Сообщение 11 класс пионер 10
Обновлено: 05.07.2024
Свою ближайшую встречу с Юпитером "Пионер-10" совершил 3 декабря 1973 года. Это историческое событие ознаменовало первое приближение человека к Юпитеру и открыло путь "Вояджеру" для исследования планет Солнечной системы. За эту встречу "Пионер-10" сфотографировал Юпитер и его спутники, провел измерения магнитосферы Юпитера, радиационных поясов, магнитного поля, атмосферы и внутренних слоев, что помогло при проектировании других космических аппаратов, которые отправились изучать далёкие планеты.
Макет "Пионера-10" в Национальном музее авиации и космонавтики Смитсоновского института.
Источник: nasa
Среди его основных достижений следующие: он стал первым космическим кораблём, который был выведен на траекторию выхода из Солнечной системы в межзвездное пространство, он первым пересёк главный пояс астероидов, первым пролетел мимо Юпитера, впервые вышел за пределы Нептуна, а также это первый космический корабль, который работает только ядерную электроэнергию.
Автоматическая межпланетная станция Пионер 10 (первоначально обозначенный Pioneer F) – американский космический зонд, который совершил первую миссию на планету Юпитер. Пионер-10 стал первым межпланетным космическим аппаратом. Этот космический аппарат весил 258 килограммов.
Он был запущен 2 марта 1972 года с помощью одноразовой трехступенчатой ракеты Atlas-Centaur с мыса Канаверал. В период с 15 июля 1972 года по 15 февраля 1973 года он пересек пояс астероидов, став первым аппаратом, сделав это. Фотосъемка Юпитера началась 6 ноября 1973 года, на дальности 25 млн км и в общей сложности было передано около 500 снимков. Самое близкое приближение к планете произошло 4 декабря 1973 года на расстоянии 132 252 км.
Конструкция Пионер 10
Трёхосевой гелиевый магнитометр
Этот прибор измерял тонкую структуру межпланетного магнитного поля, составлял карту магнитного поля Юпитера и обеспечивал измерения магнитного поля для оценки взаимодействия солнечного ветра с Юпитером. Магнитометр представлял собой заполненную гелием ячейку, установленную на стреле высотой 6,6 м для частичной изоляции прибора от магнитного поля космического аппарата.
Квадрисферический анализатор плазмы
Всматривался через отверстие в большой тарелкообразной антенне, чтобы обнаружить частицы солнечного ветра, исходящие от Солнца.
Детектор радиационных поясов Юпитера
Включал несфокусированный счетчик Черенкова, который регистрировал свет, излучаемый в определенном направлении при прохождении через него частиц, регистрирующих электроны с энергией от 0,5 до 12 MeV, детектор электронного рассеяния для электронов с энергией от 100 до 400 keV и детектор минимальной ионизации, состоящий из твердотельного диода, измеряющего минимальные ионизирующие частицы.
Сканирующий фотополяриметр
Визуализация основывался на вращении космического аппарата. Небольшой телескоп охватывает поверхность планеты узкими полосами шириной всего 0,03º, снимая планету в красном и синем свете. Затем эти полосы обрабатывались, чтобы построить визуальное изображение планеты.
Другие инструменты
- набор детекторов заряженных частиц;
- анализатор спектра космических лучей;
- набор счётчиков Гейгера;
- контактный детектор метеороидов;
- оптический детектор астероидов и метеороидов;
- ультрафиолетовый фотометр;
- инфракрасный радиометр.
Запуск и траектория
После отработки всех ступений, ракета-носитель разгоняла зонд за 17 минут до скорости 51 682 км/ч. Через 90 минут после старта космический аппарат достиг межпланетного пространства. Пионер 10 прошел мимо Луны чеез 11 часов и стал самым быстрым объектом, созданным человеком в то время. Через 2 дня после старта были включены все научные приборы. В течение первых семи месяцев полета космический аппарат произвел три коррекции курса.
15 июля 1972 года Пионер 10 был первым космическим аппаратом, который вошел в пояс астероидов. Он расположен между орбитами Марса и Юпитера. Астрономы рассчитывали на безопасный проход через пояс. Ближайшее сближение космического аппарата к любому из известных астероидов составило 8,8 млн км. Один из ближайших подходов был сделан к астероиду 307 Nike 2 декабря 1972 года.
Встреча Пионера 10 с Юпитером
6 ноября 1973 года космический аппарат Пионер 10 находился на расстоянии 25 млн км от Юпитера. Начались испытания системы визуализации и данные были успешно получены. Затем на космический аппарат была загружена серия из 16 000 команд для управления полетами в течение следующих 60 дней. Магнитосфера Юпитера был достигнут 16 ноября, о чем свидетельствует падение скорости солнечного ветра с 451 км/с до 225 км/с.
26 ноября на Землю было получено в общей сложности двенадцать снимков. 2 декабря качество изображения превысило лучшие снимки, сделанные с Земли. Они были показаны в режиме реального времени на Земле. В ходе встречи было передано в общей сложности более 500 изображений.
При самом близком сближении скорость космического аппарата достигла 132 тыс км/ч и он находился в пределах 132 252 км от внешней атмосферы Юпитера. Были получены крупные изображения Большого Красного Пятна и Терминатора. Затем связь с космическим кораблем прекратилась, когда он прошел позади планеты. Космический аппарат создал инфракрасную карту планеты, которая подтвердила идею о том, что планета излучает больше тепла, чем получает от Солнца.
Продолжение миссии аппарата Пионер 10
Пионер 10 пересек орбиту Сатурна в 1976 году и орбиту Урана в 1979 году. 13 июня 1983 года космический аппарат пересек орбиту Нептуна и таким образом стал первым объектом, созданным человеком, который пересек орбиты основных планет Солнечной системы. Официально миссия завершилась 31 марта 1997 года, когда она достигла расстояния 67 а.е. от Солнца.
После 31 марта 1997 года слабый сигнал Пионера 10 продолжал отслеживаться сетью глубокого космоса для оказания помощи в обучении диспетчеров полетов в процессе получения радиосигналов дальнего космоса. Последний успешный прием телеметрии был получен с аппарата 27 апреля 2002 года. Последний, очень слабый сигнал с Пионера 10 был получен 23 января 2003 года, когда он находился на расстоянии 12 млрд км от Земли. Дальнейшие попытки связаться с космическим аппаратом были безуспешны. Последняя попытка была предпринята вечером 4 марта 2006 года.
Текущий статус и будущее Пионера 10
В 2020 году Пионер 10 будет 125 а.е. от Земли и будет удалятся со скоростью 11.947 км/с (около 2.52 а.е. в год) относительно Солнца. Космический аппарат в настоящее время находится в направлении созвездия Тельца. Траектория Пионер 10, как ожидается, будет проходить в общем направлении к звезде Альдебаран, в настоящее время расположенной на расстоянии около 68 световых лет. Космическому кораблю потребуется более 2 млн лет, чтобы достичь звезды.
“Пионер-10”
На пластинке были изображены: человеческие фигуры в виде мужчины и женщины, два базовых состояния атома водорода, Солнце и его положение относительно центра Галактики и расстояние до ближайших четырнадцати пульсаров, схематически изображена Солнечная система.
Судьба аппарата
Масса аппарата составляла 260 кг, в том числе 30 кг научных приборов; высота — 2,9 м, максимальный поперечный размер (диаметр отражателя стронаправленной антенны) — 2,75 м.
В качестве источника питания были выбраны четыре радиоизотопных генератора (РИГ) SNAP-19 на плутонии-238, изготовленные компанией Teledyne Isotopes из топливных дисков Лос-Аламосской лаборатории, с суммарной мощностью 155 Вт в начале полета и 140 Вт к моменту прилета к Юпитеру. Для питания систем КА было нужно 100 Вт, для научной аппаратуры — еще 26 Вт. Избытком мощности заряжали серебряно-кадмиевую аккумуляторную батарею либо излучали его через радиатор. Чтобы РИГ создавали как можно меньшие помехи научной аппаратуре, их установили на концах двух штанг, отводимых в сторону от корпуса на 3 м после отделения КА от носителя. На третьей штанге длиной 6.6 м разместили датчик магнитометра.
На космический корабль была установлена параболическая антенна диаметром 2.74 метров и глубиной 46 см.
Герметичная камера аппарата представляла собой шестигранник глубиной 36 см, каждая сторона которого 71 см в длину. К каждой стороне был присоединен модуль, предназначенный для определенного научного эксперимента.
Так же были установлены:
— антенна с высоким коэффициентом усиления;
— антенна со средним коэффициентом усиления;
Радиосистема КА включала, помимо трех упомянутых антенн, два передатчика мощностью 8 Вт на лампах бегущей волны с частотой 2292 МГц (диапазон S) и два приемника на частоте 2110 МГц. Любой передатчик можно было подключить к антенне HGA либо к паре MGA/LGA. Бортовой блок цифровой телеметрии мог готовить данные в 13 разных форматах (с возможностью определения и коррекции сбойных битов) для сброса со скоростью от 16 до 2048 бит/с. Самая высокая скорость предназначалась для начального этапа полета при приеме на 26-метровую антенну; прием от Юпитера велся уже на 64-метровую антенну со скоростью 1024 бит/с. Для временного хранения информации на борту служило запоминающее устройство емкостью 49152 бит.
По командной радиолинии со скоростью 1 бит/с можно было передать 222 разных команды — из низ 149 для управления системами КА и 73 для управления научной аппаратурой. Два декодера и блок распределения команд определяли достоверность каждой команды и ее адресата. Так как команда состояла из 22 бит, на ее прием на борту требовалось 22 секунды. Поэтому аппарат имел и программную память — на пять команд, которые могли быть выполнены друг за другом с заданными временными интервалами. Чтобы обеспечить заданную продолжительность работы КА — 21 месяц, разработчики максимально упростили борт за счет усложнения наземной части. Главные компоненты задублировали, остальные ставили на борт только при наличии опыта использования в космосе.
15 февраля 1973 г., на расстоянии 3.7 а.е. от Солнца, Pioneer 10 вышел из пояса астероидов неповрежденным и приблизился к Юпитеру.
В гравитационном поле газового гиганта станция получила скорость, достаточную для ухода из Солнечной системы. В результате в феврале 1976 г. Pioneer 10 пересек орбиту Сатурна, 11 июля 1979 г. — орбиту Урана и 13 июня 1983 г. — орбиту Нептуна в 30.28 а.е. от Солнца, все еще имея скорость 13.66 км/с. За следующие 20 лет аппарат ушел еще на 50 а.е., продолжая измерения космических лучей и солнечного ветра в той области, что сейчас известна как пояс Койпера.
Различные эксперименты проводились до тех пор пока не отказывало оборудование и пока хватало мощности аппарата. В 1989 году был разработан план экономии энергии на Пионере 10, в соответствии с которым приборы для научных экспериментов работали по определенной программе — то отключались, то заново запускались.
Детектор астероидов и метеоритов прекратил работу в 1973, вслед за ним гелиевый векторный магнитометр в ноябре 1975 и инфракрасный радиометр в январе 1974. Детектор метеоритов был выключен в октябре 1980 из-за выхода из строя датчика низких температур. Сенсоры солнечного света пришли в негодность в мае 1986. Фотополяриметр был отключен в октябре 1993 в целях сохранения энергии. Приемник радиоактивных частиц и анализатор плазмы были выключены в ноябре 1993 и сентябре 1995 по той же причине.
В январе 1996 оставшуюся мощность разделили между приемником заряженных частиц (CPI), корпускулярный телескопом (CRT), телескопа Geiger Tube Telescope (GTT) (во время старта мощность генераторов составляла 155 Вт, а теперь она снизилась до 65 Вт) и ультрафиолетовым фотометром.
В августе 2000 года только GTT все еще передавал данные. Правда в дальнейшем телескоп был отключен, чтобы сэкономить энергию для включения двигателей системы ориентации во время предстоящей коррекции траектории.
Ранее было объявлено, что корректировка прошла успешно, однако недавно выяснилось, что зонд не выполнил посланную команду.
Исследование Юпитера
Помимо Большого Красного Пятна, размеры которого превышают диаметр нашей планеты, обнаружено белое пятно поперечником более 10 тыс км. Инфракрасный радиометр показал, что температура внешнего облчного покрова составляет 133 K (-140 C). Было обнаружено также, что Юпитер излучает в 1,6 раза больше тепла, чем получает от Солнца.
Аппарат передал несколько сот снимков (невысокого разрешения) планеты и галилеевых спутников.
Радиоизмерения указывали высоту ионосферы спутника Ио от 50 до 100 км над поверхностью. Никто не предполагал увидеть ее на высоте 900 км над Ио. Различия между показаниями Пионера и Галилео указывают на то, что атмосфера и ионосфера Ио изменяются в зависимости от вулканической активности Ио. Гравитационное поле Ио, видимо, позволяет невидимому газу, выброшенному из вулканов, достигать чрезвычайных высот по сравнению с низкими высотами, достигаемыми пылью и другими вулканическими выбросами, которые отражают солнечный свет и могут быть видны на фотографиях.
Увеличение концентрации астероидных частиц было замечено лишь однажды — в течение недели на отметке 2.7 а.е. от Солнца, а в среднем их количество оказалось намного меньше ожидаемого: если за март-июнь в датчики КА попала 41 пылевая частица,то за июнь-октябрь 1972 г. — 42. Pioneer 10 доказал, что пояс астероидов практической опасности не представляет; зато он обнаружил пылевой пояс значительно ближе к Юпитеру. 6 ноября с расстояния 25 млн км начались опытные съемки Юпитера фотополяриметром, а 8 ноября станция пересекла орбиту Синопе, самого далекого спутника планеты. Начался 60-суточный период пролета, за время которого на борт было передано около 16000 команд. 26 ноября аппарат пересек ударную волну на границе магнитосферы Юпитера (вдвое снизилась скорость солнечного ветра, в 10 раз подскочила энергия частиц), а 27 ноября прошел магнитопаузу. 29 ноября он миновал все внешние спутники и вступил во внутреннюю область системы Юпитера.
Последний снимок Юпитера на подлете Pioneer 10 сделал с расстояния 203000 км, а первый на отлете — удалившись уже на 504000 км. Станция также провела съемку Европы и Ганимеда, хотя и с невысоким разрешением. В ходе радиозатмения Ио было обнаружено, что этот спутник имеет слабую атмосферу высотой до 115 км и ионосферу, простирающуюся на 700 км, а вдоль орбиты Ио имеется водородное облако. Аппарат провел первые прямые измерения магнитного поля Юпитера, характеристик заряженных частиц, составил тепловую карту планеты, определил состав верхней атмосферы. Планета оказалась чуть тяжелее, чем давали астрономические расчеты, примерно на массу земной Луны, и Pioneer 10 пришел к цели на минуту раньше расчетного времени. 4 декабря 1973 г. в 02:25 UTC станция прошла на высоте 132252 км над границей облаков Юпитера на фантастической скорости — 36.7 км/с. Высота пролета была выбрана с целью разведки радиационной обстановки.
Было проведено 15 экспериментов для изучения межпланетных и планетарных магнитных полей, параметров солнечного ветра, космических лучей, переходную область гелиосферы, области нейтрального [неионизированного] водорода, распределения масс, размеров, потоков и скорости частиц пыли, полярных сияний и радиоизлучений Юпитера, атмосферы планеты и ее спутников, в особенности Ио. Было получено много фотографий Юпитера и его спутников.
Читайте также: