BepiColombo - BepiColombo

BepiColombo
Merkur Planetární orbiter a Merkur Magnetosférický orbiter
Umělecké vyobrazení mise BepiColombo s planetou Mercury Planetary Orbiter (vlevo) a Mercury Magnetosphere Orbiter (vpravo)
Typ mise Planetární věda
Operátor ESA  · JAXA
ID COSPARU 2018-080A
SATCAT č. 43653
Délka mise Plavba: 7 let (plánováno)
Fáze vědy: 1 rok (plánováno)
2 roky, 11 měsíců a 22 dní (probíhá)
Vlastnosti kosmických lodí
Výrobce Airbus  · ISAS
Spustit hmotu 4100 kg (9000 liber)
Hmotnost BOL MPO: 1230 kg (2710 lb)
Mio : 255 kg (562 lb)
Suchá hmota 2700 kg (6000 lb)
Rozměry MPO: 2,4 m × 2,2 m × 1,7 m (7 ft 10 v × 7 ft 3 v × 5 ft 7 v)
Mio : 1,8 m × 1,1 m (5 ft 11 v × 3 ft 7 v)
Napájení MPO: 150 wattů
Mio : 90 wattů
Začátek mise
Datum spuštění 20. října 2018, 01:45 UTC
Raketa Ariane 5 ECA (VA245)
Spusťte web Center Spatial Guyanais , ELA-3
Dodavatel Arianespace
Průlet kolem Země (gravitační asistent)
Nejbližší přístup 10. dubna 2020, 04:25 UTC
Vzdálenost 12 677 km (7877 mi)
Průlet Venuše (gravitační asistent)
Nejbližší přístup 15. října 2020, 03:58 UTC
Vzdálenost 10720 km (6660 mi)
Průlet Venuše (gravitační asistent)
Nejbližší přístup 10. srpna 2021, 13:51 UTC
Vzdálenost 552 km (343 mi)
Flyby of Mercury (gravitační asistent)
Nejbližší přístup 1. října 2021, 23:34:41 UTC
Vzdálenost 199 km (124 mi)
Merkur orbiter
Součást kosmické lodi Mercury Planetary Orbiter
(MPO)
Orbitální vložení 5. prosince 2025 (plánováno)
Orbitální parametry
Nadmořská výška Perihermionu 480 km (300 mi)
Nadmořská výška Apohermionu 1500 km (930 mi)
Sklon 90,0 °
Merkur orbiter
Součást kosmické lodi Merkur Magnetosférický orbiter
(MMO)
Orbitální vložení 5. prosince 2025 (plánováno)
Orbitální parametry
Nadmořská výška Perihermionu 590 km (370 mi)
Nadmořská výška Apohermionu 11 640 km (7230 mi)
Sklon 90,0 °
Insignie mise BepiColombo
Odznaky sluneční soustavy ESA pro BepiColombo
←  LISA Pathfinder
CHEOPS  →
 

BepiColombo je společná mise Evropské vesmírné agentury (ESA) a Japonské agentury pro průzkum vesmíru (JAXA) na planetu Merkur . Mise se skládá ze dvou družic vypuštěných společně: Mercury Planetary Orbiter ( MPO ) a Mio ( Mercury Magnetosphere Orbiter , MMO ). Mise provede komplexní studii o Merkuru, včetně charakterizace jeho magnetického pole , magnetosféry a vnitřní i povrchové struktury. To bylo vypuštěno na raketu Ariane 5 dne 20. října 2018 v 01:45 UTC , s příletem na Merkur plánovaným na 5. prosince 2025, po průletu kolem Země , dvou průletů Venuše a šesti průletů Merkuru. Mise byla schválena v listopadu 2009, po letech návrhů a plánování v rámci programu Horizon 2000+ Evropské vesmírné agentury ; je to poslední mise programu, která má být spuštěna.

Jména

BepiColombo je pojmenována po Giuseppe „Bepi Colombo“ (1920-1984), je vědec , matematik a inženýr na univerzitě v Padově , Itálie , kdo nejprve navrhoval meziplanetární gravitační manévr manévr používaný 1974 Mariner 10 misí, technika se často používá planetárními sondami.

Mio , název magnetosférického orbiteru Merkur, byl vybrán z tisíců návrhů japonské veřejnosti. V japonštině znamená Mio vodní cestu a podle JAXA symbolizuje dosud dosažené milníky výzkumu a vývoje a přeje si bezpečné cestování dopředu. JAXA uvedla, že kosmická loď bude cestovat slunečním větrem stejně jako loď cestující oceánem. V čínštině a japonštině je Merkur podle wǔxíng známý jako „vodní hvězda“ (水星) .

Po svém průletu kolem Země v dubnu 2020 byl BepiColombo krátce zaměněn za asteroid blízko Země a získal prozatímní označení 2020 GL2.

Mise

Mise zahrnuje tři složky, které se po příletu na Merkur rozdělí na nezávislé kosmické lodě.

  • Mercury Transfer Module (MTM) pro pohon, postavený ESA.
  • Mercury Planetary Orbiter (MPO) od ESA.
  • Mercury Magnetosférický orbiter (MMO) nebo Mio od společnosti JAXA.

Během fáze startu a plavby jsou tyto tři komponenty spojeny dohromady a tvoří Mercury Cruise System (MCS).

Hlavním dodavatelem pro ESA je Airbus Defense and Space . ESA je zodpovědná za celkovou misi, návrh, vývojovou montáž a zkoušky pohonných a MPO modulů a spuštění. Oba orbitery byly úspěšně vypuštěny společně 20. října 2018 na let Ariane VA245 . Sonda bude mít sedmiletou meziplanetární plavbu na Merkur pomocí solárně-elektrického pohonu ( iontové rakety ) a gravitačních asistencí ze Země, Venuše a případného gravitačního zachycení na Merkuru . 35 metrů dlouhá pozemní stanice ESA Cebreros, Španělsko je plánována jako primární pozemní zařízení pro komunikaci během všech fází mise.

Družice Mio a MPO po příletu na oběžnou dráhu Merkuru 5. prosince 2025 oddělí a pozorují Merkur ve spolupráci po dobu jednoho roku s možným prodloužením o jeden rok. Orbitery jsou vybaveny vědeckými přístroji poskytovanými různými evropskými zeměmi a Japonskem. Mise bude charakterizovat tuhého a tekutého železa jádro ( 3 / 4 poloměru planety), a určení velikosti každého z nich. Mise také dokončí mapování gravitačního a magnetického pole . Rusko poskytlo gama paprsky a neutronové spektrometry k ověření existence vodního ledu v polárních kráterech, které jsou trvale ve stínu před slunečními paprsky.

Rtuť je příliš malá a horká na to, aby si svou gravitací udržela nějakou významnou atmosféru po dlouhou dobu, ale má „tenkou povrchově ohraničenou exosféru “ obsahující vodík , helium , kyslík , sodík , vápník , draslík a další stopové prvky. Jeho exosféra není stabilní, protože atomy jsou neustále ztraceny a doplňovány z různých zdrojů. Mise bude studovat složení a dynamiku exosféry, včetně generování a úniku.

Cíle

Hlavními cíli mise jsou:

Design

Plánované oběžné dráhy pro satelity Mio a MPO, dvě sondy mise BepiColombo

Skládané kosmické lodi bude trvat sedm let, než se sama postaví na oběžnou dráhu Merkur. Během této doby bude využívat solárně-elektrický pohon a devět gravitačních asistencí, proletí kolem Země a Měsíce v dubnu 2020, Venuše v letech 2020 a 2021 a šest přeletů Merkuru v letech 2021 až 2025.

Skládaná kosmická loď opustila Zemi s hyperbolickou přebytečnou rychlostí 3,475 km/s (2,159 mi/s). Zpočátku bylo plavidlo umístěno na heliocentrické oběžné dráze podobné Zemi. Poté, co kosmická loď i Země dokončily jeden a půl oběžné dráhy, vrátily se na Zemi, aby provedly gravitační asistenční manévr, a odklonily se směrem k Venuši. Dva po sobě jdoucí průlety Venuší zmenšují perihelion poblíž vzdálenosti Slunce – Merkur téměř bez potřeby tahu. Sekvence šesti průletů Merkurem sníží relativní rychlost na 1,76 km/s (1,09 mi/s). Po čtvrtém průletu Merkurem bude plavidlo na oběžné dráze podobné té z Merkuru a zůstane v obecné blízkosti Merkuru (viz [1] ). Čtyři konečné tlačné oblouky snižují relativní rychlost do bodu, kdy Merkur 5. prosince 2025 „slabě“ zachytí kosmickou loď na polární oběžnou dráhu . K přivedení plavidla na oběžnou dráhu kolem Merkuru s apocentrem 178 000 km stačí jen malý manévr. Oběžné dráhy se poté oddělí a upraví své oběžné dráhy pomocí chemických trysek.

Dějiny

BepiColombo návrh Mise byla vybrána ESA v roce 2000. A požadavku na předkládání návrhů na vědecké užitečného zatížení bylo vydáno v roce 2004. V roce 2007, Astrium byl vybrán jako hlavní dodavatel, a Ariane 5 vybrán jako vozidlo startu . Počáteční cílové spuštění v červenci 2014 bylo několikrát odloženo, většinou kvůli zpožděním vývoje solárního elektrického pohonného systému. Celkové náklady na misi byly v roce 2017 odhadnuty na 2 miliardy USD.

Plán

Animace BepiColombo ‚s trajektorii od 20 října 2018 do 2. listopadu je 2025
   BepiColombo  ·   Země  ·   Venuše  ·   Rtuť  ·   Sun
Podrobnější animaci najdete v tomto videu

Od roku 2021 je plán mise:

datum událost Komentář
20. října 2018, 01:45 UTC Zahájení
10. dubna 2020,
04:25 UTC 		Průlet kolem Země 1,5 roku po spuštění
15. října 2020, 03:58 UTC První průlet Venuší , úspěšný Podle Johannesa Benkhoffa z ESA může být sonda možná schopna detekovat fosfin - chemikálii údajně objevenou ve venušské atmosféře v září 2020 - během tohoto a následujícího průletu. Uvedl, že „nevíme, zda je náš nástroj dostatečně citlivý“. Dne 15. října 2020 ESA oznámila, že průlet byl úspěšný.
10. srpna 2021,
13:51 UTC 		Druhý průlet Venuše 1,35 Venuše let po prvním průletu Venuší
1. října 2021, 23:34:41 UTC První průlet kolem Merkuru Došlo k tomu, co by bylo 101. narozeniny Giuseppe Colomba .
23. června 2022 Druhý průlet kolem Merkuru 2 oběžné dráhy (3,00 let Merkuru) po 1. průletu kolem Merkuru
20. června 2023 Třetí průlet Merkurem > 3 oběžné dráhy (4.12 let Merkuru) po 2. průletu kolem Merkuru
5. září 2024 Čtvrtý průlet Merkurem ~ 4 oběžné dráhy (5,04 let Merkuru) po 3. průletu kolem Merkuru
2. prosince 2024 Pátý průlet kolem Merkuru 1 oběžná dráha (1,00 rtuťového roku) po 4. průletu Merkurem
9. ledna 2025 Šestý průlet kolem Merkuru ~ 0,43 oběžné dráhy (0,43 rtuťových let) po 5. průletu Merkurem
5. prosince 2025 Vložení orbity na ortuť Oddělení kosmických lodí; 3,75 rtuti let po 6. průletu rtutí
14. března 2026 MPO na konečné vědecké oběžné dráze 1.13 Merkur roky po vložení na oběžnou dráhu
1. května 2027 Konec nominální mise 5,82 rtuti po vložení na oběžnou dráhu
1. května 2028 Konec rozšířené mise 9,98 rtuť let po vložení na oběžnou dráhu
Animace trajektorie BepiColomba kolem Merkuru
Časová osa BepiColombo od 20. října 2018 do 2. listopadu 2025. Červený kruh označuje průlety.

Komponenty

Přenosový modul rtuti

Průlet kolem Země 10. dubna 2020
BepiColombo, zobrazeno na observatořích Northolt Branch , 16 hodin po průletu kolem Země. Kolem procházející jasný satelit je INSAT-2D , zaniklý geostacionární satelit .
QinetiQ T6 Výkon
Typ Kaufman iontový motor
Jednotky na palubě 4
Průměr 22 cm (8,7 palce)
Max. tah 145 mN každý
Specifický impuls
(I sp )		 4300 sekund
Hnací plyn Xenon
Celkový výkon 4628 W

Přenosový modul Mercury (MTM) je umístěn ve spodní části stohu. Jeho úkolem je dopravit dva vědecké orbity na Merkur a podpořit je během plavby.

MTM je jako hlavní pohon kosmické lodi vybaven solárním elektrickým pohonným systémem. Jeho čtyři iontové trysky QinetiQ -T6 pracují samostatně nebo ve dvojicích s maximálním kombinovaným tahem 290 mN, což z něj činí nejvýkonnější pole iontových motorů, jaké kdy bylo ve vesmíru provozováno. Díky dvěma 14m dlouhým solárním panelům dodává MTM elektrickou energii pro dva hibernační oběžné dráhy i pro svůj solární elektrický pohonný systém . V závislosti na vzdálenosti sondy ke Slunci se bude generovaný výkon pohybovat mezi 7 a 14 kW, každý T6 vyžaduje mezi 2,5 a 4,5 kW podle požadované úrovně tahu.

Solární elektrický pohon systém má obvykle velmi vysoký specifický impuls a nízkou tah . To vede k letovému profilu s několikaměsíčními fázemi nepřetržitého brzdění s nízkým tahem, přerušovaným planetovou gravitační pomocí , aby se postupně snížila rychlost kosmické lodi. Chvíli před vložením oběžné dráhy Merkuru bude MTM vyhozeno ze zásobníku kosmických lodí. Po oddělení od MTM poskytne MPO společnosti Mio veškerou potřebnou energii a datové zdroje, dokud nebude Mio doručeno na svoji oběžnou dráhu; oddělení Mio od MPO bude provedeno spin-ejekcí.

Mercury Planetary Orbiter

Mercury Planetary Orbiter v ESTEC před stohováním
Rádiové testování orbiteru BepiColombo

Mercury Planetary Orbiter (MPO) má hmotnost 1150 kg (2540 liber) a využívá jednostranné solární pole schopné poskytovat až 1000 wattů a vybavené optickými slunečními reflektory, které udržují teplotu pod 200 ° C (392 ° F) . Solární pole vyžaduje nepřetržité otáčení, které udržuje Slunce v nízkém úhlu dopadu, aby generovalo adekvátní energii a současně omezovalo teplotu.

MPO ponese užitečné zatížení 11 nástrojů, včetně kamer, spektrometrů ( IR , UV , rentgen , y-paprsek , neutron ), radiometru, laserového výškoměru, magnetometru, analyzátorů částic, transpondéru v pásmu Ka a akcelerometr. Součásti užitečného zatížení jsou namontovány na spodní straně kosmické lodi, aby se dosáhlo nízkých teplot detektoru, kromě spektrometrů MERTIS a PHEBUS umístěných přímo u hlavního zářiče pro lepší zorné pole.

Vysokoteplotní anténa s vysokým ziskem o průměru 1,0 m (3 ft 3 v) je namontována na krátkém výložníku na zenitové straně kosmické lodi. Komunikace bude probíhat v pásmech X a Ka s průměrnou přenosovou rychlostí 50 kbit /s a celkovým objemem dat 1550 Gbit /rok. 35 metrů dlouhá pozemní stanice ESA Cebreros, Španělsko je plánována jako primární pozemní zařízení pro komunikaci během všech fází mise.

Věda užitečné zatížení

Vědecké užitečné zatížení planetárního orbiteru Mercury se skládá z jedenácti nástrojů:

Mio (Merkur Magnetosférický orbiter)

Mio v ESTEC před stohováním

Mio , neboli Mercury Magnetosphere Orbiter (MMO), vyvinutý a postavený převážně Japonskem , má tvar krátkého osmibokého hranolu, 180 cm (71 palců) dlouhého od obličeje k obličeji a 90 cm (35 palců) vysokého. Má hmotnost 285 kg (628 lb), včetně 45 kg (99 lb) vědeckého užitečného zatížení skládajícího se z 5 skupin přístrojů, 4 pro měření plazmy a prachu prováděného vyšetřovateli z Japonska a jednoho magnetometru z Rakouska .

Mio se bude točit stabilizované na 15 ot / min s osou rotace kolmo na rovník Merkuru. Vstoupí na polární dráhu ve výšce 590 × 11 640 km (370 × 7230 mi), mimo oběžnou dráhu MPO. Horní a spodní část osmiúhelníku slouží jako radiátory s žaluziemi pro aktivní regulaci teploty. Boky jsou pokryty solárními články, které poskytují 90 wattů. Komunikace se Zemí bude přes 0,8 m (2 stopy) 7 v průměru pásmu X sfázované vysoce zisk antény a dvě střední ziskem anténou pracující v pásmu X. Telemetrie vrátí 160 Gb /rok, přibližně 5 kbit /s po dobu životnosti kosmické lodi, která by měla být delší než jeden rok. Reakční a řídicí systém je založen na tryskách chladného plynu . Po jeho vydání na oběžné dráze Merkuru, Mio bude provozovat Sagamihara Space Operation Centre pomocí Usuda Deep Space Center je 64 m (210 ft) anténa se nachází v japonském Naganu .

Věda užitečné zatížení

Mio nese pět skupin vědeckých přístrojů o celkové hmotnosti 45 kg (99 liber):

Mercury Surface Element (zrušeno)

Mercury Surface Element (MSE) byl zrušen v roce 2003 z důvodu rozpočtových omezení. V době zrušení měl být MSE malý, 44 kg (97 lb), přistávací modul navržený tak, aby fungoval asi jeden týden na povrchu Merkuru. Ve tvaru disku o průměru 0,9 m (2 ft 11 v) byl navržen tak, aby přistál na 85 ° zeměpisné šířky poblíž oblasti terminátoru. Brzdné manévry by vynesly přistávací modul na nulovou rychlost ve výšce 120 m (390 stop), kdy by došlo k vysunutí pohonné jednotky, nafouknutí airbagů a modul by spadl na povrch s maximální nárazovou rychlostí 30 m/ s (98 ft/s). Vědecké údaje by byly uloženy na palubě a přenášeny prostřednictvím křížového dipólu UHF anténou buď MPO nebo Mio . MSE by uneslo užitečné zatížení 7 kg (15 lb) sestávající ze zobrazovacího systému (sestupová kamera a povrchová kamera), balíčku tepelných toků a fyzikálních vlastností, rentgenového spektrometru alfa částic , magnetometru , seismometru , zařízení pronikající do půdy (krtek) a mikro rover .

Umělecká díla

Stejně jako u mise Hayabusa2 je i mise BepiColombo tématem uměleckých děl. Manga umělec Masayuki Ishikawa vytvořil dílo představující postavu Merkura z manga Madowanai Hoshi a kosmické lodi BepiColombo .

Viz také

Reference

externí odkazy