Mars Reconnaissance Orbiter

[hoarfrost]

Главные части космического аппарата:

В космическом аппарате есть несколько главных подсистем, причём почти все из них имеют резервные (избыточные) системы, гарантирующие успешный ход миссии и в случае отказа одной из них. Орбитальный аппарат разведки Марса проектировался по принципу “стойкости к одиночной ошибке”, который подразумевает, что даже в случае отказа любого из элементов, космический аппарат сможет успешно выполнить свою миссию. Столь высокий уровень надёжности становится особенно важным после запуска, когда вызвать службу сервиса к Mars Reconnaissance Orbiter будет уже невозможно.

Некоторые из наиболее важных частей космического аппарата:

Инструменты:

Орудия проведения научных и иных исследовательских экспериментов.

В другие главные подсистемы космического аппарата входят:

Каркас:	Служит для закрепления всего инженерного и научного оборудования.
Механизмы:	Позволяют перемещать отдельные части независимо от космического аппарата.
Средства телекоммуникации:	Необходимы для осуществления радиосвязи между Землёй и космическим аппаратом.
Антенны:	Для приёма и отправки данных.
Реактивные двигатели:	Для корректирования траектории полёта и выхода на орбиту вокруг Марса.
Системы обработки данных и команд:	Для хранения и обработки данных и команд.
Системы направления космического аппарата, его навигации и управления:	Помогают направить космический аппарат на Марс и сохранять его правильную ориентацию.
Электропитания:	Для обеспечения космического аппарата электричеством.
Тепловые системы:	Для поддержания надлежащей температуры в экстремальных условиях космоса.

[hoarfrost]

Для выполнения поставленных задач, орбитальный аппарат снабжается шестью научными, тремя рабочими и двумя дополнительными научными инструментами:

Научные инструменты:

Камеры:

HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment): Научный эксперимент по построению изображений высокого разрешения. Эта камера видимого диапазона позволит различить объекты небольшого масштаба в покровах разрушенных и таинственных оврагов, детали геологической структуры каньонов, кратеров и слоистых отложений.

CTX (Context Imager): Камера широкого плана - позволит осуществлять обзор больших площадей и получать привязку для анализа ключевых точек Марса инструментами HiRISE и CRISM.

MARCI (Mars Color Imager): Камера цветных изображений Марса - будет отслеживать марсианскую погоду, облака и пылевые бури.

Спектрометр:

CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometers for Mars): Компактный спектрометр для разведки Марса - этот инструмент разделяет свет из видимого и близкого инфракрасного диапазона на сотни “цветов”, в которых будут выделяться различные минералы, и особенно те, формирование которых должно происходить в присутствии воды. Он способен заметить их присутствие на площадках, ненамного больших, чем футбольное поле.

Радиометр:

MCS (Mars Climate Sounder): Эхолот марсианского климата - инструмент, оценивающий состояние атмосферы - будет определять вертикальные изменения в температуре, пыли и содержании водяного пара в марсианской атмосфере.

Радар:

SHARAD (Shallow Subsurface Radar): Радар неглубоких слоёв - этот зондирующий радар должен проводить исследования марсианской поверхности и видеть замёрзшую воду, если этот лёд присутствует на глубине более одного метра.

Рабочие инструменты:

Mars Reconnaissance Orbiter несёт три навигационных и коммуникационных инструмента.

Навигационно-коммуникационный пакет Electra: Electra позволит космическому аппарату организовывать радиорелейную связь между Землёй и спускаемыми аппаратами, мощности которых не хватает для того, чтобы связаться с ней напрямую.

Оптическая навигационная камера: Улучшение навигации, которое эта камера может принести будущим миссиям, будет проходить проверку в этом полёте. Если всё пройдёт хорошо, то подобные камеры, поставленные на орбитальные аппараты будущего, станут зоркими и точными глазами межпланетных перелётов, руководя подлетающим аппаратом так, словно они находятся рядом с Марсом.

Телекоммуникационный экспериментальный пакет Ka-band: Орбитальный аппарат разведки Марса произвёдёт тест на возможность использования радиочастоты называемой “Ka-band”, чтобы продемонстрировать потенциально большую производительность связи при использовании значительно меньшей мощности.

Дополнительные научные инструменты:

С использованием рабочих данных, будут проведены два дополнительных научных исследования:

Пакет исследования гравитации: Следя за орбитальным аппаратом во время главной научной фазы, члены команды смогут построить карту гравитационного поля Марса, что поможет понять геологию его поверхности, близлежащих слоёв и геофизические процессы, породившие эти детали ландшафта. Данный анализ смог бы показать, например, как происходит перераспределение массы планеты при сезонном таянии и формировании полярных шапок.

Акселерометры для исследования структуры атмосферы: Данные, которые будут собираться с акселерометров во время аэродинамического торможения, помогут учёным понять структуру марсианской атмосферы.

[hoarfrost]

Каркас:

Подсистема каркаса - это скелет, вокруг которого собирается космический аппарат. Он несёт на себе и защищает другие рабочие подсистемы и научные инструменты. Он должен быть достаточно прочным для того, чтобы пережить запуск, во время которого перегрузки могут достигать 5g, вследствие чего, он должен быть спроектирован так, словно космический аппарат весит в пять раз больше, чем на Земле. Для достижения подобной выносливости используются лёгкие, но прочные материалы, в том числе титан, углеродные соединения и алюминиевые соты.

[hoarfrost]

А вот, судя по всему, и самый настоящий каркас, на который начали устанавливать оборудование:

[hoarfrost]

Подпись под приведённой выше фотографией, как я понял, говорит следующее:

Mars Reconnaissance Orbiter приобретает форму

Terry Kampmann, инженер компании Lockheed Martin Space Systems и главный техник Jack Farmerie собирают и тестируют вспомогательные системы космического аппарата NASA Mars Reconnaissance Orbiter в помещении повышенной чистоты на производстве компании в Денвере. В течении следующих нескольких месяцев научные инструменты орбитального аппарата будут установлены и оттестированы, после чего уже собранный аппарат пройдёт тестирование на устойчивость к окружающей среде. Запуск орбитального аппарата разведки Марса назначен на август 2005.

Mars Reconnaissance Orbiter, проект управления научных миссий NASA, Вашингтон, находится под управлением Лаборатории реактивного движения, подразделения Калифорнийского технологического института, Пасадена. Lockheed Martin Space Systems является главным подрядчиком проекта.

Предоставлено: NASA/JPL/Lockheed Martin/Pat Corkery

[hoarfrost]

Механизмы:

В три основных механизма, находящиеся на борту орбитального аппарата разведки Марса, входят:

• Механизм, позволяющий антенне высокой мощности быть всё время направленной на Землю.
• Механизмы поворота солнечных батарей вслед за Солнцем.

Каждый из этих механизмов, называемых карданными шарнирами, может двигаться вокруг двух осей, подобно вашей кисти, позволяющей руке двигаться влево-вправо и вверх-вниз. В тоже время, ваше колено имеет только одну ось, вокруг которой оно может двигаться, а шея - три.

В то время как космический аппарат будет вращаться вокруг Марса, эти шарниры позволят солнечным батареям быть всё время направленными на Солнце, а антенне высокой мощности - на Землю.

[hoarfrost]

Средства телекоммуникации:

Подсистема телекоммуникации необходима для получения и отправки команд и данных. Это двухсторонняя система радиосвязи, чем-то похожая на пару очень сложных переносных раций. Подсистема связи на орбитальном аппарате представляет из себя как бы одну рацию, а антенна Deep Space Network (Сеть глубокого космоса) - вторую.

Обладая большой антенной, мощным усилителем и быстрым компьютером, орбитальный аппарат разведки Марса может отправлять данные со скоростью в 6 мегабит/с что в десять раз больше скорости передачи данных предыдущих орбитальных аппаратов, оправлявшихся к Марсу. Столь высокая скорость передачи данных подразумевает, что орбитальный аппарат будет находиться в это время на расстоянии 100 миллионов километров от Земли. За время своей главной научной миссии, космический аппарат должен передать более 34 Тбайт данных - 34 миллионов миллионов байт, что превышает объём данных переданных всеми предыдущими космическими аппаратами JPL!

Радио орбитального аппарата работает в диапазоне X радиоспектра (10.525 ГГц ± 25 МГц), на частоте около 8 гигагерц, что означает, что электромагнитная волна, на которой передаются данные, колеблется 8 миллиардов раз в секунду. Для сравнения - ваше домашнее радио спроектировано для получения сигналов от AM-станций в диапазоне от 533 до 1700 килогерц, и от FM-станций в диапазоне от 88 до 108 мегагерц.

А теперь вопрос: Что бы вы получили, если бы вы могли создавать электромагнитную волну колеблющуюся с частотой в 500 терагерц (500 миллионов миллионов герц)? Ответ - видимый нами свет! И вы производите эти удивительные волны каждый раз, когда вы щёлкаете выключателем!

В состав главных компонентов телекоммуникационной системы входят:

Антенны:	Для отправки и получения команд
Усилители:	Для повышения мощности передаваемых радиосигналов, чтобы их могли получить на антеннах Сети глубокого космоса
Транспондеры:	Для отправки навигационных и иных сигналов космического аппарата

На борту космического аппарата стоит и Electra - телекоммуникационный пакет, использующий УВЧ-волны - один из рабочих инструментов обеспечивающий навигацию и поддержку связи со спускаемыми аппаратами и вездеходами, находящимися на поверхности Марса. Electra позволит организовывать радиорелейную связь между Землёй и спускаемыми аппаратами, находящимися на поверхности Марса, мощности которых не хватает для того, чтобы связаться с ней напрямую.

[hoarfrost]

Антенны:

Антенна высокой мощности

Антенна высокой мощности - это трёхметровая “антенна-тарелка” необходимая для высокоскоростного приёма и отправки данных.

Она будет развёрнута вскоре после запуска, (см. Стартовая конфигурация) и останется в таком состоянии до окончания миссии, во время которой она должна быть главном средством связи с орбитальным аппаратом.

Поскольку антенна высокой мощности должна быть точно направленной, её положением будет управлять шарнирный механизм.

Антенны малой мощности

Антенны малой мощности предназначены для низкоскоростной связи во время критической ситуации или отдельных моментов, таких например, как запуск или выход на орбиту вокруг Марса. Скорость передачи данных этими антеннами ниже из-за того, что направленность их сигнала меньше, чем у антенны высокой мощности, вследствие чего сигнал доходит до Земли более слабым. Поскольку станции Сети далекого космоса расположенные на Земле могут услышать сигнал даже в том случае, когда он не был направлен точно на Землю, то эти антенны могут быть особенно полезны в критических ситуациях. Это похоже на работу прожектора с сильно сфокусированным лучом - прямо вперёд вы можете видеть далеко, но в стороне от луча вы ничего не увидите. В тоже время, когда луч распространяется вширь, вы сможете увидеть всё вокруг, но не очень далеко. Антенны малой мощности могут использоваться и для отправки и для приёма сигналов.

Две антенны малой мощности установлены на тарелке мощной антенны (одна спереди, а другая на противоположной стороне), благодаря чему перемещаются вместе с ней, хотя столь точная направленность для них и не требуется. Наличие двух антенн необходимо для того, чтобы связь могла присутствовать всегда, вне зависимости от того, правильно ли расположен космический аппарат в требуемое время.

Усилители

Шкафчик лампового усилителя бегущих волн (Traveling Wave Tube Amplifier), расположенный на обратной стороне антенны высокой мощности, усиливает радиосигналы, придавая им мощность достаточную для их приёма антеннами Сети далёкого космоса. На борту космического аппарата стоят три усилителя:

• Два для отправки радиосигналов в частотном диапазоне “X-band” с мощностью 100 Ватт, (причём второй необходим на случай неполадок первого).
• Ещё один для работы в частотном диапазоне “K-band”, с мощностью передачи в 35 Ватт.

Транспондеры

На орбитальном аппарате разведки Марса установлены два транспондера, относящихся к специальному типу радиоприёмников/передатчиков, спроектированных специально для дальней космической связи. Второй транспондер является резервным на случай отказа первого.

Транспондеры выполняют следующие функции:

приёма/передачи:	перевод цифровых электрических сигналов (нулей и единиц, используемых компьютером), в радиосигналы, оправляемые на Землю, а также перевод радиосигналов, получаемых с Земли, в цифровые электрические сигналы команд.
преобразования:	прослушивание и выделение сигнала с Земли, с автоматическим ответом на него.
навигации:	передача нескольких типов сигналов крайне важных для навигации, позволяющих на их основе точно рассчитывать скорость космического аппарата и расстояние от него до Земли.

[hoarfrost]

Press Release от 7 января 2005 года:

Состояние миссии орбитального аппарата разведки Марса

Сразу же после того как прошёл год после начала успешных действий марсоходов Spirit и Opportunity на поверхности Марса, произошел и следующий важный шаг в программе по исследованию Марса - обрёл свою форму космический аппарат NASA Mars Reconnaissance Orbiter, который будет запущен в течение следующих семи месяцев.

В настоящее время орбитальный аппарат проходит тестирование на устойчивость к окружающей среде на производстве компании Lockheed Martin Space Systems в Денвере, штат Колорадо. Там же происходит и подготовка ракеты-носителя Atlas V. Разработчики идут по расписанию, соответствующему окну запуска, начинающемуся с 10 августа.

“Команды разработчиков из JPL, Lockheed Martin и других различных организаций, поставлявших инструменты, необходимые для полёта, работали упорно и слаженно как одна команда. В последнюю пару месяцев, было привезено всё необходимое”, говорит Jim Graf, руководитель проекта Mars Reconnaissance Orbiter из Лаборатории реактивного движения NASA, Пасадена, Калифорния. “Расписание остаётся очень тяжелым, несмотря на то, что мы продолжаем выполнять намеченное к запуску в конце лета. Мы действительно возбуждены тем, что сможет сделать этот космический корабль, эта команда и эти инструменты, после достижения Марса. Вспомогательные и научные инструменты корабля являются наилучшими из тех, что когда-либо отправлялись к другой планете. Научные данные, собранные во время этой миссии, поразительно расширят наши знания о Марсе”.

Mars Reconnaissance Orbiter понесёт шесть главных научных инструментов - инструмент научного эксперимента по построению изображений высокого разрешения (High Resolution Imaging Science Experiment), камеру крупного плана (Context Camera), камеру для получения цветных изображений Марса (Mars Color Imager), компактный спектрометр для разведки Марса (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars), Эхолот марсианского климата (Mars Climate Sounder) и радар неглубоких слоёв (Shallow Radar). В настоящее время, все приборы кроме спектрометра уже находятся на борту космического аппарата. Последний инструмент также был установлен, но затем был снят, поскольку научная команда решила заменить один из его электрических компонентов. В следующем месяце он будет доставлен. Кроме инструментов описанных выше, орбитальный аппарат будет нести телекоммуникационный пакет для организации радиорелейной связи и две демонстрационных технических новинки.

“Мы уверенно проходим фазу тестирования, идя по правильному пути получения этой весной космического аппарата, готового к отправке во Флориду”, говорит Kevin McNeill, руководитель программы Mars Reconnaissance Orbiter со стороны Lockheed Martin Space Systems. “Mars Reconnaissance Orbiter является большим аппаратом, и чтобы работать над его отдельными частями, мы использовали проект с ‘открытой архитектурой’, который позволил нашим инженерам и команде учёных работать над ним на любой стадии его сборки и тестирования с большей свободой и доступностью, чем на какой-либо из предыдущих миссий. Открытый проект во многом облегчил сборку и тестирование космического корабля. В следующие четыре месяца мы дойдём до заключительной стадии испытаний. И тогда - во Флориду”.

В нескольких зданиях от того места, где проходит испытания космический аппарат, на производстве Lockheed Martin в Денвере, компания строит ракету-носитель Atlas V, предназначенную для данной миссии. Atlas V, обозначаемый как Atlas V-007, запустит Mars Reconnaissance Orbiter в августе 2005 с базы военно-воздушных сил с мыса Канаверал штата Флорида. Atlas проходит окончательную сборку и тестирование, после чего в марте будет отправлен на мыс Канаверал, где будет готовиться к запуску.

Менее через два года, Mars Reconnaissance Orbiter займётся глобальной картографией, обзорами регионов и выбранных целей с почти полярной орбиты низкой высоты. Эти наблюдения будут беспрецедентными по своему разрешению и охвату, достигаемого инструментами орбитального аппарата, которые приступят к наблюдениям атмосферы, поверхности Марса и прилегающих к ней слоёв в соответствии со стратегией “следования за водой”.

Доктор Rich Zurek из JPL, учёный проекта орбитального аппарата разведки Марса говорит: “Главными открытиями марсоходов в кратере Гусева и плато Меридиана стало обнаружение мест, указывающих на нахождение воды на поверхности Марса в течение некоторого времени, что соответствует стратегии ‘следования за водой’. Марсоходы, однако, исследовали только две маленькие площадки этой планеты. Цель данной миссии - найти много, множество мест, в которых вода активно действовала на поверхности в течение длительных периодов времени, и найти, таким образом, участки для будущих спускаемых аппаратов, исследование которых сможет привести к открытию с наибольшей вероятностью и наименьшим риском ”.

Дополнительную информацию о проекте вы сможете найти по адресу
http://marsprogram.jpl.nasa.gov/mro/

Миссия орбитального аппарата разведки Марса управления научных миссий NASA, Вашингтон, управляется JPL - подразделением Калифорнийского технологического института. Lockheed Martin Space Systems является главным подрядчиком проекта.

###

Guy Webster (818) 354-6278
Лаборатория реактивного движения, Пасадена, Калифорния.

Joan Underwood (303) 971-7398
Lockheed Martin Space Systems, Денвер, Колорадо.

Dolores Beasley (202) 358-1753
Штаб NASA, Вашингтон.

Новостной выпуск: 2005-006

[hoarfrost]

К Press Release прилагалась и следующая фотография:

“На фотографии начала января 2005 года вы можете видеть космический аппарат с установленными пятью из шести главных научных инструментов, солнечными батареями, и антенной высокой мощности.”

[hoarfrost]

Реактивные двигатели:

Система реактивного движения выполняет наиболее важные манёвры, такие так:
корректировку траектории позволяющую космическому аппарату оставаться на правильном пути к Марсу и выход на орбиту вокруг Марса, во время которого космический аппарат должен перейти на орбиту, по которой он и будет совершать своё путешествие вокруг Марса.

Система реактивного движения используется и для управления положением космического аппарата, как резервная по отношению вращающим колёсам.

В Mars Reconnaissance Orbiter используется монотопливная реактивная система - с топливом (гидразин), но без окислителя. Тяга вырабатывается за счёт прохождения топлива через катализатор непосредственно перед его входом в реактивный двигатель, в котором происходит воспламенение гидразина. (В системах другого типа используются битопливные двигатели, где воспламенение топлива получается благодаря смешиванию топлива с окислителем. В Space Shuttle, например, в качестве топлива и окислителя используются жидкий водород и кислород, которые самопроизвольно воспламеняются при их смешивании).

В реактивную систему входят:

Топливный бак: монотопливный бак достаточно велик для того, чтобы вместить 1187 килограмм топлива, которого должно хватить для изменения скорости космического аппарата на 1.4 км/с. Около 70% топлива будет использовано во время одного манёвра - выхода на орбиту вокруг Марса.

Бак под давлением: При подаче топлива в двигатель, его необходимо подталкивать. Для этого на Mars Reconnaissance Orbiter в топливный бак из отдельного бака высокого давления подаётся сжатый гелий, повышающий давление в гидразине. И после открытия пути к любому из двигателей, топливо, подобно краске из аэрозольного баллончика, быстро потечёт из бака.

Шланги, клапаны и регуляторы: Подобно воде, идущей по водопроводу к кухонной раковине, сжатый гидразин движется к каждому из двигателей по системе металлических труб. В каждом двигателе стоит свой клапан из-за чего он может быть запущен вне зависимости от других двигателей, подобно горячей или холодной воде. Дополнительные клапаны в трубках для подачи топлива выключают и выключают его потоки, идущие к группам двигателей, подобно стопорному клапану под раковиной. Они необходимы для безопасности технических работников, работающих вокруг космического аппарата перед запуском, являясь, таким образом, второй линией защиты от случайного включения двигателей.

Двигатели: На борту космического аппарата стоит 20 ракетных двигателей:

• Шесть больших, выдающих по 170 Ньютонов тяги, необходимых при выходе на орбиту вокруг Марса. Вместе, все шесть двигателей выдадут 1020 Ньютонов. С примерно такой же силой давил бы усевшись на вас, линейный защитник из Национальной Футбольной Лиги.
• Шесть средних двигателей, мощностью в 22 Ньютона каждый, необходимые для выполнения маневров корректировки траектории и удержания правильного положения космического аппарата во время торможения и выхода на орбиту вокруг Марса.
• Восемь малых двигателей выдающих по 0.9 Ньютона тяги, необходимой для управления направленностью космического аппарата во время его обычной работы, выхода на марсианскую орбиту и манёвров корректировки траектории.

[hoarfrost]

Системы обработки данных и команд:

Подсистема обработки данных и команд является, по сути, головой орбитального аппарата, управляющей всей его работой. Эта система:

• Управляет всеми формами данных космического аппарата;
• Выполняет команды, полученные с Земли;
• Готовит данные для отправки на Землю;
• Управляет собором солнечной энергии и зарядом батарей;
• Собирает и обрабатывает информацию обо всех подсистемах и полезном грузе;
• Сохраняет и распределяет время космического корабля;
• Вычисляет его положение на орбите вокруг Марса;
• Командует манёврами; и
• Самостоятельно контролирует и реагирует на широкий диапазон проблем, которые могут возникнуть на борту;

Главные части этой системы:

Компьютер управления полётом:
В сердце компьютера управления полётом на Mars Reconnaissance Orbiter применяется следующее поколение процессоров, ориентированных на космическую отрасль и основывающихся на 133 мегагерцовом процессоре PowerPC. И хотя эта скорость может показаться маленькой по сравнению теми гигагерцами, которые вы используете для того, чтобы просматривать этот web-сайт, по космическим стандартам это высокая скорость. Коммерческим микропроцессорам пришлось бы стать значительно лучше и пройти длительное тестирование чтобы доказать, что они смогли бы выжить в суровых условиях космической радиации.

Программное обеспечение:
Неотъемлемая часть компьютера управляющего полётом и включающая в себя множество приложений, запускаемых поверх операционной системы точно так же, как и приложения, запускаемые нами на домашних компьютерах поверх Microsoft Windows или MacOS. На орбитальном аппарате разведки Марса используется операционная система VxWorks.

Одним из приложений, например, является Fault Protection. Оно непрерывно отслеживает состояние сотен деталей, чтобы в случае возникновения какой либо проблемы устранить её, если это возможно, или, в противном случае, сохранить космический корабль в безопасности, пока с Земли не поступят все необходимые инструкции.

Твёрдотельный накопитель данных:
Твёрдотельный накопитель данных является главным хранилищем данных, поступающих от бортовых научных инструментов космического аппарата. Полная емкость накопителя - 160 гигабит. Она может показаться довольно большой, но не тогда, когда вы знаете о том, что объём только одного изображения, получаемого HiRISE, может достигать 28 гигабит!

Научные данные, хранятся на этом накопителе до тех пор, пока они не будут подготовлены для передачи на Землю, после чего они будут затираться новыми данными.

Накопитель называется твёрдотельным потому, что в нём нет движущихся деталей. Это и не магнитофон с бобинами и не жёсткий диск, это устройство, использующее для хранения данных массив из 700 микросхем памяти, по 256 мегабит каждая.

[hoarfrost]

Системы направления космического аппарата, его навигации и управления:

Подсистема направления, навигации и управления космическим кораблём необходима для управления его ориентацией (то есть направлением его нацелевания) во время путешествия в космическом пространстве и поддержки знаний о расположении небесных тел (например, Земли и Солнца). Подобная информация требуется космическому аппарату для выполнения манёвров корректировки траектории на пути к Марсу, удержания направленности солнечных батарей на Солнце (чтобы они вырабатывали электроэнергию) и антенн на Землю, (что необходимо для поддержания связи).

Оказавшись на орбите вокруг Марса, эта подсистема будет постоянно отслеживать положение космического аппарата и сможет очень точно наводить научные инструменты (с точностью около 1/20 градуса). Такая точность необходима для того, чтобы научные инструменты могли получать изображения необходимых целей на поверхности Марса.

Подсистема направления, навигации и управления космическим аппаратом вместе с его каркасом проектировалась для получения наиболее плавных передвижений. Предотвращение даже самых малых вибраций (например, от перемещения солнечных батарей) очень важно потому, что подобное колебательное движение приведёт к размыванию изображений, необходимых науке.

Для выполнения всех этих функций система направления, навигации и управления космического аппарата использует несколько типов:

Датчиков:	для определения того, куда направлен космический аппарат, насколько быстро он поворачивается и как изменяется его скорость.
Устройств управления:	для изменения направления космического аппарата, его скорости и угловой скорости вращения.

[hoarfrost]

Датчики:

Датчики позволяют определить, куда направлен космический аппарат, насколько быстро он поворачивается, и как изменяется его скорость. В число датчиков входят:

Датчики Солнца:
Шестнадцать датчиков (восемь из них - резервные), расположенных по всему космическому аппарату и позволяющих узнавать местоположение Солнца. Эти датчики очень просты и отвечают либо “Я вижу Солнце” либо “Я не вижу Солнце”. Опрашивая датчики, компьютер и его программное обеспечение полёт определяют, где расположено Солнце. Поскольку для вырабатывания электроэнергии космическому кораблю необходим свет, данная функция является очень важной.

Обычно, датчики Солнца используются только в начале космического путешествия (например, после запуска) и во время критических ситуаций - именно в такие моменты космический аппарат может не знать своей направленности.

Датчики Солнца предоставляют информацию достаточную для того, чтобы космический аппарат мог вырабатывать необходимую энергию, но не дают никакой другой - необходимой например, для поиска Земли или точек на Марсе. Для этого используется программное обеспечение и более сложные датчики, описываемые ниже.

Астроориентаторы:
Пара астроориентаторов обеспечивает космический аппарат полной информацией о его ориентации, благодаря чему он узнаёт о положении не только Солнца, но и Земли с Марсом, а также о том, в какую сторону неба он направлен (что необходимо при выполнении манёвра). Как и в случае многих других компонентов, стоящих на борту орбитального аппарата разведки Марса, второй астроориентатор является резервным на случай неисправности первого.

Астроориентатор - это очень “сообразительная” камера, получающая цифровую картину звёздного неба. Затем, используя свой каталог, с занесенными в него тысячами звёзд, она “сравнивает” полученное изображение с его содержимым до тех пор, пока не определит звёзды, попавшие в её поле зрения. Сделав это, она с высокой точностью определяет направленность корабля во время получения картинки, после чего отправляет бортовому компьютеру сообщение, содержащее полученную информацию. И делает это десять раз в секунду!

Инерциальные элементы:
На борту космического аппарата находятся два инерциальных элемента, (причём второй из них является резервным). Каждый их них состоит из акселерометра и кольцевого лазерного гироскопа. Акселерометр измеряет ускорение космического аппарата, (благодаря чему после включения двигателей он сразу может узнать о том, сколько времени они должны работать), а гироскоп - скорость его вращения (зная же об этом, он сможет определить, насколько он повернулся и когда ему нужно остановиться). Гироскоп способен предсказывать ориентацию аппарата на небольшой отрезок времени, когда, например, космический аппарат поворачивается слишком быстро, не позволяя правильно работать астроориентатору. В каждый инерциальный элемент входит по три акселерометра и гироскопа - по одной на каждую ось космического аппарата.

[hoarfrost]

Устройства управления:

После того, как космический аппарат узнаёт о том, в какую сторону направлен и насколько быстро поворачивается, возникает вопрос о том, как это всё можно изменить. А этим и занимаются устройства управления. Они бывают двух типов:

Двигатели системы управления поворотом:
В отличие от больших двигателей, изменяющих линейную скорость космического аппарата, эти двигатели изменяют скорость его вращательного движения. Они хорошо подходят для быстрого получения требуемой ориентации аппарата. Кроме этого, в специальном режиме (описанном ниже) они могут работать в связке с поворачивающими колёсами.

Двигатели, управляющие поворотом, размещены совместно - парами, вращающими космический аппарат без придания ему какой-либо боковой скорости. Если один из двигателей перестанет работать, то оставшийся сможет выполнить свою работу практически так же, но придаст космическому аппарату некоторую боковую скорость. Впрочем, пока навигаторы смогут её измерять и учитывать в дальнейших вычислениях, всё будет в порядке.

Вращающие колёса:
Хотя двигатели системы управления поворотом могут быстро повернуть космический аппарат, они могут не подойти для выполнения медленных и плавных поворотов, необходимых для получения с орбиты изображений Марса высокого разрешения. Поэтому на орбитальном аппарате разведки Марса стоят три устройства, называемых вращающими колёсами. Это четыре самых настоящих вращающихся колеса - по одному на каждую ось вращения и одно запасное - на случай неисправности какого-либо из основных.

Благодаря электромотору эти колёса могут вращаться с различной скоростью, и если космическому аппарату требуется повернуться в каком-либо направлении, то одно из них изменяет скорость своего вращения в направлении, противоположном повороту аппарата. В результате замедления или ускорения вращения колеса, космический аппарат начинает разворачиваться в противоположном направлении. Если вы когда-либо ездили на Волшебной чашке в Диснейленде, то вы основная идея вам будет понятна. Каждое колесо весит 10 кг, и может вращаться со скоростью до 6000 оборотов в минуту.

Но, разогнав колёса сейчас, вы не сможете их никогда не останавливать. Где-то вам придётся их затормозить, а потом запустить снова. Замедление колеса может придать космическому аппарату вращение в противоположном направлении, что было бы нежелательно, поскольку он мог бы потерять свою направленность в нужную сторону. Вот здесь и происходит возвращение двигателей системы управления поворотом, направляющих реактивную струю так, что сила, получаемая от неё, направляется против силы, разворачивающей космический аппарат. Это действие называется “уничтожением углового момента”. Две противоположно направленные силы уничтожают друг друга, а космический аппарат сохраняет исходную ориентацию.

[hoarfrost]

Система электропитания:

Подсистема электропитания отвечает за производство, хранение и распределение электрического питания между системами орбитального аппарата и включает в себя по две солнечные панели и никелево-водородные батареи.

Солнечные панели:
Единственным источником энергии для орбитального аппарата разведки Марса является солнечный свет.
Солнечные панели, установленные на противоположных сторонах орбитального аппарата и способные отслеживать Солнце, непрерывно изменяя своё положение (см. механизмы) обладают площадью около 10 квадратных метров каждая и содержат по 3744 отдельных ячеек. Солнечные ячейки позволяют превращать более 26 % энергии солнечного излучения непосредственно электрическую, (что для них ячеек очень хорошо!), и соединены между собой так, что вырабатывают напряжение в 32 Вольта, которое требуется большей части устройств космического аппарата для того, чтобы они работали должным образом.

Солнечные панели разворачиваются вскоре после запуска и остаются развёрнутыми в течение всей миссии. (См. также конфигурацию полёта).

Во время аэродинамического торможения, солнечные панели играют особую роль – поскольку космический аппарат скользит сквозь верхние слои марсианской атмосферы, то большие, плоские панели работают парашютом, тормозящим космический аппарат и уменьшающим размер его орбиты.

Трение об атмосферу, происходящее во время аэродинамического торможения, будет нагревать космический аппарат и более всего – солнечные панели. Поэтому они должны быть разработаны с учётом того, что им необходимо противостоять температуре около 200 градусов по Цельсию.

Никелево-водородные батареи:
Во время каждого двух часового витка вокруг Марса, космический аппарат будет переживать “день” и “ночь”. “Ночью” он остаётся без солнечного света, поскольку Солнце загораживается от него Марсом. Тоже самое испытывают и астронавты, находящиеся на земной орбите.

Во время темного “ночного” периода, для подачи необходимой электроэнергии и используются батареи, которые заряжаются “днём”, (используя для этого часть мощности, вырабатываемой солнечными панелями) и разряжаются “ночью”, снабжая космический аппарат электропитанием.

На орбитальном аппарате разведки Марса стоят две никелево-водородные перезаряжаемые батареи, каждая их которых способна хранить энергию в 50 ампер-часов при напряжении 32 Вольта, что соответствует мощности в 1600 Ватт, расходуемой в течение одного часа. Однако космический аппарат не может использовать их полный объём, поскольку разрядка батарей приводит к падению выдаваемого ими напряжения. Если напряжение упадёт ниже 20 Вольт, то компьютер, (что очень плохо) прекратит работать. Поэтому, ради безопасности, планируется использовать только около 40% вместимости батарей.

[hoarfrost]

Тепловые системы:

Тепловые систем должны поддерживать необходимую температуру во всех частях космического аппарата. И хотя такая задача может показаться легкой, на самом деле это совсем не так. В то время как одна из сторон космического аппарата нагревается Солнцем, другая в это время остывает, причём температура нагретой стороны может быть на сотни градусов выше, чем остывающей. Кроме этого, детали космического аппарата, использующие электропитание, нагреваясь изнутри, также могут стать очень горячими. На Земле, когда дома становится слишком жарко, вы можете сделать прохладнее при помощи вентилятора или кондиционера. Или, когда становится холодно, включить печку. Все эти методы основаны на нагревании/охлаждении воздуха и его дальнейшем перемещении (конвекции). Там, где нет никакого воздуха, нет и конвекции. Для перемещения тепла и вывода его избытка должны использоваться другие физические процессы – теплопроводность и излучение.

Теплопроводность – это явление передачи тепла между физическими телами, находящимися в контакте. Например, между вашей кожей и водой бассейна или руками и холодным металлом перил. По космическому аппарату тепло перемещается в основном при помощи теплопроводности и в значительно меньшей степени за счёт излучения.

Излучение или (что правильнее) электромагнитное излучение, включает в себя волны различной длины – от рентгеновского излучения до солнечного света и радиоволн. Наши глаза чувствительны только к очень малой части этого спектра, которую мы, как правило, называем видимым светом. Жар, который вы чувствуете на своём лице, когда подбираетесь поближе к огню – это инфракрасное излучение, являющееся одним из типов электромагнитного излучения, которое мы не можем видеть своими глазами. И избавить космический аппарат от избытка тепла можно только прибегая к использованию этого излучения.

Для управления температурой, орбитальный аппарат разведки Марса использует несколько технологий основывающихся как на теплопроводности, так и на излучении.

Радиаторы:
Некоторые материалы могут излучать в инфракрасном диапазоне гораздо лучше, чем остальные. Поэтому к сильно нагревающимся компонентам можно приложить пластину из подобного материала, и предоставить ей вид в открытый космос. Тепло, вырабатываемое компонентом, будет переходить к радиатору благодаря теплопроводности, а затем излучаться в космическое пространство.

Защитные покрытия:
Эти покрытия влияют на взаимодействие излучения и объекта. Часто в виде специальной краски, защитные покрытия используются для управления поглощением и излучением тепла, а также отражением тепла, идущего от внешних источников. Как пример из обычной жизни, можно привести белую одежду, предпочитаемую обитателями пустынь. Белое отражает больше, чем поглощает, и поэтому хорошо подходит для защиты от Солнца того, кто её носит.

Многослойная изоляция, или тепловое одеяло:
Сделанные из нескольких слоёв лавсана или подобных ему материалов, такие одеяла создают защитный слой вокруг большей части космического аппарата. Они позволяют сохранять высокую температуру, а их использование вместе с защитными покрытиями даёт эффект описанный выше. Они в некоторой степени защищают и от микрометеоритов, играя для космического аппарата роль пуленепробиваемого жилета.

Нагреватели:
Это обычные провода, имеющие определённое сопротивление проходящему через них току и вырабатывающие при его прохождении тепло. Они приклеены непосредственно на обогреваемые детали, и когда это необходимо, (при падении температуры ниже выбранного значения) термостат подобный тому, что есть в каждом доме, пускает через них электрический ток. Для обогрева различных деталей космического аппарата может потребоваться мощность до 300 Ватт.

[hoarfrost]

Заканчивая четвёртую страницу, хочется сказать спасибо всем тем, кто голосовал за эту тему в конкурсе астротопа ЗАРЯ-2004, или же просто её читал. Ваша поддержка сильно помогает при выборе занятия для траты свободного времени. Если у вас есть какие-либо замечания, предложения или пожелания, то я с большим интересом их выслушаю.

[hoarfrost]

HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment): Научный эксперимент по построению изображений высокого разрешения.

HiRISE будет с беспрецедентной детальностью фотографировать сотни целей, выбранных на поверхности Марса.

HiRISE работает в видимом диапазоне волн (то есть с теми же волнами, что видны нашему глазу), но с телескопическими линзами, которые позволят создавать изображения с разрешениями, никогда до этого не применявшихся в миссиях по исследованию планет, изображения, которые позволят учёным увидеть на Марсе объекты размером около 1 метра и изучать морфологию (строение) его поверхности намного разносторонней, чем когда-либо прежде.

Кроме этого, HiRISE будет проводить наблюдения в ближнем инфракрасном диапазоне волн, что даст информацию о наблюдаемых группах минералов. С высот от 200 до 400 километров над Марсом, HiRISE будет выдавать изображения, в которых отдельной точке будет соответствовать расстояние от 30 до 60 сантиметров, что позволит различать отдельные образования на поверхности размером в 1-2 метра. Эти новые изображения высокого разрешения представят беспрецедентные виды слоистых пород, оврагов, каналов и других целей, а также позволят охарактеризовать места возможных будущих посадок.

Отбор областей для построения изображений крупного плана будет проводиться на основе данных полученных от миссий Mars Global Surveyor и Mars Odyssey, а также региональных обзоров, проведённых инструментами орбитального аппарата.

Основным исследователем (главным учёным) HiRISE является Alfred McEwen из Лунной и Планетной Лаборатории Университета Аризоны.

Вы можете посетить сайт данного инструмента:

Сайт инструмента HiRISE

[hoarfrost]

Красивые изображения можно найти на сайте HiRISE:

Вот так должна выглядеть камера во время полёта: