Введение
Неудавшийся орбитальный аппарат Nozomi (のぞみ) — японский орбитальный аппарат, не достигший Марса из-за электрической неисправности. Он был создан Институтом космической и астронавтики Токийского университета и запущен 4 июля 1998 года в 03:12 по японскому стандартному времени (3 июля 1998 года в 18:12 UTC) с сухой массой на орбите 258 кг и 282 кг топлива. Миссия Nozomi была прекращена 31 декабря 2003 года. Nozomi был разработан для изучения верхней марсианской атмосферы и её взаимодействия с солнечным ветром, а также для разработки технологий, предназначенных для будущих планетарных миссий. В частности, приборы на борту аппарата должны были измерять структуру, состав и динамику ионосферы, аэрономические эффекты солнечного ветра, утечку атмосферных компонентов, внутреннее магнитное поле, проникновение магнитного поля солнечного ветра, структуру магнитосферы и пыль в верхних слоях атмосферы и на орбите вокруг Марса. Кроме того, миссия должна была получить изображения поверхности Марса.
Nozomi (のぞみ) was a Japanese Mars orbiter that failed to reach Mars due to electrical failure. It was constructed by the Institute of Space and Astronautical Science, University of Tokyo and launched on July 4, 1998, at 03:12 JST (July 3, 1998, at 18:12 UTC) with an on orbit dry mass of 258 kg and 282 kg of propellant. The Nozomi mission was terminated on December 31, 2003. Nozomi was designed to study the upper Martian atmosphere and its interaction with the solar wind and to develop technologies for use in future planetary missions. Specifically, instruments on the spacecraft were to measure the structure, composition and dynamics of the ionosphere, aeronomy effects of the solar wind, the escape of atmospheric constituents, the intrinsic magnetic field, the penetration of the solar wind magnetic field, the structure of the magnetosphere, and dust in the upper atmosphere and in orbit around Mars. The mission would have also returned images of Mars' surface.
Запуск
После запуска с помощью третьей ракеты-носителя M V, аппарат "Нозоми" был выведен на эллиптическую геоцентрическую парковочную орбиту с перигеем 340 км и апогеем 400 000 км.
Луна колеблется
Космический аппарат использовал гравитационный манёвр у Луны 24 сентября 1998 года и ещё один 18 декабря 1998 года для повышения апогея своей орбиты.
Первый пролет Земли
21 апреля 2002 года, когда "Нозоми" приближался к Земле для гравитационного маневра, мощные солнечные вспышки повредили бортовые системы связи и энергоснабжения космического аппарата. В ячейке питания, используемой для управления системой обогрева, произошло короткое замыкание, из-за чего гидразиновое топливо замерзло. Топливо оттаяло по мере приближения аппарата к Земле, и маневры для вывода аппарата на правильную траекторию для пролета мимо Земли были успешно выполнены.
Второй пролет Земли
Еще один пролет Земли в пределах 11 000 км произошел 19 июня 2003 года. Топливо полностью оттаяло для этого маневра из-за близости аппарата к Солнцу. Однако 9 декабря 2003 года попытки направить аппарат в нужную ориентацию для подготовки к основному импульсу включения на орбиту Марса, запланированному на 14 декабря 2003 года, не увенчались успехом, и от попыток спасти миссию отказались. 9 декабря были включены малые двигатели, чтобы увеличить минимальное расстояние сближения до 1000 км, чтобы избежать случайного столкновения зонда с Марсом и возможного загрязнения планеты земными бактериями, поскольку орбитальный аппарат не предназначался для посадки и, следовательно, не был должным образом стерилизован.
Пролет Марса
Космический аппарат пролетел мимо Марса 14 декабря 2003 года и вышел на гелиоцентрическую орбиту сроком примерно на 2 года.
Запланированная миссия на Марс
Нозоми должен был быть выведен на высокоэксцентрическую орбиту вокруг Марса с периапсисом на высоте 300 км над поверхностью, апоапсисом на расстоянии 15 радиусов Марса и наклонением 170 градусов к плоскости эклиптики. Сразу после выхода на орбиту планировалось развернуть мачту и антенны. Периапсис должен был быть снижен до 150 км, а орбитальный период – до примерно 38,5 часов. Космический аппарат должен был быть стабилизирован вращением со скоростью 7,5 оборотов в минуту, при этом ось вращения (и параболическая антенна) были направлены в сторону Земли. Участок орбиты вблизи периапсиса позволял бы проводить измерения термосферы и нижней экзосферы непосредственно на месте, а также дистанционное зондирование нижней атмосферы и поверхности. Более удаленные участки орбиты предназначались для изучения ионов и нейтрального газа, покидающих Марс, и их взаимодействия с солнечным ветром. Номинальная миссия планировалась на один марсианский год (примерно два земных года). Продленная миссия могла бы позволить продолжить работу миссии на три-пять лет. Космический аппарат также должен был направить свои камеры на марсианские спутники Фобос и Деймос.
Космические аппараты и подсистемы
Орбитальный аппарат Nozomi представлял собой призму с квадратным основанием 1,6 метра и высотой 0,58 метра, с усеченными углами. От двух противоположных сторон выступали крылья солнечных панелей, содержащие кремниевые солнечные элементы, которые обеспечивали питание космического аппарата напрямую или через никель-металл-гидридные (NiMH) аккумуляторы. На верхней поверхности располагалась дисковая антенна, а двигательный блок выступал снизу. С боковых сторон были выдвинуты 5-метровая развертываемая мачта и 1-метровый кронштейн, а также две пары тонких проволочных антенн длиной 50 метров от кончика до кончика. Другие приборы также были размещены по бокам космического аппарата. Связь с космическим аппаратом осуществлялась в X-диапазоне на частоте 8410,93 МГц и в S-диапазоне на частоте 2293,89 МГц. В состав оборудования Nozomi входили 14 приборов: камера для получения изображений, нейтральный масс-спектрометр, счетчик пыли, анализатор тепловой плазмы, магнитометр, анализаторы спектра электронов и ионов, ионный масс-спектрограф, установка для регистрации высокоэнергетических частиц, VUV-спектрометр для получения изображений, детектор звуковых и плазменных волн, анализатор низкочастотных волн, зонд для измерения электронной температуры и УФ-сканер. Общая масса научных приборов составила 33 кг. Радиоэксперименты также были возможны с использованием имеющегося радиооборудования и ультрастабильного генератора. Общая масса Nozomi при запуске, включая 282 кг топлива, составила 540 кг. Это было первое участие Канадского космического агентства в межпланетной миссии. (Ранее Национальный исследовательский совет Канады предоставил телескоп высокого потока (HFT) для межпланетной миссии Ulysses.)
Научные результаты
Нозоми передавал полезные данные об измерениях лимановского альфа-излучения в процессе проведения различных научных наблюдений в межпланетном пространстве.