Неудачный запуск и возрождение: Миссия по наблюдению за углеродом.
Orbiting Carbon Observatory
Спутник NASA OCO для измерения CO2 потерпел неудачу при запуске в 2009 году, но был успешно запущен повторно в 2014 году (OCO-2). Наблюдение за углекислым газом.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Неудачный климатический спутник NASA и успешный повторный запуск этой миссии.
Failed NASA climate satellite
the successful re flight of this mission
Орбитальная углеродная обсерватория (OCO) – это спутниковая миссия NASA, предназначенная для получения глобальных космических наблюдений атмосферного углекислого газа (CO2). Первоначальный космический аппарат был потерян из-за неудачного запуска 24 февраля 2009 года, когда обтекатель полезной нагрузки ракеты Taurus, доставлявшей его, не отделился во время подъема. Дополнительная масса обтекателя помешала спутнику выйти на орбиту. Впоследствии он вошел в атмосферу и упал в Индийский океан вблизи Антарктиды. Заменяющий спутник, Orbiting Carbon Observatory 2, был запущен 2 июля 2014 года ракетой-носителем Delta II. Orbiting Carbon Observatory 3, самостоятельная полезная нагрузка, созданная из резервного бортового прибора OCO 2, была установлена на внешней платформе Kibō Международной космической станции в мае 2019 года.
The Orbiting Carbon Observatory (OCO) is a NASA satellite mission intended to provide global space based observations of atmospheric carbon dioxide (|CO2). The original spacecraft was lost in a launch failure on 24 February 2009, when the payload fairing of the Taurus rocket which was carrying it failed to separate during ascent. The added mass of the fairing prevented the satellite from reaching orbit. It subsequently re entered the atmosphere and crashed into the Indian Ocean near Antarctica. The replacement satellite, Orbiting Carbon Observatory 2, was launched 2 July 2014 aboard a Delta II rocket. The Orbiting Carbon Observatory 3, a stand alone payload built from the spare OCO 2 flight instrument, was installed on the International Space Station Kibō Exposed Facility in May 2019.
Описание миссии
Измерения OCO разработаны для обеспечения достаточной точности, чтобы впервые продемонстрировать географическое распределение источников и поглотителей углекислого газа в региональном масштабе. Планируется, что полученные данные позволят улучшить понимание глобального углеродного цикла, природных процессов и деятельности человека, влияющих на количество и распределение парниковых газов. Ожидается, что это углубленное понимание позволит создавать более надежные прогнозы будущих изменений в количестве и распределении углекислого газа в атмосфере, а также оценивать влияние этих изменений на климат Земли. Космический аппарат OCO был предоставлен корпорацией Orbital Sciences Corporation. В ходе двухлетней миссии OCO будет двигаться по околополярной орбите, что позволит инструменту наблюдать за большей частью поверхности Земли не реже одного раза в шестнадцать дней. Он предназначен для полета в рыхлой формации с группой других спутников, вращающихся вокруг Земли, известных как Послеполуденное созвездие системы наблюдения Земли, или «Поезд А». Эта скоординированная схема полета была разработана для того, чтобы исследователи могли сопоставлять данные OCO с данными, полученными другими приборами на других космических аппаратах. В частности, ученые, изучающие Землю, хотели бы сравнить данные OCO с почти одновременными измерениями, полученными прибором Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) на борту спутника NASA Aqua, а также с наземными данными сети Total Carbon Column Observing Network (TCCON). Согласование с «Поездом А» требует особенно узкого временного окна запуска – всего 30 секунд. Первоначальная стоимость миссии была профинансирована программой NASA Earth System Science Pathfinder Program. Лаборатория реактивного движения NASA в Пасадене, Калифорния, осуществляет управление OCO от имени Директората научных миссий NASA.
OCO's measurements are designed to be accurate enough to show for the first time the geographic distribution of carbon dioxide sources and sinks on a regional scale. The data is planned to improve the understanding of the global carbon cycle, the natural processes and human activities that influence the abundance and distribution of the greenhouse gas. This improved understanding is expected to enable more reliable forecasts of future changes in the abundance and distribution of carbon dioxide in the atmosphere and the effect that these changes may have on Earth's climate. The OCO spacecraft was provided by Orbital Sciences Corporation. During its two year mission, OCO will fly in a near polar orbit which enables the instrument to observe most of Earth's surface at least once every sixteen days. It is intended to fly in loose formation with a series of other Earth orbiting satellites known as the Earth Observing System Afternoon Constellation, or the A train. This coordinated flight formation was intended to enable researchers to correlate OCO data with data acquired by other instruments on other spacecraft. In particular, Earth scientists would like to compare OCO data with nearly simultaneous measurements acquired by the Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) instrument aboard NASA's Aqua satellite and ground based data from the Total Carbon Column Observing Network (TCCON). Alignment with the A train demands a particularly short launch window of 30 seconds. The original cost of the mission was It was sponsored by NASA's Earth System Science Pathfinder Program. NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, California, manages OCO for NASA's Science Mission Directorate.
Технология
Спутник будет нести на борту единственный прибор, предназначенный для получения наиболее точных измерений атмосферного углекислого газа, когда-либо выполненных из космоса. Прибор состоит из трех параллельных спектрометров высокого разрешения, объединенных в единую конструкцию и подключенных к общему телескопу. Спектрометры будут одновременно измерять поглощение солнечного света углекислым газом и молекулярным кислородом, отраженного от одной и той же точки на поверхности Земли в ближней инфракрасной части электромагнитного спектра, невидимой человеческому глазу. Когда солнечный свет проходит через атмосферу Земли и отражается от земной поверхности, молекулы атмосферных газов поглощают очень специфические цвета света. Если разделить свет на спектр – радугу цветов, то цвета, поглощаемые каждым газом, проявляются в виде темных линий. Разные газы поглощают разные цвета, поэтому рисунок линий поглощения представляет собой характерный спектральный "отпечаток" данной молекулы. Спектрометры OCO были разработаны для регистрации этих молекулярных отпечатков. Каждый из трех спектрометров был настроен на измерение поглощения в определенном диапазоне цветов. Каждый из этих диапазонов включает в себя десятки темных линий поглощения, создаваемых либо углекислым газом, либо молекулярным кислородом. Количество поглощенного света в каждой спектральной линии увеличивается пропорционально числу молекул на пути распространения света. Спектрометры OCO измеряют долю поглощенного света в каждой из этих линий с очень высокой точностью. Эти данные затем анализируются для определения количества молекул на пути от верхней границы атмосферы до поверхности. Если концентрация углекислого газа меняется от места к месту, то и степень поглощения также будет варьироваться. Для выявления этих изменений прибор обсерватории будет регистрировать изображение спектра, создаваемого каждым спектрометром, три раза в секунду во время полета спутника над поверхностью со скоростью более шести километров в секунду. Эта информация будет передаваться на Землю, где концентрация углекислого газа будет определена в четырех отдельных областях для каждого полученного изображения. Полученные пространственно-распределенные оценки концентрации углекислого газа будут затем проанализированы с использованием глобальных транспортных моделей, аналогичных тем, что применяются для прогнозирования погоды, для определения местоположения источников и поглотителей углекислого газа. Прибор OCO был разработан компаниями Hamilton Sundstrand Sensor Systems (Помона, Калифорния) и Лабораторией реактивного движения.
The satellite will carry a single instrument designed to make the most precise measurements of atmospheric carbon dioxide ever made from space. The instrument consists of three parallel, high resolution spectrometers, integrated into a common structure and fed by a common telescope. The spectrometers will make simultaneous measurements of the carbon dioxide and molecular oxygen absorption of sunlight reflected off the same location on Earth's surface when viewed in the near infrared part of the electromagnetic spectrum, invisible to the human eye. As sunlight passes through Earth's atmosphere and is reflected from Earth's surface, molecules of atmospheric gases absorb very specific colors of light. If the light is divided into a rainbow of colors, called a spectrum, the specific colors absorbed by each gas appear as dark lines. Different gases absorb different colors, so the pattern of absorption lines provides a telltale spectral "fingerprint" for that molecule. OCO's spectrometers were designed to detect these molecular fingerprints. Each of the three spectrometers was tuned to measure the absorption in a specific range of colors. Each of these ranges includes dozens of dark absorption lines produced by either carbon dioxide or molecular oxygen. The amount of light absorbed in each spectral line increases with the number of molecules along the optical path. OCO's spectrometers measure the fraction of the light absorbed in each of these lines with very high precision. This information was then to be analyzed to determine the number of molecules along the path between the top of the atmosphere and the surface. If the amount of carbon dioxide varies from place to place, the amount of absorption will also vary. To resolve these variations, the observatory's instrument will record an image of the spectrum produced by each spectrometer three times every second as the satellite flies over the surface at more than four miles per second. This information would then be transmitted to the ground, where carbon dioxide concentrations would be retrieved in four separate footprints for each image collected. These spatially varying carbon dioxide concentration estimates would then be analyzed using global transport models, like those used for weather prediction, to infer the locations of carbon dioxide sources and sinks. The OCO instrument was developed by Hamilton Sundstrand Sensor Systems in Pomona, California, and the Jet Propulsion Laboratory.
Первоначальный запуск
Спутник был первоначально запущен с авиабазы Ванденберг в Калифорнии с помощью ракеты-носителя Taurus XL. Однако, обтекатель полезной нагрузки – защитная оболочка в форме створки раковины, которая предохраняет спутник во время запуска – по всей видимости, не отделился от космического аппарата. "Сегодня вечером запуск не удался, и мы не сможем выполнить миссию OCO", – заявил комментатор NASA Джордж Диллер. Дата: 24 февраля 2009 года, 09:55:31 UTC. Позднее следователи NASA установили, что причиной неудачи запуска стали дефектные материалы, поставленные производителем алюминия Sapa Profiles.
The satellite was originally launched from Vandenberg Air Force Base in California on a dedicated Taurus XL rocket. However, the payload fairing—a clam shell shaped covering that protects the satellite during launch—apparently failed to separate from the spacecraft. "We have not had a successful launch tonight and will not be able to have a successful OCO mission", NASA commentator George Diller said. Date: 24 February 2009, 09:55:31 UTC NASA investigators later determined the cause for the launch failure to be faulty materials provided by aluminum manufacturer Sapa Profiles.
Перелет
Через три дня после неудачного запуска в феврале 2009 года научная группа OCO направила в штаб-квартиру NASA предложение о создании и запуске копии OCO к концу 2011 года. 1 февраля 2010 года бюджетный запрос NASA на 2011 финансовый год включал 170 миллионов долларов на разработку и запуск замены орбитальной углеродной обсерватории: OCO 2. В 2010 году NASA первоначально выбрало Orbital Sciences для запуска замены в феврале 2013 года с использованием ракеты Taurus XL 3110 с авиабазы Ванденберг в Калифорнии. Запуск спутника Glory состоялся 4 марта 2011 года и завершился неудачей, как и запуск OCO. Затем, в феврале 2012 года, NASA и Orbital Sciences пришли к соглашению о расторжении контракта на запуск. Первоначально запуск OCO 2 был запланирован на 1 июля 2014 года в 09:56 UTC на ракете Delta II, однако запуск был отменен на 46-й секунде обратного отсчета из-за неисправного клапана в системе подавления воды, предназначенной для снижения акустической энергии на стартовой площадке во время запуска. Ракета была запущена 2 июля в то же время. 24 февраля 2009 года ракета Taurus XL (Taurus T8) с орбитальным углеродным спутником NASA (OCO) не смогла выйти на орбиту. Миссия Taurus T8 провалилась, поскольку обтекатель полезной нагрузки не отделился во время подъема, что не позволило ракете сбросить вес. В результате избыточного веса ракета Taurus не достигла орбитальной скорости, что привело к полной потере миссии. 4 марта 2011 года другая ракета Taurus (Taurus T9) с научным спутником NASA Glory также не смогла выйти на орбиту. Миссия Taurus T9 также завершилась неудачей из-за неразделившегося обтекателя полезной нагрузки. Ракеты Taurus T8 и T9 повторно вошли в атмосферу Земли, что привело к разрушению и/или сгоранию ракеты и спутника, а уцелевшие фрагменты были рассеяны в Тихом океане вблизи Антарктиды. Общая стоимость обеих неудачных миссий превысила 700 миллионов долларов. Цель данного документа – предоставить общий обзор обновленных выводов NASA относительно причин обеих аварий. Ракеты Taurus T8 и T9 использовали обтекатели полезной нагрузки диаметром 63 дюйма для защиты космического аппарата во время наземных операций и запуска. Половины обтекателя полезной нагрузки структурно соединены и крепятся к ракете с помощью разъединимых соединений. Разъединимое соединение – это система структурного разделения, которая активируется с использованием взрывчатых веществ. Активация взрывчатых веществ приводит к разрушению связки экструзии разъединимого соединения, что позволяет разделить две половины обтекателя полезной нагрузки и отбросить их от ракеты Taurus. Разъединимые соединения для T8 и T9 были изготовлены и собраны одновременно. Экструзии разъединимых соединений T8 и T9 были произведены компанией Sapa Profiles, Inc. (SPI) на заводе Technical Dynamics Aluminum (TDA) в Портленде, штат Орегон.
Three days after the failed February 2009 launch, the OCO science team sent NASA headquarters a proposal to build and launch an OCO copy by late 2011. On 1 February 2010, the FY 2011 NASA budget request did include $170 million for NASA to develop and fly a replacement for the Orbiting Carbon Observatory: OCO 2. NASA, in 2010, initially selected Orbital Sciences for launching the replacement in February 2013 on a Taurus XL 3110 from Vandenberg Air Force Base in California. The launch of the Glory satellite took place on 4 March 2011 and ended in failure, like OCO. Then, in February 2012 both NASA and Orbital Sciences came to an agreement to terminate the launch contract. OCO 2 was initially scheduled for launch on 1 July 2014 at 09:56 UTC aboard a Delta II rocket, though that launch was scrubbed at 46 seconds on the countdown clock due to a faulty valve on the water suppression system that is used to flow water on the launch pad to dampen the acoustic energy during launch. The rocket launched 2 July at the same time. On 24 February 2009, a Taurus XL rocket (Taurus T8) carrying NASA's Orbiting Carbon Observatory (OCO) satellite failed to reach orbit. The Taurus T8 mission failed because the payload fairing did not separate during ascent, causing the rocket to not shed weight. As a result of the extra weight, the Taurus rocket failed to reach orbital velocity, resulting in a total loss of the mission. On 4 March 2011, another Taurus rocket (Taurus T9) carrying NASA's Glory scientific satellite failed to reach orbit. The Taurus T9 mission also concluded in a failure of the payload fairing to separate. The Taurus T8 and T9 missions both reentered earth's atmosphere resulting in break up and/or burnup of the rocket and satellite, and any surviving pieces would have been dispersed in the Pacific Ocean near Antarctica. The combined cost of both mission failures was in excess of $700 million. This document's purpose is to provide a top level outline of NASA's updated findings pertaining to the cause of both mishaps. The Taurus T8 and T9 rockets both used 63 inch diameter payload fairings to cover and protect the spacecraft during ground operations and launch. The payload fairing halves are structurally joined and attached to the rocket using frangible joints. A frangible joint is a structural separation system that is initiated using ordnance. Initiation of the ordnance causes the ligament of the frangible joint extrusion to fracture, allowing the two payload fairing halves to be separated and subsequently jettisoned from the Taurus rocket. The frangible joints for T8 and T9 were made and assembled together, at the same time. The T8 and T9 frangible joint extrusions were manufactured by Sapa Profiles, Inc. (SPI) in its Technical Dynamics Aluminum (TDA) plant, in Portland, Oregon.