Күнге арналған ғарыш обсерваториясы SOHO

Кіріспе

Еуропалық ғарыш обсерваториясы

Күн және гелиосфералық обсерватория (SOHO) – Еуропалық ғарыш агенттігінің (ESA) ғарыш кемесі. Matra Marconi Space (қазіргі Airbus Defence and Space) басшылығымен Еуропалық өнеркәсіп консорциумы құрастырған, ол 1995 жылдың 2 желтоқсанында Lockheed Martin Atlas IIAS зымыран көлігімен Күнді зерттеу үшін ұшырылды. Ол сондай-ақ 5000-нан астам комета ашты. 1996 жылдың мамырында қалыпты жұмыс режиміне көшті. Бұл Еуропалық ғарыш агенттігі (ESA) мен NASA-ның бірлескен жобасы. SOHO Халықаралық Күн-Жер физикасы бағдарламасының (ISTP) бөлігі болды. Бастапқыда екі жылдық миссия ретінде жоспарланған SOHO, ғарышта 25 жылдан астам уақыттан кейін де жұмыс істеуін жалғастыруда; миссия ESA Ғылыми бағдарлама комитетінің қарауы мен бекітуіне байланысты 2025 жылдың соңына дейін ұзартылды. Ғылыми миссиясынан өзге, ол ғарыш ауа райын болжау үшін дерлік нақты уақыт режиміндегі күн деректерінің маңызды көзі болып табылады. Wind, Advanced Composition Explorer (ACE) және Deep Space Climate Observatory (DSCOVR) ғарыш аппараттарымен бірге SOHO, Жер-Күн L1 нүктесінің жанында орналасқан төрт ғарыш кемесінің бірі. Бұл нүкте Күннен шамамен 0,99 астрономиялық бірлік (АБ) және Жерден 0,01 АБ қашықтықта орналасқан. Ғылыми жетістіктерінен бөлек, SOHO реакциялық дөңгелектерін виртуалды гироскоп ретінде пайдаланған алғашқы үш осьті тұрақтандырылған ғарыш кемесі болып ерекшеленеді; бұл техника 1998 жылы болған төтенше жағдайдан кейін, ғарыш кемесінің жоғалу қаупіне тап болғанда қабылданды.

Орбиталық

SOHO ғарыш кемесі Күн мен Жердің L1 нүктесінің шамасында гало орбитасында орналасқан. Бұл Жер мен Күн арасындағы нүкте, онда Күннің (күштірек) тартылысы мен Жердің (әлсіз) тартылысының тепе-теңдігі, Күнді Жер сияқты бірдей орбиталық кезеңмен айналатын объектіге қажетті центробектік күшке тең болады. Нәтижесінде, объект сол қатысты жағдайда қалады. SOHO кейде L1 нүктесінде деп айтылғанымен, ол дәл L1 нүктесінде емес, себебі бұл Күннің тудыратын радиокедергілерінен байланысты қиындатады және бұл тұрақты орбита емес. Оның орнына, ол L1 нүктесі арқылы өтетін және Күн мен Жерді қосатын түзуге перпендикуляр (үнемі қозғалатын) жазықтықта жатыр. Ол осы жазықтықта қалып, L1 нүктесін орталыққа алып, эллипстік гало орбитасын жасайды. SOHO L1 нүктесін алты айда бір рет айналып өтеді, ал L1 өзі Жердің қозғалысымен байланысқандықтан Күнді 12 айда бір рет айналады. Бұл SOHO-ның Жермен байланыс үшін әрдайым қолайлы жағдайда болуын қамтамасыз етеді.

Жермен байланыс

Қалыпты жұмыс істеу кезінде ғарыш кемесі NASA Deep Space Network жер станциялары арқылы суреттер мен басқа да өлшемдердің 200 кбит/с үздіксіз дерек ағынымен беріледі. SOHO-ның күн белсенділігі туралы деректері Жерге келетін короналық массалық шығарылымның (CME) уақытын болжау үшін пайдаланылады, осылайша электр желілері мен спутниктер олардың зиянды әсерінен қорғалады. Жерге бағытталған КМШ геомагниттік дауылдарды тудыруы мүмкін, олар өз кезегінде геомагниттік индукцияланған тоқтарды тудырады, ең қиын жағдайларда тоқ кесілуіне және басқа да салдарларға әкелуі мүмкін. 2003 жылы ESA жоғары күшейткіш антеннаны бағыттауға және жоғары жылдамдықты деректерді жіберуге қажетті антеннаның Y осіндегі қадамдық қозғалтқышының бұзылуын хабарлады. Ол кезде антеннадағы ақаулық үш ай сайын екі-үш аптаға дейін деректердің тоқтауына себеп болуы мүмкін деп есептелді. Алайда, ESA және NASA инженерлері SOHO-ның төмен күшейткіш антенналарын NASA Deep Space Network жер станцияларымен және SOHO-ның Solid State Recorder (SSR) құрылмын тиімді пайдалану арқылы деректердің толық жоғалуына жол бермеді, нәтижесінде үш ай сайын деректер ағыны шамалы ғана азайды.

SOHO-ның жоғалуы

SOHO миссиясының тоқтатылу тізбегі 1998 жылдың 24 маусымында басталды, осы кезде SOHO тобы ғарыш кемесінің гироскоптарын калибрлеу және маневрлер жүргізіп жатқан болатын. Операциялар 23:16 UTC-ге дейін жалғасты, содан кейін SOHO Күннен байланысын үзіп, Emergency Sun Reacquisition (ESR) деп аталатын төтенше жағдай режиміне кірді. SOHO тобы обсерваторияны қалпына келтіруге тырысты, бірақ SOHO 1998 жылдың 25 маусымында 02:35 UTC-де қайтадан төтенше жағдай режиміне кірді. Қалпына келтіру жұмыстары жалғасты, бірақ SOHO соңғы рет 04:38 UTC-де төтенше жағдай режиміне кірді. SOHO-мен байланыс 04:43 UTC-де толығымен жоғалды және миссия тоқтатылды. SOHO айналып, электр қуатын жоғалтып, енді Күнге бағытталмай қалды. Еуропалық ғарыш агенттігінің (ESA) мамандары дереу Еуропадан АҚШ-қа жөнінде, операцияларды басқару үшін. SOHO-дан бірнеше күн бойы хабар келмеді. 1998 жылдың 23 шілдесінде Аресибо обсерваториясы және Голдстоун Күн жүйесінің радары SOHO-ны радар арқылы анықтап, оның орналасқан жерін және бағытын анықтады. SOHO болжамды орнына жақын, әдеттегі алдыңғы оптикалық бет рефлекторы Күнге қарамай, бүйірімен бағытталған күйде және 53 секунд сайын бір айналыммен айналып жатты. SOHO-ның орны анықталғаннан кейін, онымен байланыс орнату жоспарлары жасалды. 3 тамызда SOHO-дан сигнал қабылданды, бұл 1998 жылдың 25 маусымынан бергі алғашқы сигнал болды. Батареяны бірнеше күн бойы зарядтағаннан кейін, 8 тамызда сигналды модуляциялау және телеметрияны жіберуге сәтті әрекет жасалды. 1998 жылдың 9 тамызында құралдардың температурасы төмендетілгеннен кейін деректер талданды және SOHO-ны қалпына келтіруді жоспарлау жұмысы басталды. Қалпына келтіру тобы шектеулі электр қуатын бөлуден бастады. Содан кейін SOHO-ның ғарыштағы аномальды бағыты анықталды. SOHO-ның жылулық бақылау жүйесі арқылы мұздаған гидразин отын резервуарын еріту 1998 жылдың 12 тамызында басталды. Келесі кезекте құбырлар мен қозғалтқыштарды еріту болды, ал SOHO 1998 жылдың 16 қыркүйегінде Күнге қайта бағытталды. Шамамен бір апталық ғарыш кемесін қалпына келтіру жұмыстарынан және орбиталық түзету маневрінен кейін, SOHO ғарыш кемесі 1998 жылдың 25 қыркүйегінде 19:52 UTC-де қалыпты режимге оралды. Құралдарды қалпына келтіру 1998 жылдың 5 қазанында SUMER құралымен басталды және 1998 жылдың 24 қазанында CELIAS құралымен аяқталды. Коронаның диагностикалық спектрометрі (CDS), коронаның тығыздығын, температурасын және ағындарын өлшейді. Зарядталған элементтер мен изотоптарды талдау жүйесі (CELIAS), күн желдің иондық құрамын зерттейді. Күн желдің иондық және электрондық құрамын зерттейтін жан-жақты супертермиялық және энергетикалық бөлшектерді талдау ынтымақтастығы (COSTEP). COSTEP және ERNE кейде COSTEP ERNE бөлшектер талдаушысының ынтымақтастығы (CEPAC) деп аталады. Төменгі ультракөк сәулелі бейнелеу телескопы (EIT), төменгі короналық құрылым мен белсенділікті зерттейді. Энергетикалық және релятивистік ядролар мен электрондық эксперимент (ERNE), күн желдің иондық және электрондық құрамын зерттейді. (COSTEP жазбасындағы ескертуді қараңыз.) Төмен жиіліктегі жаһандық тербелістер (GOLF), Күннің өзегін зерттеу үшін бүкіл күн дискісінің жылдамдық өзгеруін өлшейді. Үлкен бұрыш және спектрометриялық коронограф (LASCO), жасанды күн тұтылуын жасау арқылы коронаның құрылымы мен эволюциясын зерттейді. Микельсон Доплер бейнелеу аппараты (MDI), фотосферадағы жылдамдық пен магниттік өрістерді өлшейді, осы арқылы Күннің ішкі қабатының сыртқы қабатын құрайтын конвекциялық аймақ және коронаның құрылымын басқаратын магниттік өрістер туралы білуге арналған. MDI SOHO туралы деректердің ең ірі көзі болды. SOHO-ның екі виртуалды арнасы MDI-ге арналған; VC2 (MDI M) MDI магнитограмма деректерін, ал VC3 (MDI H) MDI гелиосейсмология деректерін жеткізеді. MDI 2011 жылдан бері ғылыми бақылау үшін қолданылмайды, оның орнына Solar Dynamics Observatory Helioseismic and Magnetic Imager келді. Таратылған сәулеленудің күн сәулесінен өлшеу (SUMER), плазма ағынын, температураны және коронадағы тығыздықты өлшейді. Күн желдің анизотропиясы (SWAN), сутегінің ерекше толқын ұзындығына сезімтал телескоптарды күн желдің массалық ағынын өлшеу, гелиосфераның тығыздығын картаға түсіру және күн жел ағындарының кең ауқымды құрылымын бақылау үшін пайдаланады. Коронаның тығыздығы мен температурасын өлшейтін ультракөк коронограф спектрометрі (UVCS). Күн сәулеленуінің өзгеруі және гравитациялық тербелістер (VIRGO), тербелістерді және бүкіл күн дискісінің және төмен ажыратымдылықтағы күн тұрақтысын өлшейді, сонымен қатар Күннің өзегін зерттейді.

The SOHO Mission Interruption sequence of events began on 24 June 1998, while the SOHO Team was conducting a series of spacecraft gyroscope calibrations and maneuvers. Operations proceeded until 23:16 UTC when SOHO lost lock on the Sun and entered an emergency attitude control mode called Emergency Sun Reacquisition (ESR). The SOHO Team attempted to recover the observatory, but SOHO entered the emergency mode again on 25 June 1998, at 02:35 UTC. Recovery efforts continued, but SOHO entered the emergency mode for the last time at 04:38 UTC. All contact with SOHO was lost at 04:43 UTC, and the mission interruption had begun. SOHO was spinning, losing electrical power, and no longer pointing at the Sun. Expert European Space Agency (ESA) personnel were immediately dispatched from Europe to the United States to direct operations. Days passed without contact from SOHO. On 23 July 1998, the Arecibo Observatory and Goldstone Solar System Radar combined to locate SOHO with radar and to determine its location and attitude. SOHO was close to its predicted position, oriented with its side versus the usual front Optical Surface Reflector panel pointing toward the Sun, and was rotating at one revolution every 53 seconds. Once SOHO was located, plans for contacting SOHO were formed. On 3 August, a carrier was detected from SOHO, the first signal since 25 June 1998. After days of charging the battery, a successful attempt was made to modulate the carrier and downlink telemetry on 8 August. After instrument temperatures were downlinked on 9 August 1998, data analysis was performed, and planning for the SOHO recovery began in earnest. The Recovery Team began by allocating the limited electrical power. After this, SOHO's anomalous orientation in space was determined. Thawing the frozen hydrazine fuel tank using SOHO's thermal control heaters began on 12 August 1998. Thawing pipes and the thrusters was next, and SOHO was re oriented towards the Sun on 16 September 1998. After nearly a week of spacecraft bus recovery activities and an orbital correction maneuver, the SOHO spacecraft bus returned to normal mode on 25 September 1998 at 19:52 UTC. Recovery of the instruments began on 5 October 1998 with SUMER, and ended on 24 October 1998, with CELIAS. Coronal Diagnostic Spectrometer (CDS ), which measures density, temperature and flows in the corona. Charge Element and Isotope Analysis System (CELIAS), which studies the ion composition of the solar wind. Comprehensive SupraThermal and Energetic Particle analyser collaboration (COSTEP ), which studies the ion and electron composition of the solar wind. COSTEP and ERNE are sometimes referred to together as the COSTEP ERNE Particle Analyzer Collaboration (CEPAC ). Extreme ultraviolet Imaging Telescope (EIT), which studies the low coronal structure and activity. Energetic and Relativistic Nuclei and Electron experiment (ERNE ), which studies the ion and electron composition of the solar wind. (See note above in COSTEP entry.) Global Oscillations at Low Frequencies (GOLF), which measures velocity variations of the whole solar disk to explore the core of the Sun. Large Angle and Spectrometric Coronagraph (LASCO), which studies the structure and evolution of the corona by creating an artificial solar eclipse. Michelson Doppler Imager (MDI), which measures velocity and magnetic fields in the photosphere to learn about the convection zone which forms the outer layer of the interior of the Sun and about the magnetic fields which control the structure of the corona. The MDI was the biggest producer of data on SOHO. Two of SOHO's virtual channels are named for MDI; VC2 (MDI M) carries MDI magnetogram data, and VC3 (MDI H) carries MDI Helioseismology data. MDI has not been used for scientific observation since 2011 when it was superseded by the Solar Dynamics Observatory's Helioseismic and Magnetic Imager. Solar Ultraviolet Measurement of Emitted Radiation (SUMER), which measures plasma flows, temperature, and density in the corona. Solar Wind Anisotropies (SWAN), which uses telescopes sensitive to a characteristic wavelength of hydrogen to measure the solar wind mass flux, map the density of the heliosphere, and observe the large scale structure of the solar wind streams. UltraViolet Coronagraph Spectrometer (UVCS), which measures density and temperature in the corona. Variability of solar IRradiance and Gravity Oscillations (VIRGO), which measures oscillations and solar constant both of the whole solar disk and at low resolution, again exploring the core of the Sun.

Суреттердің жалпыға қолжетімділігі

Кейбір аспаптардың өлшемдері бейне түрінде көрсетілуі мүмкін, олардың көпшілігі интернетте жалпы қолдануға немесе ғылыми зерттеулерге қолжетімді (ресми веб-сайтты қараңыз). Басқалары, мысалы, спектрлер мен күн желiндегi бөлшектердің өлшемдерi, осылай оңай көрсетілмейді. Бұл суреттер толқын ұзындығы немесе жиілігі бойынша оптикалық (Hα) бастап, ең жоғары ультракөк сәулеге (EUV) дейін өзгереді. SOHO бетінде және басқа жерлерде көзге көрінбейтін толқын ұзындығында түсірілген суреттер жалған түспен көрсетіледі. Көптеген ғарыштық және жердегі телескоптардан айырмашылығы, SOHO бағдарламасы жеке аспаптар бойынша бақылау ұсыныстарына ресми түрде уақыт бөлмейді; мүдделі тараптар аспаптар тобымен электрондық пошта арқылы және SOHO веб-сайты арқылы байланысқа түсіп, осы аспаптар тобының ішкі процедуралары арқылы уақыт сұрай алады (кейбіреулері өте бейресми, бірақ ағымдағы анықтамалық өлшемдер бұзылмаса). Бір бақылау үшін бірнеше SOHO аспаптарын бірлесіп пайдалануға ресми процедура ("JOP" бағдарламасы) бар. JOP ұсыныстары тоқсан сайынғы Ғылыми жұмыс тобының (SWT) отырысында қарастырылады, ал JOP уақыты Ғылыми жоспарлау жұмыс тобының ай сайынғы отырысында бекітіледі. Алғашқы нәтижелер 1997 жылы Б. Флек пен З. Швестка редакциялаған "Solar Physics" журналының 170 және 175 томдарында жарияланды.

Құралдық салымшылар

Күн жүйесін зерттеу жөніндегі Макс Планк институты SUMER, үлкен бұрышты және спектрометриялық коронограф (LASCO) және CELIAS құралдарын жасауға үлес қосты. Смитсониялық астрофизикалық обсерватория (SAO) UVCS құралын құрастырды. Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory (LMSAL) Стэнфорд университетінің күн тобымен бірлесіп MDI құралын жасады. Institut d'astrophysique spatiale GOLF және Extreme ultraviolet Imaging Telescope (EIT) құралдарының бас зерттеушісі болып табылады және SUMER құралын жасауға зор үлес қосты. Барлық құралдардың толық тізімі мен олардың үй институтына сілтемелер SOHO веб-сайтында қолжетімді.