чтобы продолжить работать по проблемам глобальных климатических изменений. В частности, GOCE измерит вариации гравитационного поля Земли с точностью до минуты по всему земному шару.

Русская ракета-носитель Рокот, переделанная из баллистической ракеты, стартовала в 15:21 по среднеевропейскому времени (14:21 по Гринвичу) и полетела на направлению на север, в Арктику. 90 минут спустя, после совершения одного оборота по орбите и отстрела верхней ступени Бриз-КМ, космический аппарат массой 1052 кг был благополучно выведен на круговую полярную орбиту высотой 280 км с наклонением 96.7º к земному экватору. Запуск обеспечивался Российско-немецкой компанией Еврокот со штаб-квартирой в Бремене, Германия.

Контакт с аппаратом GOCE был установлен станцией слежения ЕКА в Кируне, Швеция спустя некоторое время после вывода на орбиту. Спутник управляется командами ЕКА из центра управления в Дармштадте, Германия.

"GOCE – первый научный спутник ЕКА для наблюдений Земли со времени космического аппарата Энвисат (Envisat) в 2002 году. Размер изменился, но суть осталась та же – с помощью наилучших технологий и научных разработок предоставить ученому сообществу и жителям Европы и всего мира максимальную информацию," - говорит Жан-Жак Дордейн (Jean-Jacques Dordain), Директор ЕКА.

GOCE был выбран в 1999 году как первая центральная миссия по исследованию Земли под эгидой программы ЕКА Живая планета. Спутник был разработан командами координируемыми Тейлз Аления Спейс (Thales Alenia Space) в Турине, Италия. Платформа предоставлена EADS Astrium Space в Фридрихштадте, Германия. Тейлз Аления Спейс в Каннах, Франция, разработали и интегрировали главный инструмент со сверхчувствительными датчиками компании Онера(Onera), Франция. Всего в изготовлении спутника были задействованы 45 европейских компаний.

В течение 24 месяцев GOCE будет собирать трехмерные данные о гравитации всего земного шара. Необработанные данные будут обрабатываться на Земле, чтобы построить наиболее точную карту земного гравитационного поля для уточнения формы геоида – действительной формы нашей планеты. Точное знание геоида, который может считаться поверхностью идеального глобального океана в состоянии покоя, будет играть очень важную роль в дальнейшем изучении нашей планеты, ее океанов и атмосферы. Оно также будет служить как сравнительная модель для измерений и моделирования изменений уровня мирового океана, его течений и динамики полярных шапок.

Уникальная полезная нагрузка на борту уникального космического аппарата

Главный инструмент полезной нагрузки – это электростатический гравитационный градиометр, включающий 6 высокочувствительных акселерометров, смонтированных в парах вдоль трех перпендикулярных осей на сверхстабильной углеродной основе. Спутник будет измерять не только гравитацию саму по себе, но и также крошечные ее отклонения между двумя акселерометрами, расположенными на расстоянии в 50 сантиметров.

Данные, собираемые GOCE с точностью 1-2 сантиметра по высоте геоида и 1 мГал в определении аномалий гравитационного поля (горы, например, обычно вызывают локальные гравитационные вариации от 10 до 100 мГал). Пространственное разрешение будет улучшено от сотен и тысяч километров предыдущих миссий до 100 километров у GOCE.

GOCE разработан для поддержания высокой стабильности операционной среды градиометра, чтобы обеспечить его максимальную производительность, несмотря на низкую орбиту и влияние атмосферы, что приводит к небольшому, но существенному торможению космического аппарата. По этой причине дизайн аппарата выполнен в виде 5-метровой заостренной стрелы.

Спутник также включает два маломощных ксеноновых ионных двигателя - один главный, один резервный, каждый можностью от 1 до 20 милли-Ньютона тяги, чтобы компенсировать атмосферное торможение, определяемое акселерометрами на оси скорости.

Конструкция и дизайн космического аппарата не содержат каких-либо движущихся или разворачивающихся частей для ограничения термических циклических эффектов и позволяет отфильтровывать все возможные помехи с помощью ультра-стабильных материалов.

Одна миссия - много пользы

В течение следующих 6 недель команды ЕКА и его промышленных партнеров будут проверять и готовить GOCE. Космический аппарат затем будет переведен на операционную орбиту на высоте 263 км и его полезная нагрузка будет готовиться и калиброваться еще 6 недель. Старт операций назначен на лето 2009 года.

Все области науки о Земле выиграют от такого высокоточного картографирования гравитационного поля Земли.

Для геодезии оно даст универсальную модель для измерения высот, ликвидируя несоответствия в высотных системах для различных масс, стран и континентов, что позволит улучшить точность исследований изменения уровня мирового океана и пересмотреть более чем двухсотлетнюю историю записей уровней моря по всему земному шару.

Для океанографии лучшее знание гравитационного поля уменьшит имеющиеся неопределенности в области нагрева и преобразования массы океана, что приведет к значительному улучшению моделей прогноза океанских течений и климата. GOCE также улучшит наши знания коренных пород Гренландии и Антарктики. Точная карта геоида позволит лучше определить орбиту для спутников, следящих за изменениями ледяного щита и, тем самым, увеличить точность их измерений.

Для геофизики сочетание результатов GOCE с данными о магнетизме, топографии и сейсмологии поможет создать подробные трехмерные карты распределения отклонений в коре и верхней мантии Земли, что позволит улучшить моделирование бассейнов осадочных пород, рифов, тектонических движений и вертикальные изменение земли/моря, расширяя наше понимание процессов, несущих ответственность за природные катаклизмы.

Один исследовательский аппарат наверху, ждем другие

"Этот запуск стал началом нового поколения исследовательских спутников Земли в Европе,” – говорит Фолкер Либиг (Volker Liebig), Директор программ по наблюдению Земли в ЕКА. “Первый из нового поколения малых научных спутников прокладывает дорогу для других миссий по исследованию Земли. Ученые с нетерпением ждут данные от этих миссий. У нас ожидаются еще 4 старта в течение следующих двух лет, что означает очень напряженное время."

GOCE – первая из исследовательских миссий под эгидой программы Живая Планета, начатой в 1999 году, чтобы стимулировать изучение земной атмосферы, биосферы, гидросферы, криосферы и внутренних слоев, их взаимодействию и влиянию деятельности человечества на эти природные процессы. В разработке находятся еще две миссии посвященные проблемам, волнующим общественность - ADM-Aeolus атмосферной динамики(2011), и EarthCARE для исследований баланса излучений Земли (2013). В подготовке находятся также еще 3 меньших миссии: Cryosat 2 для измерения толщины ледяного покрова (2009), SMOS для исследований влажности грунта и солености океана (2009) и Swarm для исследования эволюции магнитного поля (2011).

P.S. Если вы не видите анимаций сверху, попробуйте скачать Flash-плагин для вашего браузера отсюда.

Автор публикации - Franco Bonacina, ЕКА

Задержка запуска спутника GOCE

Новости Европейского Космического Агенства
16 марта 2009 года

Запуск спутника по изучению гравитационного поля Земли а также океанский течений под названием GOCE должен был состояться сегодня с космодрома Плесецк на севере России с помощью ракеты-носителя Рокот.

Однако, операции запуска были остановлены буквально за несколько секунд до старта, когда двери стартовой башни не открылись по расписанию. Вследствие этой ситуации башня не смогла отодвинуться перед стартом.

Команды из центра управления полетами занимаются расследованием поломки и предоставят больше информации позднее днем. Пока сохраняется уверенность, что запуск состоится завтра в это же время (15-21 по Центрально-Европейскому времени) .

Космический корабль GOCE находится под контролем, в безопасности под головным обтекателем ракеты-носителя, ожидая следующей возможности для запуска.

Комментарий доктора Майкла: ... подержим кулаки.