Cassini on luotaimen n NASA tarpeisiin operaation cassini-Huygens , joka tavoitteena tutkia planeetta Saturnus , jossa sen satelliittien ja sen renkaat . Laukaisi avaruuteen15. lokakuuta 1997alkaen Cape Canaveral jonka Titan IV -Centaur raketti , se aloitti operaatiolle Saturnuksen järjestelmässä on1. st heinäkuu 2004 ja suoritti sen 15. syyskuuta 2017sukeltamalla Saturnuksen ilmakehään . Koettimen rakensi Jet Propulsion Laboratory, johon osallistui Euroopan avaruusjärjestö , Italian avaruusjärjestö (satelliittiviestinnän antenni), samoin kuin useiden tutkimuslaboratorioiden ja amerikkalaisten ja kansainvälisten yliopistojen tutkimukset. Siinä on pieni Huygens- laskeutuja, joka laskeutui Titanin pinnalle vuonna 2004.
Cassini on vuonna 2017 suurin luotaimen koskaan käynnistetty, sen nousu- paino 5853 kilogrammaa, mukaan lukien 3627 kg ja ponneaineita ( hydratsiini ), 362 kg välineitä ja 350 kg varten Huygens lander . Avaruussondi vakautetaan kolmella akselilla ja energian toimittaa radioisotooppinen lämpösähkögeneraattori, joka tuottaa 885 wattia tehtävän alkaessa. Avaruuskoetin on nimetty tähtitieteilijä Jean-Dominique Cassinin (1625-1712) mukaan, joka tutki yksityiskohtaisesti Saturnuksen renkaita ja löysi joitain jättiläisplaneetan suurimmista kuista ( Japet , Rhea , Tethys ja Dione ).
Cassinin piti olla Mariner Mark II -sarjan toinen vene . Se on suunniteltu ensimmäisen Comet Rendez Vous / Asteroid Flybyn (CRAF) kanssa. Budjettileikkaukset johtivat kuitenkin sen suunnittelun yksinkertaistamiseen, mikä johti erikoistuneempaan laitteeseen Mariner Mark II -sarjan ulkopuolella ja vähemmän rikkaisiin instrumentteihin kuin tässä ohjelmassa on suunniteltu.
Cassini-Huygens on yksi raskaimmista, suurimmista ja monimutkaisimmista planeettojenvälisistä koettimista. Vain kaksi antureista lähetetään Phobos jonka Neuvostoliitto muodostivat raskaampaa järjestelmää. Pelkästään Cassini painaa tyhjänä 2150 kiloa, johon lisätään 350 kilogrammaa Huygensia ja 3132 kiloa polttoainetta käyttövoimaa varten ( hydratsiini ). Cassini on 6,8 metriä korkea ja 4 metriä leveä (HGA-antennin halkaisija). Magnetometrin napa on jopa 11 metriä. Tämä monimutkaisuus on välttämätöntä sekä sen radan suuntaan kohti Saturnusta että suunnitelluista monista havainnoista. Mittapäässä on 1630 kytkettyä piiriä, 22 000 liitäntää ja 14 kilometriä kaapeleita.
Erityisesti koska maapallon ja koettimen välinen etäisyys, kun se oli saapunut määränpäähän, oli 8,2–10,2 tähtitieteellistä yksikköä , anturin ja sen tukikohdan välisten signaalien kuljettaminen määränpäähän kesti 68–84 minuuttia. ajanhallinta on mahdotonta normaalikäytössä tai odottamattomissa tilanteissa. Jopa vastaamalla välittömästi, kesti noin kolme tuntia tapahtuman ajankohdasta siihen asti, kun tukiasema sai vastauksen koettimelta komentoihin.
Cassini- koetin koostuu 12 osajärjestelmästä:
Cassinilla on aluksella kaksitoista tieteellistä instrumenttia, joiden kokonaispaino on 362 kilogrammaa.
Spektrometri on plasmassa Cassini, jonka on luonut Southwest Research Institute (SRI), tavoitteet energian määrittämiseksi ja sähkövaraus hiukkasten, kuten elektronien ja protonien päin koettimen. Tämä ilmaisin analysoi hiukkasten suurin ionosfäärin ja Saturnus mutta myös tutkimalla kokoonpano magneettikentän planeetan. Se analysoi myös plasman tällä alueella sekä aurinkotuulen vuonna Saturnuksen magnetosfäärin . Instrumentti koostuu kolmesta anturista: elektronispektrometri, ionisuihkuspektrometri ja ionimassaspektrometri. Sarja painaa 12,5 kiloa ja kuluttaa 14,5 wattia. Tiedot siirretään tietokonejärjestelmään nopeudella 8 kbit / s .
Avaruuspöly Analyzer luoma Max-Planck-instituutin ydinfysiikan kaupungista Heidelberg , Saksa , on laite, joka määrittää koko, nopeus ja suunta pölyn läheltä Saturnus. Osa tästä pölystä kiertää planeettaa, vaikka on mahdollista, että osa on peräisin eri aurinkokunnista . Cassinilla olevan sisäisen analysaattorin tarkoituksena on siten auttaa näiden hiukkasten mysteerin selvittämisessä suorittamalla niiden kemiallinen analyysi. Sen avulla voidaan tietää enemmän näiden taivaankappaleiden muodostavan luonteesta ja samalla universumin alkuperästä . Instrumentti pystyy havaitsemaan mikrometrin ja jopa nanometrin pölyn tietyissä olosuhteissa. Tämä instrumentti otettiin käyttöön vuonna 1999, kauan ennen kuin koetin saavutti Saturnuksen, ja alkoi antaa tietoja. Jovian ympäristössä CDA havaitsi pölyn liikkuvan nopeudella 400 km / s aurinkokunnan läpi. Näitä Jupiterista tulevia hiukkasia päästetään jatkuvasti ja ne on havaittu yli 100 miljoonan kilometrin päässä Jupiteristä. CDA painaa 16,36 kiloa ja kuluttaa 18,38 wattia. Se lähettää tietonsa tietokonejärjestelmään nopeudella 0,524 kbit / s .
Komposiitti infrapuna spektrometri , tehty yhteistyössä jonka CEA The Oxfordin yliopisto , NASA , The Pariisin observatorio ja Queen Mary College , analysoi infrapunavaloa synnyttämä Saturnuksen ja sen tunnelmaa, mutta myös sen renkaat ja sen renkaat. Satelliitit ja tutkia niiden koostumus ja lämpötila. Tämä laite mahdollistaa myös planeetan ilmakehän esittämisen kolmiulotteisena ja piirtämään lämpötila- ja paineprofiilit korkeuden, kaasun koostumuksen ja pilvien jakautumisen funktiona. Tämä työkalu mittaa myös satelliittien sekä renkaiden lämpöominaisuudet ja pintakoostumuksen . Se myös helpottaa näiden eri taivaankappaleiden sisäisen rakenteen osan visualisointia. CIRS, kuten mikä tahansa spektrometri, hajottaa säteilyn (tässä tapauksessa infrapuna) ja mittaa eri säteilyn muodostavien komponenttien (värien) voiman. Se painaa 39,24 kiloa ja kuluttaa 32,89 wattia. Se siirtää tietonsa tietokonejärjestelmään nopeudella 6 kbit / s .
Charged ja Neutral Particle spektrometri on väline, joka analysoi varautuneita hiukkasia, kuten protonien tai raskaiden ionien tai neutraaleja hiukkasia, kuten atomit noin Saturnuksen ja Titan oppiakseen lisää heidän ilmakehää. Se tunnistaa myös positiiviset ja neutraalit ionit Saturnuksen ja sen satelliittien renkaista. Instrumentti pystyy määrittämään näin havaittujen hiukkasten kemiallisen koostumuksen. Se painaa 9,25 kiloa ja kuluttaa 27,7 wattia. Sen nopeus on 1,5 kbit / s .
Kamera järjestelmä koostuu kahden kameran. Ensimmäinen on laajakulmakamera ( laajakulmakamera - WAC), jonka polttoväli on 200 millimetriä ja aukko 3,5, ja se on tarkoitettu yleisnäkymiin, ja toinen, pitkä polttokamera ( kapean kulman kamera - NAC) , jonka polttoväli on 2000 millimetriä ja aukko 10,5, mahdollistaa lähikuvien ottamisen. Kukin kamera on varustettu yhden megapikselin CCD- kennolla. He pystyvät tallentamaan videosekvenssejä ja asettamaan suodattimia mekanismin ansiosta, joka käsittää kaksi pyörää kullekin kameralle, mikä auttaa lisäämään sarjan suodattimia. Laajakulmakamerassa on siis kaksi pyörää, joista kukin tukee 9 suodatinta (eli kaikkiaan 18), kun taas pitkällä polttovälikameralla on kaksi pyörää, joista kussakin on 12 suodatinta (eli yhteensä 24). Instrumentti painaa yhteensä 57,83 kiloa ja kuluttaa 59,9 wattia. Sen nopeus on 365,568 kbit / s .
MAG on väline Saturnuksen ympärillä olevan magneettikentän voimakkuuden ja suunnan suoraan mittaamiseen. Kronian magneettikenttä syntyy Saturnuksen sydämeen. Tämän magneettikentän mittaus on tapa tutkia tämä erittäin kuuma ja erittäin tiheä sydän huolimatta siitä, että mittauslaitteita ei ole mahdollista lähettää sinne. MAG: n tavoitteena on tuottaa kolmiulotteinen malli Saturnuksen magnetosfääristä, määrittää Titanin ja muiden jäisten satelliittien magneettiset ominaisuudet ja tutkia niiden vuorovaikutusta Saturnuksen magneettikentän kanssa. Laite painaa 3 kiloa, kuluttaa noin 3,10 wattia ja lähettää datansa keskimäärin 3,60 kbit / s .
Tämä instrumentti on suunniteltu mittaamaan ionien ja elektronien sekä nopean neutronin koostumusta, sähkövarausta ja energiaa Saturnuksen magnetosfäärissä. Tämä instrumentti tarjoaa kuvia Saturnusta ympäröivistä ionisoiduista kaasuista (plasmista) ja määrittää ionien varauksen ja koostumuksen. RPWS: n tapaan tässä laitteessa on kolme anturia: matalan energian magneettipallomittausjärjestelmä (LEMMS), joka kvantifioi hiukkasten ( ionit , elektronit , protonit ) kulmajakauman , c 'eli kustakin suunnasta tulevien hiukkasten määrän, varauksen -energiamassaspektrometri (CHEMS), jonka avulla voidaan analysoida ionien koostumus ja varaus, sekä ionikamera ja neutraalit hiukkaset ( ioni- ja neutraalikamera - INCA), joita käytetään kolmiulotteisen visualisoinnin aikaansaamiseksi ionisoiduista ja neutraaleista hiukkasista ( neutronit ) ja niiden nopeudet. Tämä laite painaa 16 kiloa ja virrankulutus on 14 wattia. Se siirtää tietoja nopeudella 7 kbit / s .
Cassini- tutka , kuten mikä tahansa tutka, käyttää mikroaaltosäteen heijastusta havaitun maaston helpotuksen ja sähkönjohtavuuden määrittämiseen mittaamalla indusoidun säteen paluuaika (helpotus) sekä sen vaimennus (johtavuus). Cassinin tutka on tarkoitettu ensisijaisesti Titanin tarkkailuun (jotta voidaan selvittää valtamerien olemassaolo sen pinnalla ja tässä tapauksessa niiden sijainti), mutta se on hyödyllinen myös Saturnuksen, sen renkaiden ja muiden kuiden havainnoimiseksi. Tutkan käyttö on kolminkertaista: synteettinen havaintotunnistin, jota käytetään tutkitun maaston profiilin havaitsemiseen, tarkkuudella 0,35–1,7 kilometriä, korkeusmittari, tarkkuudella 90–150 metriä, ja radiometri, tarkkuudella 7-310 km, jolloin tutkatunnistinta voidaan käyttää passiivisena mikroaaltosensorina. Annetut yksityiskohdat liittyvät Titanin pinnalla tehtyihin mittauksiin. Tutka toimii Ku-kaistalla taajuudella 13,78 GHz . Tämä laite painaa 41,43 kiloa ja kuluttaa 108,4 wattia. Se siirtää dataa nopeudella 364,8 kbit / s .
RPWS-koe on sähköinen ja magneettinen mittauslaite. Se koostuu kolmesta anturiryhmästä (sähköantennit, magneettiantennit ja Langmuir-anturi ), joihin voidaan liittää neljä vastaanotinta: suurtaajuusvastaanotin ( korkeataajuinen vastaanotin - HFR), laajakaistavastaanotin ( laajakaistavastaanotin - WBR) , keskipitkän taajuuspainotetun vastaanotin (MFR) ja matalan taajuuden aaltomuoto vastaanotin (LFWR). Instrumentti sisältää myös digitaalisen prosessointiyksikön (DPU) ja virtamuuntajan . Koe kattaa taajuusalueen 1-16 MHz . Matalataajuiset instrumentit (MFR, WBR ja LFWR) on omistettu pääasiassa planeetanvälisen väliaineen paikallisten plasmavärähtelyjen ja Cassinin läpi kulkevien planeettojen magnetosfäärien tutkimiseen . Suurtaajuusvastaanotin (HFR, valmistettu Meudonin observatoriossa ) tutkii avaruudessa vapaasti eteneviä radioaaltoja (esimerkiksi aurora-radiosäteily). Langmuir-koetin mittaa myös ympäristön väliaineen tiheyttä ja lämpötilaa. RPWS-kokeilun päätavoitteet ovat Saturnuksen magnetoituneen ja ionisoidun ympäristön tutkimus: planeetan magneettikentän tutkimus, paikallisten olosuhteiden mittaus paikan päällä , näiden radiopäästöjen etämittaus, salaman havaitseminen. Ukkosmyrskyt Saturnuksen (ja mahdollisesti Titanin) ilmapiiri. Laite painaa 6,8 kilogrammaa, kuluttaa keskimäärin 7 wattia ja tuottaa keskimääräisen tiedonsiirtonopeuden 0,90 kbps .
Tämä laite on radiolähetin, jonka taajuus ja teho ovat erittäin vakaat. Se lähettää signaalinsa aina kohti maata, missä signaalin menetys ja mahdolliset taajuusmuutokset mitataan tarkasti. Tämä antaa tietoa radioaaltojen läpäissyistä materiaaleista, kuten Saturnuksen renkaiden hiukkasista tai planeetan ilmakehästä. Tämä instrumentti koostuu siis osasta, joka muodostaa osan koettimesta, ja osasta, joka sijaitsee maan päällä. Laite painaa 14,38 kiloa ja virrankulutus 80,7 wattia.
Tämä laite koostuu neljästä teleskoopista, jotka pystyvät havaitsemaan ultraviolettisäteilyä . Sen valmisti Coloradon yliopiston ilmakehän ja avaruusfysiikan laboratorio (LASP) yhdessä Maxau -Planckin aurinkokuntatutkimuslaitoksen kanssa Lindaussa , Saksassa. Ultraviolettisäteet antavat mahdollisuuden nähdä kaasuja, joita ei voida havaita näkyvän valospektrometrian avulla, ja tämä laite on jo johtanut Saturnuksen kehojärjestelmän löytämiseen kuten vety , happi , vesi , asetyleeni ja etaani . Voi olla erityisen hedelmällistä katsoa tähtiä (etenkin aurinkoa) läpinäkymättömän kohteen, kuten kuun ilmakehän, kautta, mikä on jo mahdollistanut esimerkiksi ilmakehän koostumuksen ja rakenteen tarkan määrittämisen Titanista. Lisäksi tämä laite havaitsee Saturnuksen esineiden renkaat kymmenen kertaa pienemmät kuin mitä kamerajärjestelmä pystyy havaitsemaan. Tämä laite painaa 14,46 kiloa ja virrankulutus 11,83 wattia. Se siirtää tietonsa tietokoneelle nopeudella 32,096 kbit / s .
Tämä instrumentti koostuu kahdesta spektrometrisestä kamerasta. Ensimmäinen hajottaa näkyvän valon ja toinen hajottaa infrapunasäteilyn . Tämä laite pystyy havaitsemaan säteilyn yli kolme oktaavia ja sieppaamaan 99% heijastuneen auringon säteilyn spektristä. Se sieppaa säteilyä 352 eri aallonpituudella, välillä 0,35 - 5,1 mikrometriä. Se on suunniteltu auttamaan määrittämään tutkittujen esineiden koostumus, rakenne ja lämpötila. Se on jo määrittänyt jäätulivuoren läsnäolon Titanilla ja tuoreen jään Enceladuksella . Lisäksi sitä käytetään osana pitkäaikaista hanketta Saturnuksen meteorologisen evoluution tutkimiseen. Tämä laite painaa 37,14 kiloa ja kuluttaa 27,20 wattia. Se lähettää kerätyt tiedot nopeudella 182,784 kbit / s .