BepiColombo

BepiColombo
Mercury Planetary Orbiter and Mercury Magnetospheric Orbiter
Konstnärs skildring av BepiColombo -uppdraget, med Mercury Planetary Orbiter (vänster) och Mercury Magnetospheric Orbiter (höger)
Typ av uppdrag Planetvetenskap
Operatör
COSPAR ID 2018-080A
SATCAT nr. 43653
Uppdragets varaktighet

Kryssning: 7 år (planerad) Vetenskapsfas: 1 år (planerad) 4 år, 4 månader och 11 dagar (pågår)
Rymdskeppsegenskaper
Tillverkare
Lanseringsmassa 4 100 kg (9 000 lb)
BOL massa
MPO: 1 230 kg (2 710 lb) Mio : 255 kg (562 lb)
Torr massa 2 700 kg (6 000 lb)
Mått
MPO: 2,4 m × 2,2 m × 1,7 m (7 ft 10 in × 7 ft 3 in × 5 ft 7 in) Mio : 1,8 m × 1,1 m (5 ft 11 in × 3 ft 7 in)
Kraft
MPO: 150 watt Mio : 90 watt
Uppdragets början
Lanseringsdag 20 oktober 2018, 01:45 UTC
Raket Ariane 5 ECA (VA245)
Starta webbplats Center Spatial Guyanais , ELA-3
Entreprenör Arianespace
Flyby of Earth (gravitationshjälp)
Närmaste tillvägagångssätt 10 april 2020, 04:25 UTC
Distans 12 677 km (7 877 mi)
Flyby of Venus (gravitationshjälp)
Närmaste tillvägagångssätt 15 oktober 2020, 03:58 UTC
Distans 10 720 km (6 660 mi)
Flyby of Venus (gravitationshjälp)
Närmaste tillvägagångssätt 10 augusti 2021, 13:51 UTC
Distans 552 km (343 mi)
Flyby of Mercury (gravitationsassistans)
Närmaste tillvägagångssätt 1 oktober 2021, 23:34:41 UTC
Distans 199 km (124 mi)
Flyby of Mercury (gravitationsassistans)
Närmaste tillvägagångssätt 23 juni 2022, 09:44 UTC
Distans 200 km (120 mi)
Mercury orbiter
Rymdfarkostkomponent
Mercury Planetary Orbiter (MPO)
Orbital insättning 5 december 2025 (planerad)
Orbital parametrar
Perihermion höjd 480 km (300 mi)
Apohermion höjd 1 500 km (930 mi)
Lutning 90,0°
Mercury orbiter
Rymdskeppskomponent
Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO)
Orbital insättning 5 december 2025 (planerad)
Orbital parametrar
Perihermion höjd 590 km (370 mi)
Apohermion höjd 11 640 km (7 230 mi)
Lutning 90,0°
BepiColombo mission insignia
ESA Solar System insignier för BepiColombo  

BepiColombo är ett gemensamt uppdrag av European Space Agency (ESA) och Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) till planeten Merkurius . Uppdraget omfattar två satelliter som skjuts upp tillsammans: Mercury Planetary Orbiter ( MPO ) och Mio ( Mercury Magnetospheric Orbiter, MMO ). Uppdraget kommer att utföra en omfattande studie av Merkurius, inklusive karakterisering av dess magnetfält , magnetosfär och både inre och ytstruktur. Den avfyrades på en Ariane 5- raket den 20 oktober 2018 klockan 01:45 UTC , med en ankomst till Merkurius planerad till den 5 december 2025, efter en förbiflygning av jorden , två förbiflygningar av Venus och sex förbiflygningar av Merkurius. Uppdraget godkändes i november 2009, efter år i förslag och planering som en del av European Space Agencys Horizon 2000+ -program; det är programmets sista uppdrag som lanseras.

Namn

BepiColombo är uppkallad efter Giuseppe "Bepi" Colombo (1920–1984 ) , en vetenskapsman , matematiker och ingenjör vid University of Padua, Italien , som först föreslog den interplanetära gravitationsmanövern som användes av Mariner 10 -uppdraget 1974, en teknik som nu används ofta av planetariska sonder.

Mio , namnet på Mercury Magnetospheric Orbiter, valdes bland tusentals förslag från den japanska allmänheten. På japanska Mio en vattenväg, och enligt JAXA symboliserar den de forsknings- och utvecklingsmilstolpar som nåtts hittills och önskemål om säker resa framåt. JAXA sa att rymdfarkosten kommer att färdas genom solvinden precis som ett fartyg som färdas genom havet. På kinesiska och japanska är Merkurius känd som "vattenstjärnan" (水星) enligt wǔxíng .

Efter sin förbiflygning på jorden i april 2020 , misstogs BepiColombo kort för en jordnära asteroid, som fick den provisoriska beteckningen 2020 GL 2 .

Uppdrag

Uppdraget involverar tre komponenter, som kommer att separeras till oberoende rymdfarkoster vid ankomsten till Merkurius.

  • Mercury Transfer Module (MTM) för framdrivning, byggd av ESA.
  • Mercury Planetary Orbiter (MPO) byggd av ESA.
  • Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO) eller Mio byggd av JAXA.

Under lanserings- och kryssningsfaserna sammanfogas dessa tre komponenter för att bilda Mercury Cruise System (MCS).

Huvudentreprenör för ESA är Airbus Defence and Space . ESA ansvarar för det övergripande uppdraget, designen, utvecklingsmonteringen och testet av framdrivnings- och MPO-modulerna samt lanseringen. De två orbiters, som drivs av uppdragskontrollanter baserade i Darmstadt, Tyskland, lanserades framgångsrikt tillsammans den 20 oktober 2018. Uppskjutningen skedde på Ariane flight VA245 från Europas rymdhamn i Kourou, Franska Guyana. Rymdfarkosten kommer att ha en sjuårig interplanetär kryssning till Merkurius med hjälp av solelektrisk framdrivning ( jonpropeller ) och gravitationshjälp från jorden, Venus och eventuell gravitationsfångst vid Merkurius . ESA:s Cebreros, Spanien 35-meters (115 fot) markstation är planerad att vara den primära markanläggningen för kommunikation under alla uppdragsfaser.

Förväntas anlända till Merkurius omloppsbana den 5 december 2025, kommer Mio- och MPO-satelliterna att separera och observera Merkurius i samarbete under ett år, med en möjlig förlängning på ett år. Orbiters är utrustade med vetenskapliga instrument från olika europeiska länder och Japan. Uppdraget kommer att karakterisera den fasta och flytande järnkärnan ( 3 ⁄ 4 av planetens radie) och bestämma storleken på var och en. Uppdraget kommer också att slutföra gravitations- och magnetfältskartläggningar . Ryssland tillhandahöll gammastrålnings- och neutronspektrometrar för att verifiera förekomsten av vattenis i polära kratrar som är permanent i skuggan från solens strålar.

Kvicksilver är för litet och varmt för att dess gravitation ska kunna behålla någon betydande atmosfär under långa tidsperioder, men det har en "tunn ytbegränsad exosfär " som innehåller väte , helium , syre , natrium , kalcium , kalium och andra spårämnen. Dess exosfär är inte stabil eftersom atomer kontinuerligt förloras och fylls på från en mängd olika källor. Uppdraget kommer att studera exosfärens sammansättning och dynamik, inklusive generering och flykt.

Mål

De huvudsakliga målen för uppdraget är:

Design

Planerade banor för Mio- och MPO-satelliter, de två sonderna i BepiColombo -uppdraget

Den staplade rymdfarkosten kommer att ta sju år att positionera sig för att komma in i Merkurius omloppsbana. Under denna tid kommer den att använda solelektrisk framdrivning och nio tyngdkraftsassistanser, flyga förbi jorden och månen i april 2020, Venus 2020 och 2021, och sex Merkurius förbiflygningar mellan 2021 och 2025.

Den staplade rymdfarkosten lämnade jorden med en hyperbolisk överhastighet på 3,475 km/s (2,159 mi/s). Inledningsvis placerades farkosten i en heliocentrisk bana liknande jordens. Efter att både rymdskeppet och jorden genomfört en och en halv omloppsbana, återvände den till jorden för att utföra en gravitationsmanöver och avleds mot Venus. Två på varandra följande Venus-förbiflygningar minskar perihelionen nära avståndet Solen–Mercury med nästan inget behov av dragkraft. En sekvens av sex Mercury förbiflygningar kommer att sänka den relativa hastigheten till 1,76 km/s (1,09 mi/s). Efter den fjärde förbiflygningen av Merkurius kommer farkosten att befinna sig i en omloppsbana som liknar den för Merkurius och kommer att förbli i Merkurius allmänna närhet (se [ 1] ) . Fyra slutliga dragkraftsbågar minskar den relativa hastigheten till den punkt där Merkurius "svagt" kommer att fånga rymdfarkosten den 5 december 2025 i polär omloppsbana . Endast en liten manöver behövs för att föra farkosten i en omloppsbana runt Merkurius med ett apocentrum på 178 000 kilometer (111 000 mi). Banorna separeras sedan och kommer att justera sina banor med hjälp av kemiska propeller.

Historia

BepiColombos uppdragsförslag valdes ut av ESA 2000. En begäran om förslag för den vetenskapliga nyttolasten utfärdades 2004. 2007 valdes Astrium som huvudentreprenör och Ariane 5 valdes som bärraket . Den första mållanseringen i juli 2014 sköts upp flera gånger, främst på grund av förseningar i utvecklingen av det elektriska solframdrivningssystemet . Den totala kostnaden för uppdraget uppskattades 2017 till 2 miljarder USD.

Schema


       
Animation av BepiColombos bana från 20 oktober 2018 till 2 november 2025 BepiColombo   · Jorden    · Venus    · Merkurius    · Solen    För mer detaljerad animering, se den här videon
Sekvens av bilder tagna under den andra förbiflygningen av Merkurius
Animation av BepiColombos bana runt Merkurius

Från och med 2021 är uppdragsschemat:

Datum Händelse Kommentar
20 oktober 2018, 01:45 UTC Lansera

10 april 2020, 04:25 UTC 		Jorden flyger förbi 1,5 år efter lanseringen
15 oktober 2020, 03:58 UTC Första Venus flyg förbi Enligt Johannes Benkhoff från ESA kan sonden möjligen kunna detektera fosfin – kemikalien som påstås ha upptäckts i den venusiska atmosfären i september 2020 – under denna och följande förbiflygning. Han konstaterade att "vi inte vet om vårt instrument är tillräckligt känsligt". Den 15 oktober 2020 rapporterade ESA att förbiflygningen var en framgång.

10 augusti 2021, 13:51 UTC 		Andra Venus förbiflygning 1.35 Venus år efter första Venus förbi. Flyby var en framgång och såg BepiColombo komma inom 552 kilometer (343 mi) från Venus yta.
1 oktober 2021, 23:34:41 UTC Första Merkurius förbiflygning Passerade 199 kilometer (124 mi) från Merkurius yta. Inträffade vad som skulle ha varit Giuseppe Colombos 101-årsdag .
23 juni 2022, 09:44 UTC Andra Mercury-flyget 2 omlopp (3,00 Merkurius år) efter 1:a Merkurius förbiflygning. Närmaste inflygning på cirka 200 kilometers (120 mi) höjd.
20 juni 2023 Tredje Mercury flyger förbi >3 omlopp (4,12 Merkurius år) efter 2:a Merkurius förbiflygning
5 september 2024 Fjärde Mercury flyger förbi ~4 omlopp (5,04 Merkurius år) efter 3:e Merkurius förbiflygning
2 december 2024 Femte Mercury förbi 1 omloppsbana (1,00 Merkurius år) efter 4:e Merkurius förbiflygning
9 januari 2025 Sjätte Mercury förbi ~0,43 omlopp (0,43 Merkurius år) efter 5:e Merkurius förbiflygning
5 december 2025 Insättning av kvicksilver omloppsbana Separering av rymdfarkoster; 3,75 Merkurius år efter 6:e ​​Merkurius förbiflygning
14 mars 2026 MPO i slutlig vetenskapsbana 1.13 Merkurius år efter införande av omloppsbana
1 maj 2027 Slut på nominellt uppdrag 5.82 Merkurius år efter införande av omloppsbana
1 maj 2028 Slut på utökat uppdrag 9,98 Merkurius år efter införande av omloppsbana
Tidslinje för BepiColombo från 20 oktober 2018 till 2 november 2025. Röd cirkel indikerar förbiflygningar.

Komponenter

Mercury Transfer Module

Jorden flyger förbi den 10 april 2020
BepiColombo, avbildad vid Northolt Branch Observatories , 16 timmar efter jordens förbiflygning. Den ljusstarka satelliten som passerar är INSAT-2D , en nedlagd geostationär satellit .
QinetiQ T6 Prestanda
Typ Kaufman jonmotor
Enheter ombord 4
Diameter 22 cm (8,7 tum)
Max. sticka 145 mN vardera

Specifik impuls (I sp ) 		4300 sekunder
Drivmedel Xenon
Total kraft 4628 W

Mercury Transfer Module (MTM) är placerad vid basen av stapeln. Dess roll är att bära de två vetenskapliga orbitarna till Merkurius och att stödja dem under kryssningen.

MTM är utrustad med ett elektriskt solframdrivningssystem som den huvudsakliga rymdfarkostens framdrivning. Dess fyra QinetiQ -T6 jonpropeller arbetar var för sig eller i par för en maximal kombinerad dragkraft på 290 mN, vilket gör den till den mest kraftfulla jonmotoruppsättningen som någonsin opererats i rymden. MTM levererar elektrisk kraft till de två vilolägen såväl som till dess elektriska framdrivningssystem för solenergi tack vare två 14 meter långa (46 fot) solpaneler . Beroende på sondens avstånd till solen kommer den genererade effekten att variera mellan 7 och 14 kW, varje T6 kräver mellan 2,5 och 4,5 kW enligt önskad dragkraftsnivå.

Det elektriska solframdrivningssystemet har vanligtvis mycket hög specifik impuls och låg dragkraft . Detta leder till en flygprofil med månader långa kontinuerliga bromsfaser med låg dragkraft, avbrutna av planetariska gravitationshjälp , för att gradvis minska rymdfarkostens hastighet. Ögonblick före införandet av Merkurius omloppsbana kommer MTM att kastas ut från rymdskeppsstacken. Efter separation från MTM kommer MPO att tillhandahålla Mio all nödvändig kraft och dataresurser tills Mio levereras till dess uppdragsbana; separation av Mio från MPO kommer att åstadkommas genom spin-ejektion.

Mercury Planetary Orbiter

Mercury Planetary Orbiter i ESTEC före stapling
Radiotestning av BepiColombo orbiter

Mercury Planetary Orbiter (MPO) har en massa på 1 150 kg (2 540 lb) och använder en enkelsidig solpanel som kan ge upp till 1 000 watt och har optiska solreflektorer för att hålla temperaturen under 200 °C (392 °F) . Solpanelen kräver kontinuerlig rotation som håller solen i en låg infallsvinkel för att generera tillräcklig kraft samtidigt som temperaturen begränsas.

MPO kommer att bära en nyttolast på 11 instrument, bestående av kameror, spektrometrar ( IR , UV , röntgen , γ-ray , neutron ), en radiometer, en laserhöjdmätare, en magnetometer, partikelanalysatorer, en Ka-bandstransponder och en accelerometer. Nyttolastkomponenterna är monterade på nadirsidan av rymdfarkosten för att uppnå låga detektortemperaturer, förutom MERTIS- och PHEBUS-spektrometrarna som är placerade direkt vid huvudradiatorn för att ge ett bättre synfält.

En högtemperaturbeständig 1,0 m (3 ft 3 in) diameter högförstärkningsantenn är monterad på en kort bom på zenitsidan av rymdfarkosten. Kommunikation kommer att ske på X-bandet och Ka-bandet med en genomsnittlig bithastighet på 50 kbit/s och en total datavolym på 1550 Gbit /år. ESA:s Cebreros, Spanien 35-meters (115 fot) markstation är planerad att vara den primära markanläggningen för kommunikation under alla uppdragsfaser.

Vetenskapens nyttolast

Den vetenskapliga nyttolasten för Mercury Planetary Orbiter består av elva instrument:

Mio (Mercury Magnetospheric Orbiter)

Mio i ESTEC innan stapling

Mio , eller Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO), utvecklad och byggd mestadels av Japan , har formen av ett kort åttakantigt prisma, 180 cm (71 tum) långt från ansikte till ansikte och 90 cm (35 in) högt. Den har en massa på 285 kg (628 lb), inklusive en vetenskaplig nyttolast på 45 kg (99 lb) bestående av 5 instrumentgrupper, 4 för plasma- och dammmätning som drivs av utredare från Japan och en magnetometer från Österrike .

Mio kommer att spinnstabiliseras vid 15 rpm med spinnaxeln vinkelrät mot Merkurius ekvator. Den kommer in i en polär omloppsbana på en höjd av 590 × 11 640 km (370 × 7 230 mi), utanför MPO:s omloppsbana. Toppen och botten av oktagonen fungerar som radiatorer med lameller för aktiv temperaturkontroll. Sidorna är täckta med solceller som ger 90 watt. Kommunikation med jorden kommer att ske genom en 0,8 m (2 fot 7 tum) diameter X-band phased array högförstärkningsantenn och två medelstora antenner som arbetar i X-bandet. Telemetri kommer att returnera 160 Gb /år, cirka 5 kbit/s över rymdfarkostens livstid, vilket förväntas vara mer än ett år. Reaktions- och styrsystemet är baserat på kallgaspropeller . Efter att den släppts i Merkurius omloppsbana Mio att drivas av Sagamihara Space Operation Center med Usuda Deep Space Centers 64 m (210 fot) antenn i Nagano, Japan .

Vetenskapens nyttolast

Mio bär fem grupper av vetenskapliga instrument med en total massa på 45 kg (99 lb):

Mercury Surface Element (avbruten)

Mercury Surface Element (MSE) avbröts 2003 på grund av budgetrestriktioner. Vid tidpunkten för avbokningen var MSE avsedd att vara en liten, 44 kg (97 lb), lander utformad för att fungera i ungefär en vecka på Merkurius yta. Formad som en skiva med en diameter på 0,9 m (2 fot 11 tum) designades den för att landa på en latitud av 85° nära terminatorområdet. Bromsmanövrar skulle bringa landaren till nollhastighet på en höjd av 120 m (390 fot) vid vilken punkt framdrivningsenheten skulle kastas ut, krockkuddar blåses upp och modulen skulle falla till ytan med en maximal islagshastighet på 30 m/s (98 fot/s). skulle lagras ombord och vidarebefordras via en tvärdipol UHF -antenn till antingen MPO eller Mio. MSE skulle ha burit en nyttolast på 7 kg (15 lb) bestående av ett bildsystem (en nedstigningskamera och en ytkamera), ett värmeflöde och fysikaliska egenskaper, en alfapartikelröntgenspektrometer, en magnetometer , en seismometer , en jordpenetrerande anordning (mullvad) och en mikrorover .

Konstverk

Precis som med Hayabusa2 -uppdraget är BepiColombo-uppdraget ämnet för konstverk. Mangakonstnären Masayuki Ishikawa skapade ett verk med karaktären Mercury från mangan Madowanai Hoshi , samt rymdfarkosten BepiColombo.

Se även

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=BepiColombo&oldid=1133014978 "