Mars Observer -Mars Observer

Pozorovatel Marsu
Mars Observer.jpg
Umělecké ztvárnění pozorovatele Marsu na oběžné dráze kolem Marsu
Typ mise Oběžná dráha Marsu
Operátor NASA / JPL
COSPAR ID 1992-063A
SATCAT č. 22136Upravte to na Wikidata
webová stránka archivovány
Délka mise 331 dní
Selhání mise
Vlastnosti kosmických lodí
Autobus Bus Mars Observer (hybrid AS-4000-TIROS/DMSP)
Výrobce General Electric Astro Space
Spustit hmotu 1018 kilogramů (2244 lb)
Napájení 1 147 wattů
Začátek mise
Datum spuštění 25. září 1992, 17:05:01  UTC ( 1992-09-25UTC17: 05: 01Z )
Raketa Komerční Titan III / TOS
Spusťte web Mys Canaveral LC-40
Konec mise
Poslední kontakt 21. srpna 1993, 01:00  UTC ( 1993-08-21UTC02Z )
Orbitální parametry
Referenční systém Areocentrický
Poloviční hlavní osa 3,766,159 kilometrů (2,340,183 mi)
Excentricita 0,004049
Sklon 92,869 stupňů
Epocha Plánováno
6. prosince 1993
Průlet kolem Marsu (neúspěšné vložení)
Nejbližší přístup 24. srpna 1993
 

Mars Observer sonda, známá také jako Mars Geoscience / klimatologie Orbiter , byl robotické družice zahájila NASA dne 25. září 1992 ke studiu povrchu Marsu, atmosféra, klima a magnetické pole. Během fáze meziplanetární plavby byla komunikace se sondou ztracena 21. srpna 1993, tři dny před vložením na oběžnou dráhu . Pokusy o obnovení komunikace s kosmickou lodí byly neúspěšné.

Pozadí mise

Dějiny

V roce 1984 byla komisí pro průzkum sluneční soustavy stanovena mise s vysokou prioritou na Mars. Marťanský orbiter s názvem Mars Geoscience/Climatology Orbiter měl v plánu rozšířit informace, které již shromáždil vikingský program . Předběžné cíle mise očekávaly, že sonda poskytne data o planetárním magnetickém poli, detekci určitých podpisů spektrálních čar minerálů na povrchu, snímky povrchu na 1 metr / pixel a globální údaje o nadmořské výšce.

Mars Observer byl původně plánován být vypuštěn v roce 1990 raketoplánem Orbiter . Byla také navržena možnost použití spotřební rakety, pokud byla kosmická loď navržena tak, aby splňovala určitá omezení. 12. března 1987 byla mise přeložena na start v roce 1992, místo dalších nevyřízených misí ( Galileo , Magellan , Ulysses ) po katastrofě Space Shuttle Challenger . Spolu se zpožděním spuštění vyžadovalo překročení rozpočtu vyřazení dvou nástrojů, aby se splnilo plánované spuštění v roce 1992. Jak vývoj dozrával, byly primární vědecké cíle finalizovány jako:

  • Určete globální elementární a mineralogický charakter povrchového materiálu.
  • Globálně definujte topografii a gravitační pole.
  • Zjistěte povahu magnetického pole Marsu .
  • Určete časové a prostorové rozložení, hojnost, zdroje a propady těkavých látek a prachu během sezónního cyklu.
  • Prozkoumejte strukturu a cirkulaci atmosféry .

Celkové náklady programu se odhadují na 813 milionů dolarů.

Design kosmické lodi

Mars Pozorovatel sonda měla hmotnost 1018 kg (2244 lb). Jeho autobus měřil 1,1 metru na výšku, 2,2 metru na šířku a 1,6 metru do hloubky. Kosmická loď vycházela z předchozích návrhů satelitů, původně zamýšlených a vyvinutých na oběžnou dráhu Země. Konstrukce satelitu RCA AS-4000 Ku-band byla široce používána pro sběrnici kosmických lodí, pohon, tepelnou ochranu a sluneční soustavu. Návrhy satelitů RCA TIROS a DMSP Block 50-2 byly také použity při implementaci systému řízení polohy a artikulace (AACS), subsystému ovládání a zpracování dat a subsystému napájení do systému Mars Observer . Další prvky, jako jsou součásti bipropellantu a anténa s vysokým ziskem, byly navrženy speciálně pro misi.

Kontrola postoje a pohon

Kosmická loď byla tříosá stabilizovaná čtyřmi reakčními koly a dvaceti čtyřmi tryskami s 1 346 kilogramy paliva. Pohonný systém je bipropellantový systém s vysokým tahem, monomethylhydrazin/tetroxid dusičitý pro větší manévry a monopropellantový systém s hydrazinem s nižším tahem pro drobné orbitální korekce během mise. Z dvojplošných pohonných trysek, čtyři umístěné na zádi, poskytují 490 newtonů tahu pro korekce kurzu, ovládání kosmické lodi během manévru orbitálního vkládání Marsu a velké korekce oběžné dráhy během mise; další čtyři, umístěné po stranách kosmické lodi, poskytují 22 newtonů pro ovládání valivých manévrů. Osm z hydrazinových trysek poskytuje 4,5 newtonů pro ovládání manévrů obíhání oběžné dráhy; dalších osm poskytuje 0,9 newtonů pro kompenzaci nebo „desaturaci“ reakčních kol. K určení orientace kosmické lodi byl zahrnut horizontální senzor , 6ti štěrbinový hvězdicový skener a pět slunečních senzorů .

komunikace

Mars Observer - HGA diagram.png
Pro telekomunikace, sonda zahrnoval dva osa zavěšené 1,5 metru, parabolické high-zisk antény , namontované do 6 metrů boom ke komunikaci s Deep Space Network v celém pásmu X pomocí dvou GFP NASA X-band transpondéry (NXT) a dvě jednotky detektorů příkazů GFP (CDU). Zahrnuta byla také sestava šesti antén s nízkým ziskem a jediné antény se středním ziskem, které mají být použity během fáze plavby, zatímco anténa s vysokým ziskem zůstala uložena, a pro nouzová opatření by měla být omezena komunikace prostřednictvím antény s vysokým ziskem . Při vysílání do sítě Deep Space Network bylo možné dosáhnout maximálně 10,66 kilobajtů za sekundu, zatímco kosmická loď mohla přijímat příkazy o maximální šířce pásma 62,5 bajtů/sekundu.

Napájení

Sonda byla do kosmické lodi dodávána prostřednictvím šesti panelových solárních panelů o šířce 7,0 metru a výšce 3,7 metru a na oběžné dráze by poskytla průměrně 1 147 wattů. K napájení kosmické lodi, když byla uzavřena od Slunce, byly zahrnuty dvě 42 A · h nikl-kadmiové baterie ; baterie by se nabíjely, protože sluneční pole přijímalo sluneční světlo.

Počítač

Výpočtový systém na kosmické lodi byl přestavbou systému použitého na satelitech TIROS a DMSP. Poloautonomní systém byl schopen uložit až 2 000 příkazů do přiložené 64 kilobajtů paměti s náhodným přístupem a spouštět je maximální rychlostí 12,5 příkazů za sekundu; příkazy by také mohly zajistit dostatečný autonomní provoz kosmické lodi až na šedesát dní. Pro záznam dat byly zahrnuty nadbytečné digitální magnetofony (DTR) a každý schopný uložit až 187,5 megabajtů pro pozdější přehrávání do sítě Deep Space Network.

Vědecké přístroje

Mars Observer Camera ( MOC )
Mars Observer - MOC2 cb.jpg
- viz diagram

Skládá se z úzkých a širokoúhlých teleskopických kamer pro studium meteorologie/klimatologie a geověd na Marsu.


Laserový výškoměr Mars Observer ( MOLA )
Mars Observer - MOLAincolor.jpg
- viz diagram

Laserový výškoměr používá k definování topografii na Marsu .

  • Hlavní řešitel: David Smith / NASA Goddard Space Flight Center
  • reincorporated na Mars Global Surveyor

Tepelný emisní spektrometr ( TES )
Mars Observer - MGSTESpic sm.gif
- viz diagram

Používá tři senzory (interferometr Michelson, snímač sluneční odrazivosti, senzor širokopásmového záření) k měření tepelných infračervených emisí k mapování obsahu minerálů v povrchových horninách, mrazů a složení mraků.

  • Hlavní řešitel: Philip Christensen / Arizona State University
  • reincorporated na Mars Global Surveyor

Infračervený radiometr tlakového modulátoru ( PMIRR )
Mars Observer - PMIRR Diagram.png

Používá úzkopásmové radiometrické kanály a dva články pro modulaci tlaku k měření atmosférických a povrchových emisí v tepelném infračerveném záření a viditelný kanál k měření prachových částic a kondenzátů v atmosféře a na povrchu v různých zeměpisných délkách a ročních obdobích.


Gamma Ray spektrometr ( GRS )
Pozorovatel Marsu - GRS.png
- viz diagram

Zaznamenává spektrum paprsků gama a neutronů vyzařovaných radioaktivním rozpadem prvků obsažených na povrchu Marsu.

  • Hlavní řešitel: William Boynton / University of Arizona / NASA Goddard Space Flight Center ( web HEASARC )
  • reincorporated na 2001 Mars Odyssey

Magnetometr a elektronový reflektometr ( MAG / ER )
Mars Observer - ER.gif

Využívá komponenty palubního telekomunikačního systému a stanic Deep Space Network ke shromažďování údajů o povaze magnetického pole a interakcích, které pole může mít se slunečním větrem .

  • Hlavní řešitel: Mario Acuna / NASA Goddard Space Flight Center
  • reincorporated na Mars Global Surveyor

Radio Science experiment ( RS )
Mars Observer - RS Diagram.png

Shromažďuje údaje o gravitačním poli a atmosférické struktuře Marsu se zvláštním důrazem na časové změny poblíž polárních oblastí.


Relé balónu Mars ( MBR )

Plánováno jako augmentace pro návrat dat z penetrátorů a povrchových stanic ruské mise Mars '94 a od penetrátorů, povrchových stanic, roveru a balónu z mise Mars '96 .

  • Hlavní řešitel: Jacques Blamont / Centre National de la Recherche Scientifique
  • reincorporated na Mars Global Surveyor

Profil mise

Časová osa operací

datum událost

1992-09-25
Kosmická loď odstartovala v 17:05:01 UTC
1993-08-21
Komunikace s kosmickou lodí byla ztracena v 01:00 UTC.
1993-08-24
1993-09-27
Mise deklarovala ztrátu. Žádné další pokusy o kontakt.
17. prosince 1993
Začněte s fází mapování
Položky v červené barvě byly nerealizované události.

Start a trajektorie

Mars Observer byl vypuštěn 25. září 1992 v 17:05:01 UTC Národním úřadem pro letectví a vesmír z komplexu Space Launch 40 na stanici Cape Canaveral Air Force na Floridě, na palubě nosné rakety Commercial Titan III CT-4 . Kompletní sekvence vypalování trvala 34 minut poté, co přenosová oběžná dráha na tuhá paliva umístila kosmickou loď na 11měsíční trajektorii přenosu na Mars s konečnou rychlostí 5,28 km/s vzhledem k Marsu.

25. srpna 1992 byla v kosmické lodi zjištěna kontaminace částicemi. Po úplné prohlídce bylo shledáno nezbytným vyčištění, které bylo provedeno 29. srpna. Podezřelou příčinou kontaminace byla opatření přijatá k ochraně kosmické lodi před dopadem hurikánu Andrew, který zasáhl pobřeží Floridy 24. srpna.

Setkání s Marsem

Mars Observer byl naplánován provést orbitální zaváděcí manévr na 24. srpna 1993, ale kontakt s kosmickou lodí byl ztracen 21. srpna 1993. Pravděpodobným důvodem selhání kosmické lodi byl únik par paliva a okysličovadla nevhodně navrženou kontrolou PTFE ventil do společného tlakovacího systému. Během meziplanetární plavby se směs par nahromadila v přívodních a tlakových potrubích, což vedlo k výbuchu a jejich roztržení po restartování motoru za účelem rutinní korekce kurzu. Podobný problém později ochromil vesmírnou sondu Akatsuki v roce 2010. Přestože nebylo dosaženo žádného z primárních cílů, mise poskytla meziplanetární data fáze plavby, shromážděná až do data posledního kontaktu. Tato data by byla užitečná pro následné mise na Mars. Vědecké přístroje původně vyvinuté pro Mars Observer byly umístěny na čtyři následující kosmické lodě, aby splnily cíle mise: Mars Global Surveyor vypuštěný v roce 1996, Mars Climate Orbiter vypuštěný v roce 1998, 2001 Mars Odyssey vypuštěný v roce 2001 a Mars Reconnaissance Orbiter vypuštěný v roce 2005.

Zamýšlené operace

Zobrazit video
Schéma orbitálního vkládacího manévru
Schéma vložení oběžné dráhy
Schéma mapovacího cyklu
Schéma mapovacího cyklu
Umělecké zobrazení kosmické lodi na oběžné dráze
Umělecké zobrazení
Doplnění nástrojů na Mars Observer by poskytlo velké množství informací o Marsu.

24. srpna 1993 se Mars Observer otočil o 180 stupňů a zapálil dvojplošnou raketu, aby zpomalil kosmickou loď a vstoupil na vysoce eliptickou oběžnou dráhu. Během příštích tří měsíců by byly prováděny následné manévry „převodu na nižší oběžnou dráhu“ (TLO), protože sonda dosáhla periapsie , což nakonec vyústí v přibližně kruhovou, 118minutovou oběžnou dráhu kolem Marsu.

Primární misí bylo zahájit 23. listopadu 1993 sběr dat během jednoho marťanského roku (přibližně 687 pozemských dní). Očekávalo se, že první globální mapa bude dokončena 16. prosince, poté bude 20. prosince následovat sluneční konjunkce , která bude trvat devatenáct dní a skončí 3. ledna 1994; během této doby by byly operace mise pozastaveny, protože rádiový kontakt by nebyl možný.

Sonda obíhala kolem Marsu rychlostí přibližně 3,4 km/s a cestovala kolem Marsu polární oběžnou dráhou od severu k jihu. Když kosmická loď obíhá planetu, horizontální senzory indikují orientaci kosmické lodi, zatímco reakční kola udržují orientaci nástrojů směrem k Marsu. Zvolená oběžná dráha byla také synchronní se sluncem, což umožňovalo vždy zachytit denní stranu Marsu v polovině odpoledne každého Marťanského solu . Zatímco některé nástroje mohly poskytnout datové spojení v reálném čase, když byla Země v dohledu kosmické lodi, data by byla také zaznamenávána do digitálních magnetofonů a přehrávána na Zemi každý den. Očekávalo se, že během primární mise bude získáno více než 75  gigabajtů vědeckých údajů, což je mnohem více než jakákoli předchozí mise na Mars. Očekávalo se, že konec provozní životnosti kosmické lodi bude omezen dodávkou paliva a stavem baterií.

Ztráta komunikace

Ztráta telemetrie
Podezření na selhání
Vyšetřovatelé se domnívají, že oxidační činidlo uniklo zpětnými ventily a smíchalo se s palivem, když byly otevřeny pyro ventily 5 a 6.

21. srpna 1993, v 01:00 UTC, tři dny před plánovaným orbitálním vložením Marsu , došlo k „nevysvětlitelné“ ztrátě kontaktu s pozorovatelem Marsu . Nové příkazy byly vysílány každých 20 minut v naději, že se kosmická loď odklonila z kurzu a mohla znovu získat kontakt. Pokus byl však neúspěšný. Není známo, zda byla kosmická loď schopna sledovat své automatické programování a dostat se na oběžnou dráhu Marsu, nebo zda letěla kolem Marsu a nyní je na heliocentrické oběžné dráze .

4. ledna 1994 oznámila nezávislá vyšetřovací komise z Naval Research Laboratory svá zjištění: nejpravděpodobnější příčinou ztráty komunikace bylo prasknutí nádrže na natlakování paliva v pohonném systému kosmické lodi. Předpokládá se, že hypergolické palivo mohlo uniknout kolem ventilů v systému během plavby na Mars, což umožňuje, aby se palivo a oxidační činidlo předčasně spojily před dosažením spalovací komory. Únik paliva a plynu pravděpodobně vyústil ve vysokou rychlost odstřeďování, což způsobilo, že kosmická loď vstoupila do „pohotovostního režimu“; to přerušilo uloženou sekvenci příkazů a nezaplo vysílač. Motor byl odvozen z motoru patřícího orbitálnímu satelitu Země a nebyl navržen tak, aby několik měsíců před vypalováním ležel v klidu.

Citováno ze zprávy
Vzhledem k tomu, že telemetrie přenášená z pozorovatele byla vypnuta a následné snahy lokalizovat nebo komunikovat s kosmickou lodí selhaly, rada nemohla najít přesvědčivý důkaz ukazující na konkrétní událost, která způsobila ztrátu pozorovatele.

Po provedení rozsáhlých analýz však správní rada uvedla, že nejpravděpodobnější příčinou ztráty komunikace s kosmickou lodí 21. srpna 1993 bylo roztržení natlakovací strany pohonného systému kosmické lodi na tlak (monomethyl hydrazine (MMH)), což má za následek tlakový únik hélia a kapalného MMH pod tepelnou pokrývku kosmické lodi. Plyn a kapalina by s největší pravděpodobností unikly zpod přikrývky nesymetrickým způsobem, což by vedlo k čisté rychlosti odstřeďování. Tato vysoká rychlost odstřeďování by způsobila, že by kosmická loď vstoupila do „pohotovostního režimu“, který přerušil uloženou sekvenci příkazů, a tedy nezapnul vysílač.

Tato vysoká rychlost odstřeďování navíc vylučovala správnou orientaci solárních polí, což mělo za následek vybití baterií. Efekt roztočení však může být akademický, protože uvolněný MMH by pravděpodobně zaútočil a poškodil kritické elektrické obvody uvnitř kosmické lodi.

Studie představenstva dospěla k závěru, že selhání pohonného systému bylo s největší pravděpodobností způsobeno neúmyslným smícháním a reakcí oxidu dusičitého (NTO) a MMH v trubkách pro natlakování titanu během natlakování palivových nádrží heliem. Tato reakce způsobila prasknutí potrubí, což mělo za následek uvolnění helia a MMH z potrubí, což kosmickou loď přimělo ke katastrofickému roztočení a také k poškození kritických elektrických obvodů.

Následky

Program Mars Exploration byl oficiálně vytvořen v důsledku neúspěchu pozorovatele Marsu v září 1993. Cíle tohoto programu zahrnují identifikaci polohy vody a přípravu posádkových misí na Mars.

Viz také

Reference

externí odkazy