BepiColombo

BepiColombo
Mercury Planetary Orbiter (ліворуч) та Mercury Magnetospheric Orbiter (праворуч) в уяві художника
Основні параметри
ВиготівникAstrium, ISAS
ОператорЄКА ААДЯ
Тип апаратадослідницький зонд
Нині рухається доМеркурій
Штучний супутникМеркурій
Вихід на орбітуЗаплановано: 5 грудня 2025
Дата запуску20 жовтня 2018
Ракета-носійАріан-5
КосмодромКуру[1]
Технічні параметри
Маса4100 кг
РозміриMPO: 2,4×2.2×1.7 м
Mio: 1,8×1.1 м[2]
ПотужністьMPO:150 Вт
Mio:90 Вт
Джерела живленняСонячні панелі
Вебсторінка
Вебсторінкаsci.esa.int/bepicolombo/
global.jaxa.jp/projects/sat/bepi/

BepiColombo — спільна автоматична космічна місія до Меркурія Європейської космічної агенції (ЄКА) і Японського агентства аерокосмічних досліджень (JAXA)[3]. Місія складається з двох космічних апаратів, які запущені разом: Mercury Planetary Orbiter (MPO) та Mio (Mercury Magnetospheric Orbiter, MMO)[4]. Місія здійснить всебічне дослідження Меркурія: магнітне поле, магнітосферу, структуру і поверхню. Запуск успішно здійснено 20 жовтня 2018 року у 01:45 UTC, прибуття до Меркурія планується у грудні 2025 року, після обльоту Землі, двох обльотів Венери і шістьох обльотів Меркурія[2][5]. Місія була затверджена у листопаді 2009-го, після років планування і має стати частиною програми ЄКА Horizon 2000+[6]. Це остання місія за цією програмою[7].

Місія

BepiColombo названо на честь італійського математика та інженера Джузеппе Коломбо[en] (1920—1984) з Падуанського університету, відомого під ім'ям «Bepi Colombo». Він розробив теорію гравітаційного маневру, яка застосовується для польотів космічних апаратів до інших планет. Коломбо брав участь у розробці траєкторії корабля «Марінер-10» — космічного апарата, який другий зробив гравітаційний маневр (поблизу Венери).

Місія складається з трьох компонентів[8]:

  • Mercury Transfer Module (MTM) — рухова установка, сконструйована ЄКА.
  • Mercury Planetary Orbiter (MPO) — побудований ЄКА.
  • Mercury Magnetospheric Orbiter (Mio) — побудований ААДЯ.
Заплановані орбіти для апаратів Mio і MPO, двох складових місії BepiColombo

Головний підрядник ЄКА — Airbus Defence and Space[9]. ЄКА відповідальна за місію загалом, конструкцію, етап збірки і тестування рухової установки і модулей MPO, запуск. Два зонди планується запустити ракетою-носієм «Аріан-5» у жовтні 2018 року. Станція подорожуватиме до Меркурія сім років, використовуючи іонні двигуни і гравітаційні маневри довкола Землі, Венери, після чого буде захоплений гравітацією Меркурія[2]. Наземна 35-метрова станція ЄКА Cebreros забезпечуватиме зв'язок з апаратом.

Апарати вийдуть на орбіту Меркурія 5 грудня 2025 р., Mio та MPO відділяться і досліджуватимуть Меркурій один рік із можливим подовженням на рік[2]. Вони будуть обладнані науковими інструментами країн ЄС і Японії. Інструменти мають охарактеризувати велике металеве ядро планети (​3/4 радіусу планети) і здійснити картографування гравітаційного і магнітного полів. Росія забезпечить інструменти: гамма- та нейтронний спектрометр для виявлення водяного льоду у полярних кратерах, які перманентно перебувають у тіні від Сонця.

Меркурій надто малий і гарячий для його гравітації, щоб зберегти атмосферу впродовж тривалого періоду. Він має «слабу поверхневу екзосферу»[10], яка складається з водню, гелію, кисню, натрію, кальцію, калію. Екзосфера планети не стабільна, атоми постійно втрачаються і поповнюються з різних джерел, місія вивчатиме їх склад і динаміку, зокрема покоління і втрату атомів.

Цілі

Головні цілі місії[1][11]:

  • Дослідити походження й еволюцію планети, близької до своєї батьківської зорі.
  • Дослідити форму планети, структуру, поверхню, геологію, склад і кратери.
  • Дослідити склад і зміни в екзосфері планети.
  • Дослідити магнітосферу — структуру й динаміку змін.
  • Дослідити походження магнітного поля Меркурія.
  • Перевірити загальну теорію відносності Ейнштейна вимірюючи параметри гамма і бета параметризованого постньютонівського формалізму з високою точністю[12][13].

Огляд місії

Політ триватиме сім років. Попри те, що Меркурій перебуває вдесятеро ближче до Землі, ніж Юпітер, подорож до нього триває приблизно стільки ж часу. Це пов'язано з тим, що апарат BepiColombo повинен постійно знижувати свою швидкість через потужне гравітаційне тяжіння Сонця[14]. Прибуття до Меркурія очікується у грудні 2025 року. BepiColombo має електроракетні двигуни, випробувані на зонді «Смарт-1». Для економії палива протягом польоту BepiColombo здійснить чотири гравітаційних маневри в полі тяжіння Місяця, Землі (квітень 2020 року), Венери (2020 і 2021 роки) й шість обльотів Меркурія (2021—2025)[2].

Космічний апарат залишив Землю на швидкості, яка перевищувала гіперболічну на 3,475 км/с. Спочатку апарат перебував на орбіті, схожій на орбіту Землі. Після того як станція і Земля здійснили по півтори орбіти, апарат повернувся до Землі для гравітаційного маневру і змінив напрямок руху для перельоту до Венери. Два обльоти Венери зменшили перигелій майже до відстані Меркурія, майже не потребуючи тяги. Послідовність шести обльотів Меркурія мають зменшити відносну швидкість до 1,84 км/с. На останніх чотирьох обертах космічний апарат зменшуватиме відносну швидкість щодо Меркурія до моменту, коли Меркурій слабко захопить апарат у своє гравітаційне поле, без виконання окремого маневру виходу на орбіту Меркурія. Це має статися 5 грудня 2025 року. У цей час електрорушійна утановка (MTM) відділиться від орбітального комплексу (MPO) й останній повільно дрейфуватиме у гравітаційному полі Меркурія. Йому буде потрібен один невеликий маневр, щоб вийти на орбіту з апоцентром на відстані 178 000 км. Апарат використає хімічні двигуни[15][16].

Етапи місії

Графік руху місії виглядає так[2]:

Дата Подія Коментар
20.10.2018 Запуск
06.04.2020 Обліт Землі 1,5 року після запуску.
12.10.2020 Перший обліт Венери
11.07.2021 Другий обліт Венери 1,35 року Венери після першого обльоту Венери.
02.10.2021 Перший обліт Меркурія
23.06.2022 Другий обліт Меркурія 2 орбіти (3 роки Меркурія) після 1-го обльоту Меркурія.
20.06.2023 Третій обліт Меркурія >3 орбіти (4,12 року Меркурія) після 2-го обльоту Меркурія.
05.09.2024 Четвертий обліт Меркурія ~4 орбіти (5,04 року Меркурія) після 3-го обльоту Меркурія.
02.12.2024 П'ятий обліт Меркурія 1 орбіта (1 рік Меркурія) після 4-го обльоту Меркурія.
09.01.2025 Шостий обліт Меркурія ~0,43 орбіти (0,43 року Меркурія) після 5-го обльоту Меркурія.
05.12.2025 Вихід на орбіту Меркурія Відділення апарата; 3,75 року Меркурія після 6-го обльоту.
14.03.2026 MPO на фінальній дослідницькій орбіті 1,13 року Меркурія після виходу на орбіту.
01.05.2027 Кінець основної місії 5,82 року Меркурія після виходу на орбіту.
01.05.2028 Кінець розширеної місії 9,98 року Меркурія після виходу на орбіту.

Склад

Mercury Transfer Module

Mercury Transfer Module у великому космічному симуляторі

Mercury Transfer Module (MTM) розташований в основній конструкції. Його мета — нести два орбітальних апарати до Меркурія і технічно їх підтримувати під час подорожі.

МТМ обладнаний двигунами на електричній тязі. Його чотири іонні двигуни QinetiQ T6 мають здатність працювати по одному або у парі і генерують тягу у 290 мН[17]. Під час запуску T6 будуть найпотужнішими іонними двигунами, які коли-небудь працювали у космосі. MTM використовуватиме електричну тягу використовуючи 14 метрові сонячні панелі[18]. Залежно від відстані до Сонця потужність батарей складатиме 7 і 14 кВт, кожен Т6 потребує між 2,5 і 4,5 кВт відповідно до необхідного рівня тяги.

Сонячна електрична рухова система зазвичай має дуже високий питомий імпульс і низьку тягу. Це призводить до профілю політу з довгими місячними фазами повільного гальмування, які перериваються гравітаційними маневрами довкола планет, щоб поступово зменшити швидкість космічного зонда. Перед виходом на орбіту Меркурія, МТМ буде від'єднаний від корпусу космічного зонда[18]. Після відділення МТМ забезпечить Mio всі необхідні ресурси для доставки зонда на орбіту, від'єднання Mio від MPO має здійснюватись за допомогою спеціального пристрою.

Mercury Planetary Orbiter

Mercury Planetary Orbiter у великому космічному симуляторі
Радіо тестування орбітального апарата BepiColombo

Mercury Planetary Orbiter (MPO) важитиме 1150 кг і використовуватиме сонячні панелі, які будуть здатні генерувати 1 кВт за участі оптичних сонячних рефлекторів для збереження температури нижче 200 °C. Сонячні панелі мають бути направлені до Сонця за низького кута падіння світла, щоб отримати достатню потужність, одночасно обмежуючи температуру[18].

MPO матиме 11 наукових інструментів: камери, спектрометри (інфрачервоний, ультрафіолетовий, гамма, рентгенівський), радіометр, лазерний альтиметр, магнітометр, аналізатор часток, Ка-діапазонний транспондер, акселерометр. Наукові інструменти вмонтовані з надірної сторони космічного апарата для досягнення низьких температур детекторів, окрім спектрометрів MERTIS і PHEBUS, які розташовані на головному радіаторі для забезпечення більш широкого поля огляду[18].

Високочастотна 1-метрова антена з тепловим захистом закріплена на короткій стрілі з зенітної сторони апарата. Система зв'язку представлена у Ка- та Х-діапазонах зі швидкістю передачі даних 50 кбіт/с і загальною швидкістю 1550 Гб/рік. Наземна станція ЄКА «Цереброс» з 35-метровою антеною має бути головним центром зв'язку впродовж всієї місії[18].

Наукові інструменти

Має 11 наукових приладів[19][20]:

  • BELA (BepiColombo Laser Altimeter) — побудований Швейцарією і Німеччиною.
  • ISA (Italian Spring Accelerometer) — побудований Італією.
  • MERMAG (Mercury Magnetometer) — побудований Німеччиною і Великою Британією.
  • MERTIS-TIS (Mercury Thermal Infrared Spectrometer) — побудований Німеччиною.
  • MIXS (Mercury Imaging X-ray Spectrometer) — побудований Великою Британією і Фінляндією.
  • MORE (Mercury Orbiter Radio science Experiment) — побудований Італією і США.
  • SERENA (Search for Exosphere Refilling and Emitted Neutral Abundances (Neutral and ionised particle analyser)) — побудований Італією, Швецією, Австрією, США, має у складі Strofio mass spectrometer за програмою НАСА Discovery.
  • SIMBIO-SYS (Spectrometers and Imagers for MPO BepiColombo Integrated Observatory System — High resolution and stereo cameras, visual and near infrared spectrometer) — побудований Італією, Францією і Швейцарією.
  • SIXS (Solar Intensity X-ray Spectrometer) — побудований Фінляндією і Великою Британією.
  • PHEBUS (Probing of Hermean Exosphere by Ultraviolet Spectroscopy)[21] — ультрафіолетовий спектрометр для вимірювання складу і динаміки екзосфери Меркурія. Головний розробник — Національний центр космічних досліджень Франції. Розробка відділу фізики планет ІКД РАН — вхідний оптичний блок із системою наведення приладу в заданому напрямку. Так само в розробці бере участь Японія.
  • МГНС (Меркуріанський гамма- та нейтронний спектрометр) або MGNS (Mercury Gamma ray and Neutron Spectrometer)[22]. Завдання: вивчення елементного складу речовини поверхні Меркурія, що дозволить уточнити уявлення про утворення і еволюцію планети; виміри відносини калію до торію та зіставлення цієї величини з тими, що відомі на інших планетах земної групи, а також вивчення полярних районів Меркурія і зіставлення їх із полярними районами Місяця. Прилад розроблений у відділі ядерної планетології ІКД РАН.

Mio (Mercury Magnetospheric Orbiter)

Mio у випробувальній камері перед встановленням

Mio, або Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO), побудований і доставлений із Японії, має форму короткої октагональної призми 180 см у довжину і 90 см у висоту[1][23]. Загальна маса — 285 кг, у тому числі 45 кг наукового обладнання[1][24].

Mio має обертатися довкола екватора Меркурія зі швидкістю 15 обертів за хвилину і вийде на високоеліптичну полярну орбіту (400 км на 12 000 км) ззовні орбіти MPO[24]. Верхня і нижня частина апарата мають радіатори з ребрами для регулювання температури. Сторони вкриті сонячними панелями, які здатні генерувати 90 Вт енергії. Зв'язок здійснюватиметься за допомогою 0,8-метрової Х-діапазонної посиленої антени і двох антен середньої потужності також Х-діапазону. Потужність обладнання забезпечуватиме повернення даних 160 Гб/рік, 5 кб/с, чого буде досить більш ніж на рік. Рухова установка і маневрові системи апарата засновані на тязі холодного газу. Після виходу на орбіту Меркурія Mio має керуватись з Sagamihara Space Operation Center, використовуючи Космічний центр далекого зв'язку Усуда, за допомогою 64 м антени, розташованої у префектурі Наґано, Японія[19].

Mercury Magnetospheric Orbiter названий Mio 8 червня 2018 року. Японською Mio означає водний шлях для суден і символізує дослідження і розвиток, який досягнутий на сьогодні, а також побажання безпечної подорожі. Космічний апарат дослідить сонячний вітер, що протікає повз і досягає магнітосфери Меркурія, так само як і корабель рухається крізь течії. Mio був обраний серед 6494 пропозицій[4].

Наукові інструменти

Має п'ять груп наукових інструментів загальною масою 45 кг[1][19]:

  • MPPE (Mercury Plasma Particle Experiment) — вивчатиме плазму і нейтральні частинки з планети, магнітосфери і міжпланетний сонічний вітер, інструмент складається зі складових: — Mercury Electron Analyzers (MEA1 та MEA2); — Mercury Ion Analyzer (MIA); — Mass Spectrum Analyzer (MSA); — High-Energy Particle instrument for electrons (HEP-ele); — High-Energy Particle instrument for Ions (HEP-ion); — Energetic Neutrals Analyzer (ENA).
  • Mercury Magnetometer (MMO-MGF) — вивчатиме магнітне поле Меркурія, магнітосферу і міжпланетний сонячний вітер;
  • Plasma Wave Investigation (PWI) — вивчатиме електричне поле, електромагнітні хвилі і радіо хвилі від магнітосфери і сонячного вітру
  • MSASI (Mercury Sodium Atmospheric Spectral Imager)[25] — камера спостереження в променях натрію, розробляється в кооперації Росії та Японії. Головне завдання приладу — визначення причин появи натрію в екзосфері Меркурія;
  • Mercury Dust Monitor (MDM) — вивчатиме пил від планети і у міжпланетному просторі.

Mercury Surface Element

Mercury Surface Element (MSE) був скасований у 2003 році через нестачу коштів[7]. До скасування MSE мав бути невеликим 44 кг спускним апаратом, призначеним для роботи на поверхні Меркурія впродовж тижня[15]. Диск діаметром 0,9 м мав приземлитись під кутом 85° біля термінатору. Маневри двигуна призвели б до нульової швидкості на висоті 120 м, після чого рухова установка мала від'єднатись і активувати повітряні подушки; модуль мав упасти на поверхню з максимальною швидкістю 30 м/с. Наукові дані мали бути зібрані й надіслані за допомогою крос-дипольної UHF антени до Mio або MPO. Спускний апарат мав нести 7 кг наукового навантаження: спускна і поверхнева камери, рентгенівський спектрометр, магнітометр, сейсмометр, пристрій для проникнення в ґрунт і мікро-ровер[26].

Хід місії

27 червня 2022 року BepiColombo вдруге пролетів повз Меркурій на відстані 200 км від його поверхні та зробив низку знімків планети[27]. З 56 фотографій вчені склали відеоролик, на якому видно особливості поверхні планети, а також один із найбільших ударних кратерів у Сонячній системі[28].

19 червня 2023 року, о 22:34 (за київським часом) апарат BepiColombo здійснив третій проліт повз Меркурій, на відстані 237 км від його поверхні. Головна мета близького прольоту полягала в тому, щоб зменшити свою швидкість (на 0,8 км/с). Щоб вийти на орбіту навколо Меркурія у 2025 році, апарат має виконати ще три таких прольоти: у вересні та грудні 2024 року, а також у січні 2025 року. Після цього апарат вийде на орбіту навколо планети.

Космічний апарат BepiColombo складається з двох модулів і частина його приладів перебуває ще в неактивному стані. Але деякі з них працюють, зокрема це стосується камер низької роздільної здатності, які дають змогу робити чорно-білі зображення поверхні найближчої до Сонця планети.

Під час попередніх обльотів Меркурія прилади апарата, що працюють, зібрали деякі дані. Наприклад, BepiColombo провів вперше в історії вивчення слабкої магнітосфери Меркурія. Утім, найцінніші дані мають бути зібрані під час основної місії[14][29].

4 вересня 2024 року космічна станція передала на Землю перші зображення південного полюса Меркурія. Знімки вдалося отримати під час завершення четвертого обльоту Меркурія, коли апарат пролетів на рекордно близькій відстані всього 165 км від поверхні планети[30].

Див. також

Примітки

  1. ↑ а б в г д MIO/BepiColombo. JAXA. 2018. Архів оригіналу за 24 червня 2018. Процитовано 9 липня 2018.
  2. ↑ а б в г д е BepiColombo Factsheet. European Space Agency. 6 липня 2017. Архів оригіналу за 10 вересня 2017. Процитовано 6 липня 2017.
  3. ↑ Amos, Jonathan (18 січня 2008). European probe aims for Mercury. BBC News. Архів оригіналу за 16 травня 2019. Процитовано 21 січня 2008.
  4. ↑ а б MIO - Mercury Magnetospheric Orbiter's New Name (Пресреліз). JAXA. 8 червня 2018. Архів оригіналу за 12 червня 2018. Процитовано 9 червня 2018.
  5. ↑ BepiColombo Launch Rescheduled for October 2018. European Space Agency. 25 листопада 2016. Архів оригіналу за 19 березня 2017. Процитовано 14 грудня 2016.
  6. ↑ BepiColombo Overview. European Space Agency. 5 вересня 2016. Архів оригіналу за 28 грудня 2018. Процитовано 13 березня 2017.
  7. ↑ а б Critical Decisions on Cosmic Vision (Пресреліз). European Space Agency. 7 листопада 2003. No. 75-2003. Архів оригіналу за 10 листопада 2018. Процитовано 14 грудня 2016.
  8. ↑ Hayakawa, Hajime; Maejima, Hironori (2011). BepiColombo Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO) (PDF). 9th IAA Low-Cost Planetary Missions Conference. 21–23 June 2011. Laurel, Maryland. Архів оригіналу (PDF) за 23 лютого 2020. Процитовано 12 серпня 2018.
  9. ↑ BepiColombo to Enter Implementation Phase. European Space Agency. 26 лютого 2007. Архів оригіналу за 28 лютого 2018. Процитовано 12 серпня 2018.
  10. ↑ Domingue, Deborah L.; Koehn, Patrick L. та ін. (August 2007). Mercury's Atmosphere: A Surface-Bounded Exosphere. Space Science Reviews. 131 (1–4): 161—186. Bibcode:2007SSRv..131..161D. doi:10.1007/s11214-007-9260-9.
  11. ↑ BepiColombo: Fact Sheet. European Space Agency. 1 грудня 2016. Архів оригіналу за 20 травня 2016. Процитовано 13 грудня 2016.
  12. ↑ BepiColombo - Testing general relativity. European Space Agency. 4 липня 2003. Архів оригіналу за 7 лютого 2014. Процитовано 7 лютого 2014.
  13. ↑ Einstein's general relativity reveals new quirk of Mercury's orbit [Архівовано 16 червня 2018 у Wayback Machine.]. Emily Conover, Science News. April 11, 2018,
  14. ↑ а б Space (20.06.2023, 12:09). Космічний апарат BepiColombo підлетів до Меркурія на 230 км: і це лише початок. Фокус.
  15. ↑ а б BepiColombo. National Space Science Data Center. NASA. 26 серпня 2014. Архів оригіналу за 29 січня 2017. Процитовано 6 квітня 2015.
  16. ↑ Mission Operations - Getting to Mercury. European Space Agency. Архів оригіналу за 22 лютого 2014. Процитовано 7 лютого 2014.
  17. ↑ Clark, Stephen D.; Hutchins, Mark S. та ін. (2013). BepiColombo Electric Propulsion Thruster and High Power Electronics Coupling Test Performances. 33rd International Electric Propulsion Conference. 6–10 October 2013. Washington, D.C. IEPC-2013-133. Архів оригіналу за 20 грудня 2016. Процитовано 24 жовтня 2018.
  18. ↑ а б в г д Mercury Planetary Orbiter - Spacecraft. European Space Agency. 20 жовтня 2011. Архів оригіналу за 22 лютого 2014. Процитовано 6 лютого 2014.
  19. ↑ а б в MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter) : Objectives. JAXA. 2011. Архів оригіналу за 2 травня 2013. Процитовано 7 лютого 2014.
  20. ↑ Mercury Planetary Orbiter - Instruments. European Space Agency. 15 січня 2008. Архів оригіналу за 22 лютого 2014. Процитовано 6 лютого 2014.
  21. ↑ Ультрафиолетовый спектрометр PHEBUS. ИКИ РАН. Отдел физики планет и малых тел Солнечной системы. Архів оригіналу за 13 травня 2017. Процитовано 18 серпня 2018. [Архівовано 2017-05-13 у Wayback Machine.]
  22. ↑ Меркурианский гамма и нейтронный спектрометр МГНС для проекта ЕКА «БепиКоломбо». ИКИ РАН. Отдел №63 "Ядерной планетологии". Архів оригіналу за 18 серпня 2018. Процитовано 18 серпня 2018.
  23. ↑ Yamakawa, Hiroshi; Ogawa, Hiroyuki та ін. (January 2004). Current status of the BepiColombo/MMO spacecraft design. Advances in Space Research. 33 (12): 2133—2141. Bibcode:2004AdSpR..33.2133Y. doi:10.1016/S0273-1177(03)00437-X.
  24. ↑ а б Mercury Exploration Project "BepiColombo" (PDF). JAXA. 2014. Архів оригіналу (PDF) за 26 квітня 2014. Процитовано 6 квітня 2015.
  25. ↑ Камера наблюдения в лучах натрия MSASI. ИКИ РАН. Отдел физики планет и малых тел Солнечной системы. Архів оригіналу за 5 травня 2017. Процитовано 19 серпня 2018. [Архівовано 2017-05-05 у Wayback Machine.]
  26. ↑ BepiColombo's lander. European Space Agency. 20 лютого 2002. Архів оригіналу за 22 лютого 2014. Процитовано 7 лютого 2014.
  27. ↑ Watch Mercury roll by as BepiColombo probe makes superclose flyby (video). // By Tereza Pultarova published June 27, 2022
  28. ↑ Наблизився на 200 км. BepiColombo підлетів до Меркурія та зробив знімки планети (відео). 28.06.2022, 11:15
  29. ↑ Tereza Pultarova (20 червня 2023). Europe's BepiColombo spacecraft zooms within 150 miles of Mercury in close flyby. Space.
  30. ↑ BepiColombo's best images yet highlight fourth Mercury flyby. www.esa.int (англ.). 5 вересня 2024. Процитовано 10 вересня 2024.

Посилання