Кіріспе

1974-76 жылдары американдық және Батыс Германияның ғарыш агенттіктері ұшырған күн төңірегінде айналатын екі ғарыш зонды. Күн төңірегінде айналатын ғарыш кемесі.

Құрылыс

Гелиос жобасы Батыс Германияның ғарыш агенттігі DLR (70 пайыз үлесі) және NASA (30 пайыз үлесі) арасындағы бірлескен кәсіпорны болды. Бас мердігер Мессершмитт Бёлков Блом құрастырған бұл ғарыш зондтары АҚШ пен КСРО-дан басқа елдерде жасалған және Жер орбитасын қоршап шыққан алғашқы ғарыш аппараттары еді.

Құрылымы

Екі Гелиос зондтары ұқсас көрінеді. Гелиос А-ның массасы , ал Гелиос Б-ның массасы . Олардың ғылыми құралдарының массасы Гелиос А-да , Гелиос Б-да құрайды. Орталық денелер диаметрі және биіктігі бар он алты қырлы призмалар түрінде келген. Көптеген құрал-жабдықтар мен аспаптар осы орталық корпуста орналасқан. Ерекшеліктер – эксперименттер кезінде қолданылатын мачталар мен антенналар, сондай-ақ орталық денеден шығатын зодиактық жарықты өлшейтін шағын телескоптар. Екі конус пішіндес күн панелі орталық дененің жоғары және төмен жағына қарай созылып, тұтас конструкцияны диаболо немесе жіп орағына ұқсатады. Ұшырылған кезде әр зондтың биіктігі , ал максималды диаметрі болды. Орбитаға шыққаннан кейін телекоммуникациялық антенналар зондтардың үстінен жазылып, биіктігіне қосымша арттырды. Сондай-ақ, орталық денелердің екі жағына бекітілген сенсорлар мен магнитометрлерді ұстап тұратын екі қатты тіреу және радио толқындарын анықтауға арналған екі икемді антенна орнатылды, олар ғарыш кемесі осіне перпендикуляр бағытта әрқайсысы шамасымен созылған. Ғарыш кемелері эклиптикаға перпендикуляр осі бойынша минутына 60 айналыммен айналады.

Қуат

Электр қуаты екі қиық конусқа бекітілген күн жасушалары арқылы қамтамасыз етіледі. Күн панельдерін Күнге жақын болғанда белгілі бір температурадан төмен ұстау үшін, күн жасушалары көздермен араластырылған, олар бетінің 50% -ын жауып, түсетін күн сәулесінің бір бөлігін кері шағылыстырып, артық жылуды таратып жібереді. Зонд афелийде болғанда күн панельдерімен қамтамасыз етілген қуат кемінде 240 ваттты құрайды. Оның кернеуі 28 вольт тұрақты токқа реттеледі. Күміс-мырыш батареялары тек ұшыру кезінде ғана қолданылды.

Жылуды басқару

Ең үлкен техникалық қиындық - орбитада Күнге жақын жерде жүргенде қызуды болдырмау еді. Күннен шамамен жылу ағыны 11 күн тұрақтысы құрады (Жер орбитасында алынған күн сәулесінің 11 есесі), немесе ашық шаршы метрге 22,4 кВт. Бұл қашықтықта зондтың температурасы жоғарылауы мүмкін болды, сондықтан күн батареялары мен аспаптардың орталық бөлімі әлдеқайда төмен температурада ұсталуы керек еді. Күн элементтерінің температурасы белгілі бір шектен аспауы тиіс болды, ал орталық бөлімнің температурасы белгілі бір диапазон аралығында ұсталуы қажет еді. Бұл шектеулер Күннен алынған энергияның 96 пайызын жоюды талап етті. Күн батареяларының конустық пішіні жылуды азайту мақсатында таңдалды. Күн панельдерін зонд осіне перпендикуляр келетін күн сәулесіне қатысты бұру арқылы, күн сәулесінің үлкен бөлігін кері шағылыстыруға болады. NASA арнайы әзірлеген "екінші беткі айналар" бүкіл орталық корпусты және күн генераторларының 50 пайызын жабады. Олар күміс жалатылған, ішіне диэлектрлік материал енгізілген, құйылған кварцтан жасалған. Қосымша қорғау үшін, ядролық бөлікті жартылай жабу үшін 18 қабаттан тұратын көп қабатты изоляция қолданылды, ол Майлар немесе Каптоннан (орналасуына байланысты) жасалған және жылу көпірлерінің пайда болуын болдырмау үшін шағын пластикалық тіреулермен бөлек ұсталған. Бұл пассивті құрылғыларға қоса, зондтар бөлменің төменгі және жоғарғы жағында жалюзи сияқты орналасқан жылжымалы ламельдердің белсенді жүйесін де пайдаланды. Ламельдердің ашылуы және жабылуы температураға байланысты ұзындығы өзгеретін биметалл серіппесімен жеке басқарылды. Сондай-ақ, кейбір жабдықтар үшін қажетті температураны сақтауға резисторлар да қолданылды.

Телекоммуникация жүйесі

Телекоммуникациялық жүйе радио қабылдағыш-тарату құрылын пайдаланады, оның қуаты 0,5 және 20 ватт аралығында реттелуі мүмкін. Әрбір зондтың үстіне үш антенна орнатылған. 11° сәуле ені бар жоғары күшейткіш антенна (23 дБ), орташа күшейткіш антенна (тарату үшін 3 дБ және қабылдау үшін 6,3 дБ) эклиптикалық жазықтықтың барлық бағыттарында 15° биіктікте сигналды таратумен бірге, төмен күшейткіш диполь антеннасы (тарату үшін 0,3 дБ және қабылдау үшін 0,8 дБ) қолданылады. Жоғары күшейткіш антенна зондтың айналуын өтеу үшін мотормен айналдырылады, бұл оны Жерге қарай үздіксіз бағыттауға мүмкіндік береді. Айналу жылдамдығын синхрондау үшін Күн сенсорынан алынған деректер пайдаланылады. Үлкен антенна күшейткішімен алынған максималды дерек жылдамдығы секундына 4096 бит құрады. Сигналдарды қабылдау және тарату Жердегі Deep Space Network антенналары арқылы жүзеге асырылды.

Биіктікті басқару

Миссия барысында бағытын сақтау үшін ғарыш кемесі негізгі осінің айналасында минутына 60 айналымдық жылдамдықпен үздіксіз айналды. Бағдарлауды басқару жүйесі ғарыш зондының біліктерінің жылдамдығы мен бағытын басқарады. Гелиос өзінің бағытын анықтау үшін қарапайым күн сенсорын пайдаланды. Бағытты түзетулер 1 Ньютон итеру күші бар суық газды (7,7 кг азот) қозғалтқыштармен жүзеге асырылды. Зонд осі Күннің бағытына және эклиптика жазықтығына қатысты тұрақты түрде перпендикуляр күйде ұсталып тұрды.

Борттағы компьютер және деректерді сақтау

Борттағы басқару құрылғылары 256 команданы өңдеуге қабілетті болды. Массалық жад 500 кб көлемде сақтауға мүмкіндік берді (бұл сол кездегі ғарыш зондтары үшін өте үлкен жад еді) және негізінен зондтар Жерге қатысты үстем конъюнкцияда болған кезде қолданылды (яғни, Күн Жер мен ғарыш аппараты арасында орналасады). Конъюнкция 65 күнге дейін жалғаруы мүмкін еді.

Миссияның профилі

Гелиос А және Гелиос В 1974 жылдың 10 желтоқсанында және 1976 жылдың 15 қаңтарында ұшырылды. Гелиос В, Гелиос А-ға қарағанда Күнге жақынырақ ұшып, 1976 жылдың 17 сәуірінде перигелийге жетті, бұл Меркурий орбитасынан да жақын рекордтық қашықтық болды. Гелиос В, Гелиос А ұшырылғаннан кейін 13 ай өткен соң орбитаға жіберілді. 2018 жылғы Паркер Күн зондына дейін Гелиос В кез келген ғарыш кемесінің Күнге ең жақын ұшуын жасады, Күннен. Сондай-ақ, ғарыш кемесінің телекоммуникациялық жүйесі мен орбитасын пайдалана отырып, екі пассивтік ғылыми зерттеу жүргізілді.

Ағындық қақпалы магнитометр

Флюс-гейт магнитометрі Күн айналасындағы төмен жиілікті магнит өрістерінің күшін және бағытын өлшейді. Оны Германияның Брауншвейг университеті жасаған. Ол күн желiнiң және оның магнит өрісінің үш векторлық компонентін жоғары дәлдікпен өлшейді. Күшін 102,4 нТ-тан төмен мәндерде 0,4 нТ-қа дейін, ал 409,6 нТ-тан төмен мәндерде 1,2 нТ-қа дейін дәлдікпен өлшеуге болады. Екі сынақ жиілігі бар: әр екі секунд сайын немесе секундына сегіз өлшем.

Ағындық қақпалы магнитометр 2

Күн ортасындағы төмен жиілікті магнит өрістерінің күші мен бағытындағы өзгерістерді өлшейді. NASA Годдард ғарыш ұшу орталығымен әзірленген; күн желісінің және оның магнит өрісінің үш векторлық компоненттерінің өзгеруін 25nT шамасында 0.1nT, 75nT шамасында 0.3nT және 225nT интенсивтілігінде 0.9nT дәлдікпен өлшейді.

Іздеу орамды магнитометр

Іздеу катушкалы магнитометр 0 және 3 кГц аралығындағы магниттік өрістерді өлшеу арқылы ағынды қақпалы магнитометрді толықтырады. Брауншвейг университетінде әзірленген бұл құрал, магниттік өрістің 5 Гц-тен 3000 Гц-ке дейінгі жиілік диапазонындағы өзгерістерін анықтайды. Спектрлік ажыратымдылық зондтың айналу осі бойымен жүзеге асырылады.

Плазма толқынын зерттеу

Айова университеті жасаған Плазма толқындарын зерттеу құрылымы күн жел плазмасындағы электростатикалық және электромагниттік толқындарды 10 Гц-тан 3 МГц-ға дейінгі жиіліктерде зерттеу үшін электр диполі ретінде жұмыс істейтін екі 15 метрлік антеннаны пайдаланады.

Космикалық сәулелерді зерттеу

Киль университеті әзірлеген Космикалық сәулеленуді зерттеу, ғарыш сәулелерінің таралуын анықтау мақсатында, сәулеленудегі протондар мен ауыр құрамдас бөлшектердің қарқындылығын, бағытын және энергиясын анықтауға бағытталған. Үш детектор (жартылай өткізгіш детектор, сцинтилляциялық санауыш және Черенков детекторы) бірлесіп жұмыс істейтін антиқосқыштық детекторға орналастырылды.

Космикалық сәулелер аспабы

Годдард ғарыш ұшу орталығында жасалған Космикалық сәулелер құралы 0,1 мен 800 МэВ аралығындағы энергиясы бар протонның және 0,05 мен 5 МэВ аралығындағы энергиясы бар электронның қасиеттерін өлшейді. Ол эклиптикалық жазықтықты қамтитын үш телескопты қолданады. Пропорционалды санауіш Күннен шығатын рентген сәулелерін зерттейді.

Электрондар мен протондар спектрометрі

Макс Планк Аэрономия институтымен әзірленген төмен энергиялы электрон және протон спектрометрі, 20 кВ-тан 2 МэВ-қа дейінгі энергиядағы бөлшектердің (протондардың) және 80 кВ-тан 1 МэВ-қа дейінгі энергиядағы электрондар мен позитрондардың сипаттамаларын өлшеу үшін спектрометрлерді пайдаланады.

Зодиактық жарық фотометрі

Зодиактық жарық құралы Макс Планк астрономия институтымен әзірленген үш фотометрден тұрады. Олар ақ жарықта, сондай-ақ 550 нм және 400 нм толқын ұзындығындағы зодиактық жарықтың қарқындылығы мен поляризациясын өлшеуге арналған. Бұл үшін оптикалық осі эклиптикаға 15, 30 және 90° бұрышпен орналасқан үш телескоп қолданылады. Осы бақылаулардың нәтижесінде планетаралық шаңның кеңістіктегі таралуы және шаң бөлшектерінің өлшемі мен сипаты туралы мәліметтер алынады.

Микрометеоридтерді талдау

Макс Планк ядролық физика институты әзірлеген микрометеороидты талдаушы, егер олардың массасы 10−15 г-дан артық болса, ғарыштық шаң бөлшектерін анықтай алады. Ол 10−14 г-дан үлкен микрометеориттің массасы мен энергиясын анықтауға қабілетті. Бұл өлшемдер микрометеороидтардың нысанаға соққанда буланып, иондануын пайдалану арқылы жүзеге асырылады. Аспап соққы нәтижесінде пайда болған плазмадағы иондар мен электрондарды бөліп, соққыға ұшыраған бөлшектің массасы мен энергиясын өлшейді. Төмен ажыратымдылықтағы массалық спектрометр 10−13 г-дан асатын массасы бар ғарыштық шаң бөлшектерінің құрамын анықтайды.

Аспан механикасы эксперименті

Гамбург университеті әзірлеген «Аспан механикасы» эксперимі Гелиос орбитасының ерекшеліктерін пайдаланып, астрономиялық өлшемдерді нақтылауға мүмкіндік береді: Күннің пішінін анықтау; болжамдалған жалпы салыстырмалылық эффектілерін растау; Меркурий планетасының массасын өлшеу; Жер мен Айдың масса арақатынасын анықтау; сондай-ақ Гелиос ғарыш кемесі мен Жердегі деректерді қабылдау станциясы арасындағы интегралды электрондық тығыздықты есептеу.

Короналық сондау эксперименті

Бонн университеті жасаған Короналық зондтау эксперименті, ғарыш кемесі Күннің коронасы арқылы қарама-қарсы тұрғанда, сызықтық поляризацияланған радио сәулесінің айналуын (Фарадей эффектісі) өлшейді. Бұл айналу – өткен аймақтағы электрондардың тығыздығы мен магнит өрісінің күшін көрсетеді.

Гелиос-А

Гелиос А 1974 жылы 10 желтоқсанда Флорида штатының Канаверал мысындағы 41-ші ұшыру кешенінен ұшырылды. Бұл "Титан IIIЕ" зымыранының алғашқы операциялық ұшуы болды. Ракетаның сынақ ұшуы Centaur жоғарғы сатысындағы қозғалтқыш тұспалдамағаны үшін сәтсіз аяқталды, бірақ Гелиос А ұшырылуы оқиғасыз өтті. Зонд 192 күндік гелиоцентрлік орбитаға орналастырылды, перигелийі Күнден шамамен алғанда ... (қашықтық көрсетілуі керек) болатын. Операцияларға бірнеше мәселе әсер етті. Екі антеннаның бірі дұрыс ашылмады, бұл радиоплазмалық құралдың төмен жиілікті толқындарға сезімталдығын төмендетті. Жоғары пайдалы антенна қосылғанда, миссия тобы оның шығарылымдары анализатор бөлшектерімен және радио қабылдағышпен кедергі тудыратынын анықтады. Кедергіні азайту үшін байланыс төмен қуатпен жүргізілді, бірақ бұл басқа ғарыш миссияларының нәтижесінде қолданылып жүрген үлкен диаметрлі жер үсті қабылдағыштарды пайдалануды қажет етті. 1975 жылдың ақпан айының соңында бірінші перигелий кезінде ғарыш кемесі Күнге дейін бұрынғы кез келген ғарыш кемесінен жақын келді. Кейбір компоненттердің температурасы ... (температура көрсетілуі керек) градусқа дейін жетті, ал күн панельдері ... (температура көрсетілуі керек) градусқа дейін жетті, бұл зондтың жұмысына әсер етпеді. Алайда, 21 қыркүйекте екінші рет өтетін кезде температура ... (температура көрсетілуі керек) градусқа дейін көтеріліп, кейбір құралдардың жұмысына әсер етті.

Гелиос-В

Гелиос В ұшырылмас бұрын, Гелиос А операцияларынан алынған сабақтарға негізделген ғарыш кемесінде бірнеше өзгерістер енгізілді. Қозғалысты басқаруға қолданылатын кіші қозғалтқыштар жетілдірілді. Икемді антенна және жоғары пайдалы антеннадан шығатын сигналды іске асыру механизміне өзгерістер енгізілді. Рентгендік детекторлар жақсартылды, осылайша олар гамма сәулелерінің жарлымын анықтай алатын болды, бұл оларды Жер төңірегіндегі спутниктермен бірге жарлымының орнын анықтау үшін пайдалануға мүмкіндік берді. Гелиос А-дағы температура перигелийдегі жобалық максимумнан әрқашан төмен болғандықтан, Гелиос В Күнге одан да жақын орбитада жүретін болып шешілді, ал жылу оқшаулағышы спутникке 15 пайызға жоғары температураға төтеп беру үшін күшейтілді. 1976 жылдың басында Гелиос В-нің ұшырылуына уақыт шектеулері қатты әсер етті. 1975 жылдың қыркүйегінде Викинг 2 ғарыш кемесінің ұшырылуы кезінде зақымдалған құрылғыларды жөндеу қажет болды, ал 1976 жылдың жазында Викинг ғарыш кемесінің Марсқа қонуы Гелиос В-нің перигелийде ғылыми зерттеулер жүргізуіне қажетті Deep Space Network антенналарын қолжетімсіз етті. Гелиос В 1976 жылдың 10 қаңтарында Титан IIIЕ зымыранымен ұшырылды. Зонд 187 күндік орбитаға орналастырылды, ал Гелиос В-нің эклиптикаға қатысты бағыты Гелиос А-ға қарағанда 180 градусқа кері бұрылды, осылайша микрометеорит детекторлары 360 градусқа дейін қамтуды қамтамасыз ете алды. 1976 жылдың 17 сәуірінде Гелиос В Күнге ең жақын аралыққа рекордтық гелиоцентрлік жылдамдықпен жетті. Тіркелген максималды температура Гелиос А-да өлшенгеннен жоғары болды.