Жердің гравитациялық өрісін зерттеуші GOCE спутнигі
Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer
Жердің гравитациялық өрісін зерттеу үшін ESA спутнигі. Геоидты 1-2 см дәлдікпен, 100 км ажыратымдылықпен картаға түсіреді. GOCE деректері негізіндегі жаһандық модель.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
ЕКА спутнигі Жердің гравитациялық өрісін картографиялауға арналған. «Тірі планета» бағдарламасының бір бөлігі.
ESA satellite intended to map in the Earth's gravity field. Part of the Living Planet Programme
Геоидты 1–2 см дәлдікпен анықтау мақсатында. Жоғарыда аталған мақсатқа 100 км-ден жақсы кеңістіктік ажыратымдылықпен қол жеткізу.
To determine the geoid with an accuracy of 1–2 cm. To achieve the above at a spatial resolution better than 100 km.
Қорытындылар
GOCE деректеріне негізделген алғашқы Жердің жаһандық гравитациялық моделі 2010 жылдың маусымында ЕКА-ның «Жанды планеталар» симпозиумында таныстырылды. Деректерде Солтүстік Атлантикадағы Манн айналымы сияқты ең ұсақ бөлшектер де, тіпті 2010 жылғы Игорь дауылының әсері де көрінді. GOCE-тің итергіш қозғалтқышы мен акселерометрінің деректерін жан-жақты талдау нәтижесінде 2011 жылғы Тохоку жер сілкінісінен туған инфрадыбыс толқындарын анықтағаны белгілі болды (сол арқылы ол орбитадағы алғашқы сейсмографқа айналды). GOCE деректерінен алынған келесі нәтижелер Жердің мантиясындағы мантиалық қалыңдықтар, ежелгі субдукция аймақтары және Тетис мұхитының қалдықтары сияқты ерекшеліктерді көрсетті. GOCE деректерін одан әрі талдау Антарктида құрлығының геологиялық құрамы туралы жаңа мәліметтер берді, оның ішінде Антарктида мұзының астындағы ежелгі құрлықтың қалдықтары және кем дегенде үш кратон анықталды.
The first Earth global gravity model based on GOCE data was presented at ESA's Living Planet Symposium, in June 2010. Even very small details like the Mann Eddy in the North Atlantic were visible in the data, as was the effect of Hurricane Igor in 2010. Detailed analysis of GOCE's thruster and accelerometer data serendipitously revealed that it had detected the infrasound waves generated by the 2011 Tōhoku earthquake (whereupon it inadvertently became the first seismograph in orbit). Later results from the GOCE data exposed details in the Earth's mantle including mantle plumes, ancient subduction zones, and remnants of the Tethys Ocean. Subsequent analysis of GOCE data has also provided new information about the geological makeup of the Antarctic continent, including the detection of ancient continent remnants and at least three cratons beneath the Antarctic ice.
Іске қосу
2009 жылдың 16 наурызындағы ұшырудың алғашқы әрекеті ұшыру мұнарасындағы ақаулықтарға байланысты тоқтатылды. GOCE 2009 жылдың 17 наурызында сағат 14:21 UTC-де Ресейдің солтүстігіндегі Плесецк ғарыш айлағынан "Рокот/Бриз КМ" құралымен ұшырылды. "Рокот" – Стратегиялық қаруларды шектеу шартынан кейін қолданудан шығарылған, өзгертілген UR 100N континентаралық баллистикалық зымыраны. Ұшыру құралы бастапқы зымыраның төменгі екі сұйық отынмен жұмыс істейтін сатыларын пайдаланды және орбитаға дәл енгізу үшін жасалған "Бриз КМ" үшінші сатысымен жабдықталды. GOCE 96,7° бұрылыс бұрышымен және 18:00-де өрлеу түйінімен күнмен синхронды, көктем мен жаздың арасындағы орбитаға шығарылды. Ұшыру құралынан бөліну 295 км биіктікте болды. Спутниктің орбитасы содан кейін 45 күн ішінде жоспарланған 270 км жұмыс биіктігіне дейін төмендеді. Осы кезеңде ғарыш аппараты іске қосылды және электрлік қозғалтқыш жүйесінің бағытты бақылаудағы сенімділігі тексерілді.
The first launch attempt on 16 March 2009 was aborted due to a malfunction with the launch tower. GOCE was launched on 17 March 2009 at 14:21 UTC from the Plesetsk Cosmodrome in northern Russia aboard a Rokot/Briz KM vehicle. The Rokot is a modified UR 100N intercontinental ballistic missile that was decommissioned after the Strategic Arms Reduction Treaty. The launcher used the two lower liquid fuel stages of the original missile and was equipped with a Briz KM third stage developed for precise orbit injection. GOCE was launched into a Sun synchronous dusk dawn orbit with an inclination of 96.7° and an ascending node at 18:00. Separation from the launcher was at 295 km. The satellite's orbit then decayed over a period of 45 days to an operational altitude, planned at 270 km. During this time, the spacecraft was commissioned and the electrical propulsion system checked for reliability in attitude control.
Операция
2010 жылдың ақпан айында спутниктің компьютерінде ақаулық табылды, осыған байланысты операторлар басқаруды қосалқы компьютерге көшіруге мәжбүр болды. 2010 жылдың шілдесінде GOCE спутнигінде байланыс бойынша ауыр бұзылу орын алды, нәтижесінде спутник ғылыми деректерді қабылдау станцияларына жіберуден тоқтап қалды. ESA және сала мамандары жүргізген жан-жақты тергеулер мәселенің негізгі компьютердің процессорлық модулі мен телеметриялық модульдері арасындағы байланысқа байланысты екенін көрсетті. 2010 жылдың қыркүйегінде жағдай түзетілді: әрекет жоспарының бөлігі ретінде компьютерлер орналасқан еденнің температурасы біршама көтеріліп, байланыс қалыпқа келтірілді. 2010 жылдың қарашасында, бастапқы 20 айлық миссияны аяқтау мерзімі, ол техникалық бұзылуларға байланысты кейінге шегерілді, бастапқы жұмысты аяқтау және жиналған деректерді жетілдіру мақсатында миссияның мерзімі 2012 жылдың соңына дейін ұзарту туралы шешім қабылданды, сондай-ақ тағы 18 айлық миссия жүргізілуі жоспарланды. 2012 жылдың қарашасында орбита төмендетілді, осы арқылы жоғары сапалы деректер алуға мүмкіндік болды, және сол кезде тағы 50 аптаға отын қалды.
In February 2010 a fault was discovered in the satellite's computer, which meant controllers were forced to switch control to the backup computer. In July 2010, GOCE suffered a serious communications malfunction, when the satellite suddenly failed to downlink scientific data to its receiving stations. Extensive investigations by experts from ESA and industry revealed that the issue was almost certainly related to a communication link between the processor module and the telemetry modules of the main computer. The recovery was completed in September 2010: as part of the action plan, the temperature of the floor hosting the computers was raised by some , resulting in restoration of normal communications. In November 2010, the due completion date for the original 20 month mission before it was delayed by the glitches, it was decided to extend the mission lifetime until the end of 2012 in order to complete the original work and carry out a further 18 month mission to improve the collected data. In November 2012 the orbit was lowered from to get higher resolution data, at which time fuel remained for another 50 weeks.
Миссияның аяқталуы және қайта кіру
2013 жылдың мамырында орбитасы тағы да төмендетілді. 2013 жылдың қазан айында спутниктің ксенон отыны таусылды, сол кезде жерге қайта кіруіне 2-3 апта уақыт қажет болды. 2013 жылғы 18 қазанда ESA GOCE иондық қозғалтқышының отын жүйесіндегі қысым 2,5 бардан төмен түсіп кеткенін хабарлады, бұл қозғалтқышты іске қосу үшін қажетті номиналды жұмыс қысымы. Содан кейін, 21 қазанда миссияның аяқталуы ресми түрде жарияланды, себебі ғарыш кемесі отыннан қалды; ксенонсыз иондық қозғалтқыш 03:16 UTC-де жұмысын тоқтатты. 2013 жылдың 9 қарашасында жарияланған мәліметтерде спутниктің бір-екі күн ішінде жерге қайта кіруі күтілетіні айтылды. Осы күнге дейін перигей биіктігі төмендеді. 10 қарашада ESA ресми түрде сол күні 18:30 мен 24:00 UTC аралығында қайта кіруді күтті, ал ең ықтимал құлау жолағы көбінесе мұхит және полярлық аймақтар арқылы өтеді деп болжанды. 2013 жылдың 11 қарашасындағы төмендейтін орбитасы Сібір, Батыс Тынық мұхиты, Шығыс Үнді мұхиты және Антарктида арқылы өтті. Спутник 11 қарашада 00:16 UTC шамасында Фолкленд аралдарының жанында толық ыдырап кетті.
In May 2013 a further lowering to took place. The satellite ran out of its xenon propellant in October 2013, at which time it would take 2–3 weeks to re enter. On 18 October 2013, ESA reported that the pressure in the fuel system of GOCE's ion engine had dropped below 2.5 bar, which is the nominal operating pressure required to fire the engine. Subsequently, end of mission was formally declared on 21 October when the spacecraft ran out of fuel; deprived of xenon, the ion drive stopped working at 03:16 UTC. On 9 November 2013, a published report indicated that the satellite was expected to re enter within a day or two. By this date, the perigee altitude had decayed to
On 10 November, ESA expected re entry to occur between 18:30 and 24:00 UTC that day, with the most probable impact ground swath largely running over ocean and polar regions. Its descending orbit on 11 November 2013 passed over Siberia, the western Pacific Ocean, the eastern Indian Ocean and Antarctica. The satellite finally disintegrated around 00:16 UTC on 11 November near the Falkland Islands.
Пайдалы жүктеме
Жер серігінің негізгі жүк- Жердің гравитациялық өрісін өлшейтін электростатикалық гравитациялық градиометр (ЭГГ) болды. Бұл құрал үш өлшемде орналасқан үш жұп сыйымдылық акселерометрлерінен тұрады, олар Жердің орбиталық жолымен қозғалғанда оның "гравитациялық тартылысындағы" ұсақ өзгерістерге сезімтал болды. Олардың гравитациялық өрістегі орны әр түрлі болғандықтан, Жердің гравитациялық үдеуін әрқайсысы сәл әртүрлі сезінді. Градиометрдің үш осі гравитациялық градиент тензорының бес тәуелсіз компонентін бір уақытта өлшеуге мүмкіндік берді. Басқа жүк – ғарыш аппаратына әсер ететін барлық гравитациялық емес күштерді компенсациялайтын спутниктік GPS қабылдағышы, ол Спутниктік қашықтықты анықтау құралы (СҚАҚ) ретінде қолданылды. Сондай-ақ, серік лазерлік сәулелендіру станцияларымен қадағалауды қамтамасыз ететін лазерлік ретрорефлектормен жабдықталған.
The satellite's main payload was the Electrostatic Gravity Gradiometer (EGG) to measure the gravity field of Earth. This instrument consisted of three pairs of capacitive accelerometers arranged in three dimensions that responded to tiny variations in the 'gravitational tug' of the Earth as it traveled along its orbital path. Because of their different position in the gravitational field they all experienced the gravitational acceleration of the Earth slightly differently. The three axes of the gradiometer allowed the simultaneous measurement of the five independent components of the gravity gradient tensor. Other payload was an onboard GPS receiver used as a Satellite to Satellite Tracking Instrument (SSTI); a compensation system for all non gravitational forces acting on the spacecraft. The satellite was also equipped with a laser retroreflector to enable tracking by ground based Satellite laser ranging stations.
Қуат пен қозғалтқыш
GOCE ғарыш аппаратының конструкциясында күнге қарайтын жағын жабатын бекітілген күн панельдері болды, олар 1300 ватт қуат өндірді. Панельдер термосферадағы қалдық ауада орбитада жүрген кезде ғарыш аппаратын тұрақтандыру үшін қанатшалар сияқты пішінделген. Англияның Фарнборо қаласындағы QinetiQ ғарыш орталығында жобаланған және құрастырылған иондық қозғалтқыш электр қозғалтқышы, орбиталық ыдыраудан болатын шығындарды өтеу үшін, ксенон иондарын жоғары жылдамдықпен шығарды. GOCE миссиясы ксенон отын багы толық босқанда аяқталды. Екі Кауфман типіндегі иондық қозғалтқыш 500 м/с дейін итеру күшіне қол жеткізе алатын. Оның күтілетін қызмет мерзімі 20 ай болғанымен, 2010 жылғы маусымдағы ЕКА есебінде күннің әдеттен тыс төмен белсенділігі (яғни, жоғарғы атмосфера тыныш, демек, аппаратқа әсер ететін серпіліс азайған) отынның күтілген 20 айдан ұзаққа созылуы мүмкін екені, тіпті 2014 жылға дейін жеткізілуі мүмкін екені айтылды. Шындығында, миссияның аяқталуы 2013 жылғы 21 қазанда 55 айдан кейін ресми түрде жарияланды, соңғы 11 ай төменгі орбитада (ауа тығыздығы жоғары және демек, отын көп жұмсалды) өтті.
GOCE's frame had fixed solar panels covering its sun facing side, which produced 1,300 watts of power. The panels were shaped to act as fins, stabilising the spacecraft while it orbited through the residual air in the thermosphere. The ion propulsion electric engine, designed and built at QinetiQ's space centre in Farnborough, England, ejected xenon ions at velocities exceeding , which compensated for the orbital decay losses. GOCE's mission ended when the xenon fuel tank emptied. The dual Kaufman type ion thrusters could produce up to of thrust. Although its predicted lifetime was 20 months, an ESA report in June 2010 suggested that unusually low solar activity (meaning a calmer upper atmosphere, and hence less drag on the craft) meant the fuel would last longer than its predicted 20 months—possibly into 2014. In reality, the end of mission was formally declared on 21 October 2013 after 55 months, with the final 11 months in a lower orbit (with greater air density and therefore greater fuel use).