Введение
Спутник NASA программы "Explorer" под названием "Transition Region and Coronal Explorer" (TRACE, или Explorer 73, SMEX 4) представлял собой гелиофизическую обсерваторию, разработанную для изучения связи между мелкомасштабными магнитными полями и связанными с ними плазменными структурами на Солнце путем получения изображений высокого разрешения и наблюдений солнечной фотосферы, переходной области и солнечной короны. Основное внимание прибора TRACE уделялось детальной структуре корональных петель в нижней части солнечной атмосферы. TRACE является третьим космическим аппаратом в рамках программы Small Explorer, запущенным 2 апреля 1998 года, и получил последнее научное изображение 21 июня 2010 года в 23:56 UTC.
Transition Region and Coronal Explorer (TRACE, or Explorer 73, SMEX 4) was a NASA heliophysics and solar observatory designed to investigate the connections between fine scale magnetic fields and the associated plasma structures on the Sun by providing high resolution images and observation of the solar photosphere, the transition region, and the solar corona. A main focus of the TRACE instrument is the fine structure of coronal loops low in the solar atmosphere. TRACE is the third spacecraft in the Small Explorer program, launched on 2 April 1998, and obtained its last science image on 21 June 2010, at 23:56 UTC.
Миссия
Транзитный регион и Корональный исследователь (TRACE) – небольшая исследовательская миссия NASA, разработанная для изучения трехмерных магнитных структур, проходящих через фотосферу Солнца (видимую поверхность Солнца) и определяющих геометрию и динамику верхней солнечной атмосферы (переходного региона и короны). Основные научные задачи миссии: (1) отслеживание эволюции магнитных структур от недр Солнца до короны; (2) исследование механизмов нагрева внешней солнечной атмосферы; и (3) определение факторов, вызывающих и начало солнечных вспышек и корональных выбросов массы. TRACE представляет собой космический аппарат с одним инструментом и трехосной системой стабилизации. Система управления ориентацией космического аппарата (ACS) использует три магнитные катушки управления моментом, цифровой датчик Солнца, шесть грубых датчиков Солнца, трехосевой магнитометр, четыре реактивных колеса и три двухосных инерциальных гироскопа для поддержания ориентации. В научном режиме космический аппарат использует телескоп-гид, поставляемый вместе с инструментом, в качестве датчика точного наведения, обеспечивающего точность ориентации менее 5 угловых секунд. Электропитание космического аппарата осуществляется посредством четырех панелей солнечных элементов из арсенида галлия (GaAs) общей площадью, производящих мощность около 220 Вт. Солнечная батарея фактически вырабатывает около 220 Вт мощности, из которых 85 Вт потребляются космическим аппаратом на каждом витке, а 35 Вт – инструментом на каждом витке. Оставшаяся мощность используется для обеспечения работы и обогрева космического аппарата и телескопа для предотвращения загрязнения. Никель-кадмиевая батарея (NiCd) емкостью 9 А·ч обеспечивает энергией во время нахождения космического аппарата в тени Земли. Связь осуществляется через транспондер в диапазоне S мощностью 5 Вт, обеспечивающий скорость передачи данных до 2,25 Мбит/с по нисходящей линии связи и 2 кбит/с по восходящей. Данные передаются до шести раз в сутки. Данные хранятся на борту с помощью твердотельного накопителя емкостью до 300 МБ. Система управления и обработки данных использует 32-битный процессор 80386/80387.
Космический корабль
Спутник был построен Центром космических полётов Годдарда НАСА. Его телескоп был создан консорциумом под руководством Центра передовых технологий Lockheed Martin. Оптику, изготовленную с использованием передовых технологий обработки поверхности, разработали и построили в Смитсоновской астрофизической обсерватории (SAO). Телескоп имеет апертуру и детектор на основе ПЗС (CCD) с разрешением 1024 × 1024, обеспечивающий поле зрения (FoV) в 8,5 угловых минут. Телескоп предназначен для получения коррелированных изображений в широком диапазоне длин волн – от видимого света через линию Лаймана-альфа до дальнего ультрафиолета. Различные полосы пропускания соответствуют температурам излучения плазмы от 4000 до 4 000 000 К. В оптике используется специальная многослойная технология для фокусировки трудноотражаемого экстремального ультрафиолетового (EUV) излучения; эта технология впервые была применена для получения изображений Солнца в конце 1980-х и 1990-х годов, в частности, в полезных нагрузках зондирующих ракет MSSTA и NIXT.
Образование изображений телескопа TRACE
Телескоп имеет конструкцию Кассеграна, длиннофокусный, с апертурой. Фокусное расстояние составляет . Поле зрения телескопа – 8,5 x 8,5 угловых минут при пространственном разрешении в одну угловую секунду. Свет фокусируется на ПЗС-детекторе (CCD) с разрешением 1024 x 1024 элемента (0,5 угловых секунды/пиксель). Временное разрешение прибора составляет менее 1 секунды, однако номинальное временное разрешение – 5 секунд. Время экспозиции при наблюдениях варьируется от 2 мс до 260 секунд. Первичное и вторичное зеркала имеют покрытия с нормальным падением, специально разработанные для наблюдений в EUV и UV диапазонах, которые разделяют зеркала на квадранты. Эти сегментированные покрытия предназначены для получения изображений одинакового размера и идеально совмещенных. Выбор квадранта зеркала для наблюдения определяется положением затвора-селектора квадрантов, расположенного за входной апертурой. Три покрытия зеркал обеспечивают наблюдения в специфических полосах эмиссии железа: Fe IX (центральная длина волны/полоса пропускания: 17,3 нм/0,64 нм); Fe XII (19,5 нм/0,65 нм); и Fe XV (28,4 нм/1,07 нм). Четвертое покрытие зеркала позволяет проводить широкополосные наблюдения в ультрафиолетовом диапазоне (с центром на 500 нм). Дальнейший отбор наблюдений в УФ-диапазоне может осуществляться с помощью фильтрующего колеса, установленного перед ПЗС-матрицей. Фильтрующее колесо позволяет проводить наблюдения в непрерывном спектре (170 нм/20 нм), а также в полосах эмиссии C (углерод) I и Fe II (160 нм/27,5 нм), C IV (155 нм/2 нм) и H (водород) I (линия Лаймана-альфа) (121,6 нм/8,4 нм). Конструкция первичного зеркала TRACE основана на узлах поддержки первичного зеркала, использованных в SWATH – небольшом исследовательском аппарате, разработанном для ВВС США, и NIXT – серии ракетных запусков, выполненных Смитсоновской астрофизической обсерваторией (SAO) пять раз в период с 1983 по 1993 год. Многие конструктивные решения и часть космического оборудования были также использованы при создании инструмента MDI на борту Солнечной и гелиосферной обсерватории (SoHO).