Миссия "Магеллан": Картографирование поверхности Венеры.

Введение

Миссия НАСА по картографированию поверхности Венеры с помощью роботизированного зонда (запущен в 1989 году)

Космический аппарат "Магеллан" — роботизированный космический зонд, запущенный НАСА США 4 мая 1989 года для картографирования поверхности Венеры с использованием синтезированной апертурной радиолокации и измерения планетарного гравитационного поля. "Магеллан" стал первой межпланетной миссией, запущенной с космического челнока, первым аппаратом, использовавшим разгонный блок инерциального верхнего этапа, и первым космическим аппаратом, испытавшим аэроторможение для вывода на круговую орбиту. "Магеллан" был пятой успешной миссией НАСА к Венере и положил конец одиннадцатилетнему перерыву в запусках межпланетных зондов США.

Контроль положения и движение

Управление положением (ориентация) космического аппарата было разработано для обеспечения стабилизации по трем осям, в том числе во время работы твердотопливного ракетного двигателя Star 48B (SRM), используемого для вывода аппарата на орбиту вокруг Венеры. До аппарата «Магеллан» все пуски SRM осуществлялись с вращающимися космическими аппаратами, что значительно упрощало управление SRM. В типичном режиме вращения любые нежелательные силы, связанные с неточностью выравнивания SRM или сопла, компенсируются. В случае с «Магелланом» конструкция космического аппарата не позволяла использовать вращение, поэтому конструкция двигательной системы должна была учитывать сложные задачи управления, связанные с большим SRM Star 48B. Star 48B, содержащий 2014 кг твердого топлива, развивал тягу около 89 кН (20 000 фунтов силы) вскоре после запуска; следовательно, даже погрешность в 0,5% при выравнивании SRM могла создавать боковые силы в 445 Н (100 фунтов силы). Окончательные консервативные оценки максимальных боковых сил потребовали установки восьми двигателей тягой 445 Н, по два в каждом квадранте, расположенных на выдвижных балках на максимальном радиусе, который мог вместить отсек полезной нагрузки космического шаттла (диаметр 4,4 м). Фактическая конструкция двигательной системы состояла из 24 монодвигателей, работающих на гидразине, питаемых из единого титанового бака диаметром 71 см (28 дюймов). В баке содержалось 133 кг очищенного гидразина. Конструкция также включала пиротехнически изолированный внешний бак высокого давления с дополнительным гелием, который можно было подключить к основному баку перед критическим включением двигателя для выхода на орбиту Венеры, чтобы обеспечить максимальную тягу двигателей тягой 445 Н во время работы SRM. Другое оборудование, предназначенное для ориентации космического аппарата, включает набор гироскопов и звездный сканер.

Прочие науки

Помимо радарных данных, "Магеллан" собрал несколько других типов научных измерений. Среди них – детальные измерения гравитационного поля Венеры, измерения плотности атмосферы и данные радиооккультации атмосферного профиля.

Результаты

Изучение глобальных изображений высокого разрешения, полученных аппаратом «Магеллан», предоставляет доказательства для лучшего понимания геологии Венеры и роли импактов, вулканизма и тектоники в формировании поверхностных структур планеты. Поверхность Венеры преимущественно покрыта вулканическими материалами. Широко распространены вулканические образования, такие как обширные лавовые равнины, поля небольших лавовых куполов и крупные щитовые вулканы. Небольшое количество ударных кратеров на Венере указывает на то, что поверхность в целом геологически молода – её возраст менее 800 миллионов лет. Наличие лавовых каналов протяженностью более 6000 километров предполагает существование потоков лавы, подобных рекам, с крайне низкой вязкостью, которые, вероятно, извергались с высокой скоростью. Крупные вулканические купола в форме блинов свидетельствуют о наличии типа лавы, образовавшегося в результате значительной эволюции пород коры. Типичные признаки земной тектоники плит – дрейф континентов и расхождение дна океанических бассейнов – на Венере не наблюдаются. Тектоническая активность планеты характеризуется системой глобальных рифтовых зон и многочисленными широкими, невысокими куполообразными структурами, называемыми коронами, которые формируются в результате подъема и опускания магмы из мантии. Несмотря на плотную атмосферу Венеры, на поверхности отсутствуют признаки значительной ветровой эрозии, наблюдаются лишь следы ограниченного переноса пыли и песка ветром. Это контрастирует с Марсом, где атмосфера разрежена, но имеются существенные доказательства ветровой эрозии и переноса пыли и песка. «Магеллан» создал первую (и на данный момент лучшую) радарную карту поверхности планеты с почти фотографическим качеством и высоким разрешением. Предыдущие миссии к Венере создали радиолокационные глобусы с низким разрешением, отображающие общие формации размером с континенты. Однако «Магеллан» впервые позволил детально изучить и проанализировать кратеры, холмы, хребты и другие геологические образования, сопоставимо с фотографическим картографированием других планет в видимом свете. Глобальная радарная карта, созданная «Магелланом», в настоящее время остается наиболее подробной картой Венеры, хотя перспективные зонды NASA VERITAS и Roskosmos Venera D будут оснащены радаром, способным достичь гораздо более высокого разрешения по сравнению с радаром, использованным «Магелланом». Запуск обоих зондов запланирован на 2029 год.

Study of the Magellan high resolution global images is providing evidence to better understand Venusian geology and the role of impacts, volcanism, and tectonics in the formation of Venusian surface structures. The surface of Venus is mostly covered by volcanic materials. Volcanic surface features, such as vast lava plains, fields of small lava domes, and large shield volcanoes are common. There are few impact craters on Venus, suggesting that the surface is, in general, geologically young – less than 800 million years old. The presence of lava channels over 6,000 kilometers long suggests river like flows of extremely low viscosity lava that probably erupted at a high rate. Large pancake shaped volcanic domes suggest the presence of a type of lava produced by extensive evolution of crustal rocks. The typical signs of terrestrial plate tectonics continental drift and basin floor spreading are not evident on Venus. The planet's tectonics is dominated by a system of global rift zones and numerous broad, low domical structures called coronae, produced by the upwelling and subsidence of magma from the mantle. Although Venus has a dense atmosphere, the surface reveals no evidence of substantial wind erosion, and only evidence of limited wind transport of dust and sand. This contrasts with Mars, where there is a thin atmosphere, but substantial evidence of wind erosion and transport of dust and sand. Magellan created the first (and currently the best) near photographic quality, high resolution radar mapping of the planet's surface features. Prior Venus missions had created low resolution radar globes of general, continent sized formations. Magellan, however, finally allowed detailed imaging and analysis of craters, hills, ridges, and other geologic formations, to a degree comparable to the visible light photographic mapping of other planets. Magellan's global radar map currently remains as the most detailed Venus map in existence, although the upcoming NASA VERITAS and Roskosmos Venera D probes will carry a radar that can achieve a much higher resolution compared to the radar used by Magellan. Both probes are expected to launch in 2029.

Ученые

Проект "Магеллан" был организован таким образом, чтобы первоначальные изображения и данные, полученные с зонда "Магеллан", использовались и изучались только командой ведущих исследователей из различных университетов и учреждений, а также Научной группой проекта "Магеллан". Эти ученые отвечали за проверку данных, внесение предложений по сбору данных космическим аппаратом и интерпретацию результатов для их последующей публикации. Данные были предоставлены трем советским ученым (Александру Базилевскому, Эффаиму Акиму и Александру Захарову) – это было новым и деликатным вопросом для НАСА в то время, учитывая, что Холодная война только что завершалась. Научная комната проекта "Магеллан" стала известна тем, что вдоль стен просторного помещения развешивались длинные термоленты с данными изображений (FBIDR). Именно в таком виде впервые были увидены изображения поверхности Венеры, благодаря узким и длинным полосам, полученным космическим аппаратом. Среди почетных гостей во время работы миссии была Маргарет Тэтчер. После завершения этапа первоначального анализа полный набор данных "Магеллана" был передан в открытый доступ.

Научная команда проекта

Научная группа проекта "Магеллан" состояла из доктора Р. Стивена Саундерса, ведущего ученого проекта; доктора Эллен Стофан, заместителя ведущего ученого проекта; научных сотрудников Тима Паркера, доктора Джеффа Плаута и Аннет де Шарон; а также помощника по науке проекта Грегори Майклса. В научную работу миссии были вовлечены и другие ученые проекта "Магеллан", включая руководителей исследовательских групп и трех советских ученых, работавших по обмену.