|
Космический корабль готовят к полету в атмосфере Венеры
|
|
|
|
Миссия ESA EnVision к Венере выполнит оптическое, спектральное и радиолокационное картографирование планеты-сестры Земли. Но перед тем, как приступить к работе, космический корабль размером с фургон должен «аэротормозить» — понизить свою орбиту за тысячи витков через горячую плотную атмосферу планеты на срок до двух лет. Уникальный объект ЕКА в настоящее время тестирует материалы для космических кораблей, чтобы проверить, могут ли они безопасно выдержать этот сложный процесс атмосферного серфинга. «EnVision в его нынешнем виде невозможен без этой длительной фазы аэродинамического торможения», — объясняет руководитель исследования ESA EnVision Томас Вуарин. «Космический корабль будет выведен на орбиту Венеры на очень большой высоте, примерно на 250 000 км, затем нам нужно будет спуститься на полярную орбиту высотой 500 км для научных операций. Летая на Ariane 62, мы не можем позволить себе все дополнительное топливо. потребуется снизить нашу орбиту. Вместо этого мы будем замедляться за счет повторных проходов через верхние слои атмосферы Венеры, спускаясь на глубину до 130 км от поверхности».
|
|
|
|
Космический корабль-предшественник EnVision, Venus Express, выполнил экспериментальное аэродинамическое торможение в последние месяцы своей миссии в 2014 году, собрав ценные данные об этой технике. Aerobraking впервые был оперативно использован в 2017 году орбитальным аппаратом ESA ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) для снижения своей орбиты вокруг Красной планеты в течение 11 месяцев. Томас отмечает: «Аэродинамическое торможение вокруг Венеры будет намного сложнее, чем для TGO. Начнем с того, что гравитация Венеры примерно в 10 раз выше, чем у Марса. космический корабль при прохождении через атмосферу, а тепло вырабатывается как куб скорости.Соответственно, EnVision должен ориентироваться на более низкий режим аэродинамического торможения, что приводит к удвоению фазы аэродинамического торможения.
|
|
|
«Вдобавок ко всему, мы также будем намного ближе к Солнцу, испытывая примерно вдвое большую солнечную интенсивность, чем на Земле, с густыми белыми облаками атмосферы, отражающими много солнечного света прямо обратно в космос, что дополнительно необходимо. Затем, вдобавок ко всему этому, мы поняли, что должны учитывать еще один фактор на тысячах орбит, которые мы предвидим, ранее испытанные только на низкой околоземной орбите: сильно эрозионный атомарный кислород». Это явление оставалось неизвестным в первые десятилетия космической эры. Только когда в начале 1980-х первые полеты космического корабля "Шаттл" вернулись с низкой орбиты, инженеры испытали шок: тепловое покрытие космического корабля было сильно разрушено.
|
|
|
|
Виновником оказался высокореактивный атомарный кислород — отдельные атомы кислорода на окраинах атмосферы в результате того, что стандартные молекулы кислорода, обнаруженные непосредственно над землей, были разрушены мощным ультрафиолетовым излучением Солнца. Сегодня все миссии ниже 1000 км должны быть спроектированы таким образом, чтобы противостоять атомарному кислороду, например, европейские наблюдатели за Землей Copernnicus Sentinels или любое оборудование, созданное для Международной космической станции. Спектральные наблюдения за свечением атмосферы над планетой, проведенные прошлыми орбитальными аппаратами Венеры, подтверждают, что атомарный кислород широко распространен и в верхней части венерианской атмосферы, которая более чем в 90 раз толще окружающего Землю воздуха.
|
|
|
|
Томас говорит: «Концентрация довольно высока, за один проход это не так важно, но за тысячи раз она начинает накапливаться и в конечном итоге достигает уровня флюенса атомарного кислорода, который мы должны учитывать, эквивалентного тому, что мы опыт на низкой околоземной орбите, но при более высоких температурах». Команда EnVision обратилась к уникальному европейскому объекту, специально построенному ЕКА для имитации атомарного кислорода на орбите. Низкоорбитальный комплекс LEOX является частью Лаборатории материалов и электрических компонентов Агентства, базирующейся в техническом центре ЕКА ESTEC в Нидерландах.
|
|
|
|
Инженер-материаловед ЕКА Адриан Тиге объясняет: «LEOX генерирует атомарный кислород на уровнях энергии, эквивалентных орбитальной скорости. Очищенный молекулярный кислород впрыскивается в вакуумную камеру, на которую сфокусирован пульсирующий лазерный луч. расширение направляется вдоль конического сопла, а затем диссоциирует, образуя высокоэнергетический пучок атомарного кислорода. «Чтобы работать надежно, синхронизация лазера должна оставаться точной с точностью до миллисекунд и направленной на точность, измеряемую тысячными долями миллиметра, в течение четырех месяцев текущей тестовой кампании.
|
|
|
|
«Это не первый случай, когда объект используется для моделирования внеземной орбитальной среды — мы ранее проводили испытания атомарного кислорода на материалах солнечной батареи для миссии ЕКА Juice, потому что телескопические наблюдения предполагают, что атомарный кислород будет обнаружен в атмосфере. Европы и Ганимеда. Однако для EnVision повышенная температура во время аэродинамического торможения представляет собой дополнительную проблему, поэтому объект был адаптирован для имитации более экстремальных венерианских условий». Ряд материалов и покрытий из различных частей космического корабля EnVision, в том числе многослойная изоляция, детали антенны и элементы звездного слежения, помещаются в пластину, которая подвергается воздействию светящегося пурпурным лучом LEOX. В то же время эта пластина нагревается для имитации ожидаемого теплового потока до 350°C.
|
|
|
|
Томас добавляет: «Мы хотим убедиться, что эти детали устойчивы к эрозии, а также сохраняют свои оптические свойства — это означает, что они не разлагаются и не темнеют, что может иметь косвенные последствия с точки зрения их теплового поведения, потому что у нас тонкие научные инструменты, которые должны поддерживать заданную температуру. Нам также необходимо избегать отслаивания или выделения газа, которые приводят к загрязнению». Эта текущая тестовая кампания является частью более крупной группы, изучающей аэродинамическое торможение EnVision, включая использование климатической базы данных Венеры, разработанной на основе результатов предыдущих миссий, для оценки локальной изменчивости атмосферы планеты, чтобы установить безопасные пределы для космического корабля. Результаты этой тестовой кампании ожидаются в конце этого года.
|
|
|
|
Источник
|
