KEGYELEM | |
---|---|
angol Gravitációs helyreállítási és klímakísérlet | |
Gyártó | Dornier műholdrendszer |
Operátor | A NASA és a Német Légi és Űrközpont |
Feladatok | a Föld gravitációs terének tanulmányozása |
Műhold | föld |
Indítóállás | Plesetsk , telephely №133 |
hordozórakéta | Dübörgés [1] |
dob | 2002. március 17. UTC 09:21:27 |
NSSDCA azonosító | 2002-012A |
SCN | 27391 |
Ár | 127 millió dollár (indításkor) |
Műszaki adatok | |
Felület | Flexbus |
Súly | 474 kg |
Orbitális elemek | |
Orbit típus | cirkumpoláris pálya |
Hangulat | 89° |
Keringési időszak | 94 perc |
Keringési magasság | ≈500 km |
grace.jpl.nasa.gov _ | |
Médiafájlok a Wikimedia Commons oldalon |
A GRACE ( Eng. Gravity Recovery And Climate Experiment ) [2] a NASA és a Német Repülési és Kozmonautikai Központ közös műholdküldetése , amelynek célja a Föld gravitációs mezőjének és annak időbeli változásainak tanulmányozása, különösen az éghajlatváltozási folyamatokhoz kapcsolódóan .
A GRACE feltérképezi a gravitációs mezőt két egyforma műhold helyzetének mérésével a sarki pályán 500 km-es magasságban. 2002. március 17-én két műholdat ( NSSSDC azonosító : 2002-012A és 2002-012B ) bocsátottak fel a Plesetsk kozmodromból .
A műholdak folyamatosan rádiójeleket cserélnek a mikrohullámú tartományban, ami lehetővé teszi a köztük lévő távolság változásának mikronos pontosságú követését. A műholdak megfelelő mozgását és tájolását GPS -vevők , gyorsulásmérők és csillagkövetők rögzítik . Ezenkívül a műholdak sarokreflektorokkal vannak felszerelve a műholdas lézeres méréshez .
A műholdak körülbelül havonta egyszer repülnek át a Föld egyes részein, ami lehetővé teszi a tömegek természetes mozgásának nyomon követését (főleg a természetben a víz körforgásával összefüggésben ).
A kísérlet koncepcióját az 1970-es évek közepén javasolták, de az általános technológiai szint nem tette lehetővé a megvalósítást. A kísérlet ötlete a következő volt: két egyforma műhold (gyakran Tom és Jerry néven , az azonos nevű rövid rajzfilmsorozat hősei után, akik folyamatosan üldözik egymást), egymás után repülnek egy pályán egy pályán. 220 km távolság, rendkívül pontosan meg kell mérni a távolságot egymás között. A sarki pályán haladva a műholdak megtapasztalják a tömeginhomogenitás gravitációs hatását a Föld felszínén és felszíne alatt. A műholdak egymáshoz viszonyított oszcillációinak követéséhez gyorsulásmérőket és nagy pontosságú távolságmérőket kell elhelyezni a fedélzeten. A távolságot tehát kb 10 mikronos pontossággal kellett mérni . Feltételezték, hogy a Föld gravitációs mezőjében bekövetkező változások lehetővé teszik az óceánok víztömegeinek mozgását, beleértve a mélységi és felszíni áramlatokat, a gleccserek és az óceánok közötti tömegcserét, valamint a Föld felszíne alatti geológiai folyamatokat [ 3] . A GRACE kísérlet adatai alapján kapott gravitációs térképek térbeli felbontása várhatóan mintegy 300 km lesz, ami mintegy százszorosa a program indulásakor létező modelleknek. Magukat a gravitációs térképeket havonta egyszer frissítették. A GRACE küldetés során megszerzett adatokat szabadon át kellett adni a különböző országok tudományos szervezeteinek. [4] .
Egyes elemzők a GRACE kísérlet során nyert adatok katonai célokra történő felhasználásának lehetőségét javasolták [4] :
A fő kísérlet mellett egy további kísérletet is terveztek a légkör átvilágítására rádiójelekkel a GPS-tartományban. A kísérlet célja az abszorpció és fénytörés hatásának vizsgálata volt az űrhajók által vett jel jellemzőire [4] .
Elhangzottak olyan vélemények, hogy ennek a kísérletnek katonai fókusza is lehet: feltételezték, hogy a műholdas navigáció statisztikáinak GPS-rendszerrel történő feldolgozása, valamint a légkör GPS használatára gyakorolt hatásának jellemzőinek azonosítása segíti a fejlesztést. hordozórakéták és ballisztikus rakéták vezérlőrendszerei [4] .
Általánosságban elmondható, hogy a GRACE misszió eredményei alapján a következő területeken várható el az alkalmazott katonai kutatás elméleti bázisának megteremtése [4] :
A GRACE projektet a NASA Advanced Research Program finanszírozta . Earth System Science Pathfinders (ESSP) [5] . 1996 júliusában megkezdődött az ESSP programban való részvételi jelentkezések gyűjtése. Összesen 44 pályázat érkezett be, ebből 12 (köztük a GRACE) jutott be a döntőbe. A kiválasztási kritériumok között szerepelt a finanszírozás kezdetétől számított 36 hónapon belüli Föld körüli pályára állítási hajlandóság [6] . 1997. március 18-án három nyertest hirdettek ki, köztük a GRACE projektet. A projektet amerikai és német fejlesztők valósították meg: német részről Helmholtz Potsdam Center , Dornier Satellitensysteme GmbH (DSS) (az EADS Astrium leányvállalata ), amerikai részről pedig a JPL , Space Systems/Loral és a Texasi Egyetem [7] . A projekt átfogó irányítását a JPL [3] bízta meg . A projekt pénzügyi oldalának kulcsfontosságú eleme a NASA-tól a projekt végrehajtóihoz való maximális hatáskör-átruházás volt. A NASA a vállalkozókra ruházta a teljes felelősséget a tudományos és repülési berendezések vállalkozóinak és fejlesztőinek kiválasztásáért. A JPL pedig a kísérlet sikeréért és a nemzetközi tudományos közösség tudományos információkkal való ellátásáért volt felelős [7] . A projekt a pályára állítástól számított 5 évig vállalta az űrrész munkáját [3] .
1997 szeptemberében a program átkerült a "B szakaszba" - az űrhajók gyártásához. A műholdak gyártásáért a Dornier Satellitensysteme felelt. Ugyanez a cég gondoskodott a járművek kilövésre való előkészítéséről és a hordozórakétával való integrációról [7] .
1999 júliusában a GRACE projekt azon programok közé tartozott, amelyek költségvetését a NASA 1981 óta legnagyobb költségvetési megszorításával csökkentették, de a csapatnak sikerült leküzdenie a nehézségeket [8] .
A GRACE kísérlet megvalósításához két darab GRACE 1 és GRACE 2 űrszonda készült, az űrhajó megépítéséért a német Astrium cég volt felelős a Space Systems / Lora közreműködésével, a teljes projektmenedzsmentet a JPL [3] végezte. .
FlexBus platform telepített hardver nélkül
A CHAMP űrhajó az első, amely a FlexBus platformot használja
GRACE űrhajó
GRACE-FO űrhajó - a GRACE projekt fejlesztése
Mindkét műhold a FlexBus [7] műholdas platformon alapult . A platformot a CHAMP küldetésre fejlesztették ki, és a GRACE követelményeinek megfelelően módosították: eltávolították a magnetométert a platform orráról, javították a platform aerodinamikai tulajdonságait, munkát végeztek a ballisztikai együttható optimalizálására, A gyorsulásmérők tömegét az áramlási nyomásvektor lineáris folytatására helyezték minden irányban, és a mozgási rendszereket tömegközépponttal alkalmazták a repülés közbeni helyzetének többszöri beállításához [7] .
Mindegyik űrhajó 3,1×1,94 m méretű és 480 kg tömegű [9] . Az űrhajó fedélzetén lévő berendezések tudományos rendszerekből, tájékozódási és stabilizációs rendszerekből, valamint kiszolgáló rendszerekből álltak. Valamennyi tudományos műszert alacsony tágulási együtthatójú kompozit anyagból készült panelre szerelték fel - ez a megoldás biztosította a szükséges mérési pontosságot, függetlenül a napsugárzás mennyiségétől [3] .
Tudományos rendszerekA GRACE kísérlet fő műszere egy K-sávos távolságmérő ( K - Band Ranging , KBR), amely négy kulcselemből áll [3] :
A KBR mellett több további antennát is telepítettek a fedélzetre, amelyeket további programokban használtak. A légköri átvilágítási kísérlethez több GPS antennát használtak. A fő navigációs jelantenna az űrhajó felső oldalán volt, és a zenit felé irányították. A készülék hátuljára egy tartalék antennát szereltek fel, a nadír felé irányítva. A kísérlet fő antennája, a spirális GPS-antenna a műholdak hátoldalán volt elhelyezve [3] .
Az űrhajóra ható nem gravitációs erők mérésére a francia ONERA cég által gyártott SuperSTAR gyorsulásmérőt használták. A gyorsulásmérő tartalmazott egy érzékelő egységet (Sensor Unit, SU), amely gyorsulásokat mért, és egy interfész egységet (Interface Control Unit, ICU), amely a gyorsulásmérő digitális jeleit szűrte és feldolgozta [3] .
A járművek legalacsonyabb oldalán lévő mozgási paramétereinek monitorozására lézeres sarokreflektorokat (Laser Retro-Reflectors, LRR) telepítettek [3] .
Tájoló és stabilizáló rendszerekAz űrben való tájékozódás érdekében több érzékelőt helyeztek el az űrhajó fedélzetén. A bal és jobb oldalra csillagkamerákat (+Y, Y) helyeztek el, amelyek a műholdak helyzetének pontos meghatározásáért voltak felelősek. A durva tájékozódáshoz szoláris-földi érzékelőt, Forster magnetométert és GPS-vevőket használtak. A tájékozódási szenzorokon kívül egy giroszkóp is volt a fedélzeten, amelyet az angol cég gyártott. Litton , aki a műhold rendellenes működése során a pozíció meghatározásáért volt felelős [3] .
A készülék helyzetének szabályozására két hajtásrendszert használtak. A reaktív rendszer több, 10 mN tolóerejű motorból állt, amelyeket az angol cég gyártott. Moog , sűrített nitrogénnel, mint aktív testtel. A gáz tárolására két nagynyomású palackot szereltek fel az űrhajó főtengelye mentén. A tájoláshoz szükséges munkaközeg-felhasználás csökkentése érdekében hat darab 30 A m² mágneses nyomatékú elektromágneses tekercset [3] szereltek fel a készülék fedélzetére .
A műholdak távolsági irányítására két, egyenként 40 mN tolóerejű orbitális manőverező hajtóművet (a munkafolyadék sűrített nitrogén) helyeztek el a járművek hátulján [3] .
A műholdra ható nem gravitációs erők pontos méréséhez szükség volt az űreszköz tömegközéppontjának ellenőrzésére. A készülék tömegközéppontjának a gyorsulásmérő tömegközéppontjához való hozzáigazítására kiegyenlítő rendszert alkalmaztak: 6 db MTM tömegkiegyenlítő mechanizmust és egy MTE kiegyensúlyozó rendszer elektronikai egységet. Mindegyik tömegkiegyenlítő mechanizmus egy mozgatható tömegből állt egy orsón , és egy pár MTM biztosította az egyensúlyozást az űrhajó egyik tengelye mentén [3] .
Szolgáltatási rendszerekA tudományos műszerek és a tájékozódási rendszer működésének biztosítására a műhold fedélzetén több szolgáltató rendszer működött [3] :
Az áramellátó rendszer fő termelő részét a hajótest tetejére és oldalára szerelt napelemek képezték. A pálya árnyékolt részein 16 Ah [3] kapacitású nikkel-hidrogén akkumulátorokat használtak .
Az űrhajó fedélzetén a stabil hőmérséklet fenntartására 64 fűtőelemet, 45 ellenállást és 30 termisztort használtak [3] .
Egy speciális MSD adaptert (Multi-Satellite Dispenser) fejlesztettek ki két eszköz indítására. Az adapter fejlesztését az Eurockot Launch Services megbízásából a német RST Rostock Raumfahrt und Umweltschutz GmbH cég végezte . Az adapter egy 300×300 mm-es alumíniumból készült oszlop volt, amelyre az űrrepülőgép rögzítésének és elválasztásának eszközei kerültek. Magát az adaptert viszont a Breeze-KM felső keret felső keretéhez rögzítették . Az MSD adapter nem rendelkezett elektromos csatlakozókkal a hasznos teher táplálására, a Briza-KM fedélzeti számítógépe pedig parancsot adott az űrhajó szétválasztására [10] . Sűrített gázzal választották le az űrhajót az adapterről [3] . Az adapter átment az átvételi teszteken a moszkvai GKNPTs im. M.V. Hrunicsev [10] .
A Rokot hordozórakéta egyik előnye a nagy orrvédő használatának lehetősége volt. A GRACE küldetés elindításához több mint 6 méter magas és 2,6 m átmérőjű burkolatot hoztak létre [11] .
1998 elején Alfred Tegtmeyer , egy német angol cég marketing igazgatója . A Cosmos International OHB-System GmbH , amely az orosz Kosmos -3M hordozórakétát népszerűsítette a nemzetközi piacon, azt állította, hogy a cég szerződést kötött a GRACE küldetés elindítására [12] . 1998. október 29-30-án azonban szakértői küldöttség látogatott el a plesetszki űrhajóba, és felmérte a kozmodrom felkészültségét a Rokot hordozórakéta felbocsátására . A résztvevők között volt Peter Hans Pawlowski ( németül: Peter Hans Pawlowski ), a GRACE projekt képviselője [13] . Már november 9-én a Német Légi és Űrközpont (DLR) és az angol cég. Az Eurockot Launch Services GmBH (a cég a Rokot hordozórakétát népszerűsítette a nemzetközi piacon) előzetes megállapodást írt alá a GRACE program keretében két kis műhold felbocsátására a Rokot hordozórakétával [14] . A hordozórakéta kiválasztása a verseny eredménye alapján történt, amelyen hat hordozórakéta indítását biztosító szolgáltatók vettek részt. A Rokot fő versenytársai az amerikai Athena-2 és az orosz Cosmos-3M voltak. A JPL GRACE projektmenedzsere , Edgar Davies így nyilatkozott a választásról: „A Rokot az egyetlen hordozó az osztályában, amely képes két ilyen nehéz műholdat a célpályára juttatni. A Briza-KM teherbírása és manőverezőképessége döntő érv lett” [15] .
" Athena 2 "
" Kozmosz-3M "
" Ordít "
1999. június 22-24-én német részről a DLR, DASA, Dornier Satellite Systems, amerikai részről a GPL és NASA képviselői ismét megérkeztek Plesetskbe. Figyelemmel kísérték a 133-as (korábban a Kozmosz hordozórakéta indítására használt) telephely infrastruktúrájának a kereskedelmi megrendelők igényeihez való hozzáigazításának folyamatát [16] . Az indulást 2001. június 23-ra tervezték [7] . 2000. április 25-én a GRACE képviselői az Eurockot Launch Services vezetése kíséretében ismét ellátogattak Plesetskbe, hogy megbizonyosodjanak arról, hogy az infrastruktúra sikeresen fel van készítve a hasznos teher fogadására [15] .
1999. szeptember 14-én az Astrium GmbH a németországi Friedrichshafenben található tisztaszobában befejezte a GRACE A és B űrrepülőgépek kompatibilitási tesztelését a hordozórakéta-adapterrel. Ezt követően mindkét műholdat az USA-ba szállították Palo Altóba termikus vákuumtesztelés céljából [17] . 1999. december 22-én a hordozórakéta elektromos rendszereinek földi tesztje során a védőburkolatok csappantyúi rendellenesen kioldódtak. Ekkor a hordozórakéta a kiindulási helyzetben volt, kikötve a kiszolgáló toronyhoz. A földre hullott szárnyakat nem kellett restaurálni [18] . Ez az incidens ahhoz vezetett, hogy az indulási dátumot 2001 októberére halasztották. 2001. augusztus 9-én ismét német és amerikai szakembereket képviselő delegáció érkezett a plesetszki kozmodromba, akik meg voltak győződve arról, hogy a kozmodrom infrastruktúrája készen áll az űrhajók fogadására [19] . Maguk az űrhajók elérhetetlensége miatt azonban a kilövés időpontjai fokozatosan „jobbra” tolódtak: 2001. november 23-a, 2002. február 27-e és március 5-e késett [20] . 2001. december 18-án az Orosz Föderáció kormányának elnöke, Mihail Kaszjanov rendeletet írt alá "Az Orosz Föderáció Űrerői által szerződéses alapon szolgáltatások nyújtásáról két GRACE tudományos űrhajó Plesetskből való kilövésének biztosítására. Kozmodróm a Rokot hordozórakétával" [20] .
A végső indulási dátum 09:23:14 UTC volt, 2002. március 16-án. A kezdő ablak 10 perc volt. Március 14-én azonban az indítás előtti előkészítés során észrevételek merültek fel a Breeze-KM felső szakasz giroplatformjának indítás előtti kalibrálásának három csatornájának egyikében. Kiderült, hogy a probléma nem a hordozórakéta fedélzetén volt, hanem az indítókomplexumban, és a referencia giroszkópos kollimátor felállításáért felelős egység cseréjével oldották meg. Ezt követően engedélyt adtak az indulásra a megadott időpontban. Ám március 16-án, 40 perccel az indítóablak nyitása előtt úgy döntöttek, hogy a meteorológiai viszonyok miatt egy nappal elhalasztják az indítást: 10 km-es magasságban a szél sebessége meghaladta a megengedett határértékeket. Az indítást március 17-re, 09:21:18 UTC-re tervezték [3] .
2002. március 17-én, 09:21:27 UTC-kor (10 másodperccel az indítóablak kinyitása után) a Rokot hordozórakéta sikeresen elindult. 10:47 UTC-kor, 85 perccel 38 másodperccel az indítás után, a hasznos teher elvált a Breeze-KM felső szakaszától. UTC 10:49-kor az oberbayerni Weilheimben található német küldetésirányító központ földi állomása megkapta az első telemetriai jelet az űrhajótól, és megerősítette a kilövés sikerességét [3] .
A NORAD adatokból számított pályaparaméterek [3]NSSDC azonosító | SCN | Objektum neve | Orbitális dőlésszög | Perigeus (km) |
Apogee (km) |
Keringési idő (perc) |
---|---|---|---|---|---|---|
2002-012A | 27391 | GRACE 1 | 89,027° | 496,7 | 520.7 | 94.578 |
2002-012B | 27392 | GRACE2 | 89,028° | 496,4 | 521,5 | 94.587 |
2002-012C | 27393 | RB "Breeze-KM" | 89,014° | 170,7 | 517.9 | 91.064 |
UTC 11:01-kor a felső szakasz visszavonulási manővert hajtott végre, és március 27-én behatolt a légkör sűrű rétegeibe és összeomlott [3] .
A GRCE 2 pályára állítása után 0,5 m/s sebességgel kezdett „menekülni” a GRACE 1 elől, öt nap múlva pedig 263 km volt az űrszondák közötti távolság. Ettől a pillanattól kezdve a műholdak közeledni kezdtek egymáshoz, hogy egymástól ≈220 km-re lévő munkapozíciókat vegyenek fel. Az indulástól számított 44 napon belül mindkét eszközt tesztelték a fedélzeti berendezésekben [3] .
Kezdetben a küldetést öt évre tervezték [21] . 2010. június 9-én a NASA társadminisztrátora, Laurie Garver és Johann-Dietrich Werner, a DLR igazgatótanácsának elnöke Berlinben megállapodást írt alá a GRACE küldetés meghosszabbításáról az akkori elképzelések szerint, 2015-ben, a pályán való élettartamának végéig [22] .
2017. szeptember 3-án egy akkumulátorcella meghibásodott a GRACE-2 fedélzetén az élettartam túllépése miatt, és ez lett a nyolcadik elveszett cella. Szeptember 4-én megszakadt a kommunikáció a készülékkel. Szeptember 8-án sikerült helyreállítani a kommunikációt a műholddal, megkerülve a fedélzeti szoftver korlátait. A telemetriás elemzés kimutatta, hogy a meghibásodott elem újra működik, és a megadott feszültséget adja [23] . Október közepére világossá vált, hogy a GRACE-2 akkumulátor nem tudja fenntartani a fedélzeten lévő összes fogyasztó táplálásához szükséges feszültséget. Átfogó elemzés után úgy döntöttek, hogy a hibás űrhajót deorbit üzemmódba helyezik át. Várhatóan 2017 decembere és 2018 januárja között fog kilépni [24] .
A GRACE-2 készülék meghibásodása után úgy döntöttek, hogy a GRACE-1 segítségével kalibrálják a gyorsulásmérőt. Ehhez a motorok ellenőrzött bekapcsolását és a gyorsulásmérő leolvasásának elemzését végezték el. Ez a művelet fontos volt a járműveknek a GRACE-FO küldetésre való felkészítése szempontjából [24] . A GRACE-2 műhold 2017. december 24-én lépett a légkörbe. [25] A GRACE-1 műhold 2018. március 10-én lépett be a légkörbe. [26]
A GRACE projekt sikeres működésének 15. évfordulója alkalmából Jay Familetti, a JPL vezető vízügyi szakértője elmondta:
![]() |
Nem tudok más dimenziókészletet elképzelni, amely ennyire forradalmasította volna a tudományt.[27] | ![]() |
Nem tudok más olyan mérési sorozatot elképzelni, amely ennyire forradalmasította volna a tudományt. |
A GRACE adatai szerint a Föld globális gravitációs mezejének pillanatnyilag legpontosabb térképe készült el.
A 2002 és 2005 közötti megfigyelések szerint Grönland jegének gyors olvadása igazolódott [28] .
2006-ban a Ralph von Frese és Laramie Potts által vezetett kutatócsoport a GRACE adatok felhasználásával körülbelül 480 km átmérőjű geológiai képződményt fedezett fel az Antarktiszon [29] (lásd Wilkes Land kráter )
A GRACE kísérlet rengeteg olyan információval szolgált a kutatóknak, amelyek forrásul szolgáltak számos tudományos folyóiratban megjelent publikációhoz. 2020. május 15-ig Frank Flechtner 2199 publikációt regisztrált [30] . A tudományos irodalomban tükröződő kiemelkedő hozzájárulásokat a SpaceOps 2018 konferencia során a Francia Nemzeti Űrkutatási Központ „Kiválóságért” díjjal ismerték el [ 31 ] .
A GRACE kísérlet technológiája volt az alapja a Hold gravitációs mezőjének feltérképezésére irányuló küldetésnek . Gravity Recovery and Interior Laboratory ( GRAIL ) [32] .
2002 novemberében a GRACE küldetés megkapta a Best of What's New Awards díjat, amelyet a Popular Science évente ítél oda [33] .
2007. december 10-én, az Amerikai Geofizikai Unió őszi találkozóján San Franciscóban a GRACE kísérleti csoport megkapta a rangos William T. Pecora-díjat , amely az Egyesült Államok Belügyminisztériuma és a NASA közös díja a tudomány tanulmányozásában nyújtott kiemelkedő hozzájárulásért. Föld távoli módszerekkel [34] .
2018-ban 2 új műholdat bocsátottak fel, amelyek nagyobb pontosságú méréseket tesznek lehetővé [35] .
![]() |
---|