КА "Venus Express" - ESA

    Запуск межпланетного зонда "Венера-Экспресс" (Venus Express) состоялся 9 ноября 2005 года с космодрома Байконур (первоначально планировался запуск 26 октября). Изготовитель космического аппарата "Венера-Экспресс" - компания Astrium (Франция). Заказчик запуска - Европейское космическое агентство (ЕКА). Запуск осуществлялся расчетами предприятий Роскосмоса. Космический аппарат Venus Express - первый европейский спутник для исследования Венеры, совместное детище 17 стран. Научными целями экспедиции является детальное изучение плазменной среды Венеры, а также ее взаимодействия с солнечными ветрами. Кроме того, внимание будет уделено поверхности планеты. Планируется исследовать динамику атмосферных процессов на Венере, структуру, состав и химию атмосферы, облачный слой и туманы, радиационный баланс, свойства поверхности и геологию, проведя радарное зондирование под поверхностного слоя. Космический аппарат "Венера-Экспресс" достиг Венеры в апреле 2006 года. Спустя пять месяцев полета, в апреле 2006 года,  уже в сфере притяжения планеты, включились двигатели аппарата, для перехода на околовенерианскую орбиту. Маневрируя в течение пяти дней аппарат вышел на рабочую орбиту над полюсами планеты с минимальным удалением 250 км и максимальным - 6600 км от ее поверхности.
    Период обращения станции вокруг Венеры составляет 24 часа. Расчетная продолжительность экспедиции составляет два венерианских дня (486 земных дней) с возможным продлением еще на два венерианских дня (если позволят ресурсы космического аппарата). Общая продолжительность с момента запуска равна 1185 земным дням.
    Проект Venus Express был одобрен комитетом научных программ Европейского космического агентства (ESA) еще в 2002 году. Соглашение о запуске к Венере аппарата Venus Express Европейское космическое агентство и российско-европейская компания Starsem подписали в июне 2003 года.

Состав научной аппаратуры

   Аппаратура радио-научного эксперимента Venus Express (VeRa) предназначена для сбора проб поверхности Венеры, нейтральной атмосферы и ионосферы, исследований гравитационного поля Венеры и межпланетной среды. В эксперименте будут задействованы радиосигналы X- и S-диапазонов (длина волны 3,5 см и 13 см соответственно). 
   Целью эксперимента ASPERA-4 является изучение взаимодействия атмосферы и солнечного ветра, а также описание плазмы и нейтральной газовой среды в околовенерианском пространстве на основании съемки энергетически нейтральных атомов и измерения заряженных частиц. 
   Оборудование ASPERA-4 включает четыре датчика: два датчика энергетически нейтральных атомов, электронные и ионные спектрометры. 
   Научная аппаратура VIRTIS (спектрометры тепловой съемки в видимом и инфракрасном излучении) предназначена для картографирования Венеры от поверхности до мезосферы. Цели этого эксперимента можно кратко охарактеризовать как «томографию» атмосферы планеты: изучение слоев от поверхности до 150 км или выше. 
   Магнитометр MAG создан Институтом космических исследований Австрийской академии наук (г. Грац) совместно с Техническим университетом г. Брауншвейга (TU Braunschweig) и Имперским колледжем (г. Лондон). MAG представляет собой космический магнитометр с двумя индукционными датчиками, предназначенными для измерения величины и направления магнитного поля. Магнитометр состоит из двух датчиков, блока электроники (включая электронный блок датчиков, блок обработки данных и блок питания и метровой штанги из углепластика. 
   SPICAV – это комплект из трех оптических спектрометров, предназначенных для изучения атмосферы Венеры в ее нынешнем состоянии и прогнозирования ее дальнейшей эволюции. В ночное время проводятся анализы близкого к инфракрасному теплового излучения, идущего из плотных слоев атмосферы, с целью получения информации о составе нижних слоев и содержании воды и обнаружения горячих участков на поверхности. Излучения верхних слоев атмосферы изучаются в ультрафиолетовом диапазоне. 
   Планетарный Фурье-спектрометр (PFS) представляет собой инфракрасный спектрометр для исследования атмосферы, оснащенный коротковолновым и длинноволновым каналами. PFS сможет предоставить уникальные данные, которые позволят обогатить знания о свойствах атмосферы, свойствах поверхности (температура) и их взаимодействии (вулканическая активность).
       В разработке приборов SPICAV и планетарного Фурье-спектрометра приняли участие Российские специалисты ИКИ РАН. 
   PFS работает в основном вокруг перицентра орбиты и только иногда наблюдает Венеру с больших расстояний. Каждое измерение занимает 4 секунды и повторяется каждые 11,5 секунд.
    Камера наблюдения Венеры (VMC) включает блок, который содержит оптические приборы, ПЗС и считывающую электронику, а также блок цифровой обработки и преобразователь энергии. Камера оснащена четырьмя независимыми каналами с одним ПЗС. 
   VMC позволит изучать динамику атмосферы в верхних слоях облачного покрова (70 км) с целью объяснения механизма супер-ротации, неисследованного полярного диполя, а также наблюдения за волнами и другими явлениями.

   Полет VE к Венере: Свою первую проверку на межпланетной трассе Venus Express прошла с 9 по 11 ноября 2005г. Этап ввода станции в эксплуатацию продолжался до 15 декабря 2005г. За это время бортовые системы и все семь приборов КА были протестированы и откалиброваны. 18 ноября аппарат развернул штангу магнитометра. 22–23 ноября спектрометр VIRTIS и камера VMC провели с расстояния 3.5 млн км съемку Земли и Луны, а 25 ноября пришел черед спектрометра SPICAV. В первую неделю декабря по заложенной на борт программе в автономном режиме – вне сеансов связи – проводились комплексные наблюдения различных небесных объектов (Солнце, Сириус и т.д.) для калибровки научной аппаратуры. 4 декабря был в первый раз включен планетарный Фурье-спектрометр PFS, а 9 декабря – анализатор космической плазмы ASPERA-4. Замечаний выявлено не было, за одним, но важным исключением: прибор PFS работать отказался. Точнее, его сенсорный датчик был в полном порядке, но сканирующее устройство застряло в закрытом положении! После нескольких попыток сдвинуть его с места было решено, что механизм не работает из-за низкой температуры. Кроме того, ни 10, ни 11 декабря не удалось проверить ультрастабильный генератор для радиоэксперимента VeRA – возникли проблемы на приемной станции Нью-Норсия в Австралии. 14 декабря шесть приборов (кроме PFS) «прогнали» через тест на взаимные помехи, а 15 декабря первая «приемка» научной аппаратуры была завершена.
    С 16 декабря и до 16 марта продолжался более или менее пассивный этап перелета к Венере. Сеансы связи в этот период проходили раз в сутки при помощи станций Себрерос (Испания) и Нью-Норсия (Австралия). Впрочем, 25 декабря сеанс не проводили совсем, а 31 декабря он не состоялся, и пришлось работать в выходной день 1 января. Не было сеанса и 11 января, когда станция находилась в нижнем соединении с Солнцем (всего 1.6° от светила). Аккумуляторные батареи на время перелета были разряжены до уровня 50%, и подзаряжали их только в особых случаях – к примеру, для повторных комплексных наблюдений (VIRTIS, VMC, MAG и SPICAV) 16–21 января. 23 января начались тепловые испытания КА для проверки его «тепловой модели». В ходе испытаний станцию последовательно поворачивали к Солнцу разными панелями корпуса (-Y, +Y, -X, -Z) и подвергали в течение определенного времени воздействию солнечных лучей. При этом боковые панели можно было «греть» целые сутки, а вот сторону -Z с двигателем – всего полчаса. Эта работа завершилась 31 января, причем было отмечено аномально высокое газовыделение при освещении стороны -X. 7 и 8 февраля тестировались звездные датчики КА.
    15 февраля был проведен наддув маршевого двигателя станции, а в ночь с 16 на 17 февраля – его тестовое включение с калибровкой. Двигатель был включен в 00:27:08 UTC и проработал 3 сек, при этом приращение скорости КА составило 2.838 м/с – немного больше расчетных 2.6 м/с. Первопричиной оказалась 14-процентная «переработка» двигателей малой тяги на этапе осаждения топлива. Как следствие, 24 февраля пришлось провести дополнительную коррекцию траектории станции включением малых двигателей на 14 сек: приращение скорости составило 0.13704 м/с и было очень близко к расчетному значению – 0.134718 м/с. 20–23 февраля операторы провели еще один цикл проверки научной аппаратуры – в нем участвовали ASPERA, SPICAV и VIRTIS. 28 февраля было загружено новое программное обеспечение камеры VMC и проверены все режимы ее работы.
    3–4 марта станция еще раз «подставляла» Солнцу свою сторону -X, чтобы операторы разобрались в причинах повышенного газовыделения. 6 марта состоялся тестовый сеанс с американской станцией под Мадридом – имитировались ориентация КА и режимы связи во время выхода на орбиту вокруг Венеры. 8 марта проверялся дрейф ультрастабильного генератора. 9 марта станция находилась уже всего в 12.4 млн км от Венеры, и с 10 марта у ее операторов начался этап подлета – многократные навигационные измерения, уточнение траектории, планирование последней коррекции. 16 марта был проведен второй тест прибора PFS в более благоприятных тепловых условиях. Увы, сканирующее устройство не сработало вновь. 21 марта станция Venus Express прошла перигелий своей орбиты (105.27 млн км), а 29 марта выполнила коррекцию траектории. Приращение скорости составило 0.13 м/с с погрешностью -1.2 мм/с. Целью ее было уменьшение высоты перицентра при пролете Венеры 11 апреля на 100 км с небольшим и выведение КА в расчетную точку выдачи тормозного импульса.
    С 23 марта в Европейском центре космических операций в Дармштадте и на наземных станциях Нью-Норсия и Себрерос был введен запрет на какие-либо «самовольные» изменения в конфигурации аппаратуры. С 4 апреля обе европейские станции постоянно работали с «Экспрессом», обеспечивая почти круглосуточный контроль. 11 апреля к ним присоединились все три комплекса дальней связи NASA (Голдстоун, Канберра, Мадрид). Этап выхода Venus Express на орбиту продолжался с 4 по 13 апреля и состоял из трех фаз: подготовка, исполнение, восстановление связи с Землей и управления.
    Запасные возможности коррекции 5 и 9 апреля использовать не пришлось, и уже 7 апреля на борт станции была передана программа выдачи тормозного импульса. В период от 24 до 12 часов до включения станция была приведена в полную готовность (ориентация солнечных батарей, настройка таймеров, уточнение параметров импульса).
    Выход на орбиту 11 апреля 2006 года: 6:03 UTC - разворот АМС. Этот манёвр продлился около получаса и повернул Venus Express так, чтобы при пуске двигателя началось торможение. Включение ЖРД малой тяги для осаждения топлива прошло в 07:14:41 UTC. 7:17:14UTC - включение главного двигателя, начало торможения. 7:45 - уход за Венеру. 7:55 - выход из-за Венеры. Во время торможения, в 7:45, Venus Express исчез за планетой и не был видим с Земли. Аппарат появился из-за диска Венеры приблизительно десять минут спустя. Получение сигнала от АМС после периода затенения было первым признаком успешного выхода на орбиту. 8:07:13 UTC - конец торможения (50 мин работал, точнее 2999 секунд). Начальная скорость 29 000 км/час (относительно Венеры) была снижена на 15 % и стала 6,8 км/с. 11 апреля в 08:07:28 UTC европейская автоматическая межпланетная станция Venus Express вышла на предварительную вытянутую девятидневную орбиту.  В конце торможения Venus Express выполнил несколько автоматических операций. Солнечные батареи были переориентированы к Солнцу, а одна из направленных антенн - к Земле. В 9:13 космический аппарат установил связь со станцией ESA Cebreros (70-метровая антенна американской Сети дальней связи) около Мадрида. Автоматически включилась автономная программа по поиску и захвату Солнца, а затем антенна высокого усиления HGA2 была сориентирована на Землю для установления полноценной связи. Первая телеметрия с КА была получена в 09:19 UTC. Venus Express, первая европейская станция для исследования Венеры, успешно прибыла к цели и была выведена на орбиту с перицентром над 80°с.ш.: - наклонение – 89.6°; - минимальная высота – около 480 км; - максимальная высота – около 328000 км; - период обращения – 8 сут 23 час.. В последующие несколько часов были получены сведения о состоянии АМС. Информация о фактической траектории была доступна от команды динамики полета ESOC около 10:30. Итак, КА захвачен гравитационным полем Венеры и вышел на орбиту вокруг нее! После этого 

Южное полушарие Венеры в искусственных цветах с расстояния 206452 км. Снимок составлен из нескольких кадров, полученных спектрометром VIRTIS 13 апреля 2006г.	Первый снимок камеры VMC в ультрафиолетовом спектре 12 апреля 2006г с расстояния 206452 км. Самой удивительной загадкой для ученых стала гигантская черная воронка из облаков на месте Южного полюса планеты - как оказалось двойной вихрь.

    Станция на орбите: Через четыре часа после выхода на орбиту, после первоначального определения параметров, был введен нормальный режим работы системы ориентации. В тот же день на аппарате включили 4-й маховик и разрешили запись телеметрии в бортовое запоминающее устройство. 12 апреля в 02:07 КА выполнил разворот на 180° и после этого вошел в связь с Землей через остронаправленную антенну HGA1. Примерно в 05:40 прошла закладка на борт программы научных измерений, и уже 12 и 13 апреля состоялись первые сеансы. Работали магнитометр и ASPERA (магнитное поле и плазма), VIRTIS (облачность Венеры) и VMC (поверхность в ультрафиолете). Первые научные данные с борта Venus Express были получены на Земле уже через двое суток после выхода на орбиту вокруг Венеры. 12 и 13 апреля спектрометр VIRTIS впервые в истории исследования Венеры провел съемку южного полушария планеты, в ходе которой были получены завораживающие снимки! На левой части снимка (дневная сторона Венеры) можно увидеть структуру облаков с четкими полосками, которые, очевидно, образовались вследствие движения ветров с большими скоростями на высоте 65–75 км. На правой части того же снимка (ночная сторона) показано тепловое излучение с длиной волны 1.7 мкм, идущее из нижних слоев атмосферы. На высоте 55–60 км облачность (спиралевидные структуры) является более плотной и «задерживает» в атмосфере большее количество тепла. Темные полосы на этом снимке соответствуют более плотным облакам, светлые – более тонким. Cтруктура этой части атмосферы является динамической.
    Еще один снимок был получен камерой VMC, правда, он имеет разрешение похуже – 150 км на пиксел. Здесь также виден диск Венеры в искусственных цветах. 15 апреля в 18:30 UTC станция выполнила малыми ЖРД маневр контроля перицентра (Pericentre Control Manoeuvre). Импульс длился 504 сек и обеспечил приращение скорости 5.0859 м/с (уставка – 5.8 м/с). Эта коррекция задала новую высоту перицентра орбиты КА – 257 км (вместо 250 км по плану). 20 апреля около 08:00 UTC был выполнен первый из пяти маневров по снижению высоты апоцентра (Apocentre Lowering Manoeuvre, ALM). На этот раз использовался маршевый двигатель – он проработал 379 сек и обеспечил приращение скорости 200.298 м/с (уставка – 200 м/с). В результате аппарат был переведен на промежуточную орбиту с высотой апоцентра 99000 км и периодом обращения около 40 часов. Второй маневр ALM был проведен 23 апреля. Расчетная величина импульса была 105.30018 м/с с целью снижения расстояния в апоцентре до 76334 км (высоты до 70463 км) и периода до 1543.5 мин. Недоработка основного ЖРД составила 0.47%, что дало высоту на 8 км больше, а период – на 14.1 сек.
    Третий маневр 26 апреля с номинальной DV=9.16653 м/с был выполнен малыми ЖРД с погрешностью 0.52%, и после него высота была на 9 км выше расчетной, а период – на 15.2 сек больше. В промежутках между маневрами с 22 апреля шла проверка и калибровка приборов станции. 27 апреля была сделана еще одна попытка включения Фурье-спектрометра PFS, но успеха она не принесла, и из основной программы работ этот прибор исключен. 28 апреля была выполнена съемка камерой VMC из перицентра орбиты для проверки алгоритма получения изображений с 30-секундной экспозицией. 1 и 3 мая состоялись первые штатные наблюдения с помощью спектрометра SPICAV. Четвертый маневр 29 апреля (уставка DV=8.0349 м/с, расчетное время работы двигателей 603 сек) и пятый 2 мая (1.951828 м/с, 233 сек) завершили процедуру коррекции высоты апоцентра. Наконец, 6 мая в 13:30 UTC был выполнен второй подъем перицентра (приращение скорости 3.10 м/с, продолжительность 301 сек), после чего Venus Express оказалась на рабочей орбите высотой 250x66600 км с периодом 24 часа. Группа управления узнала об этом 6 мая в 19:49 UTC, когда аппарат вышел на связь со станцией Нью-Норсия. Формально, однако, первым рабочим витком признали следующий, начиная с прохождения апоцентра 7 мая в 13:31 UTC. Управление полетом Venus Express ведется из Дармштадта преимущественно через станцию Себрерос в Испании с 35-метровой антенной.

НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ