Обсерватория STEREO: Исследование Солнца в стереоскопическом изображении.

Введение

Миссия наблюдения за Солнцем (2006 г. – настоящее время)

Космический аппарат NASA STEREO (Solar TErrestrial RElations Observatory) – это миссия по наблюдению за Солнцем. В 2006 году были запущены два почти идентичных космических аппарата на орбиты вокруг Солнца, которые заставляют их соответственно уходить вперед и постепенно отставать от Земли. Это позволило получать стереоскопические изображения Солнца и солнечных явлений, таких как корональные выбросы массы. Связь с STEREO B была потеряна в 2014 году после того, как аппарат вышел из-под контроля и начал неконтролируемое вращение, из-за чего его солнечные панели перестали вырабатывать достаточно энергии, но STEREO A продолжает функционировать.

Профиль миссии

Два космических аппарата STEREO были запущены в 00:52 UTC 26 октября 2006 года со стартовой площадки 17B на станции ВВС на мысе Канаверал во Флориде с помощью ракеты-носителя Delta II 7925 10L на высокоэллиптические геоцентрические орбиты. Апогей достигал орбиты Луны. 15 декабря 2006 года, на пятой орбите, аппараты использовали гравитационный маневр при пролете мимо Луны. Поскольку космические аппараты находились на немного различающихся орбитах, аппарат, идущий "впереди" (А), был выброшен на гелиоцентрическую орбиту внутри орбиты Земли, а аппарат, идущий "сзади" (B), временно остался на высокой околоземной орбите. Аппарат B вновь встретился с Луной на той же орбитальной революции 21 января 2007 года и был выброшен с околоземной орбиты в направлении, противоположном аппарату A. Аппарат B вышел на гелиоцентрическую орбиту за пределами орбиты Земли. Аппарату A требовалось 347 дней для совершения одного оборота вокруг Солнца, а аппарату B – 387 дней. Угол между аппаратом A, Солнцем и Землей увеличивался на 21,650° в год. Угол между аппаратом B, Солнцем и Землей изменялся на -21,999° в год. Учитывая, что длина орбиты Земли составляет около 940 миллионов километров, оба аппарата имели среднюю скорость, в вращающейся геоцентрической системе отсчета, где Солнце всегда находится в одном направлении, примерно 1,8 км/с, однако скорость значительно менялась в зависимости от близости к афелию или перигелию (а также от положения Земли). Их текущее местоположение показано здесь. Со временем космические аппараты STEREO продолжали удаляться друг от друга со скоростью около 44° в год. Окончательных позиций для аппаратов не было задано. 24 января 2009 года они достигли углового разделения в 90°, что называется квадратурой. Это представляло интерес, поскольку выбросы массы, наблюдаемые одним аппаратом сбоку на лимбе Солнца, потенциально могли быть зафиксированы бортовыми приборами для измерения частиц другим аппаратом. Проходя через точки Лагранжа Земли L1 и L2 в конце 2009 года, они искали астероиды Лагранжа (троянские астероиды). 6 февраля 2011 года два аппарата оказались точно в 180° друг от друга, что позволило впервые увидеть все Солнце целиком. Даже при дальнейшем увеличении угла, добавление наблюдений с Земли, например, с обсерватории Solar Dynamics Observatory, обеспечивало полномасштабные наблюдения Солнца в течение нескольких лет. В 2015 году связь с аппаратами была потеряна на несколько месяцев, когда STEREO проходили за Солнцем. Затем они начали сближаться с Землей, с максимальным сближением в августе 2023 года. Их не планируется возвращать на околоземную орбиту.

The two STEREO spacecraft were launched at 00:52 UTC on October 26, 2006, from Launch Pad 17B at the Cape Canaveral Air Force Station in Florida on a Delta II 7925 10L launcher into highly elliptical geocentric orbits. The apogee reached the Moon's orbit. On December 15, 2006, on the fifth orbit, the pair swung by the Moon for a gravity assist. Because the two spacecraft were in slightly different orbits, the "ahead" (A) spacecraft was ejected to a heliocentric orbit inside Earth's orbit, while the "behind" (B) spacecraft remained temporarily in a high Earth orbit. The B spacecraft encountered the Moon again on the same orbital revolution on January 21, 2007, being ejected from Earth orbit in the opposite direction from spacecraft A. Spacecraft B entered a heliocentric orbit outside the Earth's orbit. Spacecraft A took 347 days to complete one revolution of the Sun and Spacecraft B took 387 days. The A spacecraft/Sun/Earth angle will increase at 21.650° per year. The B spacecraft/Sun/Earth angle will change −21.999° per year. Given that the length of Earth's orbit is around 940 million kilometres, both craft have an average speed, in a rotating geocentric frame of reference in which the Sun is always in the same direction, of about 1.8 km/s, but the speed varies considerably depending on how close they are to their respective aphelion or perihelion (as well as on the position of Earth). Their current locations are shown here. Over time, the STEREO spacecraft continued to separate from each other at a combined rate of approximately 44° per year. There were no final positions for the spacecraft. They achieved 90° separation on January 24, 2009, a condition known as quadrature. This was of interest because the mass ejections seen from the side on the limb by one spacecraft can potentially be observed by the in situ particle experiments of the other spacecraft. As they passed through Earth's Lagrangian points and , in late 2009, they searched for Lagrangian (trojan) asteroids. On February 6, 2011, the two spacecraft were exactly 180° apart from each other, allowing the entire Sun to be seen at once for the first time. Even as the angle increases, the addition of an Earth based view, e. g., from the Solar Dynamics Observatory, still provided full Sun observations for several years. In 2015, contact was lost for several months when the STEREO spacecraft passed behind the Sun. They then started to approach Earth again, with closest approach in August 2023. They will not be recaptured into Earth orbit.

Потеря связи со СТЕРЕО-Б

1 октября 2014 года связь с STEREO B была потеряна во время запланированного перезапуска для проверки автоматики аппарата в преддверии вышеупомянутого периода солнечного "соединения". Изначально команда предполагала, что космический аппарат начал вращаться, что привело к снижению количества энергии, вырабатываемой солнечными панелями. Последующий анализ полученной телеметрии показал, что аппарат находился в неконтролируемом вращении со скоростью около 3° в секунду; это было слишком быстро для немедленной коррекции с помощью реактивных колёс, которые могли бы перегрузиться. Инженеры планировали разработать программное обеспечение для восстановления аппарата, но после включения его компьютера оставалось бы всего около 2 минут для загрузки исправления до повторного перехода STEREO B в аварийный режим. Более того, хотя в момент потери связи аппарат генерировал избыточную энергию, его ориентация менялась, и уровень энергии снижался. Было восстановлено двустороннее взаимодействие, и в течение августа и сентября отправлялись команды для начала восстановления аппарата.

Преимущества миссии

Основным преимуществом миссии были стереоскопические изображения Солнца. Поскольку спутники находятся в разных точках орбиты Земли, но удалены от неё, они могут фотографировать части Солнца, невидимые с Земли. Это позволяет ученым NASA непосредственно наблюдать за дальней стороной Солнца, а не делать выводы об активности на ней, основываясь на данных, полученных с Земли. Спутники STEREO в основном отслеживают дальнюю сторону для обнаружения выбросов корональной массы – мощных всплесков солнечного ветра, солнечной плазмы и магнитных полей, которые иногда выбрасываются в космос. Поскольку излучение от выбросов корональной массы (ВКМ) может нарушать связь Земли, работу авиакомпаний, энергосистем и спутников, более точное прогнозирование ВКМ может обеспечить операторов этих служб более своевременным предупреждением. Мадулика Гухатхакурта, научный сотрудник программы STEREO, ожидала "значительных успехов" в теоретической физике Солнца и прогнозировании космической погоды благодаря возможности постоянного обзора Солнца на 360°. Данные наблюдений STEREO используются при составлении прогнозов солнечной активности для авиакомпаний, энергетических компаний, операторов спутниковой связи и других организаций. STEREO также позволило обнаружить 122 затмевающие двойные звезды и изучить сотни других переменных звезд. STEREO может наблюдать одну и ту же звезду в течение до 20 дней. Оборудование STEREO A смогло собрать и передать значительный объем данных о событии, не получив повреждений.