Huygens (rymdskepp)

Huygens rymdsond
Huygens probe model.jpg
En replika av sonden i full storlek, 1,3 meter (4,3 fot) tvärs över
Uppdragstyp Lander
Operatör ESA / ASI / NASA
COSPAR ID 1997-061C Edit this at Wikidata
Hemsida Huygens hemsida
Rymdskeppsegenskaper
Tillverkare Thales Alenia Space (då Aérospatiale )
BOL massa 320 kg (710 lb)
Kraft 1800 Wh totalt
Uppdragets början
Lanseringsdag 08:42, 15 oktober 1997 (UTC) ( 08:42, 15 oktober 1997 (UTC) )
Raket Titan IV(401)B piggybacking med Cassini orbiter
Implementeringsdatum 25 december 2004
Slutet på uppdraget
Sista kontakten 13:37, 14 januari 2005 (UTC) ( 2005-01-14T13:37Z )
Landningsdatum 12:43, 14 januari 2005 (UTC)
Titan lander
Landningsdatum 12:43, 14 januari 2005 ( SCET UTC)
Landningsplats
Huygens mission insignia
ESA:s fyrsidiga uppdragsbeteckning för Huygens  

Huygens ( / ˈ h ɔɪ ɡ ən z / HOY -gənz ) var en robotrymdsond för atmosfärisk inträde som landade framgångsrikt på Saturnus måne Titan 2005. Byggd och drevs av European Space Agency (ESA), uppskjuten av NASA, den var en del av Cassini-Huygens- uppdraget och blev den första rymdfarkost som landade på Titan och den längsta landningen från jorden en rymdfarkost någonsin har gjort. Sonden fick sitt namn efter den holländska astronomen Christiaan Huygens från 1600-talet, som upptäckte Titan 1655.

Den kombinerade rymdfarkosten Cassini–Huygens lanserades från jorden den 15 oktober 1997. Huygens separerade från Cassini -banan den 25 december 2004 och landade på Titan den 14 januari 2005 nära Adiri-regionen . Huygens landning är hittills den enda som har uppnåtts i det yttre solsystemet , och var också den första på en annan måne än jordens.

Huygens landade på land, även om möjligheten att den skulle landa i ett hav också beaktades i dess utformning. Sonden designades för att samla in data för några timmar i atmosfären , och möjligen en kort tid vid ytan. Den fortsatte att skicka data i cirka 90 minuter efter landning.

Översikt

Huygens designades för att komma in och bromsa in Titans atmosfär och hoppa fallskärm ett fullt instrumenterat robotlaboratorium till ytan. När uppdraget planerades var det ännu inte säkert om landningsplatsen skulle vara en bergskedja , en platt slätt , ett hav eller något annat, och man trodde att analys av data från Cassini skulle hjälpa till att besvara dessa frågor.

Baserat på bilder tagna av Cassini 1 200 km (750 mi) ovanför Titan, verkade landningsplatsen vara en strandlinje. Förutsatt att landningsplatsen kunde vara icke-fast, designades Huygens för att överleva nedslaget, plaska ner på en vätskeyta på Titan och skicka tillbaka data i flera minuter under dessa förhållanden. Om det inträffade förväntades det vara första gången en människotillverkad sond skulle landa i ett utomjordiskt hav. Rymdfarkosten hade inte mer än tre timmars batteritid, varav det mesta var planerat att användas under nedstigningen. Ingenjörer förväntade sig att få som mest bara 30 minuters data från ytan.

Utskuren bild av Huygens

Huygens sondsystem består av själva sonden på 318 kg (701 lb), som gick ner till Titan, och sondstödsutrustningen (PSE), som förblev fäst vid den kretsande rymdfarkosten . Huygens värmesköld var 2,7 m (8,9 fot) i diameter. Efter att ha kastat ut skölden var sonden 1,3 m (4,3 fot) i diameter. PSE inkluderade den elektronik som behövs för att spåra sonden, för att återställa data som samlats in under dess nedstigning och för att bearbeta och leverera data till orbiter, varifrån den överfördes eller "nedlänkades" till jorden.

Sonden förblev vilande under den 6,7 år långa interplanetära kryssningen, med undantag för halvårliga hälsokontroller. Dessa kassar följde förprogrammerade nedstigningsscenariosekvenser så nära som möjligt, och resultaten vidarebefordrades till jorden för undersökning av system- och nyttolastexperter.

Inför sondens separation från orbiter den 25 december 2004 gjordes en sista hälsokontroll. "Coast"-timern laddades med den exakta tiden som krävdes för att slå på sondsystemen (15 minuter före mötet med Titans atmosfär), sedan lossade sonden från orbitern och rullade i fritt utrymme till Titan på 22 dagar utan några aktiva system förutom dess väckningstimer.

Huvuduppdragsfasen var en fallskärmsnedstigning genom Titans atmosfär. Batterierna och alla andra resurser var dimensionerade för en Huygens- uppdragslängd på 153 minuter, vilket motsvarar en maximal nedstigningstid på 2,5 timmar plus minst 3 ytterligare minuter (och möjligen en halvtimme eller mer) på Titans yta. Sondens radiolänk aktiverades tidigt i nedstigningsfasen, och orbitern "lyssnade" på sonden under de följande tre timmarna, inklusive nedstigningsfasen, och de första trettio minuterna efter landningsögonblicket. Inte långt efter slutet av detta tre timmar långa kommunikationsfönster Cassinis högförstärkningsantenn (HGA) bort från Titan och mot jorden.

Mycket stora radioteleskop på jorden lyssnade också på Huygens sändning på 10 watt med tekniken med mycket lång baslinjeinterferometri och bländarsyntesläge. Klockan 11:25 CET den 14 januari Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) i West Virginia bärarsignalen från Huygens . GBT fortsatte att upptäcka bärarsignalen långt efter att Cassini slutat lyssna på den inkommande dataströmmen. Förutom GBT, åtta av de tio teleskopen i den kontinentövergripande VLBA i Nordamerika, belägna i Pie Town och Los Alamos, New Mexico ; Fort Davis, Texas ; North Liberty, Iowa ; Kitt Peak, Arizona ; Brewster, Washington ; Owens Valley, Kalifornien ; och Mauna Kea, Hawaii , lyssnade också efter Huygens- signalen.

Signalstyrkan som togs emot på jorden från Huygens var jämförbar med den från Galileo- sonden (Jupiter-atmosfärsnedstigningssonden) som mottogs av VLA , och var därför för svag för att upptäcka i realtid på grund av signalmoduleringen av den (då) okända telemetri . Istället gjordes bredbandsinspelningar av sondsignalen under den tre timmar långa nedstigningen. Efter att sondtelemetrin slutförts vidarebefordras från Cassini till jorden, avlägsnades den nu kända datamoduleringen från den inspelade signalen, vilket lämnade en ren bärvåg som kunde integreras under flera sekunder för att bestämma sondens frekvens. Det förväntades att genom analys av Doppler-förskjutningen av Huygens signal när den gick ner genom Titans atmosfär, kunde vindhastighet och riktning bestämmas med en viss grad av noggrannhet. En position av Huygens landningsplats på Titan hittades med precision (inom en km – en km på Titan mäter 1,3 bågminuter av latitud och longitud vid ekvatorn) med hjälp av Dopplerdata på ett avstånd från jorden på cirka 1,2 miljarder kilometer. Sonden landade på månens yta kl . En liknande teknik användes för att bestämma landningsplatsen för Mars prospekteringsrovers genom att enbart lyssna på deras telemetri.

Fynd

Huygens landade runt 12:43 UTC den 14 januari 2005 med en anslagshastighet som liknar att tappa en boll på jorden från en höjd av cirka 1 m (3 fot). Den gjorde en 12 cm (4,7 tum) djup buckla innan den studsade på en plan yta och gled 30 till 40 cm (12 till 16 tum) över ytan. Den saktade av på grund av friktion med ytan och, när den kom till sin sista viloplats, vinglade den fram och tillbaka fem gånger. Huygens sensorer fortsatte att upptäcka små vibrationer i ytterligare två sekunder, tills rörelsen avtog cirka tio sekunder efter landning . Sonden sparkade upp ett moln av damm (mest troligt organiska aerosoler som duggar ut ur atmosfären) som förblev svävande i atmosfären i cirka fyra sekunder vid nedslaget.

Den första bilden som släpptes, tagen från en höjd av 16 km (9,9 mi), visar vad som spekuleras vara dräneringskanaler som rinner till en möjlig strandlinje. De mörkare områdena är platta slätter, medan de ljusare områdena representerar hög mark.

Vid landningsplatsen fanns indikationer på småstenar av vattenis utspridda över en orange yta, varav majoriteten är täckt av ett tunt dis av metan . Tidig flygfotografering av Titan från Huygens överensstämde med närvaron av stora vätskekroppar på ytan. De första bilderna av Titan före landning visade vad som verkade vara stora dräneringskanaler som korsade det ljusare fastlandet till ett mörkt hav. Några av bilderna föreslog öar och dimma som höljde kusten. Efterföljande analys av sondens bana visade att Huygens faktiskt hade landat i det mörka "havsområdet" på bilderna. Bilderna från ytan av en torr sjöbäddsliknande landskap tyder på att även om det finns bevis för att vätska har agerat på ytan nyligen, kanske kolvätesjöar och/eller hav för närvarande inte finns på Huygens landningsplats . Ytterligare data från Cassini -missionen bekräftade dock definitivt existensen av permanenta flytande kolvätesjöar i Titans polarområden (se Titansjöar) . Långvariga tropiska kolvätesjöar upptäcktes också 2012 (inklusive en inte långt från Huygens landningsplats i Shangri-La-regionen som är ungefär hälften så stor som Utahs Great Salt Lake , med ett djup på minst 1 m (3 fot) )). Den troliga leverantören i torra ökenområden är förmodligen underjordiska akviferer ; med andra ord innehåller Titans torra ekvatorialregioner " oaser ".

In situ bild av Titans yta från Huygens (vänster och höger bilder har olika bildbehandling). Kulor (troligen gjorda av vattenis) 10–15 cm stora ligger ovanför mörkare, finkorniga substrat i en varierande rumsfördelning. Ljusning av den övre vänstra sidan av flera stenar tyder på solbelysning från den riktningen, vilket innebär en sydlig vy, vilket överensstämmer med preliminära bevis från andra datauppsättningar. En region med ett relativt lågt antal stenar ligger mellan klungor av stenar i förgrunden och bakgrunden och matchar den allmänna orienteringen av kanalliknande särdrag i låghöjdsbilderna tagna från under 7 km (4,3 mi) höjd.

Ytan rapporterades initialt vara ett lerliknande "material som kan ha en tunn skorpa följt av ett område med relativt enhetlig konsistens." En ESA-forskare jämförde strukturen och färgen på Titans yta med en crème brûlée (det vill säga en hård yta som täcker en klibbig leraliknande underyta). Efterföljande analys av data tyder på att ytans konsistensavläsningar sannolikt orsakades av att Huygens tryckte ner en stor sten i marken när den landade, och att ytan bättre kan beskrivas som en "sand" gjord av iskorn eller snö som har frusit på toppen . Bilderna tagna efter sondens landning visar en platt slätt täckt av småsten. Småstenarna, som kan vara gjorda av kolvätebelagd vattenis, är något rundade, vilket kan tyda på vätskors inverkan på dem. Stenarna tycks vara rundade, storleksutvalda och storleksskiktade som om de befann sig i en bäck i en mörk sjöbotten, som består av finkornig material. Inga småsten som var större än 15 cm (5,9 tum) i diameter sågs, medan stenar mindre än 5 cm (2,0 tum) är sällsynta på Huygens landningsplats . Detta innebär att stora småsten inte kan transporteras till sjöbottnen, medan små stenar snabbt tas bort från ytan.

Temperaturen vid landningsplatsen var 93,8 K (−179,3 °C; −290,8 °F) och ett tryck på 1 467,6 mbar (1,4484 atm), vilket innebär en metanmängd på 5 ± 1 % och en relativ metanfuktighet på 50 % nära ytan. Därför är markdimma orsakad av metan i närheten av landningsplatsen osannolikt. Termometrar visade att värmen lämnade Huygens så snabbt att marken måste ha varit fuktig, och en bild visar ljus som reflekteras av en daggdroppe när det faller över kamerans synfält. På Titan tillåter det svaga solljuset endast cirka en centimeter avdunstning per år (mot en meter vatten på jorden), men atmosfären kan innehålla motsvarande cirka 10 m (30 fot) vätska innan regn bildas jämfört med bara ett fåtal centimeter på jorden. Så Titans väder förväntas innehålla skyfall som orsakar översvämningar, varvat av decennier eller århundraden av torka.

Huygens fann att ljusstyrkan på Titans yta (vid landningstillfället) var ungefär tusen gånger svagare än full solbelysning på jorden (eller 500 gånger starkare än belysning av fullt månsken) – det vill säga belysningsnivån upplevde ungefär tio minuter efter solnedgången på jorden, ungefär sent civil skymning . Färgen på himlen och scenen på Titan är huvudsakligen orange på grund av den mycket större dämpningen av blått ljus av Titans dis i förhållande till rött ljus. Solen (som stod förhållandevis högt på himlen när Huygens landade) skulle vara synlig som en liten ljus fläck, en tiondel av solskivans storlek sett från jorden, och jämförbar i storlek och ljusstyrka med en bilstrålkastare sett från cirka 150 m (500 fot). Den kastar skarpa skuggor, men med låg kontrast eftersom 90 % av belysningen kommer från himlen.

Detaljerad Huygens aktivitetstidslinje

Se även: Detaljerad tidslinje för Huygens uppdrag

    Animation av Huygens bana från 25 december 2004 till 14 januari 2005    Huygens ·    Titan ·    Saturnus
  • Huygens separerade från Cassinis omloppsbana klockan 02:00 UTC den 25 december 2004 i Spacecraft Event Time .
  • Huygens gick in i Titans atmosfär klockan 10:13 UTC den 14 januari 2005 i SCET, enligt ESA.
  • Sonden landade på Titans yta vid cirka 10,6°S, 192,3°W runt 12:43 UTC i SCET (2 timmar 30 minuter efter atmosfäriskt intåg).(1.)

Det var en transitering av jorden och månen över solen sett från Saturnus/Titan bara timmar före landningen. Huygens gick in i det övre lagret av Titans atmosfär 2,7 timmar efter slutet av jordens transitering, eller bara en eller två minuter efter slutet av månens transit. Men transiteringen störde inte Cassini orbiter eller Huygens sonden, av två skäl. För det första, även om de inte kunde ta emot någon signal från jorden eftersom den var framför solen, kunde jorden fortfarande lyssna på dem. För det andra Huygens inga läsbara data direkt till jorden. Snarare överförde den data till Cassini orbiter, som senare vidarebefordrade till jorden mottagna data.

Instrumentation

Huygens hade sex instrument ombord som tog in ett brett spektrum av vetenskapliga data när sonden gick ner genom Titans atmosfär. De sex instrumenten är:

Huygens Atmospheric Structure Instrument (HASI)

Detta instrument innehåller en uppsättning sensorer som mätte de fysiska och elektriska egenskaperna hos Titans atmosfär. Accelerometrar mätte krafter i alla tre axlarna när sonden gick ner genom atmosfären. Med de aerodynamiska egenskaperna hos sonden redan kända, var det möjligt att bestämma tätheten av Titans atmosfär och att upptäcka vindbyar. Sonden var konstruerad så att vid en landning på en vätskeyta även dess rörelse på grund av vågor skulle ha varit mätbar. Temperatur- och trycksensorer mätte atmosfärens termiska egenskaper. Permittivitets- och elektromagnetisk våganalyskomponenten mätte elektroner och joner (dvs positivt laddade partiklar) i atmosfären och sökte efter elektromagnetisk vågaktivitet. På Titans yta mättes ytmaterialets elektriska konduktivitet och permittivitet (dvs förhållandet mellan elektriskt förskjutningsfält och dess elektriska fält ). HASI-undersystemet innehåller också en mikrofon, som användes för att spela in alla akustiska händelser under sondens nedstigning och landning; detta var första gången i historien som hörbara ljud från en annan planetkropp hade registrerats.

Dopplervindexperiment (DWE)

Detta experiment använde en ultrastabil oscillator som gav en exakt S-bandsbärvågsfrekvens som gjorde det möjligt för Cassini-banan att exakt bestämma Huygens radiella hastighet med avseende på Cassini via Dopplereffekten . Den vindinducerade horisontella rörelsen från Huygens skulle ha härletts från de uppmätta Dopplerskiftmätningarna, korrigerade för alla kända omlopps- och utbredningseffekter. Sondens svängande rörelse under dess fallskärm på grund av atmosfäriska egenskaper kan också ha upptäckts. Om markkontroller misslyckades med att slå på mottagaren i Cassini orbiter orsakade förlusten av denna data. [ citat behövs ] Jordbaserade radioteleskop kunde rekonstruera en del av det. Mätningar startade 150 km (93 mi) ovanför Titans yta, där Huygens blåste österut i mer än 400 km/h (250 mph), [ citat behövs ] överensstämmer med tidigare mätningar av vindarna på 200 km (120 mi) höjd. under de senaste åren med hjälp av teleskop . Mellan 60 och 80 km (37 och 50 mi) drabbades Huygens av snabbt fluktuerande vindar, som tros vara vertikala vindskjuvningar. På marknivå visar det jordbaserade dopplerskiftet och VLBI- mätningarna svaga vindar på några meter per sekund, ungefär i linje med förväntningarna.

Descent Imager/Spectral Radiometer (DISR)

- datavisualisering under Huygens nedstigning

Eftersom Huygens främst var ett atmosfäriskt uppdrag optimerades DISR-instrumentet för att studera strålningsbalansen inuti Titans atmosfär. Dess synliga och infraröda spektrometrar och violetta fotometrar mätte strålningsflödet uppåt och nedåt från en höjd av 145 km (90 mi) ner till ytan. Solar aureolkameror mätte hur spridning av aerosoler varierar intensiteten direkt runt solen. Tre avbildare, som delar samma CCD , avbildade med jämna mellanrum en sträng på cirka 30 grader bred, från nästan nadir till strax ovanför horisonten. Med hjälp av den långsamt snurrande sonden skulle de bygga upp en hel mosaik av landningsplatsen, som överraskande nog blev tydligt synlig endast under 25 km (16 mi) höjd. Alla mätningar tidsinställdes med hjälp av en skuggstång, som skulle tala om för DISR när solen hade passerat genom synfältet. Tyvärr upprördes detta schema av det faktum att Huygens roterade i en motsatt riktning mot den förväntade. Strax före landning tändes en lampa för att belysa ytan, vilket möjliggjorde mätningar av ytreflektansen vid våglängder som är helt blockerade av atmosfärisk metanabsorption .

DISR utvecklades vid Lunar and Planetary Laboratory vid University of Arizona under ledning av Martin Tomasko, med flera europeiska institut som bidrog till hårdvaran. "De vetenskapliga målen för experimentet delas in i fyra områden inklusive (1) mätning av solvärmeprofilen för studier av den termiska balansen hos Titan; (2) avbildnings- och spektralreflektionsmätningar av ytan för studier av sammansättning, topografi och fysikaliska processer som bildar ytan samt för direkta mätningar av vindprofilen under nedstigningen, (3) mätningar av ljusstyrkan och graden av linjär polarisation av spritt solljus inklusive solaureolen tillsammans med mätningar av det optiska släckningsdjupet för aerosoler som en funktion av våglängd och höjd för att studera storlek, form, vertikal fördelning, optiska egenskaper, källor och sänkor för aerosoler i Titans atmosfär; och (4) mätningar av spektrumet av nedåtgående solflöde för att studera atmosfärens sammansättning, särskilt blandningsförhållandeprofilen för metan under hela nedstigningen."

Gaskromatograf masspektrometer (GC/MS)

En arbetare i Payload Hazardous Servicing Facility (PHSF) står bakom undersidan av experimentplattformen för Huygens .

Detta instrument är en gaskemisk analysator som designades för att identifiera och mäta kemikalier i Titans atmosfär. Den var utrustad med provtagare som fylldes på hög höjd för analys. Masspektrometern , en högspänningskvadrupol, samlade in data för att bygga en modell av molekylmassorna för varje gas, och en mer kraftfull separation av molekylära och isotopiska arter åstadkoms med gaskromatografen . Under nedstigningen GC/MS även pyrolysprodukter (dvs prover som ändrats genom uppvärmning) som skickades till den från Aerosol Collector Pyrolyser. Slutligen mätte GC/MS sammansättningen av Titans yta. Denna undersökning möjliggjordes genom att GC/MS-instrumentet värmdes upp strax före stöten för att förånga ytmaterialet vid kontakt. GC/MS utvecklades av Goddard Space Flight Center och University of Michigans Space Physics Research Lab.

Aerosoluppsamlare och pyrolysör (ACP)

ACP-experimentet drog in aerosolpartiklar från atmosfären genom filter, värmde sedan upp de fångade proverna i ugnar (med pyrolysprocessen) för att förånga flyktiga ämnen och sönderdela de komplexa organiska materialen. Produkterna spolades längs ett rör till GC/MS -instrumentet för analys. Två filter tillhandahölls för att samla in prover på olika höjder. ACP utvecklades av ett (franskt) ESA- team vid Laboratoire Inter-Universitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA).

Surface Science Package (SSP)

SSP innehöll ett antal sensorer utformade för att bestämma de fysiska egenskaperna hos Titans yta vid islagspunkten, om ytan var fast eller flytande. Ett akustiskt ekolod , aktiverat under de sista 100 m (300 fot) av nedstigningen, bestämde kontinuerligt avståndet till ytan och mätte nedstigningshastigheten och ytjämnheten (t.ex. på grund av vågor). Instrumentet konstruerades så att om ytan var flytande skulle ekolodet mäta ljudets hastighet i "havet" och eventuellt även underjordsstrukturen (djupet). Under nedstigningen gav mätningar av ljudets hastighet information om atmosfärens sammansättning och temperatur, och en accelerometer registrerade retardationsprofilen vid kollisionen, vilket indikerar ytans hårdhet och struktur. En lutningssensor mätte pendelrörelsen under nedstigningen och var också designad för att indikera sondens inställning efter landning och visa eventuella rörelser på grund av vågor. Om ytan hade varit flytande skulle andra sensorer också ha mätt dess densitet , temperatur, värmeledningsförmåga , värmekapacitet, elektriska egenskaper ( permittivitet och konduktivitet) och brytningsindex (med en kritisk vinkelrefraktometer). Ett penetrometerinstrument , som stack ut 55 mm (2,2 tum) förbi botten av Huygens nedstigningsmodul, användes för att skapa ett penetrometerspår när Huygens landade på ytan. Detta gjordes genom att mäta kraften som utövades på instrumentet av kroppens yta när det bröt igenom och trycktes ner i kroppen vid landningen. Spåret visar denna kraft som en funktion av tiden under en period av cirka 400 ms. Spåret har en initial spik som tyder på att instrumentet träffade en av de isiga småstenarna på ytan som fotograferats av DISR-kameran.

Huygens SSP utvecklades av Space Sciences Department vid University of Kent och Rutherford Appleton Laboratory Space Science Department (nu RAL Space) under ledning av professor John Zarnecki . SSP:s forskning och ansvar överfördes till Öppna universitetet när John Zarnecki övergick 2000.

Rymdfarkostdesign

Applicering av flerskiktsisolering skimrar under stark belysning vid slutmontering. Guldfärgen på MLI beror på ljus som reflekteras från aluminiumbeläggningen på baksidan av ark av bärnstensfärgad Kapton .

Huygens byggdes under Aérospatiales huvudentreprenörskap i Cannes Mandelieu Space Center, Frankrike, nu en del av Thales Alenia Space . Värmesköldsystemet byggdes under ansvar av Aérospatiale nära Bordeaux, nu en del av Airbus Defence and Space .

Fallskärm

Martin-Baker Space Systems ansvarade för Huygens fallskärmssystem och de strukturella komponenter, mekanismer och pyroteknik som styr sondens nedstigning till Titan. IRVIN-GQ var ansvarig för definitionen av strukturen för var och en av Huygens fallskärmar. Irvin arbetade på sondens undersystem för nedstigningskontroll under kontrakt med Martin-Baker Space Systems .

Kritiskt designfel delvis löst

Långt efter lanseringen upptäckte några envisa ingenjörer att kommunikationsutrustningen på Cassini hade ett potentiellt fatalt designfel, vilket skulle ha orsakat förlusten av all data som överförts av Huygens .

Eftersom Huygens var för liten för att sända direkt till jorden, designades den för att överföra telemetridata som erhölls när han gick ner genom Titans atmosfär till Cassini via radio , som i sin tur skulle vidarebefordra den till jorden med sin stora 4 m (13 fot ) diameter huvudantenn . Vissa ingenjörer, framför allt ESA ESOC -anställda Claudio Sollazzo och Boris Smeds , kände sig oroliga över det faktum att, enligt deras åsikt, denna funktion inte hade testats före lanseringen under tillräckligt realistiska förhållanden. Smeds lyckades, med viss svårighet, övertala överordnade att utföra ytterligare tester medan Cassini var på flykt. I början av 2000 skickade han simulerade telemetridata med varierande effekt- och dopplerskiftnivåer från jorden till Cassini . Det visade sig att Cassini inte kunde vidarebefordra data korrekt.

Detta berodde på att enligt den ursprungliga färdplanen, när Huygens skulle gå ner till Titan, skulle den ha accelererat i förhållande till Cassini , vilket gjorde att Doppler-förskjutningen av dess signal varierade. Följaktligen var hårdvaran i Cassinis mottagare designad för att kunna ta emot över en rad förskjutna frekvenser. Den programvaran tog dock inte hänsyn till att dopplerskiftet inte bara skulle ha ändrat bärvågsfrekvensen, utan också tidpunkten för nyttolastbitarna , kodade genom fasförskjutning vid 8192 bitar per sekund .

Att programmera om firmware var omöjligt, och som en lösning måste banan ändras. Huygens lossnade en månad senare än ursprungligen planerat (december 2004 istället för november) och närmade sig Titan på ett sådant sätt att dess överföringar reste vinkelrätt mot dess rörelseriktning i förhållande till Cassini, vilket kraftigt reducerade Dopplerskiftet.

Banförändringen övervann designfelet för det mesta, och dataöverföringen lyckades, även om informationen från en av de två radiokanalerna gick förlorad på grund av ett orelaterat fel.

Kanal A-data förlorade

Huygens programmerades att sända telemetri och vetenskaplig data till Cassini -banan för vidarebefordran till jorden med hjälp av två redundanta S-bandsradiosystem , kallade kanal A och B, eller kedja A och B. Kanal A var den enda vägen för ett experiment för att mäta vindhastigheter genom att studera små frekvensförändringar orsakade av Huygens rörelse. I en annan avsiktlig avvikelse från full redundans delades bilder från nedstigningskameran upp, med varje kanal med 350 bilder.

Cassini lyssnade aldrig på kanal A på grund av ett fel i sekvensen av kommandon som skickades till rymdfarkosten. Mottagaren på orbitern beordrades aldrig att slås på, enligt tjänstemän från European Space Agency. ESA meddelade att felet var ett misstag från deras sida, det saknade kommandot var en del av en kommandosekvens utvecklad av ESA för Huygens- uppdraget och att det utfördes av Cassini som levererat.

Eftersom kanal A inte användes togs bara in 350 bilder istället för de 700 planerade. Alla Doppler -radiomätningar mellan Cassini och Huygens gick också förlorade. Dopplerradiomätningar av Huygens från jorden gjordes, även om de inte var lika exakta som de förlorade mätningarna som Cassini gjorde. Användningen av accelerometersensorer på Huygens och VLBI -spårning av Huygens -sondens position från jorden gjorde det möjligt att göra någorlunda exakta vindhastighets- och riktningsberäkningar.

Bidrag från medborgarvetenskapliga projekt

Det faktum att Huygens roterade i motsatt riktning än planerat försenade skapandet av ytmosaiker från rådata av projektgruppen i många månader. Å andra sidan gav detta en möjlighet för vissa medborgarvetenskapliga projekt att försöka sätta ihop ytmosaikerna. Detta var möjligt eftersom Europeiska rymdorganisationen godkände publiceringen av DISR-råbilderna och gav medborgarforskare tillstånd att presentera sina resultat på internet. Vissa av dessa medborgarvetenskapliga projekt har fått stor uppmärksamhet i vetenskapssamhället, i populärvetenskapliga tidskrifter och i offentliga medier. Medan media gillade att presentera historien om amatörer som överträffade proffsen, förstod de flesta av deltagarna sig själva som medborgarforskare, och drivkraften bakom deras arbete var en önskan att ta reda på och visa så mycket som möjligt av Titans hittills okända yta . Vissa entusiasterprojekt var de första överhuvudtaget att publicera ytmosaiker och panoramabilder av Titan redan dagen efter Huygens landade, ett annat projekt arbetade med Huygens DISR-data i flera månader tills praktiskt taget alla bilder med igenkännbara strukturer kunde tilldelas sin korrekta position, vilket resulterade i i omfattande mosaiker och panoramabilder. Ett ytpanorama från detta medborgarvetenskapliga projekt publicerades slutligen i samband med en Naturreview av Joseph Burns.

Landningsplats

Sonden landade på Titans yta kl .

Det röda korset markerar landningsplatsen för Huygens . Den ljusa regionen till höger är Xanadu-regionen .

Se även

Citat

Bibliografi

  • Nature 438 , dec. 2005 - Resultaten analyserade i nio artiklar, brev till redaktören och relaterade medier är tillgängliga med fri tillgång online.

Vidare läsning

  •   Ralph Lorenz (2018). NASA/ESA/ASI Cassini-Huygens: 1997 och framåt (Cassini orbiter, Huygens sond och framtida utforskningskoncept) (Owners' Workshop Manual) . Haynes Manuals, Storbritannien. ISBN 978-1785211119 .

externa länkar


Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Huygens_(spacecraft)&oldid=1137719102 "