Контрольная работа: Научные разработки в различных сферах человеческой деятельности

Замечательна средняя плотность вещества Весты - 3.44 г/см³, практически такая же, как у Луны и у силикатных пород. Несмотря на свой малый размер, Веста, вероятно, имеет железно-никелевое ядро и оливиновую мантию, но в ходе своей эволюции полностью потеряла летучие компоненты. Веста делает оборот вокруг оси за 5.342 час и имеет очень яркую поверхность - ее альбедо 42%. Восточное полушарие при этом еще более светлое, а западное - более темное; предполагается, что первое аналогично плоскогорьям, а второе - базальтовым морям Луны. Наиболее темное пятно диаметром около 200 км получило название Ольберс.

Снимки "Хаббла" показывают, что Веста имела в своей истории столкновение с другим очень крупным объектом, от которого остался кратер (точнее сказать - астроблема) диаметром 460 км, занимающий почти все южное полушарие астероида. Дно кратера лежит на 13 км ниже средней поверхности, а гребень поднимается над ней на 4-12 км. Центральная "горка" имеет высоту 18 км - вдвое выше Эвереста. Очевидно, в месте удара материал мантии Весты был вынесен на поверхность (зафиксированы спектральные признаки оливина), и его изучение - как и исследование ледяной коры Цереры - представляет исключительный интерес.

В результате этой катастрофы образовалось множество мелких астероидов на орбитах, близких к орбите Весты и сходных с ней по спектральным характеристикам. Более того, около 6% найденных на Земле метеоритов (говардиты, эвкриты и диогениты) имеют такие же характеристики и могут быть обломками Весты. В них находят древнейшие базальты возрастом до 4.5-4.6 млрд. лет.

АМС оборудована тремя ксеноновыми ионными двигателями, разработанными на основе образца, испытанного на зонде Deep Space 1. Каждый двигатель имеет тягу 30 мН и удельный импульс 3100 с; одновременно возможна работа одного двигателя. Из 425 кг рабочего тела (ксенона), имеющегося на борту, на полёт Земля -- Веста предполагалось израсходовать 275 кг, на полёт Веста -- Церера -- 110 кг. При нормальной работе ионные двигатели "Dawn" обеспечивают прирост в скорости на 97 км/ч (60 миль/ч) за каждые 4 дня.

Следующие исследовательские инструменты расположены на Dawn:

· Отдельно размещённые две чёрно-белые ПЗС-матрицы (1024Ч1024 пикселя) с двумя объективами (D = 19 мм, F = 150 мм), каждая ПЗС-камера с набором из 7 узкополосных цветных фильтров + пустое поле; поле зрения у каждой камеры 5,5Ч5,5 градусов; выдержки от 0,001 сек до 3,5 часов.

· GRaND -- детектор нейтронов и гамма-квантов.

· VIR (Visible and Infrared Mapping Spectrometer) -- спектрометр видимого и инфракрасного диапазонов, предназначен для анализа состава поверхности Весты и Цереры. Инструмент является модификацией спектрометров, применявшихся на космических зондах "Розетта" и "Венера-экспресс". Инструмент регистрирует интенсивность освещения каждого пикселя матрицы для 400 различных длин волн в видимом и инфракрасном диапазоне. Прибор предоставлен Итальянским космическим агентством.

События проекта Dawn:

Прошедшие:

1. 2009 год:

· Февраль -- «Dawn» прошёл мимо Марса, ускорившись вследствие гравитационного манёвра с выходом из плоскости эклиптики.

2. 2011 год:

· 3 мая -- зонд сделал первую фотографию Весты с расстояния около 1,21 млн. км.

· 16 июля 01:00 EDT -- Совершив почти два оборота вокруг Солнца, "Dawn" достиг Весты и перешёл на её круговую орбиту с высотой 16 000 км.

· 17 июля -- "Dawn" сделал первое изображение Весты с её орбиты.

· 12 декабря -- АМС спустился на самую низкую из предусмотренных в рамках его миссии орбит вокруг астероида Весты. Средняя высота орбиты составила 210 км. Планировалось, что зонд проработает в таком режиме как минимум 10 недель. Основные задачи зонда на текущем этапе полёта: точные измерения гравитационного поля для определения распределения массы в недрах астероида; регистрация детектором GRaND спектра нейтронов и гамма-квантов, рождающихся при взаимодействии космических лучей с поверхностью Весты, для определения элементного состава вещества на поверхности астероида.

· 13 декабря -- зонд отправил на Землю первые фотографии Весты с максимально возможным разрешением (до 23 м/пиксель). Больше недели ушло на обработку данных. Все собранные фотографии будут использованы для создания карты Весты высокого разрешения.

3. 2012 год:

· 5 сентября -- "Dawn" покинул Весту и отправился ко второму пункту назначения -- Церере.

4. 2014 год:

· 2 ноября "Dawn" находился в 0,0175 а. e. от Цереры и 3,652 а. e. от Земли

Свет проходит это расстояние примерно за 31 минуту.

Планируемые:

В апреле 2015 года «Dawn» должен достичь Цереры и проработать на её орбите до июля 2015 года.

Космический аппарат "Розетта"

"Начиная этот проект, мы совершенно не представляли многих деталей процесса, -- говорит Стефан Уламек. -- Никто раньше не совершал посадку на комету, и мы до сих пор не знаем, какова ее поверхность: то ли она твердая, как лед, то ли рыхлая, как свежевыпавший снег, то ли что-то промежуточное".

"Розетта" (англ. Rosetta) -- космический аппарат, предназначенный для исследования кометы. Разработан и изготовлен Европейским космическим агентством. Состоит из двух частей: собственно зонда "Розетта" (англ. Rosetta space probe) и спускаемого аппарата "Филы" (англ. Philae lander) .

Название зонда происходит от знаменитого Розеттского камня -- каменной плиты с выбитыми на ней тремя идентичными по смыслу текстами, два из которых написаны на древнеегипетском языке (один -- иероглифами, другой -- демотическим письмом), а третий написан на древнегреческом языке. Сравнивая тексты Розеттского камня, учёные смогли расшифровать древнеегипетские иероглифы; с помощью космического аппарата "Розетта" ученые надеются узнать, как выглядела Солнечная система до того, как сформировались планеты.

Название спускаемого аппарата также связано с расшифровкой древнеегипетских надписей. На острове Филы на реке Нил был найден обелиск с иероглифической надписью, упоминающей царя Птолемея VIII и цариц Клеопатру II, и Клеопатру III. Надпись, в которой ученые распознали имена "Птолемей" и "Клеопатра", помогла расшифровать древнеегипетские иероглифы.

В 1986 году в истории исследования космического пространства произошло знаменательное событие: на минимальное расстояние к Земле подошла комета Галлея. Её исследовали космические аппараты разных стран: это и советские "Вега-1" и "Вега-2", и японские "Суйсэй" и "Сакигакэ", и европейский зонд "Джотто". Учёные получили ценнейшую информацию о составе и происхождении комет.

Однако осталось нераскрытым множество вопросов, поэтому NASA и ЕКА начали совместную работу над новыми космическими исследованиями. NASA сосредотачивало усилия над программой пролёта астероида и встречи с кометой (англ. Comet Rendezvous Asteroid Flyby, сокращённо CRAF). ЕКА разрабатывало программу возвращения образца ядра кометы (англ. Comet Nucleus Sample Return -- CNSR), которая должна была осуществляться после программы CRAF. Новые космические аппараты планировалось сделать на стандартной платформе Mariner Mark II, что сильно сокращало расходы. В 1992 году, однако, NASA прекратило разработку CRAF из-за бюджетных ограничений. ЕКА стало рассматривать NASA как ненадёжного партнёра, и начало самостоятельную разработку КА. К 1993 году стало ясно, что с существующим бюджетом ЕКА полёт к комете с последующим возвращением образцов грунта невозможен, поэтому программу аппарата подвергли большим изменениям. Окончательно она выглядела так: сближение аппарата сначала с астероидами, а потом с кометой, а затем -- исследования кометы, в том числе мягкая посадка спускаемого аппарата.

Космический аппарат запущен 2 марта 2004 года к комете 67P/Чурюмова -- Герасименко. "Розетта" -- первый космический аппарат, который вышел на орбиту кометы. Кроме того, в рамках программы года произошла первая в мире мягкая посадка спускаемого аппарата на поверхность кометы (12 ноября 2014). Посадочный модуль сконструирован так, чтобы закрепиться на почти любой поверхности. После отделения от аппарата Rosetta и гашения орбитальной скорости модуль Philae начал спуск к комете под действием ее небольшой силы тяжести, после чего совершил посадку на скорости примерно 1 м/с. В этот момент было очень важно предотвратить "отскок" аппарата и закрепить его на поверхности кометы, и для этого было предусмотрено несколько различных систем. Толчок при касании посадочных опор был погашен центральным электродинамическим амортизатором, в этот же момент заработало сопло на верхнем торце Philae, реактивная тяга от выброса сжатого газа прижала аппарат к поверхности на несколько секунд, пока он выбрасывал два гарпуна -- размером с карандаш -- на тросах. Длины тросов (около 2 м) хватило, чтобы гарпуны надежно держали, даже если поверхность покрыта слоем рыхлого снега или пыли. На трех посадочных опорах расположены ледобуры, которые ввинчиваются в лед при посадке. Все эти системы были опробованы на симуляторе посадки немецкого космического агентства (DLR) в Бремене -- и на твердых, и на рыхлых поверхностях, и ученые надеялись, что они не подведут и в реальных условиях.

Изначально запуск «Розетты» был запланирован на 12 января 2003 года. Целью исследований была выбрана комета 46P/Виртанена.

Однако в декабре 2002 года произошёл отказ двигателей при запуске ракеты-носителя "Ариан-5". Из-за недостаточной надёжности ракеты-носителя запуск космического аппарата "Розетта" был отложен, после чего для него была разработана новая программа полёта.

Новый план предусматривал полёт к комете 67P/Чурюмова -- Герасименко, со стартом 26 февраля 2004 года и встречей с кометой в 2014 году. После двух отменённых попыток запуска "Розетта" была запущена 2 марта 2004 года в 7:17 UTC с космодрома Куру во Французской Гвиане. В качестве почётных гостей на запуске присутствовали первооткрыватели кометы профессор Киевского университета Клим Чурюмов и научный сотрудник Института астрофизики Академии наук Таджикистана Светлана Герасименко. Кроме изменения времени и цели, программа полёта практически не изменилась. Как и прежде, "Розетта" должна была приблизиться к комете и запустить к ней спускаемый аппарат "Филы".

"Филы" должен был подойти к комете с относительной скоростью около 1 м/с и при контакте с поверхностью выпустить два гарпуна, так как слабая гравитация кометы не способна удержать аппарат, и он может просто отскочить. После посадки "Филы" было запланировано начало выполнения научной программы:

· определение параметров ядра кометы;

· исследование химического состава;

· изучение изменения активности кометы со временем.

Рис.2. Программа полета

1 -- март 2004: запуск КА

2 -- март 2005: первый пролёт у Земли

3 -- февраль 2007: пролёт у Марса

4 -- ноябрь 2007: второй пролёт у Земли

5 -- сентябрь 2008: сближение с астероидом Штейнс

6 -- ноябрь 2009: третий пролёт у Земли

7 -- июль 2010: сближение с астероидом Лютеция

8 -- июль 2011: перевод КА в режим сна

9 -- январь 2014: пробуждение КА

10 -- август 2014: выход на орбиту кометы

11 -- ноябрь 2014: посадка спускаемого аппарата на поверхность кометы

12 -- декабрь 2015: завершение миссии

Стоит заметить, что программа полёта "Розетты" весьма сложна. Она включала четыре гравитационных манёвра около Земли и Марса, причём даже небольшие отклонения могли повлиять на успех.

Общая масса спускаемого аппарата -- 100 кг. Полезная нагрузка массой 26,7 кг состоит из десяти научных приборов. Спускаемый аппарат спроектирован для общей сложности 10 экспериментов по изучению структурных, морфологических, микробиологических и других свойств ядра кометы. Основу аналитической лаборатории спускаемого аппарата составляют пиролизёры, газовый хроматограф и масс-спектрометр.

Для исследования химического и изотопного состава ядра кометы "Филы" оборудован двумя платиновыми пиролизёрами. Первый может разогревать образцы до температуры 180 °C, а второй -- до 800 °C. Образцы могут разогреваться с контролируемой скоростью. На каждом шаге при повышении температуры анализируется суммарный объём выделившихся газов.

Основным инструментом разделения продуктов пиролиза является газовый хроматограф. В качестве газа-носителя используется гелий. В аппарате используется несколько различных хроматографических колонок, способных анализировать различные смеси органических и неорганических веществ.

Для анализа и идентификации газообразных продуктов пиролиза используется масс-спектрометр с время-пролётным (англ. time of flying -- TOF) детектором.

Научная программа Rosetta и Philae рассчитана до конца 2015 года. По мере приближения к Солнцу, разогрева и испарения вещества кометы научные приборы и посадочного модуля, и спутника будут изучать комету. Все данные, полученные посадочным модулем, будут переданы сначала на орбитальный модуль, а оттуда с помощью направленной антенны диаметром 2,2 м -- на Землю.

Сводная информация о реализации современных исследований в области Космонавтики

Цель и задачи поставленные в работе выполнены. Исследованы направления и перспективы реализации современных научных исследований в космонавтике, рассмотрены современные научные исследования в космонавтике, раскрыты цели данных исследований, рассмотрены основные проблемы возникшие во время научных исследований, рассмотрены основные приборы используемые в процессе исследования.

В заключение отметим, что первое рассмотренное современное исследование имеет большое значение в изучении ранних этапов формирования Солнечной системы, а также для сравнительной характеристики противоположных типов больших астероидов.