A szonda egy űrhajó pilóta nélküli elindította a helyet , hogy tanulmányozza a kisebb vagy nagyobb távolság különböző égi objektumok : a Nap , a bolygók , törpe bolygók és kis szervezetek , a műholdak , a bolygóközi közepes vagy a csillagközi anyagban . Az űrszondát megkülönböztetik a pilóta nélküli űrhajóktól , amelyek a Föld pályáján maradnak . Űrszondák vehet számos formája teljesítette a feladatát: egy szondát helyezünk körül kering a megfigyelt égitest, a leszállóegység , amely feltárja a talaj a cél bolygó in situ , egy ütközés , stb Egy szonda önálló eszközöket hordozhat a vizsgálati területének növelése érdekében: al-műhold , ütközésmérő , rover , léggömb .
Az űrszondának nagy távolságokat kell megtennie, és távol kell működnie a Földtől és a Naptól , ehhez speciális berendezésekre van szükség. Elegendő energiával kell rendelkeznie ahhoz, hogy működni tudjon olyan régiókban, ahol a napsugárzás csak korlátozott energiát biztosít, nagy a döntési autonómiája, mivel a vezérlőközponttól való távolság már nem teszi lehetővé az emberi operátorok számára, hogy valós időben reagáljanak az eseményekre, megoldják a nehézzé vált telekommunikációs problémákat olyan távolságok révén, amelyek csökkentik az adatsebességet, és ellenállnak a fedélzeti elektronikával és mechanizmusokkal visszaélő sugárzásnak és szélsőséges hőmérsékleteknek . Végül, hogy célba érjen elfogadható áron és elfogadható időkeretek, az űrszonda már kifinomult navigációs és meghajtási mód: gravitációs támogatást , airbraking , ion hajtómű .
Az első űrszondák voltak Luna szondák indított a Hold a Szovjetunió az 1959 . A 1961 , a Szovjetunió indított Venyera , az első próba tanulmányozza a bolygó más, mint a Föld , ebben az esetben a Vénusz . Az orosz , aki vezető elején az űrkorszak több aktív szerepet 1988 óta, és elhagyta a helyet az Egyesült Államokban . Az Európai Űrügynökség ( Mars Express , Venus Express , Rosetta , részvétel a Cassini-Huygens szondában ) és Japán ( Hayabusa , SELENE ) szintén egyre nagyobb helyet foglal el. Végül Kína és India is a 2000-es évek vége óta végez űrszondákat. A magas fejlesztési költségek (az összeg meghaladhatja az egymilliárd eurót ) ellensúlyozása érdekében az űrszondák megvalósítása ma gyakran nemzetközi együttműködés tárgyát képezi.
Az űrszonda egy olyan személyzet nélkül indított űrjármű, amelynek célja egy vagy több égitest - bolygó , hold , üstökös , aszteroida - vagy a bolygóközi vagy csillagközi közeg felfedezése . A hasznos teher alkotják a tudományos műszerek különböző típusú - kamerák működnek, illetve nem látható fény, spektrométer , radiometers , magnetométereket, stb -, amelyek lehetővé teszik a gyűjtendő adatok in situ vagy távolról, amelyeket azután továbbítja a Földre. Ha az űrszonda általános felépítésében gyakran közel áll a Föld körül keringő mesterséges műholdhoz, számos jellemző teszi különleges eszközzé:
Mint minden űrprojekt, úgy az űrszonda fejlesztését, majd üzemeltetésének irányítását is több szakaszra osztják, amelyek jellemzői (inputok, outputok) közösek a különböző űrügynökségeknél.
Fázis | Jogosult | Célok | Szállítható | A fázis felülvizsgálatának vége | Megjegyzések |
---|---|---|---|---|---|
0 | Az igények azonosítása | Szükségletek azonosítása Kutatási koncepciók Értékelje a költségeket és a határidőket |
A misszió meghatározásának felülvizsgálata | ||
NÁL NÉL | Megvalósíthatóság | Szükségletek finomítása Értékelje a fogalmakat |
Megoldás kiválasztása | Az előzetes követelmények felülvizsgálata | |
B | Előzetes meghatározás | A megvalósíthatóság megerősítése Végezzen el egy előzetes meghatározást |
A rendszerkövetelmények áttekintése Az előzetes meghatározások áttekintése |
||
VS | Részletes meghatározás | Részletes meghatározás | Gyártási előírások | Kritikai meghatározás áttekintése | |
D | Földi termelés / képesítés | Gyártás, tesztelés | Űrhajók szállítása | Képesítés felülvizsgálata Elfogadás felülvizsgálata |
|
E | használat | Ellenőrizze az üzemkészséget, működtesse a gépet | Működési készültség áttekintése Repülési készültség áttekintés Operatív áttekintés |
Ez a szakasz az űrszonda elindításával kezdődik | |
F | Szolgáltatásból való kivonás | A környezet zavarása nélkül távolítsa el az üzemeltetési szolgálatból | Az élet vége |
A Naprendszer kutatási küldetései drágák és ezért ritkák (évente néhány küldetés összes űrügynökség együttvéve), miközben a tanulmányi tárgyak a tudományos fejlődés eredményeként szaporodnak. A kiválasztási eljárás ezért szigorú és nagyon felügyelt. A fő űrügynökségek támaszkodnak arra, hogy meghatározzák az űrkutatási stratégiájukat a fő tudományos hatóságok által készített dokumentumok alapján. A NASA számára ez a Planetary Science Decadal Survey, amelyet tízévente készítettek, míg az Európai Űrügynökség hasonló dokumentumot készített a Cosmic Vision 2004-ben létrehozott tudományos programjához a 2015–2025-ig tartó projektek számára. A francia CNES , bár rendelkezik olyan kutatási költségvetéssel, amely nem teszi lehetővé a naprendszer-kutató gépek egyedüli elvégzését, ugyanezt teszi. Ebben az összefüggésben az űrügynökség tisztán leendő ötletpályázatot indíthat, amelyet pályázati felhívás (AO) követhet. Ez utóbbi általában egy misszió kiválasztásához, majd kidolgozásához vezet. Előzetesen meghatározott költségvetési keretek között indul. A NASA-nál ez a típusú misszió költségvetési tétele rendszeresen rendelkezésre áll, mint az Új Határok vagy a Discovery esetében, amelyek évtizedenként 2, illetve 4/5 missziót tesznek lehetővé . Az ESA, amelynek a NASA költségvetésének csak a töredéke van, nagyon sokáig kiválasztja a missziókat, mielőtt azok elindulnának. A bevezetés dátumát gyakran visszaszorítják, hogy kezeljék a költségvetési korlátokat. Az ajánlattételi felhívásokra válaszoló csapatok között mérnökök és tudósok találhatók. Javaslatokat nyújtanak be, amelyek részletezik mind a tudományos célokat, mind a műszaki jellemzőket, mind a pénzügyi szempontokat. A választást tudományos bizottságok végzik, amelyek figyelembe veszik a tudományos folyamat során a tudományos hatóságok által készített dokumentumok által meghatározott hosszú távú tudományos stratégiát.
Az űrszondához alkalmazott feltárási módszert alapvetően az elérni kívánt tudományos célok és a költségkorlátok határozzák meg. Ha ez például egy bolygó első vizsgálata, akkor az ideális az, ha az űrszondát a körülötte lévő pályára helyezzük, hogy hosszú időn keresztül megfigyelést végezzünk az egész bolygón. A pályára állításhoz azonban fékezéssel meghajtott meghajtó hozzáadása szükséges, ami jelentős költségekkel jár. Emiatt dönthetünk úgy, hogy a cél egyszerű átrepülését hajtjuk végre a pálya optimalizálásával, hogy a tudományos eszközök a lehető legnagyobb mennyiségű adatot gyűjtsék össze. Végül a feltárási módszer megválasztását a nemzet vagy a nemzetek csoportjának szakértői szintje határozza meg, amely az űrszondát fejleszti. A legalacsonyabb nehézségi szint a Naprendszer belső bolygója felett repül. A Mars bolygón egy részlegesen autonóm rover eltávolítását , amelyet nagy gravitáció és légkör jellemez, csak 2013-ban hajtotta végre a NASA.
Az alkalmazott feltárási módszertől függően az űrszondák 9 fő kategóriába sorolhatók. Egyes űrszondák egyszerre több kategóriába tartoznak, például amikor összekapcsolnak egy keringőt és egy landert ( Viking ).
Az űrszondákat úgy lehet megtervezni, hogy elvégezzék a vizsgálandó égitest egyszerű felüljárását. A legegyszerűbb esetekben ezeket a szondákat csak a Föld felől érkező pontos pályára kell helyezni, hogy a tranzit során néhány apró korrekció árán elvégezhessék küldetéseiket. Az első bolygóközi szonda, mint a Mariner 4 , ilyen típusú volt. Az ilyen típusú küldetéssel elérhető célkitűzések azonban korlátozottak: a megfigyelési idő nagyon rövid, mert a szonda több km / s sebességgel repül át, az égitestnek gyakran csak az egyik oldala látható. az átrepülés és a fényviszonyok nem optimálisak. Ez a megfigyelési módszer lehet az egyetlen, amely a legtávolabbi égi objektumok esetében alkalmazható (a Plútó áttekintése a New Horizons által ). Kifinomult felderítő küldetésekre is használják, amelyek célja több bolygó vagy hold tanulmányozásának összekapcsolása ( Voyager- szondák ). Végül, ez lehet az egyetlen mód olyan kisebb objektumok - üstökösök és aszteroidák - vizsgálatára, amelyek relatív sebessége túl nagy ahhoz, hogy pályára állíthassák őket ( Stardust küldetés ).
A Vega szonda .
A Voyager szondák modellje .
A New Horizons szonda
A keringő egy űrszonda, amely miután átjutott a céljára, kering a vizsgált égitest körül. Ez az űrszondák második fő kategóriája azoknál, akik átrepülést végeznek. Ahhoz, hogy pályára léphessen, az űrszondának nagymértékben csökkentenie kell a sebességét, amikor célpontja közelébe ér. Az e fékezéshez használt hajtóanyagok a gép teljes tömegének jelentős részét képviselhetik (a Mars esetében jellemzően 50% körüli érték). A keringő lehetővé teszi az égitest szinte teljes felületének rendszeres megfigyelését több éven keresztül. A keringő az a lépés, amely logikusan követi az egyszerű felüljárót végrehajtó szonda küldését. Az űrszonda pályáját a kitűzött célok, de a tömegkorlátozások függvényében választják meg. A korlátozott költségvetésű küldetések, mint például a Mars Express , olyan elliptikus pályát választanak, amely kevésbé hatékony, de olcsóbb a hajtóanyagoknál, mint a NASA marsi pályáinak többségéhez választott alacsony kör alakú pálya.
A joviai szonda Galileo .
A Cassini-Huygens szonda .
A Juno szonda .
A légköri szonda egy űrszonda, amely átmegy egy bolygó légkörén, hogy tanulmányozza azt. Feladata viszonylag rövid, mivel általában a földig tartó (nem hajtott) erõsségig tart. Ebben a szakaszban csak korlátozott mennyiségű energiára van szüksége, ezért akkumulátorokból meríti ezt az energiát. A légköri szondát általában egy anyahajó szállítja a felfedezett bolygóra. A Vénusz bolygót különösen ezzel a módszerrel tanulmányozták a Venera program szovjet szondáinak sorozatával . Más figyelemre méltó légköri szonda Huygens, aki a Titan légkörét tanulmányozta , Galilei légköri szondáját, amely a Jupiter gázóriás bolygó felső rétegeibe merült . A Vénusz nagyon sűrű légköre lehetővé tette a szovjet Vega program léggömbjeinek megvalósítását, amelyek több tíz órán keresztül képesek voltak adatokat továbbítani.
Galilei légköri szondája .
Úttörő Vénusz légköri szondák
A Huygens- szonda .
A leszállógép egy olyan űrhajó-típus, amelyet úgy terveztek, hogy túlélje a bolygó vagy a Hold földjére történő leszállást, majd tudományos eszközeivel adatokat gyűjtsön a felszínre, amelyet közvetlenül vagy közvetve (a pályán lévő másik űrhajón keresztül) továbbítanak a Földre. A Holdat és a Mars bolygót különösen ilyen típusú űrhajók fedezték fel, például a Surveyor program szondáival, a Viking program két szondájával vagy a Phoenix landerrel . A lágy leszállás a fő nehézség, amellyel az ilyen típusú vízi járművek tervezői szembesülnek. Ejtőernyő használata, amelyet például Huygens hajtott végre a Titánon, kellően vastag légkör jelenlétét igényli, ezért nem megfelelő a Marson. A más módszerekhez képest csökkentett tömeggel és költséggel az ejtőernyő nem teszi lehetővé a teljesen ellenőrzött leszállást. A légkör nélküli égitestekre való leszálláshoz olyan rakétamotorokat kell igénybe venni, amelyek fokozatosan csökkentik az űrhajó sebességét. Ehhez azonban nagy mennyiségű üzemanyag szállítására van szükség. A Mars számára a NASA speciális leszállási technikákat dolgozott ki: a Mars Pathfinder által először bevezetett légzsákokat, valamint egy nagyon kifinomult rendszert a földön történő ledobásra egy "repülő daruként" működő padlón, amelyet a Mars Tudományos Laboratórium hajtott végre 2012-ben. szonda .
Egy rover vagy egy rover, miután leszállt egy égitest padlójára, in situ tanulmányok céljából mozog a tudományos szempontból érdekes helyeken. Valódi kis laboratóriumokba kerülhet az összegyűjtött minták elemzése, például a Mars Science Laboratory . Energiáját napelemekkel vagy RTG-kkel (nukleáris villamos generátor) lehet előállítani . Távvezérelhető, ha a távolság nem túl nagy (Hold). A távolság azonban túl nagy a marsi roverek számára, ami jelentős kommunikációs késéseket von maga után. Ezért bizonyos autonómiával rendelkeznek mozgásaik terén, amely a terepi elemzési programokon alapul. A napi utazások azonban nem haladják meg a száz métert. A Hold és a Mars jelenleg az egyetlen két test, ahova rovereket küldtek.
Az aerobot (repülőgép-robot összehúzódás) egy repülőgépszerű bolygószonda . Mostanáig azokat gyakran a Aerostat típus , ők is a Aerodyne vagy aerogyro típusú, mint a jövő űrszondák az új típusú „ Dragonfly ” és a „ Mars helikopter Scout ”.
Műszaki szempontból ez egy repülési robot bolygókutató jármű, vagy egy autonóm bolygókutató repülőgép .
A JPL vákuumkamrájában végzett tesztfázis során egy aerogyro modell technikusa az Ingenuity mini-helikopteres repülési projekt részeként (március 21-én repült 21/19/19).
A Titan légkörét tanulmányozó hőlégballon, amelyet a Titan Saturn System Mission projekt részeként javasoltak .
A Mars légkörében repülő vitorlázó repülőgép ARES projektje a Mars Scout program részeként tanulmányozott (a művész nézete).
A minta visszatérési küldetésének célja, hogy elemzés céljából visszahozza a Földre egy másik égitest - bolygó , üstökös , aszteroida - vagy bolygóközi vagy csillagközi részecskékből származó mintákat . A helyszínen egy robot, például a marsi rover Curiosity eszközei által végzett tanulmányhoz képest egy talajminta visszajuttatása a Földre lehetővé teszi az elemzések sokkal pontosabb elvégzését, a minta manipulálását és a kísérleti körülmények módosítását. a technológia és a tudás fejlődése. Ez a fajta küldetés jelentős nehézségekkel jár: a céltól függően meg kell ragadni a több km / s sebességgel haladó részecskéket, hogy automatikusan le lehessen szállni egy olyan testre, amely gyakorlatilag nincs gravitációval, vagy éppen ellenkezőleg, hogy képes legyen leszállni és felszállni. ismét egy jelentős gravitációs kútból, és minden esetben nagy sebességgel és nagy pontossággal térjen vissza a föld légkörébe. A marsi talajminták visszatérése a Földre, amely 2016-ban a Naprendszer vizsgálatának egyik legfontosabb célkitűzése , mind pénzügyi, mind technológiai okokból még mindig nem valósult meg.
A Luna 16 holdrepülőgép modellje a gyűjtőrendszerével és a tetején a rakétával / kapszulával, amely visszatért a Földre.
A Comet farokpor részecskegyűjtője a Stardust fedélzetén található aerogél blokkokból áll .
A behatoló egy kis űrhajó, amelyet arra terveztek, hogy nagy sebességgel behatoljon egy égitest (bolygó, hold, aszteroida vagy üstökös) földjébe, több száz g-os lassuláson. A fedélzeti tudományos eszközök által összegyűjtött információkat egy kisméretű adó továbbítja általában a keringő anyahajónak, amely viszont továbbítja a Föld állomásaira. A behatoló koncepciója lehetővé teszi a lágy leszálláshoz szükséges ejtőernyők és rakéták szállítását, és ezáltal jelentősen enyhíti a leszállógép súlyát. De képesnek kell lennie arra, hogy ellenálljon annak a hatásnak, amely viszont számos korlátozást jelent tömegére, szerkezetére és hasznos teherének kialakítására. Számos behatoló projekt nem lépte túl a vizsgálati fázist, és 2013-ban csak két misszió valósította meg a behatolókat eredménytelenül az anyahajók elvesztése miatt: két Deep Space 2 behatoló volt a Mars Polar Lander fedélzetén, kettő pedig a Mars 96 fedélzetén .
Deep Space 2 behatoló .
Penetrator március 96 .
A távközlési műhold felelős a kommunikáció továbbításáért egy égitest felszínén, ahol egy leszállógép vagy rover található, és a Föld között. Eddig ezek a gépek mindig is olyan pályák voltak, amelyeknek saját tudományos céljaik voltak, például a 2001-es Mars Odüsszeia vagy a Mars Felderítő Orbiter . Egyes űrszondák több kategóriába sorolhatók, például a Viking- szondák, amelyeknek van egy leszálló és egy keringője is.
A technológiai demonstrátor egy űrhajó, amelynek célja egy új technika érvényesítése. Például a Deep Space 1, amelynek fő célja az ion meghajtásának validálása volt a bolygóközi küldetések során.
A működéséhez az űrszondának állandó energiára van szüksége. Az újonnan kifejlesztett eszközöknek 300 és 2500 watt közötti elektromos teljesítménynek kell lenniük a fedélzeti számítógépek, rádió adó-vevők, motorok, tudományos műszerek, radiátorok és sok más berendezés táplálásához. Csak három lehetséges energiaforrás létezik egy bolygóközi űrhajó számára: napelemek , RTG-k , az egyetlen megoldás a Naptól túl messze lévő külső bolygók és az elemek számára . Ez utóbbi az indítás előtt feltöltött energiaforrás lehet, vagy ideiglenes tároló rendszerként használható a napelemek által termelt energia számára, amely lehetővé teszi például a napfogyatkozás időszakainak kezelését.
A napelemek alkotják egy sor napelemek , amelyek mindegyike transzformációs napenergia által fotoelektromos hatás figyelembe közvetlen elektromos áram . Minden napelem félvezető anyagból készül, elektromos összeköttetésekkel összekötve. Többféle anyag használható, például szilícium vagy GaAs hatékonyabb, de drágább. A leghatékonyabb cellák több nagyon vékony félvezető anyagból készülnek, amelyek mindegyike képes átalakítani a napenergia spektrum nagy részét, amely más eszközökkel kombinálva 47% -os hatékonyságot ér el (a Nap energiájának 47% -a átalakul elektromos áramba). Az 1960-as évek első műholdainak napelemjeinek hatékonysága 6% volt. A napelemek soros összekapcsolásával (az egyik cella pozitív pólusa egy másik cella negatív pólusához van kötve) a megtermelt áram feszültsége növekszik, miközben párhuzamosan kapcsolják őket (az összes pozitív pólus összekapcsolódik, és az összes negatív pólusok vannak összekapcsolva) az áram intenzitása növekszik. A napelem fizikai támogató szerepet tölt be a napelemekben, rendelkezik az elektromos áramkörökkel, amelyek összekapcsolják a cellákat, és elfogadható hőmérsékleti tartományban tartja a cellákat. Több napelem összekapcsolható, így "szárny" lesz. Általában a napelemek csuklósak, és tájolásuk egy vagy két szabadságfokkal megváltoztatható . Általában a napelemek dőlésszögének állandó módosításával a cél az esettől függően a maximális energiamennyiség elérése, ha megbizonyosodunk arról, hogy a napsugarak merőlegesen ütköznek a panelre. De ez a lehetőség is fel lehet használni, hogy csökkentsék a beesési szög a napsugarak korlátozása érdekében a hőmérséklet emelkedését vagy alkalmazkodni a termelés jelenlegi alacsonyabb kereslet (az előállított elektromos energia csökken, ahogy a koszinusz a szög előfordulása napsugarak). Spinált szondán napelemek a hengeres alakú testet szegélyezik , és a fele árnyékban van, míg a sejtek többsége nem fogadja a Napot optimális szögben.
A Föld pályájának szintjén az elméletileg rendelkezésre álló elektromos energia 1,371 W / m 2 , amelynek 50% -a a legfejlettebb napelemekkel átalakítható elektromos energiává. A belső bolygókon bőségesen a rendelkezésre álló energia mennyisége fordítottan arányos a Naptól való távolság négyzetével. Így egy olyan szonda, mint a Juno , a Naptól ötször messzebb kerül a Jupiter körüli pályára, mint a Föld, 25 (5 × 5) -szer kevesebb napenergiát kap, mint a Föld szintjén. A NASA ennek ellenére úgy döntött, hogy ezt a szondát napelemekkel szereli fel, amelyek felületüknek (45 m 2 napelem) és fejlett technológiájuknak köszönhetően ilyen körülmények között 428 wattot (és a Föld pályája szintjén 15 kW- ot) képesek biztosítani . .) De a Naptól ekkora távolságon gyakoribb az RTG használata.
Az űrszonda napelemeinek teljesítménye több jelenség hatására romlik. A napelem által kapott energia, amelyet nem alakítanak át elektromos energiává, részben visszaverődik, részben hővé alakul, ami növeli a cellák hőmérsékletét. Amikor a hőmérséklete megnő, a napelem nagyobb feszültségű áramot eredményez, de az áramerősség csökken, valamint a termelt teljesítmény (W = V × I). Ez a teljes teljesítmény csökkenése Celsius-fokonként 1% a szilícium-celláknál és 0,5% a GaAs-celláknál. Ezenkívül néhány száz órával a telepítése után a napelem teljesítménye 1% -kal csökken a fény által okozott kémiai változások miatt. Végül az a tényező, amely a legtöbb kárt okozza, a napszél vagy napviharok által termelt energetikai részecskék hatása, amelyek fokozatosan károsítják a kristályszerkezetet. Így a Magellan- szonda napelemei , amelyek a Vénusz körüli pályára kerültek, működési idejük alatt elvesztették kapacitásuk kétharmadát. Ezt a fokozatos lebomlást figyelembe veszik a napelemek méretezésénél, amikor az űrszondát tervezik.
Űrszonda | Rendeltetési hely | Indulás dátuma | Elsődleges energiaforrás | Erő | Egyéb jellemzők | Megjegyzések |
---|---|---|---|---|---|---|
Cassini | Szaturnusz | 1997 | 3 × radioizotóp-generátor | 885 watt | ||
Huygens | Titán | 1997 | Li akkumulátorokSO 2 | 1600 wattóra | Működési élettartama néhány óra | Anyahajó: Cassini |
Mars globális felmérő | március | 1996 | Si napelemekGaAs | 1000 watt | 2 fokos szabadsággal állítható | |
HÍRNÖK | Higany | 2004 | Ahogy Ga / Ge napelemek | 450 watt | 1 fokos szabadsággal állítható a napelemek reflektorokkal borított felületének 70% -a |
|
Juno | Jupiter | 2011 | Napelemek | 450 watt | Rögzített panel, cella felülete: 45 m 2 |
Amikor a napenergia a Naptól való távolság miatt túl gyengévé válik, egy vagy több termoelektromos radioizotóp-generátor helyettesíti a napelemeket az áramtermelés érdekében . Ez az elektromos generátor az egy vagy több radioizotópban gazdag anyagok , általában a 238 -as plutónium plutónium-dioxid 238 PuO 2, radioaktív bomlása által felszabaduló hőből állítja elő az áramot. . A hő hőelemeken keresztül villamos energiává alakul . Az energiahatékonyság csökken: a megtermelt hő kevesebb mint 10% -a alakul át villamos energiává, a többit pedig radiátorokkal kell kiüríteni. E teljesítmény javítása érdekében a jelenlegi kutatások a termionos konverterek és a radioizotóp Stirling generátorok felé irányulnak , amelyek négyszeresére növelhetik az általános hatékonyságot, de idővel elakadásra hajlamos mozgó mechanikai alkatrészekre lenne szükség. A radioizotóp termoelektromos generátor különösen alkalmas stabil, hosszú távú tápellátás előállítására, amely a fedélzeti műszerekhez szükséges a bolygóközi szondákban. Így a New Horizons szonda fedélzetén lévő generátor több mint 50 évig képes 200 W- os stabil tápellátást biztosítani . Ugyanakkor a plutónium-238 jelenléte egy olyan eszközben, amely valószínűleg az indítómotor meghibásodásának áldozata, a közvélemény egy részében erős félelmeket vet fel a gyakorlatban bevált védőeszközök (árnyékolás) ellenére.
A Jupiter felé vagy azon túl indított űrszondák, például a Voyager 1 , a Cassini vagy a New Horizons rádióizotópos termoelektromos generátorokat használnak áramellátásukhoz. A napelemek növekvő hozamának köszönhetően azonban a Jupiter feltárására kifejlesztett utolsó két űrszonda - a Juno és a JUICE napelemeket használ, amelyek azonban nagyon nagyok ( Juno esetében 60 m 2 ). Ezeket a generátorokat két, a Mars felszíne felé indított gépen is alkalmazták - az 1. és a 2. Viking és a Curiosity rover, mert ezek lehetővé teszik a nappali / éjszakai ciklus leküzdését és érzéketlenek a porlerakódásokra. A generátorok szerény teljesítményt nyújtanak: 100 W (45 kg ) a Curiosity számára , 300 W (~ 56 kg ) az amerikai űrhajók szolgálatára a XXI . Század elején . Elektromos szükségleteik kielégítése érdekében egyes szondák legfeljebb három generátort szállítanak (Cassini, Voyager ).
Küldetésének teljesítéséhez az űrszondának meghajtórendszerre van szüksége. Ez több olyan feladatot is elláthat, amelyek a küldetés célkitűzéseitől és az űrszonda felépítésének bizonyos választásaitól függenek:
Ehhez a különféle felhasználási módhoz nagyon különböző jellemzőkkel ( tolóerővel , tüzek számával, időtartamával) rendelkező tolókerekekre van szükség . Az űrszondának is általában többféle típusú hajtóműve van ezeknek az igényeknek a kielégítésére. Viszonylag hagyományos módon az űrszonda tartalmaz egy több száz newtonos tolóerővel rendelkező fő rakétamotort a pályára dobáshoz, a kis tolóerő klasztereit, amelyek tolóereje néhány tizedtől néhány N.-ig terjed, a tájolás és a tolókerekek irányítására. néhány tíz newton a pálya vagy pálya korrekcióihoz.
Ezek általában monoergol folyékony hajtóművek, amelyek hidrazint vagy biergolokat (általában hidrazint + hidrogén-peroxidot ) égetnek, és amelyeknek az az előnye, hogy hosszú ideig tárolhatók és hipergolikusak (spontán égés tüzelőberendezés nélkül). Ezeket a hajtóanyagokat általában maga a hélium nyomás alatt tartja, amelyet nagy nyomás alatt tartályokban tárolnak. Kis hideg gázgörgők szintén ritkán találhatók (az összegyűjtött műszerek vagy minták, ionos motorok ( Deep Space 1 demonstrátor , Dawn ) szennyezésének elkerülése érdekében ), amelyekhez a kiinduláskor adaptált küldetési architektúrára és szilárd hajtóműves motorokra van szükség (pályára állításhoz) az űrkorszak ( Földmérő program holdi leszállók ).
Hajtás típusa | használat | Tolóerő | Specifikus impulzus | Egy másik jellemző | ||
---|---|---|---|---|---|---|
Helyezés a pályára | Pályakorrekció pálya korrekció |
Hozzáállás-ellenőrzés | ||||
Hideg gázrugó | x | 0,05 - 20 N. | 50-170 | |||
Szilárd hajtóanyag | x | 50- N. | 280-310 | Egyszer használható | ||
Folyékony hajtóanyag meghajtása | ||||||
Monoergol- hidrazin katalitikus | x | x | 220 - 240 N. | 0,5-2500 | ||
Túlhevített hidrazin-monoergol | x | x | 280 - 300 N. | 0,05-0,5 | ||
Diergol ( monometil-hidrazin és nitrogén-peroxid ) | x | x | x | 220 - 240 N. | 5-500 | |
Diergol (hidrazin és nitrogén-peroxid) | x | x | x | 280 - 340 N. | 5-500 |
Az űrszonda távközlési rendszere felelős a közte és a Föld állomásai közötti adatcseréért. Ide tartoznak az űrszonda - Föld irányában (lefelé mutató irányban) az időközönként szolgáltatott telemetriai adatok, amelyek lehetővé teszik az űrhajó állapotának nyomon követését, valamint a misszió eredményeit konkretizáló tudományos eszközök által összegyűjtött adatokat. A Föld - űrszonda (uplink) irányban adja át a szondának adott utasításokat, valamint az esetleges szoftverfrissítéseket. A távközlési rendszer jellemzői az űrszonda és a Föld távolságától, a rendelkezésre álló energia mennyiségétől, a szonda tömegétől függenek. A rendszer leglátványosabb eleme a nagy erősítésű parabolaantenna . Minél nagyobb az antenna átmérője, annál koncentráltabb lehet az átvitt rádiónyaláb és az áteresztőképesség, ami létfontosságú, ha a Földtől való távolság az átbocsátás erőteljes csökkenését okozza. Az antenna lehet rögzített vagy orientálható, hogy a szonda számára választott iránytól függetlenül a Föld felé mutasson, gyakran korlátozza a Nap iránya (energiatermelés) vagy a vizsgált tárgyhoz (kamerák ...) viszonyítva.
A rádiós kapcsolat működéséhez a nagy nyereségű antenna által kibocsátott rádiónyalábot pontosan a Föld felé kell irányítani. Az űrszondának mindig alacsony nyereségű körsugárzó antennái is vannak, amelyek csak nagyon alacsony adatsebességet tesznek lehetővé, de nem igényelnek mutogatást. Ezeket az antennákat a Földtől rövid távolságra helyezik üzembe, de mindenekelőtt lehetővé teszik a rádió összeköttetés fenntartását a nagy nyereségű antennamutató probléma meghibásodása esetén, például amikor az űrszonda nem tudja tovább fenntartani az irányát számítógépe vagy szemléletszabályozó rendszere meghibásodását követően. Vannak olyan közepes erősítésű, közepes erősítésű antennák is, amelyek átlagos bitsebesség mellett 20-30 ° széles sugárzást bocsátanak ki. A rádióadó S , X vagy Ka sávban továbbít .
A bolygóközi szondák célja tudományos vizsgálatok elvégzése. Ezek tudományos eszközök szállítását igénylik, amelyek a szonda hasznos terhe .
Az űrszonda fedélzetén lévő tudományos műszerek többsége, különösen egy pályán, a megfigyelt tárgyak által kibocsátott elektromágneses sugárzás elemzésén alapul . Ezek a műszerek például kamerák, spektrométerek és radarok. Kihasználják azt a tényt, hogy az anyag minden állapotában (gáz, szilárd stb.) Sugárzást bocsát ki, amely olyan aláírást jelent, amely lehetővé teszi alkotóelemeinek azonosítását és számszerűsítését ( molekulák vagy ennek hiányában atomtípusok ). Valójában az űrt állandóan keresztezi az égi tárgyak ( csillagok , bolygók ) által termelt, de a múltbeli események (csillagrobbanás, Nagy Bumm stb.) Által okozott elektromágneses sugárzás is . Ez a sugárzás több vagy kevésbé energikus (a legkevésbé energetikai rádióhullámok , hogy gamma-sugárzás útján mikrohullámú , infravörös , látható fény , ultraibolya , és X-sugarak ) függően a jelenség, hogy adott okot, hogy azt. Az anyag kölcsönhatásba lép ezzel a sugárzással: a beeső sugárzás hullámhosszától függően képes elnyelni ezt a sugárzást ( abszorpciós vonalak ), vagy más hullámhosszakon ( emissziós vonalakon ) erősebben képes újbóli kibocsátására . A fluoreszcencia jelensége, amikor egy anyagot nem látható sugárzás sújt és a látható sugárzásban újra kibocsát, a legnépszerűbb eset.
A műszereket az alkalmazott megfigyelési módszer szerint 4 fő kategóriába sorolják:
Bizonyos molekulák , mint például a nitrogén vagy az argon, alig hatnak egymásra az elektromágneses sugárzással . A nehéz molekulák viszont komplex módon lépnek kapcsolatba a teljes spektrális sávon elosztott emisszióval, ami megnehezíti az eredeti molekula értelmezését és azonosítását. A tömegspektrométer az ilyen típusú molekulák azonosítására és mennyiségi meghatározására szolgáló eszköz. Ez egy olyan eszköz, amely jól alkalmazható olyan esetekben is, amikor a molekulák sűrűsége alacsony. A tömegspektrométer a felhasznált anyaggal érintkezve működik, ami csak atmoszférikus szondákra és olyan gépekre korlátozódik, amelyek a vizsgált égitestek (lander, rover) felszínén landolnak. Működése a molekulák tömegének mérésén alapul. Különböző technikák alkalmazhatók. Miután ionizált, a vizsgált anyag van áthalad egy érzékelő, amely lehet egy kvadrupol analizátor (elemzés a pályája a mágneses mező) vagy egy sebességet mérő rendszer , stb
Röntgenspektrométer Magnetométer Rádió és plazma hullám detektor Por érzékelő Töltött részecske-érzékelőAz alábbi összefoglaló táblázat összefoglalja az űrszonda misszióit, amelyek jelentős műszaki vagy tudományos előrelépést eredményeztek.
Küldetés | Dob | típus | Fő rendeltetési hely | Főbb eredmények |
---|---|---|---|---|
Luna 2 vagy Lunik 2 | 1959 | Hold | Első ember alkotta tárgy, amely ütközik egy másik testtel a Naprendszerben. | |
1. úttörő | 1958 | Bolygóközi tér | Első amerikai űrszonda, amely sikeres volt a küldetésében | |
Luna 3 | 1959 | Orbiter | Hold | Az első szovjet űrszonda, amely sikeresen teljesítette küldetését Első fotók a Hold túlsó oldaláról. |
Marinate 2 | 1962 | Áttekintés | Vénusz | Első háromtengelyes stabilizált űrszonda Az első sikeres repülés a Vénusz felett. |
Marinate 4 | 1964 | Áttekintés | március | Az első sikeres repülés a Mars felett. |
Luna 9 | 1966 | Lander | Hold | Első puha leszállás egy másik égitestre. |
Venera 7 | 1970 | Orbiter | Vénusz | Első puha leszállás a Vénusz földjén. |
Luna 16 | 1970 | Minta visszaküldés | Hold | Az első minta visszatérési küldetés |
Luna 17 | 1970 | Rover | Hold | Első távirányítású rover egy másik égitest földjén |
Március 3 | 1971 | Lander | március | Az űrszonda első lágy leszállása a Marson |
Pácoljuk 10 | 1973 | Áttekintés | Higany | A Merkúr első sikeres repülése. Egy bolygó gravitációs segítségének első használata az űrszonda sebességének és pályájának módosításához. |
Pioneer 10 | 1972 | Áttekintés | Külső bolygók | Az aszteroidaöv első keresztezése Első repülés a Jupiter felett Először egy radioizotóp termoelektromos generátor használata |
Pioneer 11 | 1973 | Áttekintés | Külső bolygók | Első repülés a Szaturnusz felett |
1. és 2. viking | 1975 | Lander | március | Először a marsi talaj részletes in situ elemzése Az ellenőrzött és pontos leszállási technika első megvalósítása |
1. és 2. Voyager | 1977 | Áttekintés | Jupiter , Szaturnusz , Urán és Neptunusz ( Voyager 2 ) | A Jupiter gyűrűinek első megfigyelése Az Io vulkanizmusának felfedezése Európa felszínének felderítése A Titan légkörének összetétele A Szaturnusz gyűrűinek felépítése A Titan első repülése ( Voyager 1 ) Első (és csak 2016-ban) áttekintés az Uránus és a Neptunusz által ( Voyager 2 ) |
Vega 1 és 2 | 1984 | Áttekintés | Vénusz | Először léggömbökkel vizsgálják meg egy másik bolygó légkörét |
Giotto | 1985 | Áttekintés | Halley üstökös | Első repülés az üstökös magja felett Az Európai Űrügynökség első bolygóközi küldetése |
Galilei | 1989 | Orbiter | Jupiter és műholdai | A Jupiter légkörének vizsgálata Az Io vulkanizmusának vizsgálata Első légköri szonda a Jupiter légkörében Első repülés egy Gaspra aszteroida felett (1991) |
Magellan | 1989 | Orbiter | Vénusz | A Vénusz felületének részletes feltérképezése nagy felbontással Először szintetikus apertúrájú radart használnak egy bolygó feltérképezéséhez |
Hiten | 1990 | Technológiai demonstrátor | Bolygóközi közeg | Első szonda a légfék technika alkalmazásához |
Mars globális felmérő | 1996 | Orbiter | március | A légfék technika első alkalmazása egy másik bolygó körüli pályára kerüléshez . |
Cassini-Huygens | 1997 | Orbiter | A Szaturnusz és a Titan | A Titan és a Saturn atmoszférájának elemzése A Saturn műholdak részletes vizsgálata A Saturn gyűrűinek részletes vizsgálata A Huygens elvégzi a Titan hold légkörének első in situ elemzését, és elkészíti az első fényképeket a talajáról. |
Csillagpor | 1999 | Minta visszaküldés | Vad üstökös | Az üstökös mintájának első visszatérése a Földre (2011) |
A Cipész közelében | 2000 | Orbiter | Eros aszteroida | Első lágy leszállás egy aszteroidán |
2001. március Odüsszea | 2001 | Orbiter | március | Nagy mennyiségű víz felfedezése a Marson |
Genezis | 2001 | Minta visszaküldés | A Nap-Föld rendszer Lagrange L 1 pontja | Első napszélminta Az első űrszonda, amely anyagmintát hozott a Holdon túlról. |
Szellem | 2003 | Rover | március | Az első autonóm rover egy másik bolygó földjén. |
Hírnök | 2004 | Orbiter | Higany | Először a Merkúr körül került pályára (2011) |
Rosetta | 2004 | Orbiter és Lander | Churiumov-Guerassimenko üstökös | Első keringő üstökös körül (2014) Első leszálló üstökös földjén |
Mély hatást | 2005 | Áttekintés | Üstökös Tempel 1 | Az ütközésmérő első használata egy másik égitest talajának elemzésére. |
Hayabusa | 2005 | Minta visszaküldés | Itokawa aszteroida | Az első aszteroida talajminta visszahozott a Földre |
Új távlatok | 2006 | Áttekintés | A Plútó és műholdja Charon | A Plútó és Charon első áttekintése (2015) |
Főnix | 2007 | Lander | március | Első in situ elemzés a marsi pólusok talajáról |
Chang'e 1 | 2007 | Orbiter | Hold | Orbiter. Első kínai űrszonda |
Hajnal | 2011 | Orbiter | Vesta és Ceres aszteroidák | Első űrszonda Ceres és Vesta tanulmányozásához Első ionmotorok használata egy bolygóközi tudományos küldetéshez Első űrszonda egymás után két égitest körül helyezhető Rekord meghajtási kapacitás (delta-V> 10 km / s ) |
Chandrayaan-1 | 2008 | Orbiter | Hold | Orbiter. Első indiai űrszonda |
Juno | 2011 | Orbiter | Jupiter | Első űrszonda egy külső bolygóra napelemek segítségével |
Mars Tudományos Laboratórium | 2011 | Rover | március | Nagy pontosságú leszállási technika használata Tudományos műszerek tömegének rögzítése egy másik bolygó talaján Az RTG első használata egy roveren |
Chang'e 4 | 2018 | Lander és rover | Hold | Első leszállás a hold túlsó oldalán |
: a cikk forrásaként használt dokumentum.
Főbb jellemzői