Nazemnaya programma radionablyudenii i translyacii v SMI posadki pervogo kosmicheskogo apparata Huygens na Titan
14.01.2005 2:27 | AiT, Moskva

14 yanvarya 2005 goda vpervye v istorii planetnyh issledovanii uchenym predstavitsya vozmozhnost' v bukval'nom smysle slova «na oshup'» pochuvstvovat' Titan, samyi krupnyi sputnik Saturna, i priotkryt' ego mnogie tainy. V etot den' evropeiskii zond Huygens, massoi 320 kg, zapushennyi 25 dekabrya 2004 g. s borta AMS Cassini, sovershit v techenie neskol'kih minut ballisticheskoe tormozhenie, s gasheniem skorosti zashitnym ekranom diametrom 2.7m s pervonachal'nyh 5.54 km/sek do 390m/s. Posle raskrytiya parashyuta, zond sovershit v techenie primerno 2.5 ch neupravlyaemyi spusk-planirovanie do momenta kasaniya poverhnosti v ekvatorial'noi oblasti Titana. Zhivuchest' zonda, v sluchae udachnoi myagkoi posadki budet dalee podderzhivat'sya zaryadom akkumulyatornyh batarei eshe okolo 4-h chasov.

S pomosh'yu shesti nauchnyh priborov, ustanovlennyh na bortu Huygens’a, predpolagaetsya vpervye vzyat' in situ analizy prob himicheskogo sostava atmosfery (gazy i aerozoli), postroit' vertikal'nyi profil' osnovnyh ee fizicheskih harakteristik (davleniya, plotnosti , temperatury i elektroprovodnosti), ee dinamiki(sily vetrov i ih napravlenii), poluchit' fotografii oblachnogo pokrova i rel'efa mestnosti, a takzhe, v sluchae udachnoi posadki – analogichnye svedeniya o haraktere i svoistvah poverhnosti Titana.

Priem telemetrii s zonda Huygens na skorosti okolo 16Kbit/sek budet vestis' nepreryvno v techenie 4 ch 36 min. na antennu vysokogo usileniya HGA diametrom 4m AMS Cassini, kotoraya v eto vremya budet nahodit'sya na proletnoi traektorii (minimal'noe rasstoyanie do Titana i zonda – okolo 60000km, otnositel'naya skorost' – okolo 5.4 km/s), vne svyazi s Zemlei. Dlya podstrahovki, peredacha unikal'nyh dannyh s zonda pri posadke budet vestis' dvumya parallel'nymi potokami s 6-sekundnoi zaderzhkoi cherez dva peredatchika S-diapazona moshnost'yu 10Vt kazhdyi.

Dannye, zapisannye na tverdotel'noe ZU Cassini, budut s gorazdo bol'shei skorost'yu i moshnost'yu retranslirovany stanciei cherez HGA na Zemlyu pozdnee, spustya primerno 5 chasov posle kontakta zonda s poverhnost'yu Titana. K etomu vremeni Cassini budet vne predelov ego vidimosti, i akkumulyatory zonda polnost'yu razryadyatsya. Retranslyaciyu s Cassini predpolagaetsya povtorit' neskol'ko raz – opyat' taki, vvidu bol'shoi cennosti poluchennyh dannyh, i zavershit' na sleduyushie sutki, 15 yanvarya.

Nesushie signaly dvuh peredatchikov na bortu posadochnogo zonda Huygens budut generirovany ul'trastabil'nymi oscillyatorami (USO) na chastotah 2.040GHz (Channel A) i 2.09791GHz (Channel B). Preodolev so skorost'yu sveta v techenie 67 minut rasstoyanie v 1.2 mlrd. km (8 a.e.), oni budut chrezvychaino slabymi, moshnost'yu poryadka 5h10^-25 Vt/m², no ih priem budet, tem ne menee, vozmozhen krupneishimi radioteleskopami, rabotayushimi v rezhime radiointerferometrii so sverhdlinnoi bazoi RSDB (VLBI). Etot metod pozvolyaet ne tol'ko uvelichit' chuvstvitel'nost' detektirovaniya slabyh signalov, no znachitel'no (na poryadki) povysit' razreshayushuyu sposobnost', a sootvetstvenno – tochnost' lokalizacii istochnika radiosignala. Naprimer, na dline volny 15sm (2GHz) dazhe radioteleskop GBT (SShA) s krupneishim v mire polnopovorotym ofsetnym zerkalom diametrom 100m sposoben razlichit' ob'ekty, razdelennye vsego 5 uglovymi minutami dugi. No rabotaya «v svyazke» s radioteleskopom, raspolozhennym na Zemle v neskol'kih tysyachah km (v ideale – s vynesennym v kosmos, na rasstoyanie desyatkov i dazhe soten tys. km, naprimer otechestvennym KRT Radioastron s diametrom zerkala 10m, planiruemym k zapusku v 2007g.), vozmozhno dostich' razresheniya urovnya mas(milli) ili dazhe μas(mikro) – uglovyh sekund.

Po obshirnoi mezhdunarodnoi programme, predpolagaetsya provesti dva tipa nazemnyh izmerenii:

1) doplerovskii sdvig chastoty, pozvolyayushii opredelit' radial'nuyu skorost' zonda po luchu zreniya Huygens-Zemlya s tochnost'yu +/- 1 m/s. Dlya etogo issledovateli iz JPL (NASA), vozglavlyaemye postanovshikom eksperimenta Maikom Berdom (Bonnskii Universitet) oboruduyut special'noi chuvstvitel'noi apparaturoi dve radioobservatorii: Parkes (Avstraliya) s bol'shoi pryamofokusnoi antennoi diametrom 64m i Green Bank (Virdzhiniya, SShA) s ofsetnoi antennoi 100m. Eta zhe samaya apparatura byla ranee uspeshno oprobovana na prieme slabyh signalov marsianskih roverov Spirit i Opportunity vo vremya ih parashyutnoi posadki na Mars v yanvare 2004 g.

2) tangencial'nyi dreif zonda vdol' osi X-Y. Dlya etogo koordinatory proekta – issledovateli evropeiskogo instituta radiointerferometrii JIVE (sredi nih - nashi sootechestvenniki Leonid Gurvic i Sergei Pogrebenko) budut ispol'zovat' set' krupneishih radioteleskopov, rabotayushih v rezhime VLBI. V moment vhozhdeniya zonda v verhnie sloi atmosfery v 13ch13min. msk i sleduyushie 5 chasov budut zadeistvovany prakticheski vse krupnye radioteleskopy SShA, nahodyashiesya v ee kontinental'noi chasti i na Gavaiyah (s diametrom zerkal 25-100m), Kanady (46m),Yaponii (34 i 70m), Kitaya (25m)i Avstralii (22-64m). Fazovye sostavlyayushie signalov c Huygens’a i opornyh prirodnyh radioistochnikov, nahodyashihsya na uglovom rasstoyanii ne bolee 2^o; ot zonda, budut vestis' s ochen' tochnoi vremennoi privyazkoi s ispol'zovaniem vodorodnyh standartov (tak nazyvaemaya differencial'naya RSDB ili delta-VLBI), zapis' parametrov budet proizvodit'sya na special'nye nositeli v formate MK-5. Dannye budut v rezhime real'nogo vremeni ili vskore po okonchanii priema peredany v JIVE na komp'yuternuyu obrabotku na special'nom korrelyatore MK-5 – eto pozvolit vychislit' polozhenie zonda s besprecedentnoi tochnost'yu – okolo 1 km na rasstoyanii 1.2 mlrd. km!

Po rezul'tatam oboih izmerenii – Dopler i delta-VLBI – budet postroena polnaya 3-h mernaya kartina posadki zonda – ot momenta vhozhdeniya v verhnie sloi do kontakta s poverhnost'yu. Po nei budet utochnena model' cirkulyacii atmosfery Titana, postroen vertikal'nyi profil' preobladayushih vetrov ih skorosti, napravleniya i t.d.

K sozhaleniyu, krupnye radioteleskopy, raspolozhennye v Evrope i evropeiskoi chasti Rossii (diametrom 25-76m) iz-za geograficheskogo polozheniya ne popadayut v zonu vidimosti Huygens’a v moment ego 2.5-chasovogo “posadochnogo” okna. Esli pozvolit zaryad batarei Huygens’a, to teoreticheski, v evropeiskoi chasti Rossii vozmozhen budet priem signalov s zonda uzhe neposredstvenno s poverhnosti Titana v techenie neskol'kih chasov.

Edinstvennaya udachno raspolozhennaya otechestvennaya antenna v Ussuriiske (RT-70), principial'no prednaznachennaya dlya priema takogo roda signalov, vsledstvie konservacii v 1996g. (posle provala poslednei otechestvennoi planetnoi missii Mars-96) i nedostatka v finansirovanii seichas nahoditsya v plachevnom sostoyanii. A ved' u nee korotkaya, no slavnaya istoriya (sm. stat'yu I.E.Molotov “Experiments on the Differential Measurements with the Former Russian Deep Space Network”): posle vvedeniya v stroi v 1985g. provedennye traektornye delta-VLBI izmereniya (vmeste s RT-64 v Medvezh'ih Ozerah i RT-70 v Evpatorii) pozvolili vychislit' s bol'shoi tochnost'yu, ne dostizhimoi drugimi metodami, traektoriyu dvizheniya otechestvennyh KA: Vega1,2 i aerostatnyh ballonov v atmosfere Venery v 1985-1986 g.g., Astron v 1987 g., Fobos 1,2 v 1988g., Granat v 1992g. i dazhe provesti seansy priema telemetrii so znamenityh Voyager 1,2 v 1991g.! Hotelos' by nadeyat'sya, chto rabotosposobnost' etogo unikal'nogo radioteleskopa budet polnost'yu vosstanovlena k 2009g. – vremeni starta sleduyushego otechestvennogo planetnogo proekta Fobos-Grunt.

Drugoi otechestvennyi krupnyi radioteleskop s antennoi diametrom 32m (RTF-31, Badary, Buryatiya) postroen sovsem nedavno. V dekabre 2004g. na nem byl prinyat pervyi signal s dalekih kvazarov i govorit' o ego polnomasshtabnom vvedenii v stroi poka rano.

Takim obrazom, edinstvennym radioteleskopom v Rossii, imeyushim minimal'no neobhodimoe oborudovanie – priemnik na 2040MHz i terminal MK-5, yavlyaetsya RT-32 (Svetloe, pod Sankt-Peterburgom). Uchityvaya ego nevygodnoe geograficheskoe raspolozhenie, a takzhe znachitel'nyi promezhutok vremeni na tshatel'nuyu podgotovku k izmereniyam (2-3mes.), sleduet, k sozhaleniyu, chto Rossiya, «apparatno» ne gotova i ne budet uchastvovat' v mezhdunarodnoi programme traektornyh izmerenii zonda.

K schast'yu dlya mnogih lyubitelei kosmonavtiki i specialistov, pryamoi reportazh posadki Huygens’a na Titan budet ochen' horosho organizovan silami amerikanskogo i evropeiskogo kosmicheskih agentstv. Poslednee, ESA, osobenno postaralos': pomimo tradicionnogo osvesheniya etogo sobytiya v glavnom press-centre ESOC (Darmshtadt, Germaniya), vsya informaciya (tekushie novosti s radioobservatorii mira, soprovozhdaemye kommentariyami vedushih specialistov proekta) ottuda budet operativno postupat' dopolnitel'no v pyat' mest (!), filialov ESA i drugie organizacii:

Cite des Sciencees/La Vilette (Parizh, ESA/CNES)
ESA/ESTEC in Noordwijk (Niderlandy)
ESA/ESRIN Frascati (Italiya)
ESA/ESAC in Villafranca (Ispaniya)
Central London (London, PPARC)

Pomimo operativno obnovlyaemyh novostei na oficial'nyh saitah proekta Cassini-Huygens, predpolagaetsya vesti pryamuyu translyaciyu sobytiya po Internetu i kanalam sputnikovogo TV.

Sootvetstvenno, neobhodimy prezhde vsego vysokoskorostnoi Internet (poryadka 200Kbit/sek, t.k. po modemnomu soedineniyu, 28Kbit/sek, kachestvo video ostavlyaet zhelat' luchshego) i programmy RealPlayer ili WindowsMediaPlayer. K sozhaleniyu, vysokoskorostnoi Internet poka ne vsem dostupen (u kogo pomegabaitovaya oplata za trafik, priem vsei mnogochasovoi translyacii 14 yanvarya oboidetsya v krugluyu summu).

Dlya prosmotra sputnikovogo TV noebhodimy tarelka sootvetstvuyushih razmerov, nastroennaya na sputnik, universal'nyi konverter, sputnikovyi resiver i televizor (vmesto poslednih dvuh otlichno podoidet personal'nyi komp'yuter s processorom chastotoi ne nizhe 500MGc, monitorom i nedorogoi DVB-platoi tipa Skystar).Zapis' translyacii mozhno vesti na videomagnitofon ili zhestkii disk komp'yutera.

14 yanvarya 2004g., nachinaya s 11-00 msk i do pozdnego vechera ESA TV sovmestno s NASA TV budet vesti pryamuyu translyaciyu cherez sputniki Astra2C, Astra1G (orbital'naya poziciya 19.2 v.d.) i EutelsatW1 (10 v.d.). Parametry priema (sputnik, chastota, polyarizaciya, simvol'naya skorost', FEC):

Astra2C 10832, H, 22000, 5/6 , karta pokrytiya
http://www.lyngsat.com/astra2c.html
http://www.ses-astra.com/satellites/footprints.php?sat=14

Astra1G 12552, V, 22000, 5/6, karta pokrytiya
http://www.lyngsat.com/astra1g.html
http://www.ses-astra.com/satellites/footprints.php?sat=11

EutelsatW1 11079, V, 5632, 3/4, karta pokrytiya
http://www.lyngsat.com/ew1.html
http://www.eutelsat.com/satellites/10e_popd.html

Provedennye avtorom v Moskve v nachale yanvarya zamery signalov na eti transpondery na tarelku ofset Supral diametrom 1.2m pokazali, chto priem budet vozmozhnym tol'ko so sputnika EutelsatW1 Dlya priema slabogo signala s Astry v Moskve neobhodima tarelka diametrom 2.4m i bolee.

V redakcii «Novosti Kosmonavtiki» (Moskva, ul. Voroncovo Pole, 3) avtorom budet organizovan priem ESA/NASA TV - translyacii 14 yanvarya 2004g so sputnika EutelsatW1 s zapis'yu na zhestkii disk i fotoreportazhem vseh sobytii. Rezul'taty planiruetsya opublikovat' v NK i drugih nauchno-populyarnyh zhurnalah.

Do sih por Titan, ochen' interesnyi ob'ekt dlya issledovanii, vpervye otkrytyi H.Gyuigensom v 1655 g. i legko nablyudaemyi v teleskop kak zvezda 8-i velichiny, izuchalsya tol'ko distancionnymi metodami.

V proshlom stoletii do poyavleniya adaptivnoi optiki detali poverhnosti Titana ne byli vidny v krupneishie nazemnye teleskopy, tak kak ego uglovoi diametr na blizhaishem rasstoyanii 8 a.e ne prevyshaet 0.9 uglovyh sekund.

Sostav atmosfery Titana izuchalsya spektral'nymi metodami, ee harakteristiki – fotometriei putem nablyudeniya redkih pokrytiya zvezd Titanom.

Ob'em znanii znachitel'no vyros, kogda v 80-h g.g. amerikanskie AMS Voyager1,2 po proletnoi traektorii prosledovali na rasstoyanii vsego neskol'ko desyatkov tysyach km ot Titana. Vpervye udalos' poluchit' krupnomasshtabnye fotografii, chto pozvolilo utochnit' ego diametr – 5150 km. Sredi vseh sputnikov planet Solnechnoi sistemy Titan po razmeru ustupaet tol'ko Ganimedu (5270 km) i zametno krupnee Merkuriya i Plutona.
Okazalos', chto atmosfera Titana plotnaya, s davleniem u poverhnosti v 1.5 raza bol'shim zemnogo i temperaturoi okolo -180°S, v vidimyh luchah – oranzhevaya i neprozrachnaya, po sostavu – pochti celikom sostoyashaya iz azota s nebol'shoi primes'yu uglevodorodov – metana, etana i dr.

Mnogie issledovateli sravnivayut atmosferu Titana s drevnei atmosferoi Zemli – toi, kotoraya byla milliardy let nazad na nashei planete. I esli by ne bol'shaya udalennost' Titana ot Solnca, to vpolne veroyatnym bylo by zarozhdenie i sushestvovanie na nem zhizni.

Zapushennyi na okolozemnuyu orbitu v 90-h godah proshlogo stoletiya kosmicheskii teleskop Habbla vpervye, blagodarya ego infrakrasnoi kamere, pozvolil v uzkih spektral'nyh diapazonah zaglyanut' skvoz' atmosferu i poluchit' izobrazheniya poverhnosti Titana. Ona okazalas' neodnorodnoi, no iz-za ogromnogo rasstoyaniya detalei pochti ne bylo vidno. Na fone bolee temnyh uchastkov vydelyalas' yarkaya oblast', poluchivshaya nazvanie Ksanadu, po pervonachal'noi gipoteze – kontinent, okruzhennyi okeanami zhidkih uglevodorodov!

Poslednee predpolozhenie do sih por ne podtverzhdeno mnogochislennymi dannymi AMS Cassini. Etot krupneishii iz kogda-libo sozdannyh dlya issledovaniya planet Solnechnoi sistemy apparat byl postroen amerikanskimi specialistami NASA, zapushen 15 oktyabrya 1997 g. i nahoditsya na orbite Saturna s 1iyulya 2004 g. Nahodyashayasya na bortu Cassini apparatura (12 nauchnyh priborov) pozvolyaet vesti kompleksnoe issledovanie Saturna, slozhnoi sistemy ego kolec i mnogochislennyh sputnikov.

Eshe na podlete k Saturnu i osobenno dalee, posle 2-h blizkih proletov Titana (26 oktyabrya i 13 dekabrya 2004 g.) na minimal'nom rasstoyanii okolo 1200km byli polucheny utochnennye dannye po atmosfere Titana, vpervye – detal'nye fotografii ego poverhnosti s dannymi radarnoi topograficheskoi s'emki s razresheniem do 300m. Na ih osnovanii byl sdelan vyvod o slozhnoi geologii poverhnosti, ee otnositel'no molodom vozraste, odnako priroda nablyudaemyh poverhnostnyh obrazovanii, nerovnostei rel'efa okazalas' neyasnoi, i vopros nalichiya/otsutstviya zhidkih poverhnostei ostalsya otkrytym.

Poetomu s takim neterpeniem issledovateli i lyubiteli vsego mira ozhidayut rezul'taty pervoi v istorii posadki zonda Huygens na Titan 14 yanvarya 2004 g. Drugie vazhnye prakticheskie zadachi – neposredstvennyi priem slabyh radiosignalov zonda na Zemle i tshatel'no organizovannye blagodarya mezhdunarodnoi nauchnoi kooperacii traektornye izmereniya pozvolyat usovershenstvovat' ves' kompleks programmno-apparatnyh sredstv i ottochit' metodiku navigacii KA, kotoraya isklyuchitel'no neobhodima dlya planirovaniya i nadezhnogo osushestvleniya vseh buduyushih planetnyh missii v Solnechnoi sisteme.

Publikacii s klyuchevymi slovami: Titan - Huygens probe - Radioastronomiya - zond Gyuigens Publikacii so slovami: Titan - Huygens probe - Radioastronomiya - zond Gyuigens
Sm. takzhe: Kratkaya istoriya bystryh radiovspleskov Vidy Titana Titan: sputnik nad Saturnom Strannye radio-kol'ca Morya na Titane otrazhayut solnechnyi svet Severnoe leto na Titane Robot-strekoza letaet nad Titanom Vse publikacii na tu zhe temu >>