Галилео
Galileo encounter with Io.gif
Заказчик Соединённые Штаты Америки NASA
Задачи исследование системы Юпитера
Пролёт Венера, (951) Гаспра, (243) Ида, Ио
Спутник Юпитера
Запуск 18 октября 1989 22:23:00 UTC
Ракета-носитель Атлантис
Стартовая площадка Соединённые Штаты Америки Мыс Канаверал
Сход с орбиты 21 сентября 2003 года[1][2]
NSSDC ID 1989-084B
SCN 20298
Технические характеристики
Масса 2223 кг[3]
Мощность 570-490 Вт[3]
Источники питания 2 РИТЭГ[3]
Commons-logo.svg Галилео на Викискладе

«Галилео» (англ. Galileo) — автоматический космический аппарат НАСА, созданный для исследования Юпитера и его спутников. Аппарат был запущен в 1989 году, в 1995 году вышел на орбиту Юпитера, проработал до 2003 года[2]. Это был первый аппарат, вышедший на орбиту Юпитера, изучавший планету длительное время и сбросивший в её атмосферу спускаемый зонд. Станция передала свыше 30 гигабайт информации, включая 14 тысяч изображений планеты и спутников, а также уникальную информацию об атмосфере Юпитера. Название станции связано с тем, что именно Галилео Галилей открыл четыре спутника Юпитера в 1610 году.

История

Проектирование аппарата началось ещё в 1977 году, когда было принято решение об изучении атмосферы Юпитера с помощью спускаемого аппарата. Целью миссии было изучение атмосферы Юпитера, спутников и их строения, магнитосферы, передача изображений планеты и её спутников и пр.

Предполагалось, что «Галилео» будет выведен на земную орбиту с помощью «Спейс шаттла», а затем разогнан с помощью ускорителя «Центавр» в сторону Юпитера. Однако после взрыва «Спейс шаттла» «Челленджера», доставка разгонного блока «Центавр» на орбиту с помощью «Спейс шаттла» была запрещена. Тем не менее позже «Галилео» был выведен с помощью шаттла «Атлантис» STS-34 и разгонного блока IUS.

После длительного анализа была найдена траектория полета, значительно экономившая топливо и позволявшая обойтись без разгонного блока «Центавр», но значительно увеличивавшая время полёта. Эта траектория, которую назвали VEEGA (Venus-Earth-Earth Gravity Assist), использовала притяжение Венеры и Земли для совершения гравитационных манёвров.

В результате, аппарат полетел сначала к Венере и 2 раза прошёл мимо Земли, прежде чем выйти на траекторию к Юпитеру, а длительность полёта до планеты составила почти 6 лет. В результате «Галилео» провёл исследования Венеры и двух астероидов. Из-за изменения первоначальной траектории аппарату потребовалась дополнительная солнцезащита. Кроме того, поскольку вблизи Солнца аппарат должен был быть повернут определённым образом, чтобы находиться в тени солнцезащиты, то использование основной антенны было невозможно. Поэтому решено было не раскрывать её, пока аппарат не отойдёт от Солнца на безопасное расстояние, а для поддержания связи была установлена дополнительная антенна (маломощная). Но основная антенна впоследствии так и не раскрылась.

Расходы на основную миссию составили 1,35 млрд долларов, в том числе 892 миллиона на разработку космического аппарата[4]. Суммарные расходы на миссию «Галилео» составили 1,5 млрд долл.

Основные события[2]:

Предполагалось, что после прибытия к Юпитеру «Галилео» проработает два года, переходя с одной орбиты на другую с целью сближения с каждым из крупных спутников. Всего было разработано 11 орбит. В действительности «Галилео» «освоил» гораздо большее число орбит, сделав 35 витков вокруг Юпитера в течение 8 лет.

Основная миссия завершилась 14 декабря 1997 года, за ней последовали расширенные миссии Europa Mission (2 года, 8 орбит, с облетами Каллисто и Ио) и Millennium Mission (1 год, облеты 4 спутников планеты)[1][2].

  • Схема

    Аппарат высотой 5 метров весил 2 223 кг, в том числе 118 кг научного оборудования, 339 кг — спускаемый аппарат, 925 кг топлива[3]. Электроэнергетическая установка состояла из двух радиоизотопных элементов начальной мощностью около 570 Вт[3] (солнечные батареи не применялись ввиду большого расстояния от Солнца).

    На аппарате было установлено 4 антенны — основная, маломощная (низкочастотная), приёмная для связи со спускаемым аппаратом и плазменно-волновая (в качестве научного инструмента)[3]. Основная антенна не раскрылась, и связь с Землей осуществлялась с помощью маломощной антенны[2]. Скорость связи составила 160 бит/с вместо 134 Кбит/с[4]. Были разработаны методы сжатия информации (включая обрезание тёмного космического фона снимков), однако качество некоторых снимков пришлось уменьшить. Нагрузка на основной компьютер резко возросла, и частично алгоритмы сжатия выполнялись на компьютере, ответственном за систему ориентации «Галилео»[4]. Ленточное устройство хранения информации имело ёмкость 900 мегабит, однако с ним также возникли проблемы.

    Энергию для аппарата вырабатывали две радиоизотопные установки общей мощностью 570 ватт (490 ватт при прибытии к Юпитеру)[3].

    Аппарат был оснащён ракетным двигателем тягой в 400 ньютонов (сделанным в ФРГ) и 12 малыми двигателями ориентации по 10 Н. Торможение при заходе на юпитерианскую орбиту осуществлялось с помощью основного двигателя, а переходы с одной орбиты на другую, как правило, с помощью двигателей ориентации, хотя в двух переходах использовался и основной двигатель.

    «Галилео» нёс 11 научных приборов, и ещё семь находились на спускаемом зонде[1].

    Аппарат был оборудован фотокамерой, дающей изображения 800х800 пикселей[3]. Камера сделана по принципу телескопа-рефлектора, работала с помощью кремниевых сенсоров и была оборудована различными фильтрами для съёмки в том или ином диапазоне. Спектральный диапазон камеры составлял от 400 до 1100 нанометров (видимый диапазон 400—700 нм). Радиационную защиту камеры выполняло 1-сантиметровое танталовое покрытие. Разрешение камеры, установленной на «Галилео», в 20 раз превышало показатель камер «Вояджеров»[уточнить], для некоторых снимков — до 1000 раз.

    Спектрометр для картирования в ближней инфракрасной области (NIMS - Near-Infrared Mapping Spectrometer) позволял получать картинку высокого разрешения в инфракрасном диапазоне. С его помощью можно было составлять «температурные карты», делать выводы о химическом составе поверхности спутников Юпитера, а также определять тепловые и химические характеристики атмосферы планеты, включая внутренние слои. Диапазон волн, регистрируемых NIMS, составлял от 700 до 5 200 нм.

    Фотополяриметр был призван измерять интенсивность и поляризацию света, отражённого/рассеянного от Юпитера и поверхности его спутников. Прибор одновременно выполнял функции поляриметра, фотометра и радиометра. С помощью фотополяриметра делались оценки, касающиеся как состава и структуры атмосферы, так и потоков теплового и отражённого излучения. Поляриметр регистрировал электромагнитные волны длиной до 110 нм.

    Ультрафиолетовый спектрометр работал в диапазоне волн от 54 до 128 нанометров, а дополнительный ультрафиолетовый спектрометр — от 113 до 438 нанометров. С помощью этих приборов определялись характеристики атмосферных газов, полярных сияний, атмосферных свечений и ионизированной плазмы вокруг Юпитера и Ио. Кроме того, ультрафиолетовые спектрометры позволяли определять физическое состояние веществ на поверхности спутников: иней, лёд, пескообразная субстанция и т. п.

    Ряд приборов (детектор частиц высоких энергий и др.) использовался, главным образом, для изучения плазмы, входящей в магнитосферу Юпитера. Детектор пылевых частиц регистрировал частицы массой от 10−7 до 10−16 грамма в космическом пространстве и на орбите Юпитера. Проводились также небесномеханические и радиоэксперименты (по прохождению радиосигнала через ионосферу и атмосферу).

    Спускаемый аппарат массой 339 кг и размером около метра был оборудован парашютной системой, радиопередатчиком для связи с «Галилео» и семью научными приборами. На нём не было приёмной антенны и собственных двигателей[3]. Литий-серная батарея обеспечивала до 730 Вт·ч энергии[4]. В комплект научных приборов общей массой 30 кг[4] входили:

    • прибор для определения структуры атмосферы (измерение температуры, давления и плотности в течение спуска);
    • масс-спектрометр (определение химического состава атмосферы);
    • нефелометр (изучение структуры облаков и характера составляющих их частиц);
    • прибор для регистрации молний, измерения радиоэмиссий и регистрации заряженных частиц;
    • прибор для точного измерения доли гелия в атмосфере;
    • прибор для регистрации потоков излучения и энергии в атмосфере;
    • использование радиопередатчика для измерения скорости ветра по
      Мозаичное изображение астероида Гаспра
      Астероид Ида со спутником Дактиль

      Находясь в поясе астероидов, «Галилео» сблизился с астероидом Гаспра и послал на Землю первые снимки, сделанные с близкого расстояния. Около года спустя «Галилео» прошёл мимо астероида Ида и обнаружил у него спутник, названный Дактилем.

      В июле 1994 года на поверхность Юпитера упала комета Шумейкера — Леви. Точки падения фрагментов находились в южном полушарии Юпитера, на противоположном по отношению к Земле полушарии, поэтому сами моменты падения визуально наблюдались только аппаратом «Галилео», находившимся на расстоянии 1,6 а. е. от Юпитера.

      В декабре 1995 года спускаемый аппарат вошёл в атмосферу Юпитера. Зонд проработал в атмосфере примерно в течение часа, опустившись на глубину 130 км. Согласно измерениям, внешний уровень облаков характеризовался давлением в 1,6 атмосферы и температурой −80° С; на глубине 130 км — 24 атмосферы, +150 °C. Плотность облаков оказалась ниже ожидавшейся, предполагаемый слой облаков из водяного пара отсутствовал.

      «Галилео» подробно исследовал динамику атмосферы Юпитера и другие параметры планеты. В частности, он обнаружил, что атмосфера Юпитера имеет «мокрые» и «сухие» области. В некоторых «сухих пятнах» содержание водяного пара было в 100 раз меньше, чем в атмосфере в целом. Эти «сухие пятна» могли увеличиваться и уменьшаться, однако они постоянно оказывались на одних и тех же местах, что говорит о системности циркуляции атмосферы Юпитера. «Галилео» зарегистрировал многочисленные грозы с молниями в 1000 раз мощнее земных. Передал множество снимков Большого Красного Пятна — гигантского шторма (размером превышающего диаметр Земли), который наблюдают уже более 300 лет. «Галилео» также обнаружил «горячие пятна» вдоль экватора. По-видимому, в этих местах слой внешних облаков тонок, и можно видеть более горячие внутренние области.

      Благодаря данным «Галилео» были построены более точные модели процессов, происходящих в атмосфере Юпитера.

      Большое значение имели исследования спутников Юпитера. За время своего пребывания на орбите Юпитера «Галилео» проходил рекордно близко к спутникам Юпитера: Европа — 201 км (16 декабря 1997)[6], Каллисто — 138 км (25 мая 2001), Ио — 102 км (17 января 2002), Амальтея 160 км (5 ноября 2002)[1][2].

      Было получено множество новых данных и подробные снимки поверхности спутников. Было установлено, что Ио обладает собственным магнитным полем, подтверждена теория о наличии океана жидкой воды под поверхностью Европы, высказаны гипотезы о наличии жидкой воды в недрах Ганимеда и Каллисто. Также были определены необычные характеристики Амальтеи.

      Снимки спутников Юпитера, сделанные «Галилео»

      В массовой культуре

      Аппарату была посвящена песня Поля Маццолини «Tears for Galileo».

      См. также