Марс Экспресс (российские элементы научной аппаратуры)
реклама
Марс Экспресс (российские элементы научной аппаратуры) Космический проект финансируется ЕКА, эксперименты – национальными космическими агентствами, российское участие в трех приборах финансировалось Федеральным космическим агентством Omega VNIR Интерпретация результатов осуществляется при поддержке Российского Фонда Фундаментальных исследований Общие сведения о проекте Марс-Экспресс- первая экспедиция европейского космического агентства к Марсу для исследований атмосферы, поверхности и истории климата Марса и окружающего Марс пространства – прямой наследник Российского Марс 96. Основные составные части миссии – орбитальный аппарат (искусственный спутник Марса) с приборами дистанционного зондирования и посадочный аппарат Beagle 2 (малая станция), предложенный британскими учеными. Оба этих элемента были выведены на межпланетную траекторию при помощи коммерческого запуска российской РН «Союз» с разгонным блоком «Фрегат» с космодрома Байконур. В проекте принимают участие ученые и специалисты Франции, Великобритании, Италии, Германии, Швеции, США, России, и многих других стран. Общая стоимость проекта –145 млн. евро подтвержденных затрат ESA, и более 300 млн. евро с учетом затрат партнеров, считая и стоимость разработки приборов в рамках Марс 96. Пять из научных приборов спутника (HRSC, OMEGA, PFS, ASPERA и SPICAM) были первоначально изготовлены для Марс 96. В разработке заключена значительная часть их стоимости. Российские ученые принимают участие во всех 7 экспериментах проекта как соисследователи, для трех приборов (OMEGA, PFS и SPICAM) поставлены важные элементы. Основные характеристики КА Марс Экспресс Масса 1 108 кг, включая 428 кг топлива, 113 кг научных приборов и 60 кг посадочный аппарат Бигл 2 Размеры 1,5 м x 1,8 м x 1,4 м Запуск 2 июня 2003 г с космодрома Байконур РН Союз ФГ с разгонным блоком Фрегат Научные задачи проекта и средства их достижения Научные задачи проекта Mars Express очень разнообразны. Это решение таких вопросов как поиск и детализация подпочвенной воды, анализ геологического строения планеты; комплексные исследования климата, гидрологического цикла, взаимодействия с солнечным ветром. Mars Express призван ответить на вопросы: Вероятно, Марс в прошлом имел более теплый климат, более плотную атмосферу, жидкую воду на поверхности. Почему все изменилось? Каковы современные запасы Н2О и СО2 на Марсе? Каково внутреннее строение этой планеты? Какие геологические процессы формируют ее поверхность? Как работают атмосферно-климатические процессы на Марсе? Есть ли там живые организмы или следы вымершей биосферы? Марс Экспресс - приборы Выход на орбиту Марса 26 декабря 2003г Орбита Околополярная (наклонение 86°) сильно эллиптическая Высота Между 250 и 11 500 км первые 440 сут. и между 290 и 10 100 км далее Период обращения 7 ч 30 мин первые 440 сут. и 6 ч 42 мин далее Номинальная продолжительность миссии 1 марсианский год, т.е. 687 сут a) ASPERA - анализатор частиц для исследования взаимодействия атмосферы Марса с солнечным ветром Спектрометр «просвечивания» SPICAM для исследования атмосферы Спектрометр высокого разрешения PFS для исследования состава и температуры атмосферы Спектрометр OMEGA для минералогического картирования Стереокамера HRSC (10 м/пиксел) и камера высокого разрешения SRC (2 м/пиксел) для фотографирования поверхности; Длинноволновый радар MARSIS для исследования грунта на глубину до нескольких километров Эксперимент по радиопросвечиванию атмосферы и радиолокации поверхности (используется штатная радиосистема) Посадочный аппарат Beagle 2 Эксперименты Марс-Экспресс с участием России: картирующий спектрометр ОМЕГА Основные характеристики спектрометра ОМЕГА b) Спектральный диапазон, нм Спектральное разрешение, нм c) Сканирующее устройство ОМЕГА Вид. канал ИК канал 500-1050 1000-5200 6 15-25 Поле зрения, град. 8,8° Угловое разрешение, мрад 0,4 Пространственное разрешение , км 0,1 ОМЕГА на калибровках 23.5 кг Масса Объем информации 1.8 Гбит на сеанс ОМЕГА- картирующий спектрометр видимого и ИК диапазонов для исследования минерального состава поверхности Марса. Кооперация: Франция, Италия, Россия Российский вклад в прибор ОМЕГА – функционально законченный блок – сканирующее устройство Северный полярный район в конце полярной зимы CO2 ice 1.43mkm H2O ice 1.5 mkm Emission O2 1.27 mkm Φ =60N ОМЕГА: южная полярная шапка в видимом свете и в полосе поглощения водяного льда (содержание льда возрастает от красного к синему) Наблюдение конденсационных облаков ОМЕГА: изображения, построенные в полосах поглощения льдов СО2 и Н2О и в полосе излучения кислорода О2. Углекислый лед вероятно наблюдается на поверхности Полярный вихрь хорошо заметен в полосе водяного льда Волнистая структура в излучении кислорода возможно связана с модуляцией гравитационными волнами Φ =88N Институт космических исследований РАН, Планетные исследования Москва, ул.Профсоюзная 84/32, Контакты: (095) 333-5434, [email protected] а) 32 км б) 64 км с) 128 км OMEGA: ледяные облака: а – Ascraeus Mons , φ = 8.6 – 13.5 ° N; b – φ = 40 - 60 ° N –полярный воротник, c φ = 60 ° - 70 °- полярная шапка . Север вверху. Ширина изображения на поверхности дана под графиками. Марс Экспресс (российские элементы научной аппаратуры) Космический проект финансируется ЕКА, эксперименты – национальными космическими агентствами, российское участие в трех приборах финансировалось Федеральным космическим агентством Интерпретация результатов осуществляется при поддержке Российского Фонда Фундаментальных исследований Планетный фурье спектрометр (ПФС) был разработан для русской миссии Марс- 96 . После аварии Марс 96 он вошел в состав научной аппаратуры на Марс Экспресс. Спектральный диапазон ПФС 1.2 – 40 мкм ( 8000 – 250 см-1), спектральное разрешение 1.4 см -1, пространственное разрешение 10 км в перицентре Международная кооперация включает 7 стран: Италию, Россию, Германию, Испанию, Польшу, Францию, США Руководитель эксперимента - профессор В. Формизано (Италия) Российские соисследователи (ИКИ РАН, отд.53): В.И. Мороз, Л.В. Засова, В.И. Гнедых, А.В. Григорьев, Н. И. Игнатьев, Б.Е. Мошкин, Ю.Н. Никольский, Д.В. Пацаев, Д.В.Титов, И. В. Хатунцев, А.П. Экономов Ascraeus Mons Tharsis Alba Patera Научные задачи ПФС: исследование атмосферы и климата, минералогии и свойств поверхности. Температурные профили в атмосфере, свойства аэрозоля и малые составляющие восстанавливаются самосогласованным образом из одного спектра. ПФС работает на орбите вокруг Марса с 10.01.2004. К 15 сентября – 390 орбит. Основные научные результаты: Температурное поле (изолинии) в зависимости от высоты и широты по орбите через Ascraeus Mons (10° N ) и край Alba Patera (40° N). Полярный воротник имеет плотные ледяные облака и инверсию в температурном профиле около 10км. Он наблюдается при φ> 48 N, а край поляной шапки, состоящей из льда СО2, наблюдается φ>62 N -log(P,mb) температурные профили от поверхности до 60 км высоты и поля температуры в координатах широта-высота вдоль каждой орбиты, оптическая толщина и эффективный размер частиц пыли и облаков содержание Н2О и СО в атмосфере; содержание СН4 и его вариации относительное содержание льдов Н2О , СО2 и пыли в остаточной южной полярной шапке строение сезонной северной полярной шапки и атмосферы над ней в конце северной зимы Temperature, K Ascraeus Mons Ice H2O CO2 Профили температуры, при φ 30-88 N. Штрих-пунктирными линиями показаны температуры конденсации H2O при 0.1, 1, 10, 100, 200, 300 и 400 ppm соответственно. Пунктирная линия - температура конденсации CO2. Сильная температурная инверсия наблюдается в полярном воротнике, падение температуры с высотой при H>20км в полярном воротнике сменяется нагревом над полярной шапкой из СО2 dust dust Hellas 6 Примеры спектров ПФС В длинноволновом канале Hellas Hellas Èí òåí ñèâí î ñòü, ì Âò/ì 2/ñì -1 3 Isidis Isidis Содержания паров воды вдоль орбит 10-320. В низких северных широтах наблюдается максимум содержания воды на долготах 0 – 50°. Пример спектра ПФС в коротковолновом канале Èí ñòðóì åí òàëüí û å äåòàëè ÑÎ 2 H 2O ÑÎ 1 Оптическая толщина пыли. Нижняя кривая – нормированная высотa поверхности. 2 ÑÎ Í 2 ÑÎ 0 2000 2Î CO2 2 4000 6000 Âî ëí î âî å ÷èñëî , ñì 8000 -1 Эксперименты Марс-Экспресс с участием России: универсальный спектрометр СПИКАМ Блок электроники Российский ИК канал СПИКАМ - многофункциональный спектрометр для исследования атмосферы Марса, в том числе методом наблюдений затмений Солнца и звезд. Кооперация: Франция, Россия, Бельгия, США Российский вклад в СПИКАМ – функционально законченный канал – спектрометр ближнего ИК излучения. УФ канал Одновременные измерения озона и водяного пара показывают насколько условия на Марсе «пригодны» для жизни Проведена прямая проверка теории что водяной пар разрушает озон. Это имеет большое значение для будущего Земли: глобальное потепление вызывает увеличения содержания воды в стратосфере, что является потенциальным источником опасности для озонового слоя Земли (сравнительная СПИКАМ ИК: другой способ измерения озона планетология) Эмиссия O21g говорит о том, что озон выше 15km Солнце УФ канал 40x40 Надир Солнечная линия CO2 M Параболическое зеркало Щель Диф. решетка Длина волны, нм ПЗС усислитель изображения ИК канал оптоволокно СПИКАМ-ИК (российский канал) Диафрагма поля зрения Ловушка Надир ИК детекторы Лед H2O Ø30 АОПФ Телескоп M Основные характеристики спектрометра СПИКАМ Спектральный диапазон, нм Спектральное разрешение, нм Угловое разрешение, мрад надир затмения Масса Объем информации УФ канал ИК канал 118-320 1000-1700 0.9 0.5-1.2 0.2х1 0.2 17.5 1.5 4.9 кг 30 Мбит на орбиту Спектр Южной полярной шапки в сравнении с лабораторным спектром смеси льдов CO2 и H2O Длина волны, нм Предполагалось, что постоянная часть Южной шапки Марса состоит из льда CO2, но до сих пор прямых подтверждений не было. Их получили ИК-спектрометры спутника Марс Экспресс в январе 2004 г, показав что присутствуют оба вида льда: водяной и углекислотный Вертикальные профили (10-120км) атмосферы позволят проверить точность моделей, - обеспечивающих прогнозы для аэроторможения и аэрозахвата космических аппаратов в будущих миссиях Институт космических исследований РАН, Планетные исследования Москва, ул.Профсоюзная 84/32, Контакты: (095) 333-5434, [email protected]
