Helios (rymdskepp)
 Prototyp av rymdfarkosten Helios
| |
| Typ av uppdrag | Solobservation |
|---|---|
| Operatör | |
| COSPAR ID |
Helios-A : 1974-097A Helios-B : 1976-003A |
| SATCAT nr. |
Helios-A : 7567 Helios-B : 8582 |
| Hemsida |
Helios-A : [1] Helios-B : [2] |
| Uppdragets varaktighet |
Helios-A : 10 år, 1 månad, 2 dagar Helios-B : 3 år, 5 månader, 2 dagar |
| Rymdskeppsegenskaper | |
| Tillverkare | MBB |
| Lanseringsmassa |
Helios-A : 371,2 kg (818 lb) Helios-B : 374 kg (825 lb) |
| Kraft | 270 watt ( solpanel ) |
| Uppdragets början | |
| Lanseringsdag |
Helios-A : 10 december 1974, 07:11:01 UTC Helios-B : 15 januari 1976, 05:34:00 UTC05 : |
| Raket | Titan IIIE / Kentaur |
| Starta webbplats | Cape Canaveral SLC-41 |
| Tillträdde tjänst |
Helios-A : 16 januari 1975 Helios-B : 21 juli 1976 |
| Slutet på uppdraget | |
| Inaktiverad |
Helios-A : 18 februari 1985 Helios-B : 23 december 1979 |
| Sista kontakten |
Helios-A : 10 februari 1986 Helios-B : 3 mars 1980 |
| Orbital parametrar | |
| Referenssystem | Heliocentrisk |
| Excentricitet |
Helios-A : 0,5218 Helios-B : 0,5456 |
| Perihel höjd |
Helios-A : 0,31 AU Helios-B : 0,29 AU |
| Aphelion höjd |
Helios-A : 0,99 AU Helios-B : 0,98 AU |
| Lutning |
Helios-A : 0,02° Helios-B : 0° |
| Period |
Helios-A : 190,15 dagar Helios-B : 185,6 dagar |
| Epok |
Helios-A : 15 januari 1975, 19:00 UTC Helios-B : 20 juli 1976, 20:00 UTC |
Helios-A och Helios-B (efter lanseringen omdöpt till Helios 1 och Helios 2 ) är ett par sonder som lanserades i en heliocentrisk omloppsbana för att studera solprocesser . Som ett joint venture mellan German Aerospace Center (DLR) och NASA , lanserades sonderna från Cape Canaveral Air Force Station, Florida , den 10 december 1974 respektive den 15 januari 1976.
Helios-projektet satte ett högsta hastighetsrekord för rymdfarkoster på 252 792 km/h (157 078 mph; 70 220 m/s). Helios-B utförde den närmaste förbiflygningen av solen av alla rymdskepp fram till den tiden. Sonderna är inte längre funktionella, men från och med 2023 förblir de i elliptiska banor runt solen.
Konstruktion
Helios-projektet var ett joint venture mellan Västtysklands rymdorganisation DLR (70 procents andel) och NASA (30 procents andel). Som byggda av huvudentreprenören, Messerschmitt-Bölkow-Blohm , var de de första rymdsonderna som byggdes utanför USA och Sovjetunionen som lämnade jordens omloppsbana. [ citat behövs ]
Strukturera
De två Helios -sonderna ser likadana ut. Helios-A har en massa på 370 kilogram (820 lb), och Helios-B har en massa på 376,5 kilogram (830 lb). Deras vetenskapliga nyttolaster har en massa på 73,2 kg (161 lb) på Helios-A och 76,5 kg (169 lb) på Helios-B . De centrala kropparna är sextonsidiga prismor 1,75 meter (5 fot 9 tum) i diameter och 0,55 meter (1 fot 10 tum) höga. Det mesta av utrustningen och instrumenteringen är monterad i denna centrala kropp. Undantagen är master och antenner som används under experiment och små teleskop som mäter zodiakalens ljus och kommer ut från den centrala kroppen. Två koniska solpaneler sträcker sig över och under den centrala kroppen, vilket ger enheten utseendet av en diabolo eller trådrulle.
Vid lanseringen var varje sond 2,12 meter (6 fot 11 tum) lång med en maximal diameter på 2,77 meter (9 fot 1 tum). Väl i omloppsbana vecklades telekommunikationsantennerna ut ovanpå sonderna och ökade höjderna till 4,2 meter (14 fot). Även två styva bommar som bär sensorer och magnetometrar, fästa på båda sidor av de centrala kropparna, och två flexibla antenner som används för detektering av radiovågor, som sträckte sig vinkelrätt mot rymdfarkostens axlar för en designlängd på 16 meter (52) ft) vardera.
Rymdskepparna snurrar runt sina axlar, som är vinkelräta mot ekliptikan , vid 60 rpm .
System
Kraft
Elektrisk kraft tillhandahålls av solceller fästa på de två stympade konerna. För att hålla solpanelerna vid en temperatur under 165 °C (329 °F) när de befinner sig i närheten av solen, varvas solcellerna med speglar som täcker 50 % av ytan och reflekterar en del av det infallande solljuset samtidigt som överskottsvärmen försvinner. . Strömmen från solpanelerna är minst 240 watt när sonden är i aphelion . Dess spänning är reglerad till 28 volt DC . Silver-zink-batterier användes endast under lanseringen.
Termisk kontroll
Den största tekniska utmaningen var att undvika uppvärmning under omloppsbana när den var nära solen. Vid 0,3 astronomiska enheter (45 000 000 km; 28 000 000 mi) från solen är det ungefärliga värmeflödet 11 solkonstanter , (11 gånger mängden solinstrålning som tas emot i jordens omloppsbana), eller 22,4 kW per exponerad kvadratmeter. På det avståndet kunde sonden nå 370 °C (698 °F).
Solcellerna och det centrala facket av instrument måste hållas vid mycket lägre temperaturer. Solcellerna fick inte överstiga 165 °C (329 °F), medan det centrala facket måste hållas mellan -10 och 20 °C (14 och 68 °F). Dessa restriktioner krävde avvisande av 96 procent av energin som mottogs från solen. Den koniska formen på solpanelerna bestämdes för att minska uppvärmningen. Att luta solpanelerna med avseende på solljus som kommer vinkelrätt mot sondens axel reflekterar en större andel av solstrålningen . "Second surface mirrors" speciellt utvecklade av NASA täcker hela centralkroppen och 50 procent av solgeneratorerna. Dessa är gjorda av smält kvarts, med en silverfilm på insidan, som i sig är täckt med ett dielektriskt material. För ytterligare skydd användes flerskiktsisolering – bestående av 18 lager på 0,25 millimeter (0,0098 tum) Mylar eller Kapton (beroende på plats), som hölls isär från varandra av små plaststift avsedda att förhindra bildandet av köldbryggor. delvis täcka kärnfacket. Utöver dessa passiva anordningar använde sonderna ett aktivt system av rörliga jalusier arrangerade i ett slutarliknande mönster längs botten- och översidan av facket. Öppningen därav styrs separat av en bimetallfjäder vars längd varierar med temperaturen och orsakar öppning eller stängning av luckan. Resistorer användes också för att bibehålla en temperatur som var tillräcklig för viss utrustning.
Telekommunikationssystem
Telekommunikationssystemet använder en radiosändtagare, vars effekt kan justeras till mellan 0,5 och 20 watt. Tre antenner är monterade ovanpå varje sond. En högförstärkningsantenn (23 dB ) med 11° strålbredd, en medelförstärkningsantenn (3 dB för sändning och 6,3 dB för mottagning) avger en signal i alla riktningar av ekliptikplanet på höjden 15°, och en lågförstärkningsdipolantenn (0,3 dB sändning och 0,8 dB för mottagning). För att riktas kontinuerligt mot jorden roteras högförstärkningsantennen av en motor med en hastighet som uppväger sondens spinn. Synkronisering av rotationshastigheten utförs med hjälp av data från en solsensor . Den maximala datahastigheten som erhölls med den stora antennförstärkningen var 4096 bitar per sekund uppströms. Mottagning och överföring av signaler stöddes av Deep Space Network- antennerna på jorden.
Attitydkontroll
För att bibehålla orienteringen under uppdraget roterade rymdfarkosten kontinuerligt med 60 rpm runt sin huvudaxel. Orienteringskontrollsystemet hanterar hastigheten och orienteringen av sondens axlar. För att bestämma dess orientering använde Helios en rå solsensor . Styrkorrektioner utfördes med kallgaspropeller (7,7 kg kväve ) med en boost på 1 Newton . Sondens axel bibehölls permanent och höll den både vinkelrät mot solens riktning och mot ekliptikplanet.
Färddator och datalagring
Styrenheterna ombord kunde hantera 256 kommandon. Massminnet kunde lagra 500 kb , (detta var ett mycket stort minne för dåtidens rymdsonder), och användes främst när sonderna befann sig i överlägsen konjunktion i förhållande till jorden (dvs solen kommer mellan jorden och rymdfarkosten) . En konjunktion kan vara upp till 65 dagar.
Uppdragsprofil
Helios-A och Helios-B sjösattes den 10 december 1974 respektive 15 januari 1976. Helios-B flög 3 000 000 kilometer (1 900 000 mi) närmare solen än Helios-A och uppnådde perihelion den 17 april 1976, på ett rekordavstånd av 43,432 miljoner km (26 987 000 mi; 2,29 eller AU , nära 3,200 mi) . Helios-B skickades i omloppsbana 13 månader efter lanseringen av Helios-A . Helios-B genomförde den närmaste förbiflygningen av solen av alla rymdfarkoster fram till Parker Solar Probe 2018, 0,29 AU (43,432 miljoner km) från solen.
Helios-rymdsonderna slutförde sina primära uppdrag i början av 1980-talet, men fortsatte att skicka data fram till 1985.
Vetenskapliga instrument och undersökningar
Båda Helios- sonderna hade tio vetenskapliga instrument och två passiva vetenskapliga undersökningar med användning av rymdfarkostens telekommunikationssystem och rymdfarkostens omloppsbana.
Undersökning av plasmaexperiment
Mäter hastigheten och fördelningen av solvindplasma . Utvecklad av Max Planck Institute for Aeronomy för studier av lågenergipartiklar. Data som samlades in inkluderar solvindens densitet, hastighet och temperatur. Mätningar gjordes varje minut, med undantag för flödestätheten, som inträffade var 0,1 sekund för att markera oregelbundenheter i plasmavågor. Instrument som används inkluderar:
- Elektrondetektor
- Detektor för protoner och tunga partiklar
- En analysator för protoner och alfapartiklar med energier mellan 231 eV och 16 000 eV
Flux-gate magnetometer
Flux -gate-magnetometern mäter fältstyrkan och riktningen för lågfrekventa magnetfält i solens miljö. Det utvecklades av universitetet i Braunschweig, Tyskland. Den mäter trevektorkomponenter av solvinden och dess magnetfält med hög precision. Intensiteten mäts med en noggrannhet inom 0,4 nT när den är under 102,4 nT och inom 1,2 nT vid intensiteter under 409,6 nT. Två samplingsfrekvenser är tillgängliga: sök varannan sekund eller åtta avläsningar per sekund.
Flux-gate magnetometer 2
Mäter variationer av fältstyrkan och riktningen för lågfrekventa magnetfält i Sol-miljön. Utvecklad av Goddard Space Flight Center av NASA; mäter variationer av solvindens trevektorkomponenter och dess magnetfält med en noggrannhet inom 0,1 nT vid cirka 25 nT, inom 0,3 nT vid cirka 75 nT och inom 0,9 nT vid en intensitet av 225 nT .
Sökspolemagnetometer
Sökspolens magnetometer kompletterar flux-gate magnetometern genom att mäta magnetfälten mellan 0 och 3 kHz. Också utvecklad av universitetet i Braunschweig, detekterar den fluktuationer i magnetfältet i intervallet 5 Hz till 3000 Hz. Spektralupplösningen utförs på sondens rotationsaxel .
Undersökning av plasmavågor
Plasma Wave Investigation som utvecklats av University of Iowa använder två 15 m antenner som bildar en elektrisk dipol för att studera elektrostatiska och elektromagnetiska vågor i solvindens plasma i frekvenser mellan 10 Hz och 3 MHz.
Utredning av kosmisk strålning
Den kosmiska strålningsundersökningen som utvecklats av universitetet i Kiel försökte bestämma intensiteten, riktningen och energin hos protonerna och tunga beståndsdelar i strålning för att bestämma fördelningen av kosmiska strålar. De tre detektorerna ( halvledardetektor , scintillationsräknare och Cherenkov-detektor ) var inkapslade i en anti-koincidensdetektor.
Kosmiskt strålinstrument
Cosmic Ray Instrument som utvecklats vid Goddard Space Flight Center mäter egenskaperna hos protoner med energier mellan 0,1 och 800 MeV och elektroner med energier mellan 0,05 och 5 MeV. Den använder tre teleskop, som täcker ekliptikplanet. En proportionell räknare studerar röntgenstrålningen från solen.
Elektron- och protonspektrometer med låg energi
Utvecklad av Max Planck Institute for Aeronomy , använder lågenergielektron- och protonspektrometern spektrometrar för att mäta partikelegenskaper (protoner) med energier mellan 20 keV och 2 MeV och elektroner och positroner med en energi mellan 80 keV och 1 MeV.
Zodiacal ljus fotometer
Zodiacal ljusinstrumentet inkluderar tre fotometrar utvecklade av Max Planck Institute for Astronomy för att mäta intensiteten och polariseringen av zodiakens ljus i vitt ljus och i 550 nm och 400 nm våglängdsbanden, med hjälp av tre teleskop vars optiska axlar bildar vinklar på 15, 30 och 90° mot ekliptikan. Från dessa observationer erhålls information om den rumsliga fördelningen av interplanetärt stoft och storleken och naturen hos stoftpartiklarna.
Mikrometeoroidanalysator
Mikrometeoroidanalysatorn utvecklad av Max Planck Institute for Nuclear Physics kan detektera kosmiska dammpartiklar om deras massa är större än 10-15 g . Den kan bestämma massan och energin hos en mikrometeorit som är större än 10 −14 g. Dessa mätningar görs genom att utnyttja det faktum att mikrometeoriter förångas och joniseras när de träffar ett mål. Instrumentet separerar joner och elektroner i plasman som genereras av stötarna och mäter massan och energin hos den infallande partikeln. masspektrometer med låg upplösning bestämmer sammansättningen av inverkande kosmiska dammpartiklar med en massa större än 10-13 g .
Celestial mekanik experiment
Det himmelska mekanikexperimentet som utvecklats av universitetet i Hamburg använder Helios omloppsspecifika specifikationer för att klargöra astronomiska mätningar: utplattning av solen; verifiering av förutsagda allmänna relativitetseffekter ; bestämma massan av planeten Merkurius ; massförhållandet mellan jord och måne; och den integrerade elektrontätheten mellan Helios-rymdfarkosten och datamottagningsstationen på jorden.
Coronal klingande experiment
Coronal Sounding Experiment som utvecklats av universitetet i Bonn mäter rotationen ( Faraday Effect ) för den linjära polariserade radiostrålen från rymdfarkosten när den passerar under opposition genom solens korona. Denna rotation är ett mått på tätheten av elektroner och intensiteten av magnetfältet i det genomkorsade området.
Uppdragsspecifikationer
Helios-A
Helios-A lanserades den 10 december 1974 från Cape Canaveral Air Force Station Launch Complex 41 i Cape Canaveral, Florida . Detta var den första operativa flygningen av Titan IIIE -raketen. Raketens testflyg hade misslyckats när motorn på det övre Centaur-steget inte tändes, men uppskjutningen av Helios-A var händelselös.
Sonden placerades i en heliocentrisk omloppsbana på 192 dagar med en perihelion på 46 500 000 km (28 900 000 mi; 0,311 AU) från solen. Flera problem påverkade verksamheten. En av de två antennerna fungerade inte korrekt, vilket minskade radioplasmaapparatens känslighet för lågfrekventa vågor. När högförstärkningsantennen var ansluten insåg uppdragsgruppen att deras emissioner störde analysatorpartiklarna och radiomottagaren. För att minska störningarna utfördes kommunikationer med reducerad effekt, men detta krävde att man använde de markbundna mottagare med stor diameter som redan fanns på plats tack vare andra pågående rymduppdrag.
Under den första perihelionen i slutet av februari 1975 kom rymdfarkosten närmare solen än någon tidigare rymdfarkost. Temperaturen på vissa komponenter nådde mer än 100 °C (212 °F), medan solpanelerna nådde 127 °C (261 °F), utan att påverka sonddriften. Under det andra passet den 21 september nådde dock temperaturerna 132 °C (270 °F), vilket påverkade funktionen hos vissa instrument.
Helios-B
Innan Helios-B lanserades gjordes vissa modifieringar av rymdfarkosten baserat på lärdomar från Helios-A:s operationer . De små motorerna som användes för attitydkontroll förbättrades. Ändringar gjordes i implementeringsmekanismen för den flexibla antennen och antennutsläpp med hög förstärkning. Röntgendetektorerna förbättrades så att de kunde upptäcka gammastrålningsskurar, vilket gör att de kan användas tillsammans med satelliter som kretsar runt jorden för att triangulera platsen för skurarna. Eftersom temperaturen på Helios-A alltid var högre än 20 °C (36 °F) under designmaximum vid perihelion, bestämdes det att Helios-B skulle kretsa ännu närmare solen, och värmeisoleringen förbättrades för att satelliten skulle för att motstå 15 procent högre temperaturer.
Snäva tidtabellsbegränsningar pressade upp Helios-B- uppskjutningen i början av 1976. Anläggningar som skadades under uppskjutningen av rymdfarkosten Viking 2 i september 1975 måste repareras, medan Viking - landningen på Mars sommaren 1976 gjorde Deep Space Network-antennerna som Helios- B behövde bedriva sin vetenskap medan den var i perihelion otillgänglig.
Helios-B sköts upp den 10 januari 1976 med en Titan IIIE-raket. Sonden placerades i en omloppsbana med en 187-dagarsperiod och en perihelion på 43 500 000 km (27 000 000 mi; 0,291 AU). Orienteringen av Helios-B med avseende på ekliptikan var omvänd 180 grader jämfört med Helios-A så att mikrometeoritdetektorerna kunde ha 360 graders täckning. Den 17 april 1976 Helios-B sitt närmaste pass av solen med en rekordheliocentrisk hastighet på 70 kilometer per sekund (250 000 km/h; 160 000 mph). Den maximala registrerade temperaturen var 20 °C (36 °F) högre än uppmätt med Helios-A .
Slut på verksamheten
Det primära uppdraget för varje sond sträckte sig över 18 månader, men de opererade mycket längre. Den 3 mars misslyckades radiosändtagaren på Helios-B . Den 7 januari 1981 skickades ett stoppkommando för att förhindra eventuell radiostörning under framtida uppdrag. Helios-A fortsatte att fungera normalt, men med DSN-antennerna med stor diameter som inte var tillgängliga, samlades data in av antenner med liten diameter i en lägre hastighet. I sin 14:e omloppsbana Helios-A: s nedbrutna solceller inte längre ge tillräckligt med kraft för samtidig insamling och överföring av data om inte sonden var nära sin perihelion. 1984 misslyckades huvud- och reservradiomottagarna, vilket tydde på att högförstärkningsantennen inte längre var riktad mot jorden. Den sista telemetridatan togs emot den 10 februari 1986.
Uppdragets resultat
Båda sonderna samlade in viktig data om solvindsprocesser och partiklarna som utgör det interplanetära mediet och kosmiska strålar . Dessa observationer gjordes under en period från solminimum 1976 till solmaximum i början av 1980-talet.
Observationen av zodiakalljuset fastställde några av egenskaperna hos interplanetärt damm som finns mellan 0,1 och 1 AU från solen, såsom deras rumsliga fördelning, färg och polarisation . Mängden damm observerades vara 10 gånger större än runt jorden. Heterogen fördelning förväntades i allmänhet på grund av kometers passage, men observationer har inte bekräftat detta. [ citat behövs ]
Helios samlade in data om kometer och observerade passagen av C/1975 V1 (väst) 1976, C/1978 H1 (Meir) i november 1978 och C/1979 Y1 (Bradfield) i februari 1980. Under den senaste händelsen upptäckte sonden störningar i solvind som senare förklaras av ett brott i kometens svans. Plasmaanalysatorn visade att accelerationsfenomenen för höghastighetssolvinden var associerade med närvaron av koronala hål. Detta instrument upptäckte också, för första gången, heliumjoner isolerade i solvinden. 1981, under solaktivitetens topp, hjälpte de data som samlades in av Helios-A på kort avstånd från solen till att slutföra visuella observationer av koronala massutkastningar från jordens omloppsbana. Data som samlats in av Helios magnetometrar kompletterade data som samlats in av Pioneer och Voyager och användes för att bestämma riktningen för magnetfältet på förskjutna avstånd från solen.
Radio- och plasmavågsdetektorerna användes för att upptäcka radioexplosioner och stötvågor i samband med solflammor, vanligtvis under solmax. De kosmiska stråldetektorerna studerade hur solen och det interplanetära mediet påverkade spridningen av samma strålar, av sol- eller galaktiskt ursprung. Den kosmiska strålens gradient, som en funktion av avståndet från solen, mättes. Dessa observationer, i kombination med de som gjordes av Pioneer 11 mellan 1977 och 1980 på ett avstånd av 12–23 AU från solen, gav en bra modell av denna gradient . Vissa egenskaper hos den inre solkoronan uppmättes under ockultationer. För detta ändamål sändes antingen en radiosignal från rymdfarkosten till jorden eller så sände markstationen en signal som returnerades av sonden. Förändringar i signalutbredning till följd av solkorona-korsningen gav information om densitetsfluktuationer.
Från och med 2020 fungerar sonderna inte längre, utan förblir i omloppsbana runt solen.
Se även
externa länkar
- Helios-A på NSSDC Master Catalog
- Helios-B på NSSDC Master Catalog
- Helios-A Mission Profile av NASA:s Solar System Exploration
- Helios-B Mission Profile av NASA:s Solar System Exploration
- Titan/Centaur D-1T TC-2, Helios-A , Flygdatarapport
- Titan/Centaur D-1T TC-5, Helios-B , Flygdatarapport
- Helios-A och -B av Honeysuckle Creek Tracking Station
- Helios webbsida av Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung
| Nuvarande |
|
 
|
|---|---|---|
| Dåtid |
|
|
| Planerad | ||
| Föreslagen | ||
| Inställt | ||
| Förlorat | ||
| Sol-Jord | ||
