Pioneer Venus Orbiter

Pioneer Venus 1 · Pioneer 12

Pioneer Venus Orbiter Tämän kuvan kuvaus, myös kommentoitu alla Taiteilija n vaikutelma on Pioneer Venus Orbiter . Yleisdata
Organisaatio NASA - Ames
Ohjelmoida Pioneer Venus
Ala Tutkimus Venuksen ilmapiiristä
Tehtävän tyyppi Kiertelijä
Tila Tehtävä suoritettu
Muut nimet Pioneer Venus 1, Pioneer 12
Tuoda markkinoille 20. toukokuuta 1978
Launcher Atlas Centaur
Kesto 14 vuotta ja 5 kuukautta
COSPAR-tunniste 1978-051A
Sivusto nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/pioneer_venue.html
Tekniset ominaisuudet
Massa käynnistämisen yhteydessä 517 kg
Sähkövoima 312 wattia
Kiertorata
Perigee 160 km
Apogee 66000 km
Aika ~ 24 h
Kaltevuus 105 °

Pioneer Venus Orbiter , jota kutsutaan myös Pioneer Venus 1 ja Pioneer 12 on avaruusalus ? S NASA käynnisti20. toukokuuta 1978kohti Venusta, jotta voidaan tutkia sen ilmakehää paikan päällä ja kartoittaa sen pinta kiertämällä sitä . Kehitetty osana Pioneer Venus -ohjelmaa, johon sisältyi myös Pioneer Venus Multiprobe , se on kerännyt tietoja yli 14 vuoden ajan käyttäen kaksitoista tieteellistä kokeilua. Operaation avulla voitiin täydentää Neuvostoliiton Venera- avaruusohjelmien avaruuskoettimien keräämää tietoa .

Asiayhteys

Pioneer Venus -ohjelma merkitsee NASAn paluuta Venuksen tutkimukseen . Mariner 2: n (1962) ja Mariner 5: n (1967) onnistuneen lentämisen jälkeen amerikkalainen avaruusjärjestö keskitti ponnistelunsa Mars- planeetan ( Viking- ohjelma ) ja aurinkokunnan ulkoisten planeettojen ( Voyager) tutkimiseen. ohjelma ). 1970-luvun alussa Yhdysvaltain avaruusjärjestön Ames-tutkimuskeskus yritti kehittää taitoja aurinkokunnan tutkimiseen. Vuonna 1971 keskus kehitti ja laukaisi ilmakehän koettimen prototyypin (PAET Planetary Atmosphere Experiment Test ), jolla testattiin tieteellisen tiedon keräämistä ilmakehän paluun aikana . Hän tutkii joukko tehtäviä Venukseen, mukaan lukien ainakin yksi kiertorata ja ilmakehän koettimet. Yhteistyötä tuolloin toimineen Euroopan avaruusjärjestön ESRO: n kanssa tutkittiin vuonna 1972 ja sitten luovuttiin. Lopuksi NASA päättää vuonnaElokuu 1974kehittää kaksi erillistä avaruuskoettimia laukaisuikkunaan vuonna 1978. Hughes Aircraft voitti kahden avaruussondin tuotannon . Operaatioiden kustannukset ovat suhteellisen alhaiset (200 miljoonaa dollaria tuolloin), erityisesti tämän valmistajan tietoliikennesatelliitteille kehitetyn alustan ansiosta, samalla kun säilytetään 78% kahden avaruuskoettimen välisistä yhteisistä elementeistä. Pioneer Venus Multiprobe on analysoitava planeetan ilmakehässä käyttäen neljää ilmakehän koettimia, joita vapautuu ilmakehään Venuksen kun Pioneer Venus Orbiter vastaa kiertoradalla Venus ja tietoja kerätään akku 12 välineitä kuten alkeellinen tutka .

Venus: tiedon tila vuonna 1978

Puolivälissä -1970s , Neuvostoliiton tehtäviä on Venera ohjelman kerännyt riittävästi tietoja, jotta suhteellisen täydellistä kuvaa Venus. Planeetta ilmakehä koostuu 96,5% hiilidioksidia ja 3,5% typpeä . Pinnalla paine nousee 92 kertaa maapallon merenpinnan tasoon . Välillä, korkeus 50 ja 70  kilometrin , on pilvet ja rikkihappo . On vain pieniä jälkiä vedestä  : 100 miljoonasosaa ilmakehän ja ruumista ei vapaan veden pinnalla. Pintalämpötila on erittäin korkea, saavuttaen 735 kelvinin (462 ° C). Ionosfäärin on verrattavissa maapallon, mutta planeetta puuttuu merkittävä magneettikenttä . Tasankoja ja vuoret Venus saavuttaa korkeampi korkeuksissa kuin mitä löytyy maapallolla Mutta alaosat nousta vain viidennes syvyydestä Maan syvyydet .

Tavoitteet

Pioneer Venus Orbiter -operaation tavoitteet ovat:

Tekniset ominaisuudet

Pioneer Venus Orbiterin kokonaispaino on 553  kg, mukaan lukien 45  kg tieteellisiä instrumentteja ja 218,2  kg päämoottoria (mukaan lukien 179  kg ponneainetta). Avaruuskoetin perustuu alustalle, joka on yhteinen Pioneer Venus -ohjelman kahdelle koettimelle ja joka on johdettu tietoliikennesatelliitista . Lava on halkaisijaltaan 2,8 metriä korkea ja 1,4 metriä korkea sylinteri. Aksiaalisessa putken, joka sisältää voimien raketti käynnistää, moottori on asetettu tähden 24 ja kiinteän polttoaineen , joka tarjoaa 18,3 kN työntövoiman 28 sekuntia, jotta avaruusalus kiertoradalle. Tämä putki toimii akselina pyöreälle levylle, jonka pinta-ala on 4,37  m 2 , johon laite on kiinnitetty. Aurinkopaneeli , joka kattaa suurimman osan pystysuoran sylinterin pinnan on kiinnitetty levyyn 24 kiinnittimillä. Alustan alle kaksi titaani säiliöitä 32,5  cm halkaisijaltaan, johon on tallennettu 32  kg ja hydratsiinia , jota rakettimoottorit vastuussa siitä, että rata korjauksia ja muutoksia suunta. Avaruussondi vakautetaan kiertämällä nopeudella 5 kierrosta minuutissa. Siinä on 7 potkuria, jotka kaikki on kiinnitetty varustelokeroon: neljä pistettä sylinterin akseliin nähden kohtisuoraa akselia pitkin ja kolme pistettä sylinterin etu- ja takaosaa kohti. Suunta määritetään aurinkoantureilla ja tähtimerkillä .

Viestintää varten avaruuskoettimessa on suurvahvistettu parabolinen antenni , jonka halkaisija on 1,09 metriä ja joka on kiinnitetty 2,9 metrin pituisen maston päähän. Antennia pidetään pysyvästi maata kohti kahden moottorin ansiosta, jotka kompensoivat sekä anturin pyörimisen että korjaavat suunnan. Kaksi yleisantennia, jotka sijaitsevat mastojen yläosassa, jotka on kiinnitetty sylinterin ylä- ja alapuolelle säteilemään 180 °, täydentävät tämän laitteen. Päästöt tehdään S-kaistalla (20 W lähetin  ). X-kaistaista signaalia (0,75 W lähetin  ) käytetään radio-okkultointikokeissa . Suurin nopeus on 2048 bittiä / s. Radiopäästöjä käytetään mittaamaan koettimen nopeus Doppler-vaikutuksella 3  m / s tarkkuudella . Avaruussondin massamuisti on miljoona bittiä kahden tallennusjärjestelmän perusteella. Tallennuskapasiteetti lasketaan pitämään kiertoradan vaiheessa kertynyt data, jossa Venus tulee anturin ja maan väliin. 15 säleikköä auki ja lähellä lämmönsäätöä varten . 7,2  m 2 aurinkopaneeli koostuu 2 x 2  cm aurinkokennojen eli yhteensä 226 wattia Maan kiertoradalla ja 312 wattia Venus. Energiaa varastoidaan kahteen nikkelikadmiumparistoon, joiden varastointikapasiteetti on 252 wattituntia.

Pioneer Venus Orbiterin tieteelliset instrumentit on asennettu alustalle sen laitamille. Kahdeksan näistä instrumenteista sallii planeetan havainnoinnin joko osoittamalla anturit sylinterin akselille tai kohtisuoraan siihen. Kolme instrumenttia käyttää mastojen päähän asennettuja ilmaisimia. Magnetometri -anturit on kiinnitetty päähän 4,7 metriä pitkä masto, joka käsittää kolme osaa, jotka on sijoitettu mukaan pyroteknisiä laitteita, kun luotaimen on käynnistetty. Kaksi sähkökenttiä mittaavaa pallomaista anturia on asennettu 60 cm : n antennin päähän,  jotka ulottuvat kerran pudotetun kantoraketin korkista . Lopuksi elektronin lämpötila-anturi on 1 metrin pituinen antenni, joka on asetettu Venuksen kiertävän satelliitin kera.

Tieteellinen instrumentointi

Ilmakehän koettimessa on 12 tieteellistä laitetta, joiden kokonaismassa on 45  kg  :

Yhteenveto instrumenttien ominaisuuksista
Sukunimi Täysi nimitys Tyyppi Valmistaja 1 Tieteellinen virkamies Massa Tehon kulutus Huomautukset
OCPP Orbiter Cloud Photopolarimeter Polarimetrikuva GISS J. Hansen 5  kg 5,4  W .
RADO Orbiter Radar Mapper -laite Tutka MIT G. Pettengill 9, kg 18  W .
OIR Orbiter-infrapunasäteilijä Infrapunasäteilijä JPL F. Taylor 5,9  kg 5,2  W .
AVATA Orbiter-ultraviolettispektrometri Ultravioletti spektrometri LASP A. Stewart 3,1  kg 1,7  W .
ONMS Orbiter-neutraali massaspektrometri Neutraali massaspektrometri GSFC H. Neimann 3,8  kg 12  W .
Ostotarjous Orbiter-plasmananalysaattori Plasman analysaattori KEULA J. Wolfe 3,9  kg 5  W .
OMAG Orbiter-magneettimittari Magnetometri UCLA C. Rnssell 2  kg 2,2  W .
OEFD Orbiter-sähkökenttäilmaisin Sähkökentän mittaus TRW Huivi 0,8  kg 0,7  W .
OETP Orbiter-elektronilämpötila-anturi Elektronilämpötila-anturi GSFC L. Brace 2,2  kg 4,8  W .
TAVOITTEET Orbiter-ionimassaspektrometri Ionimassaspektrometri GSFC H. Taylor 3  kg 1,5  W .
ORPA Orbiter-hidastuspotentiaalianalysaattori Ionivarausmittaus LPARL W. Knudsen 2,8  kg 2,4  W .
OGBD Orbiter-gammasädepursketunnistin Gammasädepursketunnistin LASL W. Evans 2,8  kg 1,3  W .
- Venus (ORO) Radiotiede - A. Kliore (JPL) - -
Orbiter-kaksoistaajuuskokeet (OGPE) - T.Croft (SRI)
Ilmakehän ja aurinkotuulen turbulenssikoke (OTUR) - T.Croft (JPL)
Orbiter Atmospheric Drag Expe -ominaisuus (OAD) - G.Keating (LRC)
Orbiterin sisäinen tiheysjakelukokemus (OIDD) - R. Phillips (JPL)
Orbiterin taivaanmekaniikan koe (OCM) - Shapiro (MIT)
1 LASP: Ilmakehän ja avaruusfysiikan laboratorio ( Boulderin yliopisto , Colorado  ; UCLA: Kalifornian yliopisto Los Angelesissa  ; JPL: Jet Propulsion Laboratory  ; MIT: Massachusetts Institute of Technology  ; GSFC: Goddard Space Flight Center GISS: Goddard Institute for Space Opinnot  ; LRC: Langley Research Center  ; ARC: Ames Research Center  ; LASL: Los Alamos National Laboratory  ; SRI: Stanford Research Institute

Tehtävän suorittaminen

Käynnistä ja kulje Venukseen

Laukaisuikkuna varten Pioneer Venus Orbiter avaa20. toukokuuta 1978 ja sulkeutuu 10. kesäkuuta 1978. Avaruusluotain laukaistiin päivästä jota Atlas SLV-3D Centaur raketti . Vaikka Pioneer Venus Multiprobe seuraa tyypin I planeettojen välistä lentorataa (avaruuskoetin kulkee alle puolet kiertoradasta Auringon ympäri), Pioneer Venus Orbiter seuraa tyypin II liikerataa, jonka avulla se voi saapua alennetulla nopeudella kohti Venus-planeettaa ja siten rajoittaa kiertoradalle asettamiseen tarvittavien ponneaineiden määrää . 1 kpl kesäkuussa liikkumavaraa liikeradan korjaus on 3,3  m / s on tehtävä mutta liian herkkä turvajärjestelmän toiminta pysähtyy. Maalla toimivien kuljettajien on deaktivoitava jälkimmäinen väliaikaisesti ennen kuin neuvoo avaruusmittaria toistamaan liikkeen, joka on asetettava Venuksen pohjoisen pallonpuoliskon laiduntavalle radalle 348 km :  n korkeudelle. Kesäkuun alussa avaruussondin gammasäteilijää käytettiin kolmiomittaustoimintaan Vela- ja Helios 2 -satelliittien kanssa . Tavoitteena on paikantaa gammasädepurskeen alkuperä , ilmiö, jota ei vielä selitetty. Nämä mittaukset ja muut sen jälkeen suoritetut mittaukset mahdollistavat ilmiön alkuperän löytämisen Magellanin pilvien alueelta . 2. joulukuuta, avaruuskoettimen suuntaa muutetaan kiertoradan lisäystoimintaa varten. Seitsemän kuukauden oleskelun jälkeen avaruudessa4. joulukuuta, kiinteä ponneainekoneisto syttyy automaattisesti ja toimii 28 sekuntia, kun taas planeetan takana ohitettu avaruusanturi on tiedonsiirtoalueen ulkopuolella maan kanssa. Propulsiojärjestelmä, joka on annettava muutos on 1060  m / s on tehokkaampi kuin odotettiin ja Pioneer Venus Orbiter sijoitetaan radalle 23 tuntia 11 minuuttia 24 tunnin sijasta peitetty Perigeum 378  km: n päässä olevaan paikkaan 392  km: n päässä . Kaksi muuta kiertoradan parametria - 66 900  km: n apogee ja 105 °: n kaltevuus - ovat lähellä odotettuja arvoja. Seuraavien päivien aikana suoritetaan useita kiertoradan liikkeitä avaruuskoettimen sijoittamiseksi kohderadalleen, sitten pyörimisnopeus lasketaan 15 kierroksesta 5 kierrosta minuutissa. Se oli ensimmäinen kerta, kun kiinteää rakettimoottoria oli käytetty avaruuskoettimen asettamiseksi toisen planeetan kiertoradalle. Tällä taloudellisemmalla ja turvallisemmalla tekniikalla on haittana vaatia merkittäviä takaradan korjauksia. Pioneer Venus Orbiter on kolmas avaruuskoetin, joka kiertää Venusta, mutta ensimmäinen amerikkalainen avaruusalus.

Tieteellisen tehtävän edistyminen

Pioneer Venus Orbiter -matkan alkuajaksi oli asetettu 243 päivää (Venusian vuoden kesto), mutta jo ennen Venuksen ympärillä kiertävää avaruuskoetinta NASA: n viranomaiset olivat valtuuttaneet operaation jatkamisen mahdollistamaan tieteellisten lisätietojen kerääminen ja suorita tutkakartoitus. Kahden ensimmäisen vuoden aikana tehdään lähes 100 kiertoradan korjausta pitämään avaruuskoetin nimellisellä kiertoradallaan. SisäänHeinäkuu 1990660 päivän käytön jälkeen nämä toimet ovat käytännössä tyhjentäneet hydratsiinin, josta jäljellä on vain 4,5  kg . Operaation keston pidentämiseksi operaattorit antoivat tästä päivästä lähtien perigeen korkeuden kehittymään Venuksen ja Auringon painovoimien sekä aurinkotuulen työnnön seurauksena avaruuskoettimen rungossa. Perigee nousee siten vähitellen 160 km: stä 2270  km: iin (saavutetaan vuonna 2001)Kesäkuu 1986) ennen kuin alkoi laskea uudelleen, kunnes avaruuskoetin tuli Venusian ilmakehän tiheisiin kerroksiin vuonna 1992. Korkean perigee-vaiheen aikana, johon ilmakehän vastus ei vaikuttanut juurikaan, tutkijat pystyivät suorittamaan tarkempia mittauksia Venuksen painovoimakentästä. Toisaalta samoista syistä he eivät voineet suorittaa ilmakehän in situ -mittauksia aurinkosyklin vähimmäishetkellä . Vuonna 1991, kuten odotettiin, avaruuskoettimen kiertoradan perigeetti on eteläisen pallonpuoliskon yläpuolella 700 km : n korkeudessa  . Operaattorit eivät aktivoi tutkaa uudelleen, koska paljon voimakkaammalla tutalla varustettu Magellan- koetin asetettiin Venuksen kiertoradalle10. elokuuta 1990. SisäänSyyskuu 1992, avaruuskoetin aloittaa joukon toimenpiteitä estääkseen sen perigee-putken pudottamisen eri häiritsevien voimien vaikutuksesta alle 130  km: iin , mikä laukaisisi sen ilmakehään palaamisen ja tuhoutumisen. Mutta lokakuussa avaruuskoetin käytti viimeiset ponneainevarannot säilyttääkseen korkeutensa ja8. lokakuuta, Vaikka sen silmukka 5055 e kiertää, perigeen korkeus putoaa 128  km: iin ja vetovoimat tuhoavat koettimen.

Tieteelliset tulokset

Pioneer Venus Orbiter on saavuttanut tavoitteensa. Operaation aikana avaruuskoetin välitti yli 10 gigabittiä tietoa, joka vuonna 1990 oli johtanut 1000 tieteelliseen viestintään. Operaation kustannukset olivat 80 miljoonaa dollaria koettimen toteuttamiseksi ja noin 45 miljoonaa toimintaa varten.

Geologia

Pioneer Venus Orbiter -magnetometrin magneettikentän mittaukset vahvistavat, että Venuksella ei ole sisäistä magnetoa. Maan ja Venuksen pinnat ovat syvästi erilaisia. Maapallolla erotetaan toisaalta alueet, jotka ovat lähellä keskimääräistä korkeutta (0  km korkeutta tai valtamerien tasoa), jotka edustavat 35% kokonaispinnasta (vastaavat mannermaisia ​​pintoja), ja toisaalta valtamerialtaat. (65% pinnasta), jonka keskimääräinen korkeus on −5  km vertailutasosta. Venuksella 60% pinnasta poikkeaa alle 500 metrillä 6051,4 km: n keskimääräisestä tasosta  . Keskitason yläpuolella olevat alueet eivät ole korkeammat eivätkä edusta kovin erilaista osuutta kuin maapallolla, mutta keskitason alapuolella olevat alueet edustavat marginaalista osuutta alueesta.

Tunnelma

Avaruussondin instrumentit osoittavat, että vedyn ionit ja atomit pakenivat Venuksen ilmakehästä, mikä ajan myötä voisi selittää vesihöyryn puuttumisen. Deuterium / vety- suhteen mittaaminen massaspektrometrillä vahvistaa ilmakehän paeta teorian . Ultraviolettispektrometri tunnistaa ylemmän ilmakehän komponentit rikkidioksidin, vesihöyryn ja rikkihapon roolin ymmärtämiseksi "rikkisyklissä". Rikkidioksidipitoisuuden väheneminen havaitaan tehtävän aikana, joka on edelleen selittämätöntä, mutta joka johtuu tulivuoren laskusta tai yksinkertaisesti ilmakierron muutoksista. Valokuvapolimetri antaa mahdollisuuden dokumentoida planeetan ilmakehän superkierto (4 päivää), mutta myös tarkkailla ilmakehän rakenteen muutoksia, erityisesti Y-muotoisten rakenteiden pysyvyyttä.

Ionosfäärin / aurinkotuulen vuorovaikutus

Pioneer Venus Orbiter -instrumentit osoittavat, että ionosfäärissä hiilidioksidi hajoaa happiatomeiksi ja molekyyleiksi, joista ionit ovat hallitsevia. Aurinkotuuli törmäämällä Venuksen ionosfääriin saa aikaan aallon, joka sijaitsee 1,3 säteellä Venuksesta (maapallolle 14-16 maasädettä).

Komeettojen tarkkailu

Operaation aikana avaruuskoettimen instrumentit keräävät tietoja useista komeeteista, jotka kulkevat lähellä Venusta. SisäänHuhtikuu 1984, koetin mittaa komeetan Encke ultraviolettipäästöjä ja arvioi veden määrän, kun se saavuttaa kiertoradansa perigee auringon ympäri. SisäänSyyskuu 1985, lukemat suoritetaan komeetan Giacobini-Zinnerin kohdalla. Halleyn komeetan kulun aikana vuoden 1986 alussa avaruuskoetin oli ihanteellisessa paikassa tekemään komeetan havaintoja perigeeään. Havainnot maasta ovat vaikeita, koska aurinko puuttuu tilaan, kun avaruuskoetin on tällä hetkellä 0,27 tähtitieteellistä yksikköä komeetasta. Kahden viime kuukauden havaintojen avulla voimme laskea, että komeetta karkottaa noin 40 tonnia vettä sekunnissa, kun se kulkee mahdollisimman lähellä aurinkoa. Muita komeettojen kulkuja, jotka ovat vähemmän tieteellisesti hedelmällisiä, havaitaan myöhemmin.

Huomautuksia

  1. Emme voi moduloida tämän tyyppisen moottorin työntövoimaa

Viitteet

  1. Aurinkokunnan robottitutkimus Osa 1 Kulta-aika 1957-1982 , s.  262-276
  2. Pioneer Venus Orbiter: 11 vuoden tiedot 1990 , s.  6
  3. Pioneer Venus Orbiter: 11 vuoden tiedot 1990 , s.  5
  4. Pioneer Venus Press kit 1978 , s.  48-58
  5. (de) Bernd Leitenberger, "  Pioneer Venus Orbiter  " (käytetty 8. maaliskuuta 2015 )
  6. Pioneer Venus Press kit 1978 , s.  63-70
  7. (en) Lawrence Colin , DM Hunten et ai. , "  Pioneer Venus Experiment Description  " , Space Science Reviews , voi.  20,1977, s.  451-525
  8. Aurinkokunnan robottitutkimus Osa 1 Kulta-aika 1957-1982 , s.  272 - 274
  9. Aurinkokunnan robottitutkimus Osa 1 Kulta-aika 1957-1982 , s.  281 - 284
  10. (in) CT Russell, "  Pioneer Venus missio  " on University of California at Los Angeles ,1992(käytetty 8. maaliskuuta 2015 )
  11. Pioneer Venus Orbiter: 11 vuoden tiedot 1990 , s.  4
  12. Pioneer Venus Orbiter: 11 vuoden tiedot 1990 , s.  17-24
  13. Aurinkokunnan robottitutkimus Osa 1 Kulta-aika 1957-1982 , s.  279
  14. Pioneer Venus Orbiter: 11 vuoden tiedot 1990 , s.  27-57
  15. Pioneer Venus Orbiter: 11 vuoden tiedot 1990 , s.  58-63
  16. Aurinkokunnan robottitutkimus Osa 1 Kulta-aika 1957-1982 , s.  281 - 282

Bibliografia

SynteesiTehtävän kuvausTieteelliset tulokset

Katso myös

Aiheeseen liittyvät artikkelit

Ulkoiset linkit