Кіріспе
NASA-ның Explorer бағдарламасының спутнигі ғарыш кемесі 2023 жылдың 20 сәуірінде 00:21 UTC-де Жер атмосферасына қайта кірді, бұл оның ұшырылуынан кейін 21 жыл өткен соң болды. RHESSI Spectrum Astro компаниясымен Годдард ғарыш ұшу орталығы үшін жасалған және Калифорния штатының Беркли қаласындағы Ғарыш ғылымдары зертханасымен басқарылды. 2002 жылдан 2012 жылға дейін бас тергеуші Роберт Лин болды, оның орнын Сэм Крюкер басты. Кемедегі барлық құрылым қажетті сигнал модуляциясын қамтамасыз ету үшін айналды. Төрт бекітілген күн панелі күн векторына қатысты айналуды тұрақтандыру үшін жеткілікті гироскопиялық моментті қамтамасыз ету үшін жобаланған. Бұл бағытты басқару қажеттілігін азайтты. Аспаптың детекторы тоғыз жоғары тазалықтағы германий кристалдарынан тұрды. Әрқайсысы механикалық криосуытқышпен криогендік температураға дейін салқындатылды. Германий фотоэлектрлік эффект арқылы ғана емес, сонымен қатар келіп түскен сәулелердің зарядталуы арқылы спектроскопияны да қамтамасыз етті. Кристалдар криостатқа орналастырылып, төмен өткізгіштікті жолақтармен бекітілді. Ғарыш кемесінің негізгі бөлігі түтік тәрізді телескоп құрылымынан тұрды. Оның мақсаты – Ge кристалдарының үстіндегі коллиматорларды белгілі бір, бекітілген орындарында ұстау болды. Спутниктік платформа құрылымдық элементтер мен механизмдерден, қуат жүйесінен (батарея, күн панельдері және басқару электроникасы кіретін), қатынас басқару жүйесінен, жылу басқару жүйесінен, командалық және деректерді өңдеу жүйесінен (C&DH) және телекоммуникация жүйесінен тұрды. Ғарыш кемесінің құрылымы телескоп пен басқа да компоненттерді қолдады. Ол жеңіл, бірақ берік болуы үшін алюминийден жасалған. Жабдық платформасы салмақты одан әрі азайту үшін бал арасы құрылымын қолданды. Ғарыш кемесі Spectrum Astro, Inc компаниясымен Аризона штатының Гилберт қаласында өндірілді. Суреттеу телескопының құрамына телескоп түтігі, торлы науалар, Күнге бағытталған жүйе (SAS) және Айналу бұрышы жүйесі (RAS) кірді. Ол Швейцариядағы Пол Шеррер институтында құрастырылып, жиналып, дұрыс бағытталды және сынақтан өтті. Алдыңғы және артқы торлы науалар телескоп түтігіне бекітілді, олар науалардың арақашықтығы мен дұрыс бағытталуын сақтады. Телескоп түтігінің әр екі шетінде тоғыз тор орнатылды. Тор жұптары ғарыш кемесі телескоп түтігі осінен айналғанда, күн жарқылының рентген және гамма сәулелерін детекторларға жеткізуді модуляциялады. Тоғыз детектордағы модуляцияланған санау жылдамдықтары жердегі компьютерлерде әртүрлі энергия диапазондарындағы күн жарқылының суреттерін құру үшін пайдаланылды. Бес жалпы тор (төртбұрышты) Нидерландыдағы Van Beek Consultancy компаниясымен жасалды. Төрт нақты тор (дөңгелек) Массачусетс штатындағы Thermo Electron Tecomet компаниясымен жасалды. Барлық торлар Пол Шеррер институтына бейнелеу телескопына енгізілгенге дейін Годдард ғарыш ұшу орталығында оптикалық және рентген сәулелерімен сипатталды. Олар оларды қажетті жұмыс температурасында ұстады (абсолюттік нөлден 75° жоғары).
The spacecraft re entered Earth's atmosphere at 00:21 UTC on 20 April 2023, 21 years after its launch. RHESSI was built by Spectrum Astro for Goddard Space Flight Center and was operated by the Space Sciences Laboratory in Berkeley, California. The principal investigator from 2002 to 2012 was Robert Lin, who was succeeded by Säm Krucker. The entire spacecraft rotated to provide the necessary signal modulation. The four, fixed solar panels were designed to provide enough gyroscopic moment to stabilize rotation about the solar vector. This largely eliminated the need for attitude control. The instrument detectors were nine high purity germanium crystals. Each was cooled to cryogenic temperatures by a mechanical cryocooler. Germanium provided not only detections by the photoelectric effect, but inherent spectroscopy through the charge deposition of the incoming ray. The crystals were housed in a cryostat, and mounted with low conductivity straps. A tubular telescope structure formed the bulk of the spacecraft. Its purpose was to hold the collimators above the Ge crystals at known, fixed positions. The satellite bus consisted of the structure and mechanisms, the power system (including the battery, solar panels, and control electronics), the attitude control system, thermal control system, command and data handling system (C&DH), and telecommunications system. The spacecraft structure provided support for the telescope and other components. It was manufactured out of aluminum parts to be light weight but strong. The equipment platform had a honeycomb structure to further reduce the weight. The spacecraft was manufactured in Gilbert, Arizona by Spectrum Astro, Inc. The Imaging Telescope Assembly consisted of the telescope tube, grid trays, Solar aspect system (SAS), and Roll angle system (RAS). It was constructed, assembled, aligned, and tested at the Paul Scherrer Institute in Switzerland. The front and rear grid trays were attached to the telescope tube. It maintained the separation and alignment of the trays. Nine grids were mounted on a grid tray at each end of the telescope tube. The grid pairs modulated the transmission of solar flare X ray and gamma ray emissions through to the detectors as the spacecraft spins around the axis of the telescope tube. The modulated count rates in the nine detectors were used in computers on the ground to construct images of solar flares in different energy bands. The five coarse grids (square) were constructed by Van Beek Consultancy in Netherlands. The four fine grids (round) were constructed by Thermo Electron Tecomet in Massachusetts. All grids were characterized both optically and with X rays at Goddard Space Flight Center before being shipped to the Paul Scherrer Institute for integration into the imaging telescope assembly. It maintained them at the required operating temperature of , or 75° above absolute zero).
Миссия тұжырымдамасы
RHESSI күн жарылыстарын жоғары энергиялы фотондарда – жұмсақ рентген сәулелерінен (~3 кэВ) бастап гамма сәулелеріне дейін (~20 МэВ) бейнелеу үшін құрастырылған. Сонымен қатар, ол ~20 МэВ дейінгі гамма сәулелерінің энергиясы бойынша жоғары ажыратымды спектроскопияны жүргізуге және кеңістіктік ажыратымды спектроскопияны жоғары спектрлік ажыратыммен орындау мүмкіндігіне ие болды.
Суреттеу
Рентген сәулелері оңай шағылыспайды немесе сындырылмайды, сондықтан рентген сәулелерін бейнелеу қиын. Бұл мәселенің бір шешімі – рентген сәулелерін таңдап бөгеу. Егер рентген сәулелері кіріс фотондардың бағытына байланысты бөгелсе, бейнені қайта құру мүмкін болады. RHESSI-нің бейнелеу мүмкіндігі, айналар мен линзалардың орнына 9 ротациялық модуляциялық коллиматордан (RMC) тұратын жиынтықты пайдаланып, Фурье түрлендіру техникасына негізделген. Әр RMC кең аралықтағы, ұсақ масштабты сызықтық торлардың екі жиынтығынан тұрады. Ғарыш кемесі айналғанда, бұл торлар Күннен келген болуы мүмкін рентген сәулелерін бөгеп, ашып, фотон сигналын уақыт бойынша модуляциялайды. Модуляцияны RMC-нің артында кеңістіктік ажыратымдылығы жоқ детектормен өлшеуге болады, себебі кеңістіктік ақпарат енді уақыт доменінде сақталады. Бір RMC үшін жарты айналымдағы модуляция үлгісі, кеңістіктік Фурье компоненттерінің амплитудасы мен фазасын бұрыштық бағдарлардың толық диапазонында, бірақ кеңістіктік көздің кішкентай өлшемдері үшін қамтамасыз етеді. Әр түрлі саңылау ені бар бірнеше RMC, жарылыс көзінің толық өлшемдерін қамтиды. Бейнелер кейін, көп негізді радио интерферометрияға математикалық ұқсас өлшемдегі Фурье компоненттерінің жиынтығынан қайта құрылды. RHESSI, рентген энергияларының 4 кэВ-тан 100 кэВ-қа дейінгі диапазонында 2 доға секунды, 400 кэВ-қа дейін 7 доға секунды және 1 МэВ-тан жоғары гамма сәулелерінің сызықтары мен үздіксіз сәулеленуі үшін 36 доға секунды ажыратымдылықты қамтамасыз етті. RHESSI, Күн бағытынан келмейтін гамма сәулелерін де көре алатын. Жоғары энергетикалық гамма сәулелері ғарыш кемесінің құрылымы арқылы өтіп, кез келген бұрыштан детекторларға тиеді. Бұл режим гамма сәулелерінің жарылыстарын (GRB) бақылау үшін қолданылды. Кіріс гамма сәулелері торлармен модуляцияланбайды, сондықтан орналасу және бейнелеу туралы ақпарат тіркелмейді. Дегенмен, детекторлардың алдыңғы және артқы қабылдағыштары болғандықтан, шамамен орналасуын анықтауға болады. Сондай-ақ, жарылысқа жақын детекторлар, жарылыстан алыс тұрғандарды қорғайды. Тоғыз кристаллдың айналасындағы және алдыңғы-артқы сигнал күштерін салыстыру, кеңістіктегі екі өлшемді орналасуды көрсетті. Детектордың жоғары ажыратымдылық уақыт белгілерімен біріктірілгенде, RHESSI шешімін IPN (планетааралық желі) жер бетіндегі басқа ғарыш кемелерімен салыстыруға болады. Германий кристалдық жинақтың үлкен ауданы мен жоғары сезімталдығы RHESSI-ді маңызды IPN компонентіне айналдырды. Тіпті басқа ғарыш кемелері жарылыс орындарын анықтаса да, олардың көпшілігі RHESSI сияқты жарылыстың спектрін (уақыт және энергия бойынша) жоғары сапалы қамтамасыз ете алмады. Алайда, сирек жағдайларда GRB Күнге жақын, көру өрісінде пайда болады. Бұл жағдайда торлар толық ақпаратты ұсынады және RHESSI IPN деректеріне тәуелсіз GRB-нің нақты орналасуын анықтай алады.
Reuven Ramaty жоғары энергиялы күн спектроскопиялық бейнелеу аппараты (RHESSI)
RHESSI рентген және гамма сәулелері арқылы күн жарқылыстарын жоғары ажыратымдылықпен бейнелеуге арналған болатын. Рентген және гамма сәулелері 3 кэВ-тан 20 МэВ-қа дейінгі энергия диапазонын қамтыды, энергия ажыратымдылығы шамамен 1 кэВ, ал кеңістіктік ажыратымдылығы – небары бірнеше доға секунды құрады. Бейнелеу түтікшеде орналасқан тоғыз жұп (бірінен соң бірі, арақашықтықта) вольфрам немесе молибден сымдық торлар арқылы жүзеге асырылды, олар түтікшенің Күнге бағытталған айналу осіне параллель орналасқан. Түтікше өз осінің шамасында айналып, ғарыш кемесі минутына 15 айналымдық жылдамдықпен айналды. Айналу барысында Күннің кез келген нүктесінен шыққан фотон тор жұбы арқылы өтуі немесе торлардың біреуімен тоқтатылуы мүмкін еді. Бұл фотонның сол нүктеден шығу интенсивтілігінің модуляциясына әкелді. Модуляция тереңдігі айналу осі бойымен дәл келген фотондар үшін нөлге тең болды және осінен алшақтаған фотондар үшін біртіндеп артты. Әр тор жұбының артында диаметрі 7,1 см, қалыңдығы белгіленбеген криогенді (75 К) германий детекторы орналасқан. Тоғыз детектордың әрқайсысынан алынған сигналдар кез келген энергияда Күндегі кеңейтілген аймақтың толық екі өлшемді кеңістіктік спектрін алу үшін Фурье талдауынан өтті. Әр сымдық тор жұбының әртүрлі ойық ені, арақашықтығы және сым қалыңдығы болғандықтан толық кеңістіктік спектрге қол жеткізу мүмкін болды. Деректерді жинақтау 10 минуттық айналым кезінде шамамен 16 Гб құрады. Телеметриялық деректер Берклиде (Калифорния), Уоллопс ғарыш орталығында (WFF), Вирджиния штатында, Чилидің Сантьяго қаласында және Германияның Вейльхайм қаласында жиналды. Деректерді ғылыми талдау көптеген арнайы жер үсті және ғарыштық күн обсерваторияларымен тығыз ынтымақтастықта жүргізілді. RHESSI-нің қосымша мақсаты – рак тумандығы сияқты астрономиялық объектілерді бақылау болды.
Нәтижелер
RHESSI бақылаулары күн жарқылдарына, әсіресе жарқылдардағы жоғары энергиялы процестерге қатысты көзқарасымызды өзгертті. Оның бақылаулары ғылыми журналдарда көптеген жарияланымдарға және конференциялардағы баяндамаларға әкелді. 2017 жылға дейін спутник 2474 жарияланымда, кітаптарда және презентацияларда көрсетілген. "Күн жарқылдарының жоғары энергиялық аспектілері: RHESSI-ге негізделген монография" жинағы 2011 жылға дейінгі RHESSI күн жарқылдарын зерттеулерінің шолуларын қамтиды. RHESSI күн жарқылдарынан гамма сәулелерін бейнелеген алғашқы спутник болды. Ол сондай-ақ, найзағайлардан туындайтын жер бетіндегі гамма сәулелік жарқылдарды дәл өлшеген алғашқы спутник болды және мұндай жарқылдар күтілгеннен гөрі жиірек болатынын және гамма сәулелерінің жиілігі ғарыштық көздердің орташа жиілігінен жоғары екенін анықтады. Байланыс қиындықтарынан кейін RHESSI 2018 жылдың 11 сәуірінде 01:50 UTC бойынша ғылыми жұмысын тоқтатты. 2018 жылдың 16 тамызында қызметтен шығарылды және атмосфералық кедергі салдарынан біртіндеп төмендеген тұрақты төменгі Жер орбитасында қалды.