Европейский зонд на Титан: историческая посадка на спутник Сатурна.

Введение

Европейский разведывательный посадочный модуль, отправленный на спутник Сатурна Титан.

"Гюйгенс" (/'h//ɔɪ//ɡ//ən//z/ HOYgənz) — это роботический космический зонд для входа в атмосферу, который успешно приземлился на спутник Сатурна Титан в 2005 году. Созданный и управляемый Европейским космическим агентством (ESA), запущенный NASA, он являлся частью миссии "Кассини-Гюйгенс" и стал первым космическим аппаратом, совершившим посадку на Титан и самой дальней посадкой от Земли, когда-либо осуществленной космическим аппаратом. Зонд был назван в честь голландского астронома XVII века Христиана Гюйгенса, открывшего Титан в 1655 году. Совместный космический аппарат "Кассини-Гюйгенс" был запущен с Земли 15 октября 1997 года. Посадка "Гюйгенса" на сегодняшний день является единственной, выполненной во внешней Солнечной системе или на спутник, отличный от Луны Земли. "Гюйгенс" совершил посадку на сушу, хотя при его проектировании также учитывалась возможность посадки в океан. Зонд был разработан для сбора данных в течение нескольких часов в атмосфере и, возможно, непродолжительное время на поверхности. Он продолжал передавать данные около 90 минут после посадки.

Обзор

"Гюйгенс" был спроектирован для входа и торможения в атмосфере Титана и спуска на поверхность полностью оснащенной роботизированной лаборатории на парашюте. На момент планирования миссии еще не было определенности относительно характера места посадки – горный массив, равнина, океан или что-то иное – и предполагалось, что анализ данных, полученных с "Кассини", поможет ответить на эти вопросы. Основываясь на снимках, сделанных "Кассини" над Титаном, место посадки представлялось береговой линией. Учитывая возможность нетвердого грунта, "Гюйгенс" был разработан для выдерживания удара, посадки на жидкую поверхность Титана и передачи данных в течение нескольких минут в таких условиях. В случае реализации этого сценария, это стало бы первым случаем посадки созданного человеком зонда в инопланетный океан. Ресурс батарей космического аппарата составлял не более трех часов, большая часть которых планировалась к использованию во время спуска. Инженеры рассчитывали получить с поверхности не более 30 минут данных. Система зонда "Гюйгенс" состоит из самого зонда, совершившего посадку на Титан, и оборудования поддержки зонда (PSE) массой кг, которое оставалось прикрепленным к орбитальному аппарату. Тепловой экран "Гюйгенса" имел диаметр. После отделения экрана диаметр зонда составил. PSE включало в себя электронику, необходимую для отслеживания зонда, восстановления данных, собранных во время спуска, их обработки и передачи на орбитальный аппарат, откуда они передавались или "скачивались" на Землю. На протяжении всего 6,7-летнего межпланетного перелета зонд находился в спящем режиме, за исключением полугодовых проверок работоспособности. Эти проверки максимально точно воспроизводили запрограммированные сценарии спуска, а результаты передавались на Землю для анализа специалистами по системе и научной аппаратуре. Перед отделением зонда от орбитального аппарата 25 декабря 2004 года была проведена финальная проверка работоспособности. Таймер "безоткатной фазы" был загружен точным временем, необходимым для включения систем зонда (за 15 минут до входа в атмосферу Титана), после чего зонд отделился от орбитального аппарата и в течение 22 дней двигался в свободном пространстве к Титану без активации каких-либо систем, кроме таймера пробуждения. Основной этап миссии – парашютный спуск через атмосферу Титана. Батареи и все остальные ресурсы были рассчитаны на 153 минуты работы миссии "Гюйгенс", что соответствовало максимальному времени спуска в 2,5 часа плюс не менее 3 дополнительных минут (и, возможно, получаса или более) на поверхности Титана. Радиосвязь зонда была активирована в начале фазы спуска, и орбитальный аппарат "слушал" зонд в течение следующих трех часов, включая фазу спуска и первые тридцать минут после посадки. Вскоре после окончания этого трехчасового окна связи высокоусиливающая антенна "Кассини" (HGA) была направлена от Титана к Земле. Очень большие радиотелескопы на Земле также принимали 10-ваттную передачу "Гюйгенса", используя методы очень длинной базовой интерферометрии и синтеза апертуры. В 11:25 CET 14 января телескоп Роберта К. Берда Грин-Бэнк (GBT) в Западной Вирджинии зафиксировал несущую частоту сигнала от "Гюйгенса". GBT продолжала принимать несущую частоту даже после того, как "Кассини" прекратил прием потока данных. Помимо GBT, восемь из десяти телескопов общенациональной сети VLBA в Северной Америке, расположенных в городах Пай-Таун и Лос-Аламос (Нью-Мексико), Форт-Дэвис (Техас), Норт-Либерти (Айова), Китт-Пик (Аризона), Брюстер (Вашингтон), Долина Оуэнс (Калифорния) и Мауна-Кеа (Гавайи), также принимали сигнал "Гюйгенса". Мощность сигнала, принятого на Земле от "Гюйгенса", была сопоставима с мощностью сигнала, принятого с зонда "Галилео" (зонда для исследования атмосферы Юпитера), принятого VLA, и поэтому была слишком слабой для обнаружения в реальном времени из-за модуляции сигнала (тогда еще) неизвестной телеметрией. Вместо этого в течение трехчасового спуска были сделаны широкополосные записи сигнала зонда. После того, как телеметрия зонда была передана с "Кассини" на Землю, известная модуляция данных была удалена из записанного сигнала, оставив чистую несущую, которую можно было интегрировать в течение нескольких секунд для определения частоты зонда. Предполагалось, что анализ доплеровского сдвига сигнала "Гюйгенса" во время его спуска через атмосферу Титана позволит с определенной точностью определить скорость и направление ветра. Позиция места посадки "Гюйгенса" на Титан была определена с высокой точностью (в пределах одного километра – один километр на Титане соответствует 1,3 угловым минутам широты и долготы на экваторе) с использованием доплеровских данных на расстоянии около 1,2 миллиарда километров от Земли. Зонд совершил посадку на поверхность спутника в. Аналогичный метод был использован для определения места посадки марсоходов в рамках программы исследования Марса, основываясь только на их телеметрии.

Huygens was designed to enter and brake in Titan's atmosphere and parachute a fully instrumented robotic laboratory to the surface. When the mission was planned, it was not yet certain whether the landing site would be a mountain range, a flat plain, an ocean, or something else, and it was thought that analysis of data from Cassini would help to answer these questions. Based on pictures taken by Cassini above Titan, the landing site appeared to be a shoreline. Assuming the landing site could be non solid, Huygens was designed to survive the impact, splash down on a liquid surface on Titan, and send back data for several minutes under these conditions. If that occurred it was expected to be the first time a human made probe would land in an extraterrestrial ocean. The spacecraft had no more than three hours of battery life, most of which was planned to be used during the descent. Engineers expected to get at most only 30 minutes of data from the surface. The Huygens probe system consists of the probe itself, which descended to Titan, and the kg probe support equipment (PSE), which remained attached to the orbiting spacecraft. Huygens' heat shield was in diameter. After ejecting the shield, the probe was in diameter. The PSE included the electronics necessary to track the probe, to recover the data gathered during its descent, and to process and deliver the data to the orbiter, from where it was transmitted or "downlinked" to the Earth. The probe remained dormant throughout the 6.7 year interplanetary cruise, except for semiannual health checks. These checkouts followed preprogrammed descent scenario sequences as closely as possible, and the results were relayed to Earth for examination by system and payload experts. Prior to the probe's separation from the orbiter on 25 December 2004, a final health check was performed. The "coast" timer was loaded with the precise time necessary to turn on the probe systems (15 minutes before its encounter with Titan's atmosphere), then the probe detached from the orbiter and coasted in free space to Titan in 22 days with no systems active except for its wake up timer. The main mission phase was a parachute descent through Titan's atmosphere. The batteries and all other resources were sized for a Huygens mission duration of 153 minutes, corresponding to a maximum descent time of 2.5 hours plus at least 3 additional minutes (and possibly a half hour or more) on Titan's surface. The probe's radio link was activated early in the descent phase, and the orbiter "listened" to the probe for the next three hours, including the descent phase, and the first thirty minutes after touchdown. Not long after the end of this three hour communication window, Cassini's high gain antenna (HGA) was turned away from Titan and towards Earth. Very large radio telescopes on Earth were also listening to Huygens's 10 watt transmission using the technique of very long baseline interferometry and aperture synthesis mode. At 11:25 CET on 14 January, the Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) in West Virginia detected the carrier signal from Huygens. The GBT continued to detect the carrier signal well after Cassini stopped listening to the incoming data stream. In addition to the GBT, eight of the ten telescopes of the continent wide VLBA in North America, located at Pie Town and Los Alamos, New Mexico; Fort Davis, Texas; North Liberty, Iowa; Kitt Peak, Arizona; Brewster, Washington; Owens Valley, California; and Mauna Kea, Hawaii, also listened for the Huygens signal. The signal strength received on Earth from Huygens was comparable to that from the Galileo probe (the Jupiter atmospheric descent probe) as received by the VLA, and was therefore too weak to detect in real time because of the signal modulation by the (then) unknown telemetry. Instead, wide band recordings of the probe signal were made throughout the three hour descent. After the probe telemetry was finished being relayed from Cassini to Earth, the now known data modulation was stripped off the recorded signal, leaving a pure carrier that could be integrated over several seconds to determine the probe frequency. It was expected that through analysis of the Doppler shifting of Huygens's signal as it descended through the atmosphere of Titan, wind speed and direction could be determined with some degree of accuracy. A position of Huygens's landing site on Titan was found with precision (within one km – one km on Titan measures 1.3 arcminutes of latitude and longitude at the equator) using the Doppler data at a distance from Earth of about 1.2 billion kilometers. The probe landed on the surface of the moon at A similar technique was used to determine the landing site of the Mars exploration rovers by listening to their telemetry alone.

Выводы

Гюйгенс совершил посадку около 12:43 UTC 14 января 2005 года со скоростью, сопоставимой с падением мяча на Землю с высоты около 100 метров. Он образовал глубокую вмятину, после чего отскочил на плоскую поверхность и скользил по ней. Замедление произошло из-за трения о поверхность, и, достигнув конечного положения, зонд качался вперед и назад пять раз. Датчики Гюйгенса продолжали регистрировать небольшие вибрации еще в течение двух секунд, пока движение полностью не прекратилось примерно через десять секунд после посадки. Зонд поднял облако пыли (вероятно, органических аэрозолей, выпадающих из атмосферы), которое оставалось во взвешенном состоянии в атмосфере около четырех секунд после удара. На месте посадки были обнаружены признаки гальки водяного льда, разбросанной по оранжевой поверхности, большая часть которой покрыта тонкой дымкой метана. Ранние аэрофотоснимки Титана, сделанные Гюйгенсом, соответствовали наличию крупных водоемов жидкости на поверхности. Первые фотографии Титана, сделанные перед посадкой, показали обширные русла, пересекающие светлые материки и впадающие в темное море. На некоторых снимках виднелись острова и окутанная туманом береговая линия. Последующий анализ траектории зонда показал, что Гюйгенс приземлился именно в темной "морской" области, запечатленной на фотографиях. Снимки с поверхности, напоминающие высохшее озерное ложе, указывают на то, что, хотя признаки воздействия жидкости на поверхность присутствуют, углеводородные озера и/или моря в настоящее время могут отсутствовать в месте посадки Гюйгенса. Однако дальнейшие данные, полученные в ходе миссии "Кассини", окончательно подтвердили существование постоянных озер жидких углеводородов в полярных регионах Титана (см. Озера Титана). В 2012 году были обнаружены также долгосрочные тропические озера углеводородов (в том числе одно недалеко от места посадки Гюйгенса в регионе Шангри-Ла, размером примерно вполовину меньше Большого Соленого озера Юты, с глубиной не менее ). Вероятным источником воды в сухих пустынных районах, вероятно, являются подземные водоносные горизонты; другими словами, засушливые экваториальные регионы Титана содержат "оазисы". Первоначально сообщалось, что поверхность представляет собой глинистый "материал, который может иметь тонкую корку, за которой следует область относительно однородной консистенции". Один ученый ЕКА сравнил текстуру и цвет поверхности Титана с крем-брюле (то есть твердой поверхностью, покрывающей липкую, похожую на грязь подповерхность). Последующий анализ данных предполагает, что показания консистенции поверхности, вероятно, были вызваны тем, что Гюйгенс вдавил крупную гальку в грунт при посадке, и что поверхность лучше описывается как "песок", состоящий из зерен льда или снега, покрытых ледяной коркой. Камни, по-видимому, округлены, отсортированы по размеру и слоисты по размеру, как будто они находятся в русле ручья в темном дне озера, состоящем из более мелкозернистого материала. Галька размером более не была обнаружена, в то время как камни размером менее редко встречаются в месте посадки Гюйгенса. Это говорит о том, что крупная галька не может быть перенесена в дно озера, а мелкие камни быстро удаляются с поверхности. Гюйгенс определил, что яркость поверхности Титана (в момент посадки) примерно в тысячу раз меньше, чем полная солнечная освещенность на Земле (или в 500 раз слабее, чем освещенность полной луны), то есть уровень освещенности, наблюдаемый примерно через десять минут после захода солнца на Земле, примерно в поздние сумерки. Цвет неба и сцены на Титане в основном оранжевый из-за гораздо большего поглощения синего света туманом Титана по сравнению с красным светом. Солнце (которое было относительно высоко в небе во время посадки Гюйгенса) было бы видно как небольшое яркое пятно, составляющее одну десятую размера солнечного диска, видимого с Земли, и сопоставимое по размеру и яркости с автомобильной фарой, видимой с расстояния около . Оно отбрасывает четкие тени, но с низким контрастом, поскольку 90% освещения исходит от неба.

Huygens landed at around 12:43 UTC on January 14, 2005 with an impact speed similar to dropping a ball on Earth from a height of about It made a dent deep, before bouncing onto a flat surface, and sliding across the surface. It slowed due to friction with the surface and, upon coming to its final resting place, wobbled back and forth five times. Huygens sensors continued to detect small vibrations for another two seconds, until motion subsided about ten seconds after touchdown. The probe kicked up a cloud of dust (most likely organic aerosols which drizzle out of the atmosphere) which remained suspended in the atmosphere for about four seconds by the impact. At the landing site there were indications of pebbles of water ice scattered over an orange surface, the majority of which is covered by a thin haze of methane. Early aerial imaging of Titan from Huygens was consistent with the presence of large bodies of liquid on the surface. The initial photos of Titan before landing showed what appeared to be large drainage channels crossing the lighter colored mainland into a dark sea. Some of the photos suggested islands and mist shrouded coastline. Subsequent analysis of the probe's trajectory indicated that, in fact, Huygens had landed within the dark 'sea' region in the photos. The photos from the surface of a dry lakebed like landscape suggest that while there is evidence of liquid acting on the surface recently, hydrocarbon lakes and/or seas might not currently exist at the Huygens landing site. Further data from the Cassini Mission, however, definitely confirmed the existence of permanent liquid hydrocarbon lakes in the polar regions of Titan (see Lakes of Titan). Long standing tropical hydrocarbon lakes were also discovered in 2012 (including one not far from the Huygens landing site in the Shangri La region which is about half the size of Utah's Great Salt Lake, with a depth of at least ). The likely supplier in dry desert areas is probably underground aquifers; in other words, the arid equatorial regions of Titan contain "oases". The surface was initially reported to be a clay like "material which might have a thin crust followed by a region of relative uniform consistency." One ESA scientist compared the texture and colour of Titan's surface to a crème brûlée (that is, a hard surface covering a sticky mud like subsurface). Subsequent analysis of the data suggests that surface consistency readings were likely caused by Huygens pushing a large pebble into the ground as it landed, and that the surface is better described as a "sand" made of ice grains or snow that has been frozen on top. The rocks appear to be rounded, size selected and size layered as though located in the bed of a stream within a dark lakebed, which consists of finer grained material. No pebbles larger than across were spotted, while rocks smaller than are rare on the Huygens landing site. This implies large pebbles cannot be transported to the lakebed, while small rocks are quickly removed from the surface. Huygens found the brightness of the surface of Titan (at time of landing) to be about one thousand times dimmer than full solar illumination on Earth (or 500 times brighter than illumination by full moonlight)—that is, the illumination level experienced about ten minutes after sunset on Earth, approximately late civil twilight. The color of the sky and the scene on Titan is mainly orange due to the much greater attenuation of blue light by Titan's haze relative to red light. The Sun (which was comparatively high in the sky when Huygens landed) would be visible as a small, bright spot, one tenth the size of the solar disk seen from Earth, and comparable in size and brightness to a car headlight seen from about It casts sharp shadows, but of low contrast as 90% of the illumination comes from the sky.

Детальная хронология активности Гюйгенса

Гюйгенс отделился от орбитального аппарата "Кассини" в 02:00 UTC 25 декабря 2004 года по времени событий космического аппарата. По данным ESA, 14 января 2005 года в 10:13 UTC по SCET "Гюйгенс" вошел в атмосферу Титана. Зонд совершил посадку на поверхность Титана примерно в 10.6° ю.ш., 192.3° з.д. около 12:43 UTC по SCET (через 2 часа 30 минут после входа в атмосферу). (1.) За несколько часов до посадки с Сатурна/Титана наблюдался проход Земли и Луны перед Солнцем. "Гюйгенс" вошел в верхний слой атмосферы Титана через 2,7 часа после окончания прохождения Земли, или всего через одну-две минуты после окончания прохождения Луны. Однако это прохождение не помешало орбитальному аппарату "Кассини" или зонду "Гюйгенс" по двум причинам. Во-первых, хотя они не могли принимать сигналы с Земли, так как она находилась на фоне Солнца, Земля все еще могла принимать их сигналы. Во-вторых, "Гюйгенс" не передавал непосредственно на Землю читаемые данные. Вместо этого он передавал данные на орбитальный аппарат "Кассини", который впоследствии ретранслировал их на Землю.

Инструментовка

У Гюйгенса на борту было шесть приборов, которые собирали широкий спектр научных данных во время спуска зонда в атмосферу Титана. Эти шесть приборов:

Инструмент структуры атмосферы Гюйгенса (HASI)

Этот прибор содержит набор датчиков, измеряющих физические и электрические свойства атмосферы Титана. Акселерометры измеряли силы по всем трем осям во время спуска зонда в атмосферу. Зная аэродинамические свойства зонда, удалось определить плотность атмосферы Титана и зафиксировать порывы ветра. Конструкция зонда предусматривала измерение его движения под воздействием волн в случае посадки на жидкую поверхность. Датчики температуры и давления измеряли тепловые характеристики атмосферы. Компонент для измерения диэлектрической проницаемости и анализа электромагнитных волн измерял электропроводность атмосферы для электронов и ионов (то есть положительно заряженных частиц) и искал признаки электромагнитной активности. На поверхности Титана были измерены электрическая проводимость и диэлектрическая проницаемость (то есть отношение электрического смещения к напряженности электрического поля) поверхностного материала. Подсистема HASI также включала микрофон, который использовался для записи любых акустических событий во время спуска и посадки зонда; это был первый в истории случай записи слышимых звуков с другого небесного тела.

Допплеровский эксперимент с ветром (DWE)

В этом эксперименте использовался ультрастабильный генератор, обеспечивавший точную несущую частоту S-диапазона, что позволило орбитальному аппарату "Кассини" точно определить радиальную скорость зонда "Гюйгенс" относительно "Кассини" с помощью эффекта Доплера. Горизонтальное движение, вызванное ветром, должно было быть вычислено на основе измеренных значений доплеровского сдвига, скорректированных с учетом всех известных эффектов орбиты и распространения сигнала. Также могла быть обнаружена качающаяся динамика зонда под парашютом, обусловленная атмосферными свойствами. Отказ наземных операторов включить приемник на борту "Кассини" привел к потере этих данных. Однако наземные радиотелескопы смогли восстановить часть информации. Измерения начались над поверхностью Титана, где "Гюйгенс" был подхвачен ветром и отнесен на восток более чем на 300 км/ч, что согласуется с более ранними измерениями ветров на этой высоте, полученными за последние несколько лет с помощью телескопов. В период между 2003 и 2004 годами "Гюйгенс" подвергался воздействию быстро меняющихся ветров, которые предположительно являются вертикальным градиентом ветра. На уровне поверхности Земли измерения доплеровского сдвига и СБС (сверхдлиннобазисной интерферометрии), выполненные с Земли, показали слабые ветры в несколько метров в секунду, что примерно соответствует прогнозам.

Снимок спуска/спектральный радиометр (DISR)

Поскольку "Гюйгенс" был прежде всего атмосферной миссией, прибор DISR был оптимизирован для изучения радиационного баланса в атмосфере Титана. Его видимые и инфракрасные спектрометры, а также фиолетовые фотометры измеряли восходящий и нисходящий потоки излучения от высоты до поверхности. Камеры солнечного ореола измеряли, как рассеяние аэрозолями изменяет интенсивность света вблизи Солнца. Три камеры, использующие один и тот же ПЗС-матрица, периодически снимали полосу шириной около 30 градусов, от почти зенита до чуть выше горизонта. Благодаря медленному вращению зонда они создавали полную мозаику места посадки, которая, как ни странно, стала отчетливо видна только ниже определенной высоты. Все измерения синхронизировались с помощью теневой планки, которая указывала DISR момент прохождения Солнца через поле зрения. К сожалению, эта схема была нарушена из-за того, что "Гюйгенс" вращался в направлении, противоположном ожидаемому. Непосредственно перед посадкой была включена лампа для освещения поверхности, что позволило измерить отражательную способность поверхности на длинах волн, которые полностью поглощаются атмосферным метаном. DISR был разработан в Лунной и Планетной лаборатории Аризонского университета под руководством Мартина Томаско, при участии нескольких европейских институтов, внесших вклад в аппаратную часть. "Научные цели эксперимента охватывают четыре области, включая (1) измерение профиля солнечного нагрева для изучения теплового баланса Титана; (2) получение изображений и спектральных измерений отражения поверхности для изучения состава, топографии и физических процессов, формирующих поверхность, а также прямые измерения профиля ветра во время спуска; (3) измерения яркости и степени линейной поляризации рассеянного солнечного света, включая солнечный ореол, вместе с измерениями оптической глубины поглощения аэрозолями в зависимости от длины волны и высоты для изучения размера, формы, вертикального распределения, оптических свойств, источников и поглотителей аэрозолей в атмосфере Титана; и (4) измерения спектра нисходящего солнечного потока для изучения состава атмосферы, в частности, профиля концентрации метана на протяжении всего спуска."

As Huygens was primarily an atmospheric mission, the DISR instrument was optimized to study the radiation balance inside Titan's atmosphere. Its visible and infrared spectrometers and violet photometers measured the up and downward radiant flux from an altitude of down to the surface. Solar aureole cameras measured how scattering by aerosols varies the intensity directly around the Sun. Three imagers, sharing the same CCD, periodically imaged a swath of around 30 degrees wide, ranging from almost nadir to just above the horizon. Aided by the slowly spinning probe they would build up a full mosaic of the landing site, which, surprisingly, became clearly visible only below altitude. All measurements were timed by aid of a shadow bar, which would tell DISR when the Sun had passed through the field of view. Unfortunately, this scheme was upset by the fact that Huygens rotated in a direction opposite to that expected. Just before landing a lamp was switched on to illuminate the surface, which enabled measurements of the surface reflectance at wavelengths which are completely blocked out by atmospheric methane absorption. DISR was developed at the Lunar and Planetary Laboratory at the University of Arizona under the direction of Martin Tomasko, with several European institutes contributing to the hardware. "The scientific objectives of the experiment fall into four areas including (1) measurement of the solar heating profile for studies of the thermal balance of Titan; (2) imaging and spectral reflection measurements of the surface for studies of the composition, topography, and physical processes which form the surface as well as for direct measurements of the wind profile during the descent; (3) measurements of the brightness and degree of linear polarization of scattered sunlight including the solar aureole together with measurements of the extinction optical depth of the aerosols as a function of wavelength and altitude to study the size, shape, vertical distribution, optical properties, sources and sinks of aerosols in Titan’s atmosphere; and (4) measurements of the spectrum of downward solar flux to study the composition of the atmosphere, especially the mixing ratio profile of methane throughout the descent."

Газохроматографный масс-спектрометр (ГК/МС)

Этот прибор – газохимический анализатор, разработанный для идентификации и измерения химических веществ в атмосфере Титана. Он был оснащен пробоотборниками, которые заполнялись на большой высоте для последующего анализа. Масс-спектрометр, представляющий собой высоковольтный квадруполь, собирал данные для построения модели молекулярных масс каждого газа, а газовый хроматограф обеспечивал более эффективное разделение молекулярных и изотопных соединений. Во время спуска GC/MS также анализировал продукты пиролиза (то есть образцы, подвергшиеся изменению под воздействием нагрева), поступавшие от пиролизатора аэрозольного коллектора. В конечном итоге, GC/MS измерил состав поверхности Титана. Это исследование стало возможным благодаря нагреву прибора GC/MS непосредственно перед столкновением с поверхностью, чтобы испарить поверхностный материал при контакте. GC/MS был разработан Центром космических полётов Годдарда и Исследовательской лабораторией космической физики Мичиганского университета.

Аэрозольный коллектор и пиролизер (ACP)

В эксперименте ACP частицы аэрозоля извлекались из атмосферы через фильтры, после чего захваченные образцы нагревались в печах (с использованием процесса пиролиза) для испарения летучих соединений и разложения сложных органических веществ. Образовавшиеся продукты переносились по трубопроводу в прибор GC/MS для анализа. Для сбора образцов с разных высот использовались два фильтра. ACP был разработан французской командой ESA в Laboratoire Inter Universitaire des Systèmes Atmosphériques (LISA).

Пакет по изучению поверхности (SSP)

SSP содержал ряд датчиков, предназначенных для определения физических свойств поверхности Титана в точке соприкосновения, – была ли поверхность твердой или жидкой. Акустический зонд, активированный на последнем этапе спуска, непрерывно определял расстояние до поверхности, измеряя скорость спуска и шероховатость поверхности (например, из-за волн). Прибор был сконструирован таким образом, что в случае жидкой поверхности зонд измерял бы скорость звука в "океане" и, возможно, структуру под поверхностью (глубину). Во время спуска измерения скорости звука предоставляли информацию о составе атмосферы и температуре, а акселерометр регистрировал профиль замедления при ударе, указывая на твердость и структуру поверхности. Датчик наклона измерял колебания во время спуска и также предназначался для определения ориентации зонда после посадки и фиксации любых движений, вызванных волнами. Если бы поверхность оказалась жидкой, другие датчики также измерили бы ее плотность, температуру, теплопроводность, теплоемкость, электрические свойства (диэлектрическую проницаемость и проводимость) и показатель преломления (с помощью рефрактометра критического угла). Прибор-пенетрометр, выступавший за нижнюю часть модуля спуска "Гюйгенса", использовался для создания диаграммы пенетрации при посадке "Гюйгенса" на поверхность. Это достигалось путем измерения силы, с которой поверхность воздействовала на прибор при прохождении сквозь нее и вдавливании его в тело при посадке. Диаграмма отображает эту силу как функцию времени в течение примерно 400 мс. На диаграмме наблюдается начальный пик, который позволяет предположить, что прибор задел один из ледяных камешков на поверхности, запечатленный камерой DISR. SSP для "Гюйгенса" был разработан Отделом космических наук Университета Кента и Отделом космических наук Лаборатории Резерфорда Эпплтона (ныне RAL Space) под руководством профессора Джона Зарнеки. Ответственность за исследования SSP перешла к Открытому университету, когда Джон Зарнеки перешел туда в 2000 году.

The SSP contained a number of sensors designed to determine the physical properties of Titan's surface at the point of impact, whether the surface was solid or liquid. An acoustic sounder, activated during the last of the descent, continuously determined the distance to the surface, measuring the rate of descent and the surface roughness (e. g., due to waves). The instrument was designed so that if the surface were liquid, the sounder would measure the speed of sound in the "ocean" and possibly also the subsurface structure (depth). During descent, measurements of the speed of sound gave information on atmospheric composition and temperature, and an accelerometer recorded the deceleration profile at impact, indicating the hardness and structure of the surface. A tilt sensor measured pendulum motion during the descent and was also designed to indicate the probe's attitude after landing and show any motion due to waves. If the surface had been liquid, other sensors would also have measured its density, temperature, thermal conductivity, heat capacity, electrical properties (permittivity and conductivity) and refractive index (using a critical angle refractometer). A penetrometer instrument, that protruded past the bottom of the Huygens descent module, was used to create a penetrometer trace as Huygens landed on the surface. This was done by measuring the force exerted on the instrument by the body's surface as it broke through and was pushed down into the body by the landing. The trace shows this force as a function of time over a period of about 400 ms. The trace has an initial spike which suggests that the instrument hit one of the icy pebbles on the surface photographed by the DISR camera. The Huygens SSP was developed by the Space Sciences Department of the University of Kent and the Rutherford Appleton Laboratory Space Science Department (now RAL Space) under the direction of Professor John Zarnecki. The SSP research and responsibility transferred to the Open University when John Zarnecki transferred in 2000.

Конструкция космических аппаратов

Huygens был создан в рамках основного контракта компании Aérospatiale в ее Космическом центре Канн-Манделье, Франция, который сейчас является частью Thales Alenia Space. Система теплозащиты была разработана и построена под ответственностью Aérospatiale вблизи Бордо, а ныне входит в состав Airbus Defence and Space.

Место высадки

Зонд приземлился на поверхность Титана в .