Cassini–Huygens -Cassini–Huygens

Cassini–Huygens
Cassini Saturn Orbit Insertion.jpg
Koncepcja artysty z Cassini „s orbicie wstawiania wokół Saturna
Typ misji Cassini : orbiter Saturna
Huygens : lądownik Tytana
Operator Cassini : NASA  / JPL
Huygens : ESA  / ASI
ID COSPAR 1997-061A
SATCAT nr. 25008
Strona internetowa
Czas trwania misji
Właściwości statku kosmicznego
Producent Cassini : Laboratorium napędów odrzutowych
Huygens : Thales Alenia Space
Rozpocznij masę 5712 kg (12 593 funtów)
Sucha masa 2523 kg (5562 funtów)
Moc ~885 W (BOL)
~670 W (2010)
~663 W (EOM/2017)
Początek misji
Data uruchomienia 15 października 1997, 08:43:00  UTC ( 1997-10-15UTC08:43 )
Rakieta Tytan IV(401)B B-33
Uruchom witrynę Przylądek Canaveral SLC-40
Koniec misji
Sprzedaż Kontrolowane wejście na Saturna
Ostatni kontakt 15 września 2017 r.
  • 11:55:39 Telemetria UTC w paśmie X
  • 11:55:46 Nauka radiowa UTC w paśmie S
Parametry orbitalne
System odniesienia Kronocentryczny
Przelot Wenus (asystent grawitacyjny)
Najbliższe podejście 26 kwietnia 1998
Dystans 283 km (176 mil)
Przelot Wenus (asystent grawitacyjny)
Najbliższe podejście 24 czerwca 1999 r.
Dystans 623 km (387 mil)
Przelot Ziemi — system księżycowy (asystent grawitacyjny)
Najbliższe podejście 18 sierpnia 1999, 03:28 UTC
Dystans 1171 km (728 mil)
Przelot 2685 Masursky (przypadkowy)
Najbliższe podejście 23 stycznia 2000
Dystans 1 600 000 km (990 000 mil)
Przelot Jowisza (asystent grawitacyjny)
Najbliższe podejście 30 grudnia 2000 r.
Dystans 9 852 924 km (6 122 323 mil)
Orbiter Saturna
Wstawianie orbitalne 1 lipca 2004, 02:48 UTC
Lądownik Tytanów
Komponent statku kosmicznego Huygens
Data lądowania 14 stycznia 2005 r.
 

Cassini-Huygens space-badawcza misja ( / k ə s í n I h ɔɪ ɡ ən oo / kə- SEE -nee HOY -gənz ), powszechnie nazywany Cassini , dotyczyła współpracy między NASA The European Space Agency (ESA ), a Włoska Agencja Kosmiczna (ASI) wyśle sondę kosmiczną w celu zbadania planety Saturn i jej układu, w tym pierścieni i naturalnych satelitów . The Flagship -class robot kosmiczny składa się zarówno NASA Cassini sondy kosmicznej i ESA Huygens lądownik , który wylądował na największym księżycu Saturna, Tytanie . Cassini była czwartą sondą kosmiczną, która odwiedziła Saturna i pierwszą, która weszła na jego orbitę. Oba statki wzięły swoje nazwy od astronomów Giovanniego Cassiniego i Christiaana Huygensa .

Wystrzelony na pokładzie Titan IVB/Centaur 15 października 1997 r. Cassini był aktywny w kosmosie przez prawie 20 lat, z czego 13 lat spędził na okrążaniu Saturna i badaniu planety i jej systemu po wejściu na orbitę 1 lipca 2004 r. Podróż do Saturna obejmowała przelotów z Wenus (kwiecień 1998 i lipiec 1999), Ziemia (sierpień 1999), asteroida 2685 Masursky i Jupiter (grudzień 2000). Misja zakończyła się 15 września 2017 r., kiedy trajektoria sondy Cassini zabrała go w górną warstwę atmosfery Saturna i spłonął, aby zapobiec ryzyku zanieczyszczenia księżyców Saturna, co mogło oferować środowisko nadające się do zamieszkania dla drobnoustrojów lądowych na gapę na statku kosmicznym. Misja zakończyła się sukcesem przekraczającym oczekiwania – dyrektor NASA Planetary Science Division, Jim Green , opisał Cassini-Huygens jako „pierwszą misję”, która zrewolucjonizowała ludzkie rozumienie układu Saturna , w tym jego księżyców i pierścieni, oraz nasze zrozumienie tego, gdzie może istnieć życie. znaleźć się w Układzie Słonecznym .

Cassini ' s planiści pierwotnie zaplanowano misję czterech lat, od czerwca 2004 do maja 2008 roku misja została przedłużona na kolejne dwa lata, aż do września 2010 roku, markowych Cassini Equinox Mission . Misja została przedłużona po raz drugi i ostatni o misję Cassini Solstice , trwającą kolejne siedem lat do 15 września 2017 r., kiedy to Cassini został zboczony z orbity, by spłonąć w górnej atmosferze Saturna.

W Huyghens moduł wyjazd Cassini aż do oddzielenia się od sondy z 25 grudnia 2004; Huygens wylądował na spadochronie na Tytanie 14 stycznia 2005 r. Zwracał dane na Ziemię przez około 90 minut, używając orbitera jako przekaźnika. Było to pierwsze lądowanie, jakie kiedykolwiek przeprowadzono w zewnętrznym Układzie Słonecznym i pierwsze lądowanie na księżycu innym niż Księżyc Ziemi.

Pod koniec swojej misji sonda Cassini wykonała swój „Wielki Finał”: szereg ryzykownych przejść przez szczeliny między wewnętrznymi pierścieniami Saturna i Saturna. Ta faza miała na celu maksymalizację wyników naukowych sondy Cassini , zanim statek kosmiczny został celowo zniszczony. Wpis atmosferyczny z Cassini zakończyła misję, ale analiza zwracanych danych będzie trwał przez wiele lat.

Przegląd

Naukowcy i osoby z 27 krajów tworzyli wspólny zespół odpowiedzialny za projektowanie, budowę, latanie i gromadzenie danych z orbitera Cassini i sondy Huygens .

NASA „s Jet Propulsion Laboratory w Stanach Zjednoczonych, gdzie orbiter został zmontowany, udało misję. Europejskiego Centrum Badań Kosmicznych i Technologii opracowany Huygens . Główny wykonawca Centrum, Aérospatiale Francji (część Thales Alenia Space z 2005 roku), zmontowane sondy ze sprzętu i narzędzi dostarczanych przez wielu krajach europejskich (w tym Huygens ' baterii i dwóch instrumentów naukowych ze Stanów Zjednoczonych). Włoska Agencja Kosmiczna (ASI) pod warunkiem, że Cassini orbiter w wysokiej zysk anteny radiowej , z włączeniem anteny niskiego zysku (w celu zapewnienia telekomunikacji z ziemią przez cały czas trwania misji), kompaktowej i lekkiej radar , który również używał anteny o dużym wzmocnieniu i służył jako radar z syntetyczną aperturą , wysokościomierz radarowy , radiometr , podsystem naukowy (RSS) oraz część kanału widzialnego VIMS-V spektrometru VIMS .

NASA dostarczyła odpowiednik VIMS na podczerwień, a także główny zespół elektroniczny, który zawierał podzespoły elektroniczne dostarczone przez CNES z Francji .

16 kwietnia 2008 r. NASA ogłosiła dwuletnie przedłużenie finansowania operacji naziemnych tej misji, w którym to momencie została przemianowana na Misję Cassini Equinox. Runda finansowania została ponownie przedłużona w lutym 2010 roku o misję Cassini Solstice .

Nazewnictwo

Wyjaśnienie Huygensa dotyczące aspektów Saturna, Systema Saturnium (1659)

Misja składała się z dwóch głównych elementów: orbitera ASI/NASA Cassini , nazwanego na cześć włoskiego astronoma Giovanniego Domenico Cassiniego , odkrywcy pierścieni Saturna i czterech jego satelitów; oraz opracowana przez ESA sonda Huygens , nazwana na cześć holenderskiego astronoma, matematyka i fizyka Christiaana Huygensa , odkrywcy Tytana.

Misja była powszechnie nazywana Saturn Orbiter Titan Probe (SOTP) podczas ciąży, zarówno jako misja Mariner Mark II, jak i ogólnie.

Cassini-Huygens była misją klasy flagowej na planety zewnętrzne. Inne planetarne okręty flagowe to Galileo , Voyager i Viking .

Cele

Cassini miał kilka celów, w tym:

  • Wyznaczanie trójwymiarowej struktury i dynamicznego zachowania pierścieni Saturna .
  • Określanie składu powierzchni satelitów i historii geologicznej każdego obiektu.
  • Ustalenie natury i pochodzenia ciemnego materiału na czołowej półkuli Japetusa .
  • Pomiar trójwymiarowej struktury i dynamicznego zachowania magnetosfery .
  • Badanie dynamicznego zachowania atmosfery Saturna na poziomie chmur.
  • Badanie zmienności w czasie chmur i mgieł Tytana .
  • Charakterystyka powierzchni Tytana w skali regionalnej.

Cassini-Huygens została uruchomiona w dniu 15 października 1997 roku, z Cape Canaveral Air Station Siła „s kosmicznych Complex 40 stosując US Air Force Titan IV B / Centaur rakiety. Kompletna wyrzutnia składała się z dwustopniowej rakiety wspomagającej Titan IV , dwóch silników rakietowych na paliwo stałe , górnego stopnia Centaura i obudowy ładunku lub owiewki.

Całkowity koszt tej naukowej misji badawczej wyniósł około 3,26  mld USD , w tym 1,4 mld USD na rozwój przed startem, 704 mln USD na operacje misyjne, 54 mln USD na śledzenie i 422 mln USD na pojazd startowy. Stany Zjednoczone wniosły 2,6 miliarda dolarów (80%), ESA 500 milionów dolarów (15%), a ASI 160 milionów dolarów (5%). Liczby te pochodzą jednak z zestawu prasowego przygotowanego w październiku 2000 roku. Nie uwzględniają inflacji w trakcie bardzo długiej misji ani kosztu przedłużonych misji.

Główna misja dla Cassini została zakończona 30 lipca 2008 r. Misja została przedłużona do czerwca 2010 r. ( Cassini Equinox Mission). W ten sposób szczegółowo zbadano układ Saturna podczas równonocy na planecie, która miała miejsce w sierpniu 2009 roku.

3 lutego 2010 r. NASA ogłosiła kolejne przedłużenie Cassini , trwające 6 12  lat do 2017 r., kończące się w czasie przesilenia letniego na półkuli północnej Saturna ( Cassini Solstice Mission). Rozszerzenie umożliwiło kolejne 155 obrotów wokół planety, 54 przeloty Tytana i 11 przelotów Enceladusa . W 2017 roku spotkanie z Tytana zmieniła orbitę w taki sposób, że w najbliższym podejściu do Saturna, to tylko 3000 km (1900 mil) powyżej cloudtops planety, poniżej wewnętrznej krawędzi pierścienia D . Ta sekwencja „bliższych orbit” zakończyła się, gdy ostatnie spotkanie z Tytanem wysłało sondę w atmosferę Saturna, aby została zniszczona.

Plan podróży

Wybrane miejsca docelowe (w kolejności od największej do najmniejszej, ale nie w skali)
Tytan w prawdziwym kolorze.jpg
Fullbl.jpg
PIA07763 Rea pełny globus5.jpg
Iapetus 706 1419 1.jpg
Dionean Linea PIA08256.jpg
PIA18317-SaturnMoon-Tethys-Cassini-20150411.jpg
PIA17202 - Zbliżanie się do Enceladusa.jpg
tytan Księżyc Ziemi Rea Japetus Dione Tetyda Enceladus
Mimas Cassini.jpg
Hyperion prawda.jpg
Agnieszka Kassini.jpg
PIA12714 Janus crop.jpg
PIA09813 Epimetheus S. region polarny.jpg
PIA12593 Prometheus2.jpg
PIA21055 - Pandora z bliska.jpg
Mimas Hyperion Phoebe Janus Epimeteusz Prometeusz Pandora
Wiodąca półkula Helene - 20110618.jpg
Atlas (NASA).jpg
PIA21436.jpg
Telesto cassini zbliżenie.jpg
Zmiana rozmiaru kadru Calypso ostry.jpg
Meton PIA14633.jpg
Helene Atlas Patelnia Telesto Kalipso Metone

Historia

Cassini-Huygens na wyrzutni

Cassini-Huygens ' s początki sięgają do 1982 roku, kiedy Europejska Fundacja Nauki i amerykańskiej National Academy of Sciences utworzyły grupę roboczą w celu zbadania przyszłych misji spółdzielni. Dwóch europejskich naukowców zaproponowało połączenie Saturn Orbiter i Titan Probe jako możliwą wspólną misję. W 1983 roku Komitet Eksploracji Układu Słonecznego NASA zalecił tę samą parę Orbiter i Probe jako główny projekt NASA. NASA i Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) przeprowadziły wspólne badania potencjalnej misji w latach 1984-1985. ESA kontynuowała własne badania w 1986 roku, podczas gdy amerykańska astronauta Sally Ride w swoim wpływowym raporcie z 1987 roku NASA Leadership and America's Future in Space , również zbadał i zatwierdził misję Cassini .

Podczas gdy raport Ride'a opisywał orbiter i sondę Saturn jako pojedynczą misję NASA, w 1988 r. zastępca administratora ds. nauki o kosmosie i zastosowaniach NASA, Len Fisk, powrócił do pomysłu wspólnej misji NASA i ESA. Napisał do swojego odpowiednika w ESA, Rogera Bonneta, mocno sugerując, że ESA wybrała misję Cassini spośród trzech dostępnych kandydatów i obiecał, że NASA zaangażuje się w misję tak szybko, jak to zrobi ESA.

W tym czasie NASA stawała się coraz bardziej wyczulona na napięcie, które rozwinęło się między amerykańskimi i europejskimi programami kosmicznymi w wyniku europejskiego przekonania, że ​​NASA nie traktowała jej jak równego sobie podczas poprzednich współpracy. Urzędnicy i doradcy NASA zaangażowani w promowanie i planowanie Cassini-Huygens próbowali skorygować ten trend, podkreślając chęć równomiernego dzielenia się wszelkimi korzyściami naukowymi i technologicznymi wynikającymi z misji. Po części ten nowo odkryty duch współpracy z Europą był napędzany poczuciem konkurencji ze Związkiem Radzieckim , który zaczął ściślej współpracować z Europą w miarę oddalania się ESA od NASA. Pod koniec 1988 roku ESA wybrała Cassini-Huygens jako swoją kolejną ważną misję, aw następnym roku program otrzymał duże fundusze w USA.

Współpraca nie tylko poprawiła relacje między dwoma programami kosmicznymi, ale także pomogła Cassini-Huygens przetrwać cięcia budżetowe Kongresu w Stanach Zjednoczonych. Cassini-Huygens znalazł się pod politycznym ostrzałem zarówno w 1992, jak i 1994 roku, ale NASA z powodzeniem przekonała Kongres Stanów Zjednoczonych , że nierozsądne byłoby wstrzymanie projektu po tym, jak ESA już przeznaczyła fundusze na rozwój, ponieważ frustracja z powodu niedotrzymanych obietnic dotyczących eksploracji kosmosu może przenieść się na inne obszary stosunków zagranicznych. Projekt przebiegał politycznie gładko po 1994 roku, chociaż grupy obywateli zaniepokojone jego potencjalnym wpływem na środowisko próbowały go wykoleić poprzez protesty i procesy sądowe aż do jego uruchomienia w 1997 roku.

Projekt statku kosmicznego

Montaż Cassini-Huygens

Statek kosmiczny miał być drugim stabilizowanym trójosiowym, napędzanym przez RTG Mariner Mark II , klasą statku kosmicznego opracowanego do misji poza orbitą Marsa . Cassini został opracowany jednocześnie ze statkiem kosmicznym Comet Rendezvous Asteroid Flyby ( CRAF ), ale cięcia budżetowe i zmiany zakresu projektu zmusiły NASA do przerwania prac nad CRAF, aby uratować Cassini . W rezultacie Cassini stał się bardziej wyspecjalizowany. Seria Mariner Mark II została anulowana.

Połączony orbiter i sonda to trzeci co do wielkości bezzałogowy międzyplanetarny statek kosmiczny, jaki kiedykolwiek z powodzeniem wystrzelono, za sondami Marsa Phobos 1 i 2 , a także należący do najbardziej złożonych. Orbiter miał masę 2150 kg (4740 funtów), sonda 350 kg (770 funtów). Z adapterem pojazdu startowego i 3132 kg (6905 funtów) propelentów podczas startu, statek kosmiczny miał masę 5600 kg (12300 funtów).

Cassini kosmicznych 6,8 m (22 ft) o wysokiej i 4 m (13 ft) szerokości. Złożoność statku kosmicznego wzrosła dzięki jego trajektorii (ścieżce lotu) do Saturna oraz ambitnej nauce w miejscu docelowym. Cassini miała 1630 połączonych ze sobą elementów elektronicznych , 22 000 połączeń przewodowych i 14 kilometrów (8,7 mil) okablowania. Podstawowym procesorem komputera sterującego był nadmiarowy system MIL-STD-1750A . Główny układ napędowy składał się z jednego głównego i jednego zapasowego dwupaliwowego silnika rakietowego R-4D . Ciąg każdego silnika wynosił 490  N (110  lbf ), a całkowita delta-v statku kosmicznego wynosiła około 2040 m/s (4600 mph). Mniejsze rakiety jednopaliwowe zapewniały kontrolę położenia.

Cassini była zasilana 32,7 kg (72 funtów) plutonu-238 — ciepło z rozpadu radioaktywnego materiału zamieniło się w energię elektryczną. Huygens był wspierany przez Cassini podczas rejsu, ale używał baterii chemicznych, gdy był niezależny.

Sonda zawierała płytę DVD z ponad 616 400 podpisami obywateli z 81 krajów zebranymi w ramach kampanii publicznej.

Do września 2017 r Cassini sonda nadal orbicie Saturna w odległości między 8,2 i 10,2 jednostek astronomicznych (1,23 x 10 9 i 1,53 x 10 9  km ; 760,000,000 i 950,000,000  mil ) z ziemi. Zajęło to 68 do 84 minut na sygnały radiowe do podróży z Ziemi do statku kosmicznego i vice versa. W ten sposób kontrolerzy naziemni nie mogli wydawać instrukcji „w czasie rzeczywistym” dotyczących codziennych operacji lub nieoczekiwanych zdarzeń. Nawet gdyby reakcja była natychmiastowa, od wystąpienia problemu do odebrania przez satelitę odpowiedzi inżynierów upłynęłyby ponad dwie godziny.

Instrumenty

Powierzchnia Tytana ujawniona przez VIMS
Rhea przed Saturnem
Saturn w kolorze naturalnym (lipiec 2018)
Animowany model 3D statku kosmicznego

Streszczenie

Instrumenty:

  • Teledetekcja optyczna („Umieszczona na palecie teledetekcji”)
    • Złożony spektrometr podczerwieni (CIRS)
    • Podsystem Imaging Science (ISS)
    • Spektrograf do obrazowania w ultrafiolecie (UVIS)
    • Spektrometr mapujący w zakresie widzialnym i podczerwieni (VIMS)
  • Pola, cząstki i fale (głównie in situ )
    • Spektrometr plazmowy Cassini (CAPS)
    • Kosmiczny analizator pyłu (CDA)
    • Spektrometr mas jonowych i neutralnych (INMS)
    • Magnetometr (MAG)
    • Instrument do obrazowania magnetosferycznego (MIMI)
    • Nauka o falach radiowych i plazmowych (RPWS)
  • Zdalne wykrywanie mikrofalowe
    • Radar
    • Nauka radiowa (RSS)

Opis

Cassini ' oprzyrządowanie składała się z: przesłony syntetyczny radaru mapowania, jak urządzenie ze sprzężeniem ładunkowym system przetwarzania obrazu widzialnego / podczerwieni mapowania spektrometru kompozyt spektrometru na podczerwień, kosmicznego pyłu analizatora, radio i osocze eksperyment fali, spektrometr plazmowy, AN spektrograf do obrazowania w ultrafiolecie , instrument do obrazowania magnetosfery , magnetometr i spektrometr mas jonowo -obojętnych . Telemetryczny z łączności anteny i innych specjalnych nadajników (e S zespół nadajnika i podwójnej częstotliwości K -band System) zastosowano także do obserwacji atmosferach Titan Saturna do pomiaru ciężaru właściwego pola świecie i jego satelity.

Spektrometr plazmowy Cassini (CAPS)
CAPS był instrumentem in situ, który mierzył strumień naładowanych cząstek w lokalizacji statku kosmicznego w funkcji kierunku i energii. Skład jonów mierzono również za pomocą spektrometru masowego czasu przelotu . Projekt CAPS zmierzył cząstki wytwarzane przez jonizację cząsteczek pochodzących z jonosfery Saturna i Tytana, a także pióropusze Enceladusa. Projekt CAPS zbadał również plazmę w tych obszarach, wraz z wiatrem słonecznym i jego interakcją z magnetosferą Saturna. CAPS został wyłączony w czerwcu 2011 roku, jako środek ostrożności z powodu „miękkiego” zwarcia elektrycznego , które wystąpiło w instrumencie. Został ponownie włączony w marcu 2012 roku, ale po 78 dniach kolejne zwarcie wymusiło trwałe wyłączenie urządzenia.
Kosmiczny analizator pyłu (CDA)
CDA był instrumentem in situ, który mierzył rozmiar, prędkość i kierunek drobnych ziaren pyłu w pobliżu Saturna. Może również mierzyć pierwiastki chemiczne zbóż. Niektóre z tych cząstek krążyły wokół Saturna, podczas gdy inne pochodziły z innych systemów gwiezdnych. CDA na orbiterze został zaprojektowany, aby dowiedzieć się więcej o tych cząstkach, materiałach w innych ciałach niebieskich i potencjalnie o początkach wszechświata.
Złożony spektrometr podczerwieni (CIRS)
CIRS był instrumentem teledetekcyjnym, który mierzył promieniowanie podczerwone pochodzące z obiektów w celu poznania ich temperatury, właściwości termicznych i składu. Podczas misji Cassini-Huygens CIRS mierzył emisje w podczerwieni z atmosfer, pierścieni i powierzchni w rozległym układzie Saturna. Zmapowano atmosferę Saturna w trzech wymiarach, aby określić profile temperatury i ciśnienia z wysokością, składem gazu oraz rozmieszczeniem aerozoli i chmur. Zmierzono również właściwości termiczne oraz skład powierzchni i pierścieni satelitów.
Spektrometr mas jonowych i neutralnych (INMS)
INMS był instrumentem in situ, który mierzył skład naładowanych cząstek (protonów i cięższych jonów) oraz neutralnych (atomów i molekuł) w pobliżu Tytana i Saturna, aby dowiedzieć się więcej o ich atmosferach. W przyrządzie zastosowano kwadrupolowy spektrometr masowy . INMS miał również zmierzyć środowisko jonów dodatnich i neutralnych lodowych satelitów i pierścieni Saturna.
Podsystem Imaging Science (ISS)
ISS była instrumentem teledetekcyjnym, który rejestrował większość obrazów w świetle widzialnym , a także niektóre obrazy w podczerwieni i w ultrafiolecie . ISS wykonał setki tysięcy zdjęć Saturna, jego pierścieni i księżyców. ISS posiadała zarówno kamerę szerokokątną (WAC), jak i kamerę wąskokątną (NAC). Każda z tych kamer wykorzystywała czułe urządzenie ze sprzężeniem ładunkowym (CCD) jako detektor fal elektromagnetycznych . Każda matryca CCD miała 1024 kwadratowy układ pikseli o boku 12  μm . Obie kamery umożliwiały wiele trybów zbierania danych, w tym kompresję danych na chipie, i były wyposażone w filtry spektralne, które obracały się na kole, aby wyświetlać różne pasma w widmie elektromagnetycznym w zakresie od 0,2 do 1,1 μm.
Magnetometr z podwójną techniką (MAG)
MAG był instrumentem in situ, który mierzył siłę i kierunek pola magnetycznego wokół Saturna . Pola magnetyczne są generowane częściowo przez stopiony rdzeń w centrum Saturna. Pomiar pola magnetycznego jest jednym ze sposobów sondowania rdzenia. Celem projektu MAG było opracowanie trójwymiarowego modelu magnetosfery Saturna i określenie stanu magnetycznego Tytana i jego atmosfery oraz lodowych satelitów i ich roli w magnetosferze Saturna.
Instrument do obrazowania magnetosferycznego (MIMI)
MIMI był instrumentem zarówno in situ, jak i teledetekcyjnym, który wytwarza obrazy i inne dane na temat cząstek uwięzionych w ogromnym polu magnetycznym Saturna, czyli magnetosferze. Komponent in situ mierzył energetyczne jony i elektrony, podczas gdy komponent teledetekcyjny (Ion And Neutral Camera, INCA) był urządzeniem do obrazowania energetycznych atomów neutralnych . Informacje te zostały wykorzystane do zbadania ogólnej konfiguracji i dynamiki magnetosfery oraz jej interakcji z wiatrem słonecznym, atmosferą Saturna, Tytanem, pierścieniami i lodowymi satelitami.
Radar
Pokładowy radar był aktywnym i pasywnym instrumentem wykrywającym, który tworzył mapy powierzchni Tytana. Fale radarowe były wystarczająco silne, by przebić się przez grubą zasłonę mgły otaczającej Tytana. Mierząc czas wysłania i powrotu sygnałów można określić wysokość obiektów o dużej powierzchni, takich jak góry i kaniony. Pasywny radar nasłuchiwał fal radiowych, które mogą emitować Saturn lub jego księżyce.
Instrument do nauki o falach radiowych i plazmowych (RPWS)
RPWS był instrumentem in situ i instrumentem teledetekcyjnym, który odbiera i mierzy sygnały radiowe pochodzące z Saturna, w tym fale radiowe emitowane przez interakcję wiatru słonecznego z Saturnem i Tytanem. RPWS zmierzył pola fal elektrycznych i magnetycznych w ośrodku międzyplanetarnym i magnetosferach planetarnych. Określono również gęstość elektronową i temperaturę w pobliżu Tytana oraz w niektórych obszarach magnetosfery Saturna, wykorzystując fale plazmy o charakterystycznych częstotliwościach (np. górna linia hybrydowa ) lub sondę Langmuira . Zespół RPWS zbadał konfigurację pola magnetycznego Saturna i jego związek z promieniowaniem kilometrowym Saturna (SKR), a także monitorował i mapował jonosferę, plazmę i błyskawice Saturna z atmosfery Saturna (i prawdopodobnie Tytana).
Podsystem Radio Nauka (RSS)
RSS był instrumentem teledetekcyjnym, który wykorzystywał anteny radiowe na Ziemi do obserwowania sposobu, w jaki sygnały radiowe ze statku kosmicznego zmieniały się, gdy były przesyłane przez obiekty, takie jak atmosfera Tytana czy pierścienie Saturna, a nawet za Słońcem . W ramach RSS badano również skład, ciśnienia i temperatury atmosfer i jonosfer, strukturę promienistą i rozkład wielkości cząstek w pierścieniach, masy ciała i układu oraz pole grawitacyjne . Instrument wykorzystywał łącze komunikacyjne w paśmie X statku kosmicznego, a także łącze w dół w paśmie S oraz łącze w górę i w dół w paśmie Ka.
Cassini UVIS
Instrument Cassini UVIS zbudowany przez Laboratorium Fizyki Atmosfery i Przestrzeni Kosmicznej na Uniwersytecie Kolorado.
Spektrograf do obrazowania w ultrafiolecie (UVIS)
UVIS był instrumentem teledetekcyjnym, który rejestrował obrazy światła ultrafioletowego odbitego od obiektu, takiego jak obłoki Saturna i/lub jego pierścienie, aby dowiedzieć się więcej o ich strukturze i składzie. Zaprojektowany do pomiaru światła ultrafioletowego w zakresie długości fal od 55,8 do 190 nm, instrument ten był również narzędziem pomagającym określić skład, rozkład, zawartość cząstek aerozolu i temperatury ich atmosfer. W przeciwieństwie do innych typów spektrometrów, ten czuły przyrząd może dokonywać zarówno odczytów spektralnych, jak i przestrzennych. Był szczególnie biegły w określaniu składu gazów. Obserwacje przestrzenne przyjęły widok szeroki po wąskim, tylko jeden piksel wysokości i 64 piksele w poprzek. Wymiar widmowy wynosił 1024 piksele na piksel przestrzenny. Może również wykonać wiele zdjęć, które tworzą filmy przedstawiające sposoby, w jakie ten materiał jest przemieszczany przez inne siły.
UVIS składał się z czterech oddzielnych kanałów detektora: dalekiego ultrafioletu (FUV), skrajnego ultrafioletu (EUV), fotometru wysokiej prędkości (HSP) i celi absorpcji wodoru i deuteru (HDAC). UVIS zebrał obrazy hiperspektralne i dyskretne widma Saturna, jego księżyców i pierścieni, a także dane dotyczące zakrycia gwiazd.
Kanał HSP jest przeznaczony do obserwowania światła gwiazd przechodzącego przez pierścienie Saturna (znane jako zakrycia gwiazd) w celu zrozumienia struktury i optycznej głębokości pierścieni. Dane dotyczące zakrycia gwiazd z kanałów HSP i FUV potwierdziły istnienie pióropuszy pary wodnej na południowym biegunie Enceladusa, a także scharakteryzowali skład pióropuszy.
Widma VIMS wykonane podczas obserwacji atmosfery Tytana w kierunku Słońca pomogły zrozumieć atmosfery egzoplanet (koncepcja artysty; 27 maja 2014).
Spektrometr mapujący w zakresie widzialnym i podczerwieni (VIMS)
VIMS był instrumentem teledetekcyjnym, który rejestrował obrazy przy użyciu światła widzialnego i podczerwonego, aby dowiedzieć się więcej o składzie powierzchni księżyca, pierścieni i atmosfer Saturna i Tytana. Składał się z dwóch kamer – jednej służącej do pomiaru światła widzialnego, drugiej podczerwieni. VIMS zmierzył odbite i emitowane promieniowanie z atmosfer, pierścieni i powierzchni w zakresie długości fal od 350 do 5100 nm, aby pomóc w określeniu ich składu, temperatury i struktury. Obserwował również światło słoneczne i światło gwiazd przechodzące przez pierścienie, aby dowiedzieć się więcej o ich strukturze. Naukowcy wykorzystali VIMS do długoterminowych badań ruchu chmur i morfologii w układzie Saturna, aby określić wzorce pogodowe Saturna.

Źródło zasilania plutonu

Cassini GPHS-RTG przed instalacją

Ze względu na odległość Saturna od Słońca, panele słoneczne nie były możliwe jako źródło zasilania dla tej sondy kosmicznej. Aby wygenerować wystarczającą moc, takie macierze byłyby zbyt duże i zbyt ciężkie. Zamiast tego orbiter Cassini był zasilany przez trzy radioizotopowe generatory termoelektryczne GPHS-RTG , które wykorzystują ciepło z rozpadu około 33 kg (73 funty) plutonu-238 (w postaci dwutlenku plutonu ) do generowania prądu stałego za pomocą termoelektryków . RTG w misji Cassini mają taką samą konstrukcję, jak te stosowane w sondach kosmicznych New Horizons , Galileo i Ulysses , i zostały zaprojektowane tak, aby miały bardzo długi okres eksploatacji. Pod koniec nominalnej 11-letniej misji Cassini byli w stanie wytwarzać od 600 do 700 watów energii elektrycznej. (Jeden z zapasowych RTG dla misji Cassini został użyty do zasilania misji New Horizons na Plutona i pasie Kuipera , który został zaprojektowany i uruchomiony później.)

Dystrybucja zasilania była realizowana przez 192 przełączniki zasilania półprzewodnikowego , które działały również jako wyłączniki w przypadku stanu przeciążenia. W przełącznikach wykorzystano tranzystory MOSFET, które charakteryzowały się lepszą wydajnością i dłuższą żywotnością w porównaniu z przełącznikami konwencjonalnymi, jednocześnie eliminując stany nieustalone . Jednak te wyłączniki półprzewodnikowe były podatne na błędne wyzwalanie (przypuszczalnie przez promieniowanie kosmiczne), co wymagało ich resetowania i powodowało straty w danych eksperymentalnych.

Rozżarzony pluton będący źródłem zasilania radioizotopowego generatora termoelektrycznego sondy

Aby nabrać rozpędu już w locie, trajektoria misji Cassini obejmowała kilka grawitacyjnych manewrów procy : dwa przelotowe przeloty Wenus , jeszcze jedno przejście przez Ziemię, a następnie jedno przez planetę Jowisz . Przelot naziemny był ostatnim przypadkiem, w którym sonda stanowiła jakiekolwiek możliwe niebezpieczeństwo dla ludzi. Manewr zakończył się sukcesem, a sonda Cassini przeszła 1171 km (728 mil) nad Ziemią 18 sierpnia 1999 roku. (przy ostrym kącie wejścia, w którym Cassini stopniowo spłonie), znaczna część 33 kg plutonu-238 wewnątrz RTG zostałaby rozproszona w atmosferze ziemskiej tak, że nawet pięć miliardów ludzi (czyli prawie cała ludności lądowej) mógł zostać narażony, powodując około 5000 dodatkowych zgonów z powodu raka w ciągu następnych dziesięcioleci (0,0005%, tj. ułamek 0,000005 z miliarda zgonów z powodu raka spodziewanych i tak z innych przyczyn; gdzie indziej produkt jest błędnie wyliczony na 500 000 zgony). Jednak oszacowano, że prawdopodobieństwo takiego zdarzenia jest mniejsze niż jeden na milion, co oznacza, że ​​prawdopodobieństwo śmierci jednej osoby (przy założeniu 5000 zgonów) wynosi mniej niż 1 na 200.

Telemetria

Cassini sonda był zdolny do przenoszenia się w kilku różnych formatach telemetrycznych. Podsystem telemetrii jest chyba najważniejszym podsystemem, ponieważ bez niego nie byłoby możliwości zwrotu danych.

Telemetria została opracowana od podstaw, ponieważ statek kosmiczny używał bardziej nowoczesnego zestawu komputerów niż poprzednie misje. Dlatego Cassini był pierwszym statkiem kosmicznym, który zaadoptował mini-pakiety w celu zmniejszenia złożoności słownika telemetrycznego, a proces rozwoju oprogramowania doprowadził do stworzenia menedżera telemetrii dla misji.

W Słowniku Telemetrycznym Cassini zgromadzono około 1088 kanałów (w 67 mini-pakietach) . Spośród tych 67 mini-pakietów o mniejszej złożoności, 6 mini-pakietów zawierało elementy kowariancji podsystemu i wzmocnienia Kalmana (161 pomiarów), nieużywanych podczas normalnych operacji misji. To pozostawiło 947 pomiarów w 61 mini-pakietach.

W sumie skonstruowano siedem map telemetrycznych odpowiadających 7 trybom telemetrii AACS. Te tryby to: (1) Zapis; (2) Rejs nominalny; (3) średni wolny rejs; (4) powolny rejs; (5) operacje orbitalne; (6) Śr; (7) Kalibracja ATE (Estymatora Postawy). Te 7 map obejmuje wszystkie tryby telemetrii statku kosmicznego.

Sonda Huygens

Widok Huygensa na powierzchnię Tytana
Ten sam obraz z różnym przetwarzaniem danych

Huygens sonda, dostarczone przez Europejską Agencję Kosmiczną (ESA) i nazwany po 17 wieku holenderskiego astronoma, który jako pierwszy odkrył Titan, Christiaan Huygens kontrolowały chmury, atmosfera i powierzchni Saturna księżyca Tytana podczas jej opadania w dniu 15 stycznia 2005 r. Został zaprojektowany, aby wejść i zahamować w atmosferze Tytana i zrzucić na powierzchnię w pełni wyposażone laboratorium zrobotyzowane.

System sondy składał się z samej sondy, która opadła na Tytana, oraz sprzętu wspierającego sondę (PSE), który pozostał przymocowany do orbitującego statku kosmicznego. PSE zawiera elektronikę, która śledzi sondę, odzyskuje dane zebrane podczas jej opadania oraz przetwarza i dostarcza dane do orbitera, który przesyła je na Ziemię. Podstawowym procesorem komputera sterującego był nadmiarowy system sterowania MIL-STD-1750A .

Dane były przesyłane łączem radiowym między Huygens i Cassini dostarczonym przez Podsystem Przekazywania Danych Probowych (PDRS). Ponieważ misja sondy nie mogła być zdalnie sterowana z Ziemi ze względu na dużą odległość, była automatycznie zarządzana przez Podsystem Zarządzania Danymi Dowodzenia (CDMS). PDRS i CDMS zostały dostarczone przez Włoską Agencję Kosmiczną (ASI).

Po Cassini „s uruchomieniu okazało się, że dane wysyłane z Huygens sondy Cassini orbiter (a następnie retransmitowane do Ziemi) będzie w dużej mierze nieczytelny. Powodem było to, że szerokość pasma elektroniki przetwarzającej sygnał była zbyt wąska, a przewidywane przesunięcie Dopplera między lądownikiem a statkiem-matką wyniosłoby sygnały poza zasięg systemu. W ten sposób odbiornik Cassini nie byłby w stanie odebrać danych z Huygensa podczas jego opadania na Tytana.

Znaleziono obejście, aby odzyskać misję. Trajektoria Cassini została zmieniona, aby zmniejszyć prędkość linii widzenia, a tym samym przesunięcie Dopplera. Późniejsza trajektoria Cassini była identyczna z wcześniej planowaną, chociaż zmiana zastąpiła dwie orbity przed misją Huygens trzema krótszymi orbitami.

Wybrane wydarzenia i odkrycia

Animacja Cassini „s trajektorii od 15 października 1997 do 4 maja 2008
  Cassini–Huygens  ·   Jowisz  ·   Saturn  ·   Ziemia  ·   Wenus  ·    2685 Mazurski
Animacja Cassini „s trajektorii wokół Saturna od 1 maja 2004 do 15 września 2017
   Cassini  ·   Saturn  ·   Enceladus  ·   Tytan  ·   Japetus

Przeloty Wenus i Ziemi oraz rejs na Jowisza

Zdjęcie Księżyca podczas przelotu

Cassini sonda kosmiczna wykonano dwa grawitacyjne wspomagająca przelotów obok z Wenus w dniu 26 kwietnia 1998 roku, a 24 czerwca 1999. Te przelotów dostarczyła sonda kosmiczna z dość pędu podróżować przez całą drogę się do pasa planetoid . W tym momencie grawitacja Słońca wciągnęła sondę kosmiczną z powrotem do wnętrza Układu Słonecznego.

18 sierpnia 1999 r. o 03:28 UTC statek przeleciał obok Ziemi z asystą grawitacyjną. Na godzinę i 20 minut przed najbliższym podejściem Cassini wykonała najbliższe podejście do Księżyca Ziemi na 377 000 kilometrów i wykonała serię zdjęć kalibracyjnych.

23 stycznia 2000 r. Cassini przeleciał obok asteroidy 2685 Masursky około godziny 10:00 UTC. Zajęło zdjęć w ciągu pięciu do siedmiu godzin przed przelotu w odległości 1,6 x 10 6  km (0,99 x 10 6  ml) i średnicy od 15 do 20 km (9,3 do 12,4 mil) oszacowano na asteroidzie. ^^

Jowisz przelatuje obok

A Jowisza przelotu obraz

Cassini zbliżył się do Jowisza 30 grudnia 2000 roku i dokonał wielu pomiarów naukowych. Podczas sześciomiesięcznego przelotu wykonano około 26 000 zdjęć Jowisza, jego słabych pierścieni i księżyców . Stworzył najbardziej szczegółowy, jak dotąd, globalny, kolorowy portret planety (patrz zdjęcie po prawej), w którym najmniejsze widoczne cechy mają średnicę około 60 km (37 mil).

Cassini sfotografowała Io przechodzącego przez Jowisza 1 stycznia 2001 roku.

Głównym odkryciem przelotu, ogłoszonym 6 marca 2003 r., była cyrkulacja atmosferyczna Jowisza. Ciemne „pasy” przeplatają się z jasnymi „strefami” w atmosferze, a naukowcy od dawna uważali te strefy, wraz z ich bladymi chmurami, za obszary wypływającego powietrza, częściowo dlatego, że wiele chmur na Ziemi tworzy się tam, gdzie powietrze się unosi. Jednak analiza zdjęć Cassini wykazała, że ​​pojedyncze komórki burzowe wznoszących się jasnych białych chmur, zbyt małych, aby można je było zobaczyć z Ziemi, pojawiają się prawie bez wyjątku w ciemnych pasach. Według Anthony'ego Del Genio z Goddard Institute for Space Studies w NASA , „pasy muszą być obszarami wzrostu netto ruchu atmosferycznego na Jowiszu, [więc] ruch netto w strefach musi opadać”.

Inne obserwacje atmosferyczne obejmowały wirujący ciemny owal wysokiej mgły atmosferycznej, mniej więcej wielkości Wielkiej Czerwonej Plamy , w pobliżu północnego bieguna Jowisza. Obrazy w podczerwieni ujawniły aspekty cyrkulacji w pobliżu biegunów, z pasmami wiatrów otaczających kulę ziemską, z sąsiednimi pasmami poruszającymi się w przeciwnych kierunkach.

W tym samym ogłoszeniu omówiono również naturę pierścieni Jowisza . Rozpraszanie światła przez cząstki w pierścieniach pokazało, że cząstki miały nieregularny kształt (a nie kuliste) i prawdopodobnie powstały jako wyrzuty z uderzeń mikrometeorytów na księżyce Jowisza, prawdopodobnie Metis i Adrastea .

Testy ogólnej teorii względności

W dniu 10 października 2003 roku, zespół naukowy misji ogłosił wyniki testów Albert Einstein „s ogólnej teorii względności , wykonanej za pomocą fal radiowych nadawanych z Cassini sondy kosmicznej. Radiolodzy zmierzyli przesunięcie częstotliwości fal radiowych do iz statku kosmicznego, gdy te przelatywały blisko Słońca. Zgodnie z ogólną teorią względności, masywny obiekt, taki jak Słońce, powoduje zakrzywienie czasoprzestrzeni, powodując wiązkę fal radiowych (lub światła lub dowolnej formy promieniowania elektromagnetycznego ), która przechodzi obok Słońca i przemieszcza się dalej (znana jako Shapiro). opóźnienie czasowe ).

Chociaż pewne mierzalne odchylenia od wartości obliczonych za pomocą ogólnej teorii względności są przewidywane przez niektóre niezwykłe modele kosmologiczne, w tym eksperymencie nie stwierdzono takich odchyleń. Wcześniejsze testy wykorzystujące fale radiowe transmitowane przez sondy kosmiczne Viking i Voyager były zgodne z wartościami obliczonymi z ogólnej teorii względności z dokładnością do jednej części na tysiąc. Bardziej wyrafinowane pomiary z eksperymentu sondy kosmicznej Cassini poprawiły tę dokładność do około jednej części na 51 000. Dane mocno wspierają ogólną teorię względności Einsteina.

Nowi księżyce Saturna

Możliwa formacja nowego księżyca została uchwycona 15 kwietnia 2013 r.

W sumie misja Cassini odkryła siedem nowych księżyców krążących wokół Saturna. Wykorzystując zdjęcia wykonane przez Cassini , naukowcy odkryli Methone , Pallene i Polydeuces w 2004 roku, chociaż późniejsza analiza wykazała, że Voyager 2 sfotografował Pallene'a podczas przelotu wokół planety otoczonej pierścieniami w 1981 roku.

Zdjęcie odkrycia księżyca Daphnis

1 maja 2005 r. Cassini odkrył nowy księżyc w szczelinie Keeler . Otrzymał oznaczenie S/2005 S 1, zanim otrzymał nazwę Daphnis . Piąty nów księżyc został odkryty przez Cassini 30 maja 2007 roku i został tymczasowo oznaczony jako S/2007 S 4. Obecnie jest znany jako Anthe . Komunikat prasowy z 3 lutego 2009 r. pokazał szósty nów księżyca znaleziony przez Cassini . Księżyc ma średnicę około 500 m (0,3 mil) w pierścieniu G systemu pierścieni Saturna i obecnie nosi nazwę Aegaeon (dawniej S/2008 S 1). W komunikacie prasowym z 2 listopada 2009 r. wspomniano o siódmym nowiu znalezionym przez Cassini 26 lipca 2009 r. Obecnie jest on oznaczony jako S/2009 S 1 i ma około 300 m (1000 stóp) średnicy w układzie B-ring.

14 kwietnia 2014 roku naukowcy NASA poinformowali o możliwym początku nowiu w pierścieniu A Saturna .

Phoebe przelatuje obok

Przylot Cassini (po lewej) i mozaiki wyjazdu Phoebe (2004)

11 czerwca 2004 roku Cassini przeleciała obok księżyca Phoebe . Była to pierwsza okazja do zbliżenia tego księżyca ( Voyager 2 wykonał odległy przelot w 1981 roku, ale nie zwrócił żadnych szczegółowych zdjęć). Był to również jedyny możliwy przelot Cassini dla Phoebe ze względu na mechanikę dostępnych orbit wokół Saturna.

Pierwsze zbliżenia otrzymano 12 czerwca 2004 r., a naukowcy misji natychmiast zdali sobie sprawę, że powierzchnia Phoebe wygląda inaczej niż asteroidy odwiedzane przez statki kosmiczne. Fragmenty pokrytej kraterami powierzchni wyglądają na tych zdjęciach bardzo jasno i obecnie uważa się, że pod jej bezpośrednią powierzchnią znajduje się duża ilość lodu wodnego.

Obrót Saturna

W ogłoszeniu z 28 czerwca 2004 r. naukowcy programu Cassini opisali pomiar okresu rotacji Saturna. Ponieważ na powierzchni nie ma stałych cech, które można wykorzystać do uzyskania tego okresu, zastosowano powtarzanie emisji radiowych. Te nowe dane zgadzały się z najnowszymi wartościami zmierzonymi z Ziemi i stanowiły dla naukowców zagadkę. Okazuje się, że okres rotacji radia zmienił się od czasu, gdy po raz pierwszy zmierzył go sonda Voyager 1 w 1980 roku , a teraz jest dłuższy o 6 minut. Nie oznacza to jednak zmiany w ogólnym obrocie planety. Uważa się, że jest to spowodowane zmianami w górnej atmosferze i jonosferze na szerokościach geograficznych, które są magnetycznie połączone z regionem źródła radiowego.

W 2019 roku NASA ogłosiła, że ​​okres rotacji Saturna wynosi 10 godzin, 33 minuty i 38 sekund, obliczony za pomocą sejsmologii pierścieniowej Saturna. Wibracje z wnętrza Saturna powodują drgania w jego polu grawitacyjnym. Energia ta jest pochłaniana przez cząsteczki pierścienia w określonych miejscach, gdzie gromadzi się, dopóki nie zostanie uwolniona w postaci fali. Naukowcy wykorzystali dane z ponad 20 takich fal do skonstruowania rodziny modeli wnętrza Saturna, które zapewniły podstawę do obliczenia jego okresu rotacji.

Orbitujący Saturna

Saturn osiągnął równonoc w 2008 roku, krótko po zakończeniu pierwszej misji.

1 lipca 2004 roku statek kosmiczny przeleciał przez szczelinę między pierścieniami F i G i osiągnął orbitę po siedmioletniej podróży. Był to pierwszy statek kosmiczny, który kiedykolwiek okrążył Saturna.

Manewr wstawiania orbity Saturna (SOI) wykonywany przez Cassini był złożony i wymagał od statku zorientowania swojej anteny o wysokim wzmocnieniu z dala od Ziemi i wzdłuż toru lotu, aby osłonić instrumenty przed cząstkami w pierścieniach Saturna. Gdy statek przekroczył płaszczyznę pierścienia, musiał ponownie się obrócić, aby skierować silnik wzdłuż toru lotu, a następnie silnik odpalił, aby zwolnić statek o 622 m/s, aby umożliwić Saturnowi przechwycenie go. Cassini została schwytana przez grawitację Saturna około 20:54 czasu pacyficznego letniego 30 czerwca 2004 roku. Podczas manewru Cassini przeszła w odległości 20 000 km (12 000 mil) od wierzchołków chmur Saturna.

Gdy sonda Cassini znajdowała się na orbicie Saturna, odejście z systemu Saturna zostało ocenione w 2008 r. podczas planowania zakończenia misji.

Przeloty obok Tytana

Tytan – widoki w podczerwieni (2004 – 2017)

Cassini odbył swój pierwszy przelot obok największego księżyca Saturna , Tytana , 2 lipca 2004 roku, dzień po wstawieniu na orbitę, kiedy to zbliżył się na odległość 339 000 km (211 000 mil) od Tytana. Zdjęcia wykonane przez specjalne filtry (potrafiące przejrzeć globalną mgłę Księżyca) pokazały, że chmury na biegunach południowych, jak się uważa, składają się z metanu i elementów powierzchniowych o bardzo różnej jasności. 27 października 2004 r. statek kosmiczny wykonał pierwszy z 45 zaplanowanych bliskich przelotów Tytana, gdy przeleciał zaledwie 1200 km (750 mil) nad Księżycem. Zebrano i przekazano na Ziemię prawie cztery gigabity danych, w tym pierwsze obrazy radarowe spowitej mgłą powierzchni księżyca. Okazało się, że powierzchnia Tytana (przynajmniej obszar objęty radarem) jest stosunkowo płaska, a topografia nie przekracza około 50 m (160 stóp) wysokości. Przelot zapewnił niezwykły wzrost rozdzielczości obrazowania w porównaniu z poprzednim pokryciem. Wykonano zdjęcia o nawet 100-krotnie lepszej rozdzielczości i są one typowe dla rozdzielczości planowanych dla kolejnych przelotów Tytana. Cassini zebrał zdjęcia Tytana i jezior metanu podobnych do jezior wody na Ziemi.

Huygens ląduje na Tytanie

Obraz zewnętrzny
ikona obrazu Surowe obrazy z sondy Huygens w dniu 14 stycznia 2005 (37 stron)
ESA/NASA/JPL/U. z Arizony. (hosting ESA)

Cassini wypuścił sondę Huygens 25 grudnia 2004 r., za pomocą sprężyny i spiralnych szyn, które miały obracać sondę dla większej stabilności. Wszedł w atmosferę Tytana 14 stycznia 2005 roku i po dwuipółgodzinnym zniżaniu wylądował na twardym gruncie. Chociaż Cassini z powodzeniem przesłał 350 zdjęć, które otrzymał od Huygens z miejsca lądowania i lądowania, błąd oprogramowania nie spowodował włączenia jednego z odbiorników Cassini i spowodował utratę kolejnych 350 zdjęć. Podczas lądowania, dla ostrożności, NASA załadowała Huygens 3 spadochronami.

Przeloty Enceladusa

Widok powierzchni podobnej do Europy Enceladusa z pęknięciami Labtayt Sulci pośrodku i Ebony (z lewej) i Cufa dorsa w lewym dolnym rogu; sfotografowany przez Cassini 17 lutego 2005 r.

Podczas pierwszych dwóch bliskich przelotów księżyca Enceladusa w 2005 roku Cassini odkrył odchylenie w lokalnym polu magnetycznym, charakterystyczne dla istnienia cienkiej, ale znaczącej atmosfery. Inne pomiary uzyskane w tym czasie wskazują na zjonizowaną parę wodną jako jej główny składnik. Cassini zaobserwowała także wodne gejzery lodowe wybuchające z południowego bieguna Enceladusa, co daje większą wiarygodność pomysłowi, że Enceladus dostarcza cząstki pierścienia E Saturna. Naukowcy zajmujący się misją zaczęli podejrzewać, że w pobliżu powierzchni księżyca mogą znajdować się kieszenie płynnej wody, które napędzają erupcje.

12 marca 2008 r. Cassini przeleciał blisko Enceladusa, mijając w odległości 50 km od powierzchni księżyca. Sonda przeszła przez pióropusze rozciągające się z południowych gejzerów, wykrywając wodę, dwutlenek węgla i różne węglowodory za pomocą spektrometru masowego, a także odwzorowując cechy powierzchni, które mają znacznie wyższą temperaturę niż ich otoczenie za pomocą spektrometru podczerwieni. Cassini nie był w stanie zebrać danych za pomocą swojego analizatora pyłu kosmicznego z powodu nieznanej awarii oprogramowania.

21 listopada 2009 r. Cassini wykonał ósmy przelot wokół Enceladusa, tym razem z inną geometrią, zbliżając się na odległość 1600 km (990 mil) od powierzchni. Instrument Composite Infrared Spectrograph (CIRS) stworzył mapę emisji termicznych z „tygrysiego pasa” Bagdad Sulcus . Zwrócone dane pomogły w stworzeniu szczegółowego obrazu mozaikowego o wysokiej rozdzielczości południowej części półkuli skierowanej do Saturna.

3 kwietnia 2014 roku, prawie dziesięć lat po wejściu sondy Cassini na orbitę Saturna, NASA poinformowała o dowodach na istnienie dużego słonego wewnętrznego oceanu ciekłej wody na Enceladusie. Obecność wewnętrznego słonego oceanu stykającego się ze skalistym jądrem Księżyca, umieszcza Enceladusa „wśród najbardziej prawdopodobnych miejsc w Układzie Słonecznym, w których znajduje się obce życie mikrobiologiczne ”. 30 czerwca 2014 r. NASA świętowała dziesięć lat badania Cassini Saturna i jego księżyców , podkreślając między innymi odkrycie aktywności wody na Enceladusie.

We wrześniu 2015 r. NASA ogłosiła, że ​​dane grawitacyjne i obrazowe z Cassini zostały wykorzystane do analizy libracji orbity Enceladusa i ustaliła, że ​​powierzchnia księżyca nie jest sztywno połączona z jego jądrem, dochodząc do wniosku, że podziemny ocean musi mieć zatem zasięg globalny.

28 października 2015 r. Cassini wykonał bliski przelot Enceladusa, zbliżając się w odległości 49 km (30 mil) od powierzchni i przechodząc przez lodowy pióropusz nad biegunem południowym .

Okultacje radiowe pierścieni Saturna

W maju 2005 roku Cassini rozpoczął serię eksperymentów z okultacją radiową , aby zmierzyć rozkład wielkości cząstek w pierścieniach Saturna i zmierzyć atmosferę samego Saturna. Przez ponad cztery miesiące statek wykonywał zaprojektowane do tego celu orbity. Podczas tych eksperymentów leciał za płaszczyznę pierścieni Saturna, widzianą z Ziemi, i przepuszczał fale radiowe przez cząstki. Sygnały radiowe odbierane na Ziemi zostały przeanalizowane pod kątem częstotliwości, fazy i przesunięcia mocy sygnału w celu określenia struktury pierścieni.

Górny obrazek: widoczna kolorowa mozaika pierścieni Saturna wykonana 12 grudnia 2004 r. Dolny obraz: symulowany widok z obserwacji za pomocą okultacji radiowej 3 maja 2005 r. Kolor na dolnym obrazie przedstawia rozmiary cząstek pierścienia.

Szprychy w pierścieniach zweryfikowane

Na zdjęciach wykonanych 5 września 2005 r. Cassini wykryła szprychy w pierścieniach Saturna, wcześniej widziane tylko przez obserwatora wizualnego Stephena Jamesa O'Meara w 1977 r., a następnie potwierdzone przez sondy kosmiczne Voyager na początku lat 80. XX wieku.

Jeziora Tytana

Ligeia Mare , po lewej, jest porównywana w skali do Lake Superior .
Titan - ewoluująca funkcja w Ligeia Mare (21 sierpnia 2014).

Zdjęcia radarowe uzyskane 21 lipca 2006 wydają się ukazywać jeziora ciekłych węglowodorów (takich jak metan i etan ) na północnych szerokościach geograficznych Tytana. To pierwsze odkrycie obecnie istniejących jezior poza Ziemią. Jeziora mają rozmiary od jednego do stu kilometrów.

13 marca 2007 r. Laboratorium Napędu Odrzutowego ogłosiło, że znalazło mocne dowody na istnienie mórz metanu i etanu na północnej półkuli Tytana. Przynajmniej jedno z nich jest większe niż którekolwiek z Wielkich Jezior w Ameryce Północnej.

huragan Saturn

W listopadzie 2006 roku naukowcy odkryli burzę na południowym biegunie Saturna z wyraźną ścianą oka . Jest to charakterystyczne dla huraganu na Ziemi i nigdy wcześniej nie było widziane na innej planecie. W przeciwieństwie do huraganu naziemnego , burza wydaje się być nieruchoma na biegunie. Burza ma 8000 km (5000 mil) szerokości i 70 km (43 mil) wysokości, a wiatry wieją z prędkością 560 km/h (350 mph).

Przelot Japeta

Zrobione w dniu 10 września 2007 w odległości 62.331 km (38731 mil) równikowy grzbiet i powierzchnia Japeta są ujawnione. (filtry CL1 i CL2)
Zbliżenie powierzchni Japetusa, 2007

10 września 2007 roku Cassini zakończył przelot nad dziwnym, dwukolorowym księżycem w kształcie orzecha, Iapetus . Zdjęcia zostały zrobione z 1600 km (1000 mil) nad powierzchnią. Gdy wysyłał obrazy z powrotem na Ziemię, został uderzony przez promień kosmiczny, który zmusił go do chwilowego przejścia w tryb bezpieczny . Wszystkie dane z przelotu zostały odzyskane.

Rozszerzenie misji

15 kwietnia 2008 r. Cassini otrzymała fundusze na 27-miesięczną przedłużoną misję. Składał się z 60 kolejnych orbit Saturna , z 21 bliskimi przelotami Tytana, siedmioma Enceladusem, sześcioma Mimas, ośmioma Tethys i po jednym docelowym przelocie obok Dione , Rhea i Helene . Rozszerzona misja rozpoczęła się 1 lipca 2008 roku i została przemianowana na Misję Cassini Equinox, ponieważ misja zbiegła się z równonocą Saturna .

Rozszerzenie drugiej misji

Do NASA została przedłożona propozycja drugiego przedłużenia misji (wrzesień 2010 – maj 2017), tymczasowo nazwanej rozszerzoną misją lub XXM. Ta (60 mln USD rocznie) została zatwierdzona w lutym 2010 r. i przemianowana na Misję Przesilenia Cassini . Obejmował Cassini okrążający Saturna jeszcze 155 razy, wykonując 54 dodatkowe przeloty Tytana i 11 kolejnych Enceladusa.

Wielka Burza 2010 roku i następstwa

Burza na półkuli północnej w 2011 r.

25 października 2012 r. Cassini była świadkiem następstw ogromnej burzy Wielkiej Białej Plamy, która powtarza się na Saturnie mniej więcej co 30 lat. Dane z instrumentu kompozytowego spektrometru podczerwieni (CIRS) wykazały silne wyładowanie z burzy, które spowodowało skok temperatury w stratosferze Saturna 83 K (83°C; 149°F) powyżej normy. Jednocześnie naukowcy NASA z Goddard Research Center w Greenbelt w stanie Maryland wykryli ogromny wzrost ilości etylenu . Etylen to bezbarwny gaz, który jest bardzo rzadki na Saturnie i jest wytwarzany zarówno naturalnie, jak i ze źródeł wytworzonych przez człowieka na Ziemi. Burza, która spowodowała to wyładowanie, została po raz pierwszy zaobserwowana przez sondę 5 grudnia 2010 roku na północnej półkuli Saturna. Burza jest pierwszą tego rodzaju obserwowaną przez statek kosmiczny na orbicie wokół Saturna, a także pierwszą obserwowaną na długości fal podczerwieni termicznej, umożliwiając naukowcom obserwację temperatury atmosfery Saturna i śledzenie zjawisk niewidocznych gołym okiem . Gwałt gazu etylenowego, który został wytworzony przez burzę, osiągnął poziom 100 razy większy niż ten, który uważano za możliwy dla Saturna. Naukowcy ustalili również, że obserwowana burza była największym i najgorętszym wirem stratosferycznym, jaki kiedykolwiek wykryto w Układzie Słonecznym, początkowo większym niż Wielka Czerwona Plama Jowisza .

Tranzyt Wenus

21 grudnia 2012 roku Cassini zaobserwował przejście Wenus przez Słońce. Instrument VIMS analizował światło słoneczne przechodzące przez atmosferę Wenus. VIMS wcześniej obserwował tranzyt egzoplanety HD 189733b .

Dzień, w którym Ziemia się uśmiechnęła

Dzień, w którym Ziemia się uśmiechnęła - Saturn z niektórymi jego księżycami, Ziemią , Wenus i Marsem, jak widać na tym montażu Cassini (19 lipca 2013)

19 lipca 2013 r. sonda została skierowana w stronę Ziemi, aby uchwycić obraz Ziemi i Księżyca w ramach wieloobrazowego portretu całego układu Saturna w naturalnym świetle. Wydarzenie było wyjątkowe, ponieważ po raz pierwszy NASA poinformowała opinię publiczną, że robione jest z wyprzedzeniem zdjęcie z dużej odległości. Zespół zajmujący się obrazowaniem powiedział, że chce, aby ludzie się uśmiechali i machali do nieba, a naukowiec Cassini , Carolyn Porco, opisała ten moment jako okazję do „świętowania życia na Bladoniebieskiej Kropce ”.

Przelot Rhea

10 lutego 2015 roku sonda Cassini odwiedziła Rheę bliżej, zbliżając się do 47 000 km (29 000 mil). Sonda obserwowała księżyc za pomocą swoich kamer, tworząc jedne z najbardziej kolorowych obrazów Rhea o najwyższej rozdzielczości.

Przelot Hyperiona

Cassini wykonał swój ostatni przelot nad księżycem Saturna Hyperionem 31 maja 2015 r., w odległości około 34 000 km (21 000 mil).

Hyperion - widok kontekstowy
z 37.000 km (23.000 mil)
(31 maja 2015)
Hyperion - zbliżenie
z 38 000 km (24 000 mil)
(31 maja 2015)

Dione przelatuje obok

Cassini wykonał swój ostatni przelot obok księżyca Saturna Dione 17 sierpnia 2015 r., w odległości około 475 km (295 mil). Poprzedni przelot odbył się 16 czerwca.

Sześciokąt zmienia kolor

W latach 2012-2016 trwały sześciokątny wzór chmur na biegunie północnym Saturna zmienił się z przeważnie niebieskiego na bardziej złoty. Jedną z teorii na to jest zmiana sezonowa: dłuższa ekspozycja na światło słoneczne może powodować zamglenie, gdy biegun obraca się w kierunku Słońca. Wcześniej zauważono, że w latach 2004-2008 na Saturnie było mniej niebieskiego koloru.

2012 i 2016:
zmiany koloru sześciokątów
2013 i 2017:
zmiany koloru sześciokąta

Wielki finał i zniszczenie

Animacja Cassini ' s Finału
  Cassini  ·   Saturn

Cassini jest koniec zaangażowany serię ścisłej Saturn przechodzi, zbliża wewnątrz pierścieni , a następnie wpis w atmosferze Saturna w dniu 15 września 2017 roku, aby zniszczyć statek kosmiczny. Wybrano tę metodę, ponieważ konieczne jest zapewnienie ochrony i zapobieganie biologicznemu skażeniu na którymkolwiek z księżyców Saturna, który uważany jest za oferujący potencjalną możliwość zamieszkania .

W 2008 r. oceniono szereg opcji, aby osiągnąć ten cel, z których każda wiąże się z różnymi wyzwaniami finansowymi, naukowymi i technicznymi. Krótkookresowe uderzenie Saturna pod koniec misji zostało ocenione jako „doskonałe” z powodów „Opcja pierścienia D spełnia nieosiągalne cele AO; tanie i łatwo osiągalne”, podczas gdy zderzenie z lodowatym księżycem zostało ocenione jako „dobre”, ponieważ jest „tanie i osiągalne”. w dowolnym miejscu/czasie".

W latach 2013-14 doszło do dramatu budżetowego, gdy NASA otrzymała fundusze rządowe USA na Wielki Finał. Dwie fazy Wielkiego Finału okazały się równoznaczne z posiadaniem dwóch oddzielnych misji klasy Discovery Program , ponieważ Wielki Finał był zupełnie inny niż główna regularna misja Cassini . Rząd USA pod koniec 2014 roku zatwierdził Wielki Finał kosztem 200 milionów dolarów. Było to znacznie tańsze niż zbudowanie dwóch nowych sond w oddzielnych misjach klasy Discovery.

29 listopada 2016 roku statek kosmiczny wykonał przelot obok Tytana, który zabrał go do bramy orbitalnej pierścieni F: był to początek fazy Wielkiego Finału, której kulminacją był wpływ na planetę. Ostatni lot obok Tytana 22 kwietnia 2017 r., ponownie zmienił orbitę, aby przelecieć przez przerwę między Saturnem a jego wewnętrznym pierścieniem. Później, 26 kwietnia. Cassini przeleciała około 3100 km (1900 mil) nad warstwą chmur Saturna i 320 km (200 mil) ) od widocznej krawędzi pierścienia wewnętrznego; z powodzeniem wykonał zdjęcia atmosfery Saturna i następnego dnia zaczął zwracać dane. Po kolejnych 22 orbitach przez lukę misję zakończono nurkowaniem w atmosferze Saturna 15 września; sygnał został utracony o 11:55:46 UTC 15 września 2017 r., zaledwie 30 sekund później niż przewidywano. Szacuje się, że statek kosmiczny spłonął około 45 sekund po ostatniej transmisji.

We wrześniu 2018 r. NASA zdobyła nagrodę Emmy za wybitny oryginalny program interaktywny za prezentację Wielkiego Finału misji Cassini na Saturnie .

W grudniu 2018 r. Netflix wyemitował „NASA's Cassini Mission” w swoim serialu 7 Days Out, dokumentując ostatnie dni osób pracujących nad misją Cassini, zanim statek kosmiczny rozbije się na Saturnie, aby dotrzeć do jego Wielkiego Finału.

W styczniu 2019 roku opublikowano nowe badanie wykorzystujące dane zebrane podczas fazy Wielkiego Finału Cassini:

  • Ostatnie przejście obok pierścieni i planety umożliwiło naukowcom zmierzenie długości dnia na Saturnie: 10 godzin, 33 minuty i 38 sekund.
  • Pierścienie Saturna są stosunkowo nowe, mają od 10 do 100 milionów lat.
Cassini na orbicie Saturna przed Wielkim Finałem (koncepcje artystów)
Miejsce uderzenia Cassini na Saturnie ( spektrometr mapowania wizualnego / IR ; 15 września 2017 r.)
Zbliżenie atmosfery Saturna z odległości około 3100 km (1900 mil) nad warstwą chmur, wykonane przez Cassini podczas pierwszego nurkowania 26 kwietnia 2017 r., na początku Wielkiego Finału
Ostatnie zdjęcie (kolor) zrobione przez Cassini podczas schodzenia w kierunku Saturna. Zdjęcie zostało zrobione 634 000 km (394 000 mil) nad Saturnem 14 września 2017 r. o 19:59 UTC.
Ostatnie zdjęcie (b&w) wykonane przez kamery obrazujące na statku kosmicznym Cassini (14 września 2017, godz. 19:59 UTC)

Misje

Operacja statku kosmicznego została zorganizowana wokół serii misji. Każda z nich jest ustrukturyzowana według określonej kwoty finansowania, celów itp. Co najmniej 260 naukowców z 17 krajów pracowało nad misją Cassini-Huygens ; dodatkowo tysiące osób pracowało nad zaprojektowaniem, wyprodukowaniem i uruchomieniem misji.

  • Prime Mission, lipiec 2004 do czerwca 2008.
  • Cassini Equinox Mission to dwuletnie rozszerzenie misji, które trwało od lipca 2008 do września 2010 roku.
  • Misja Cassini Solstice trwała od października 2010 r. do kwietnia 2017 r. (znana również jako misja XXM).
  • Wielki finał (sonda skierowana na Saturna), kwiecień 2017 do 15 września 2017.

Słowniczek

  • AACS: Podsystem kontroli postawy i artykulacji
  • ACS: Podsystem Kontroli Postawy
  • AFC: Komputer pokładowy AACS
  • ARWM: przegubowy mechanizm koła reakcyjnego
  • ASI: Agenzia Spaziale Italiana, włoska agencja kosmiczna
  • BIU: Moduł interfejsu magistrali
  • BOL: Początek życia
  • CAM: Spotkanie zatwierdzające dowództwo
  • CDS: Command and Data Subsystem — komputer Cassini, który steruje i zbiera dane z instrumentów
  • CICLOPS: Centralne Laboratorium Obrazowania Cassini dla Operacji
  • CIMS: system zarządzania informacją Cassini
  • CIRS: kompozytowy spektrometr podczerwieni
  • DCSS: Podsystem kontroli zjazdu
  • DSCC: Centrum Komunikacji Głębokiej Przestrzeni Kosmicznej
  • DSN: Deep Space Network (duże anteny wokół Ziemi)
  • DTSTART: Początek czasu martwego
  • ELS: Spektrometr elektronowy (część instrumentu CAPS)
  • EOM: Koniec misji
  • ERT: Ziemia-odebrany czas, UTC zdarzenia
  • ESA: Europejska Agencja Kosmiczna
  • ESOC: Europejskie Centrum Operacji Kosmicznych
  • FSW: oprogramowanie do lotu
  • HGA: Antena o dużym wzmocnieniu
  • HMCS: system monitorowania i kontroli Huygens
  • HPOC: Centrum operacyjne sond Huygens
  • IBS: Spektrometr wiązek jonów (część instrumentu CAPS)
  • IEB: Instrument Expanded Blocks (sekwencje poleceń instrumentu)
  • IMS: Ion Mass Spectrometer (część instrumentu CAPS)
  • ITL: Integrated Test Laboratory – symulator statku kosmicznego
  • IVP: Inercyjny propagator wektorów
  • LGA: Antena o niskim wzmocnieniu
  • NAC: Kamera z wąskim kątem
  • NASA: Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej, agencja kosmiczna Stanów Zjednoczonych Ameryki
  • OTM: manewr wyważania orbity
  • PDRS: Podsystem przekazywania danych sondy
  • PHSS: Podsystem wiązki sondy
  • POSW: wbudowane oprogramowanie sondy
  • PPS: Podsystem elektroenergetyczny i pirotechniczny
  • PRA: Antena przekaźnika sondy
  • PSA: Awionika z obsługą sondy
  • PSIV: Wstępna integracja i walidacja sekwencji
  • PSE: sprzęt wspierający sondę
  • RCS: System kontroli reakcji
  • RFS: podsystem częstotliwości radiowych
  • RPX: skrzyżowanie płaszczyzny pierścieniowej
  • RWA: Zespół koła reakcyjnego
  • SCET: Czas zdarzenia statku kosmicznego
  • SCR: żądania zmiany sekwencji
  • SKR: Promieniowanie Kilometryczne Saturna
  • SOI: Wstawianie orbity Saturna (1 lipca 2004)
  • SPO: Plan działań naukowych
  • SSPS: przełącznik zasilania półprzewodnikowego
  • SSR: rejestrator półprzewodnikowy
  • SSUP: Proces aktualizacji nauki i sekwencji
  • TLA: Zespoły żaluzji termicznych
  • USO: Ultrastabilny oscylator
  • VRHU: zmienne podgrzewacze radioizotopowe
  • WAC: kamera szerokokątna
  • XXM: Rozszerzona misja rozszerzona

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki

Oficjalne strony internetowe

Media i telekomunikacja