Записки дилетанта: MOM -- перша марсіанська Індії

понеділок, 6 жовтня 2014 р.

MOM -- перша марсіанська Індії

Mars Orbiter Mission, Мангальян, на фоні Марса.
Малюнок. (c) Wiki

В рамках розвитку своєї космічної програми, а також, щоб втерти носа китайцям, із їхніми місячними станціями, Індія запустила станцію до Марса. ~~Найближчі дні (~25 вересня 2014) у них заплановано вихід на орбіту.~~ (Руки не доходили дописати). 24 вересня 2014 р. станція успішно вийшла на орбіту Марса.

Як би там не було, хоча технічно таке доступно багатьом країнами, поки досягнули співмірних результатів, крім Індії, змогли: СРСР (Росія за 23 роки не змогла нічого подібного зробити), США, Європа у образі ЄС. (Японія спробувала, але поки їм не вдалося.) Крім того, в певному (дещо вразливому до критики), сенсі, можна сказати: Індія -- перша країна, якій вдалося успішно відправити станцію до, та вийти на орбіту Марса, з першої спроби. Детальніше ця тема розвивається тут.

Подивимося, що ж це за станція. Варто наголосити: зрозуміло, що вона зовсім простенька -- це перший такий запуск для індійського космічного агентства (ISRO). Тому, зокрема, і наукові інструменти -- швидше вторинні, головним є інженерна сторона питання.

"Розтин" станції, вказано основні елементи. (c) ISRO

Називається місія MOM --- Mars Orbiter Mission. Неофіційна назва -- Мангальян (Mangalyaan), "Mars-Craft" -- "Марсіанський корабель" на санскриті.

"Формальні" та технічні характеристики:

Повна вартість: 74 млн. доларів, з яких 25 млн -- власне станція, решта --- побудова та оновлення інфраструктури, станцій зв'язку і т.д. Тобто, те, чим зможуть скористатися й інші місії. Порівняйте із вартістю американських станцій.
Маса: 1337 кг, з яких 852 кг палива (MMH + N₂O₄). Вага наукової апаратури -- 13 кг.
Станцію розроблено на базі індійської платформи штучних супутників Землі I-1 K, модифікована в тому ж дусі, що і їх перша місячна станція, "Chandrayaan 1".
Розміри: куб, із стороною 1.5 м.
Живлення забезпечують три сонячних батареї, 1.8 м × 1.4 м кожна, з сумарною площею 7.56 м². На орбіті Марса здатні генерувати 840 ват. Буферна батарея -- літій-іонна, ємністю 35 Ампер-годин.
Двигуни: головний, здатний розвивати зусилля 440Н і 8 двигунів орієнтації, із зусиллям 22Н кожен. Крім того, для орієнтування використовуються 4 гіроскопи, (reaction wheel), 2 зоряних сенсори, датчик Сонця сонячних батарей, грубий датчик Сонця (Coarse Analogue Sun Sensor). Керує тим всім щастям процесор MAR31750.
Зв'язок -- ненаправлена, слабо направлена та гостронаправлена антени. "Тарілка" гостронаправленої -- 2.2 м. Наземні передачі приймають станції Indian Deep Space Network. Крім того, використовуються станції НАСА, в рамках співпраці між космічними агентствами. На жаль, про швидкість зв'язку жодної інформації мені не траплялося.

Переліт

Переліт MOM відбувався за доволі складною схемою. Справа в тому, що ракета, яка мала його запустити, GSLV, все ще недостатньо готова. Можна було зачекати до наступного стартового вікна, яке наступає приблизно кожних 26 місяців, або використати іншу, добре випробувану індійську ракету, PSLV. Вирішили не відкладати запуск. Однак, PSLV явно бракує потужності, щоб відправити апарат безпосередньо до Марса. Тому вона закинула MOM на орбіту Землі, а далі апарат розганявся потроху, використовуючи свій двигун. Допоміг зекономити безцінне паливо ефект Оберта (кому небайдужі принципи космічної навігації, рекомендую почитати!)

Траєкторія польоту MOM.
(c) wiki

Цікавинка: запуск було затримано на тиждень, через те, що корабель, який мав приймати критичну телеметрію в процесі запуску, не встиг досягнути розрахункової точки через погану погоду. "Міжпланетна" інфраструктура ще тільки розвивається.

30 листопада 2013 апарат нарешті набрав достатню швидкість, щоб вирватися з гравітаційної ями Землі. В процесі міжпланетного польоту було здійснено три корекції траєкторії (із запланованих чотирьох). 22 вересня провели попередній запуск головного двигуна (суміщений із останньою корекцією траєкторії :-). Справа в тому, що двигун дуже довго не вмикали і в інженерів не було впевненості в його успішному функціонуванні. На випадок збою було заплановано гальмувати двигунами керування. Звичайно, це не дуже хороша ідея -- і палива більше піде, і орбіта буде далека від розрахункової (і так неідеальної, через заміну ракети-носія), однак, краще, ніж просто пролетіти попри Марс. (З чим особливо "везе" японцям: і "марсіанин" Nozomi i "венеричний" Akatsuki не змогли загальмувати. Нозомі так і не справився, Акацукі ще має невеликий шанс.)

Однак, станція справилася, двигун не підвів і 24 вересня 2014 р, після того як головний двигун відпрацював 24 хвилини і 20 секунд, використавши приблизно 250 кг палива (дані про час та витрати палива взяті із планів, фактичні можуть трішки відрізнятися), станція успішно вийшла на орбіту Марса.

Початкова орбіта --- дуже витягнута еліптична, з періодом 72 години 51 хвилина 51 секунда, перицентром 421.7 км та апоцентром 76 993.6 км. Далі апарат почали потроху вводити в експлуатацію. Вже є перші фото -- про них пізніше.

Після виходу на орбіту залишилося 40 кг палива. Протягом номінальної місії тривалістю 6 місяців планується використати 20 із них. Решту можуть використати або для продовження роботи, або щоб перейти на більш зручну для наукових досліджень орбіту.

Призначення та апаратура

Місія, в першу чергу, інженерна. Тому задачі наступні:

Розробити станцію, здатну долетіти до Марса, виконуючи відповідні маневри як біля Землі чи Марса, так і в глибокому космосі.
Розробити та випробувати відповідні засоби зв'язку та керування, як інженерно, так і з точки зору адміністрування (менеджменту).
Розробити та випробувати засоби автоматичного керування, які допомагатимуть космічним апаратам адекватно діяти в аварійних ситуаціях.

Вторинною задачею є дослідження поверхні Марса, його морфології, мінералогії та атмосфери. (Повторюся, не дивуйтеся, що вторинною. Порівняйте із задачами першого американського Surveyor: "Місяць - американці теж мацають", дослідження власне Місяця було аж третинною задачею.)

Розташування приладів. (c) ISRO

Прилади наступні (знову ж таки, не дуже суворо порівнюйте із американськими):

Lyman-Alpha Photometer (LAP), [1] — фотометр, який працює на частоті Лайман-α. Призначений вимірювати кількістю водню в атмосфері та співвідношення його основних ізотопів, H i D. Про важливість цього співвідношення див. пост про MAVEN. (Маса приладу: 1.97 кг)
Methane Sensor for Mars (MSM) -- пристрій пошуку славнозвісного метану. А то земляни остаточно заплуталися, є він там, чи ні. Шукає метан, аналізуючи спектральні лінії відбитого атмосферою сонячного світла. Точність -- порядку однієї частки на мільярд (ppb), здатен досліджувати регіональні відмінності. (2.94 кг)
Mars Exospheric Neutral Composition Analyser (MENCA) -- квадрупольний мас-аналізатор, для дослідження складу верхніх шарів атмосфери (див. MAVEN :-). Здатен вимірювати масу в діапазоні від 1 до 300 а.о.м., з точністю 0.5-1 а.о.м., за різними джерелами. (3.56 кг)
Thermal Infrared Imaging Spectrometer (TIS) -- куди ж без інфрачервоного спектрометра. Як і його колеги на інших станціях, досліджуватиме температуру поверхні планети, її теплову інерцію, даючи інформацію про мінералогію. (3.2 кг)
Mars Colour Camera (MCC) -- камера видимого діапазону, забезпечуватиме контекст для решти приладів. Три кольори -- очевидно, мінімум три світлофільтри. Діапазон -- 400-700 нм. CCD сенсор 2000х2000 пікселів. Максимальна роздільна здатність -- 25 метрів на піксель (при тому, розмір кадру буде 50 км, можна припустити, відштовхуючись від мінімальної висоти в 377 км, що поле зору -- 7.6 градусів.). (1.27 кг)