10.10.2022

«Куафу» гонится за Солнцем

9 октября 2022 г. в 07:43 пекинского времени (8 октября в 23:43 UTC) с пусковой установки №94 Центра космических запусков Цзюцюань был произведен пуск РН «Чанчжэн-2D» (CZ-2D №Y55) с научным КА «Куафу-1», который был успешно выведен на орбиту с начальными параметрами:

  • наклонение – 98.26°;
  • минимальная высота – 713.4 км;
  • максимальная высота – 732.4 км;
  • период обращения – 99.25 мин.

В американском космическом каталоге спутник получил номер 54029 и международное обозначение 2022-129A.

Пуск РН CZ-2D 9 октября 2022 г.

«Куафу-1» (夸父一号, Kuafu 1) создан в Инновационной исследовательской академии микроспутников Китайской АН в Шанхае и потому получил свое личное имя в честь героя китайского эпоса – великана, который пытался догнать и захватить Солнце. До старта он был известен под описательным наименованием Передовая космическая солнечная обсерватория (кит. 先进天基太阳天文台, сяньцзинь тяньцзи тайян тяньвэньтай; англ. Advanced Space-based Solar Observatory, ASO-S).

Эмблема проекта ASO-S

Космические проекты по изучению Солнца предлагались в Китае на протяжении многих десятилетий; самый первый из них появился еще в 1976 г. и назывался ASTRON-1 (так же, как и запущенная в 1983 г. советская астрофизическая обсерватория). В 1996 г. был выдвинут проект Космической солнечной обсерватории SST (Space Solar Observatory). В 2000-е годы предлагались совместный китайско-французский проект малого КА для наблюдения солнечных вспышек SMESE (SMall Explorer for Solar Eruptions). Тогда же зародился и комплексный международный проект «Куафу» по изучению системы «Солнце – Земля» и «космической погоды» с тем же названием, что и у реализованного ныне, но с другим содержанием.

Предполагалось проследить всю цепь событий в этой сфере, начиная от солнечных вспышек и корональных выбросов до магнитных бурь и полярных сияний в земной магнитосфере. В системе должны были работать сразу три КА: «Куафу-A» – в точке Лагранжа L1, в 1.5 млн км от Земли в сторону Солнца, регистрировал бы события на Солнце и возмущения межпланетной среды, а «Куафу-B1» и -B2 с полярных орбит наблюдали бы за событиями в северной полярной области Земли. В октябре 2012 г. Национальный центр космической науки Китайской АН и Европейское космическое агентство подписали соглашение о намерениях, однако состоявшийся сразу после этого Совет ЕКА не поддержал выделение средств на спутники «Куафу-B». Обсуждение с российской стороной также не принесло результата, и в мае 2014 г. работы были остановлены.

Таким образом, ни этот амбициозный проект, ни другие китайские солнечные проекты не прошли далее стадии проработки концепции. Единственным исключением стал прибор для наблюдения Солнца – рентгеновский и гамма-спектрометр, который был размещен на орбитальном отсеке беспилотного корабля «Шэньчжоу-2» и работал на протяжении полугода его полета в 2001 г.

В 2011 г. Китайская АН открыла новое научное направление стратегических научно-исследовательских программ в области космической науки. В его рамках период с сентября 2011 г. по март 2013 г. было выполнено обоснование концепции миссии ASO-S (отчасти на базе предыдущего проекта SMESE) по изучению магнитного поля и вспышечной активности Солнца, и в январе 2014 г. она была принята к предварительной проработке по фазам A и B американо-европейской системы описания жизненного цикла проекта.

Эмблема запуска КА ASO-S

В июне 2016 г. проект был официально анонсирован Китаем как возможная часть второго этапа реализации научной космической программы страны. Основными задачами обсерватории ASO-S стали исследования причинно-следственных связей между солнечными вспышками, корональными выбросами масс и магнитным полем Солнца, а попутной прикладной задачей – получение данных, необходимых для прогнозирования космической погоды.

В июне 2017 г. после защиты первого этапа началась углубленная проработка в рамках фазы B. После ее успешного завершения в апреле 2019 г. проект ASO-S был принят к реализации с запуском весной 2022 г. с прицелом на работу в течение 25-го солнечного максимума (2022–2025).

Внешний вид КА ASO-S

Как мы видим, аппарат был успешно изготовлен и запущен с полугодовой задержкой относительно первоначально заявленного срока – 24 августа 2022 г. он прошел выходной контроль на предприятии-изготовителе в Шанхае и в начале сентября был доставлен на космодром для запуска. Старт планировался утром 7 октября (30 сентября было выпущено уведомление о закрытии района падения), но 4 октября был отложен на двое суток.

Это был 442-й старт носителя семейства «Великий поход», в том числе 171-й для ракет Шанхайской исследовательской академии космической техники SAST, а для CZ-2D – 67-й в общем зачете и уже 10-й в 2022 году. Для шанхайской Инновационной академии микроспутников ASO-S стал 86-м аппаратом, а его запуск – 45-м в истории «академической» фирмы.

Проектный облик ASO-S

Стартовая масса ASO-S – 888 кг (по другим сообщениям, 859 кг), из которых 366 кг приходится на полезную нагрузку. Аппарат высотой 2.45 м и поперечным размером 2.38 м выполнен по схеме с трехосной ориентацией и стабилизацией с двумя гироскопами и тремя звездными датчиками и исполнительными элементами в виде четырех маховиков и магнитных катушек, обеспечивающих наведение с точностью 0.01° и стабилизацию на уровне 0.0005°/сек. Электропитание поступает от двух солнечных батарей: в среднем аппарат расходует 898 Вт, в пике до 1235 Вт. Сброс информации идет в X-диапазоне через антенны типа ФАР со скоростью до 1000 Мбит/с, бортовое устройство хранения информации имеет емкость 4 Тбит. Работа КА рассчитана на четыре года.

Основные компоненты КА

На борту ASO-S установлены векторный магнитограф диска Солнца FMG (Full-Disk Vector MagnetoGraph) для картирования магнитного поля в фотосфере с мониторингом накопления и высвобождения его энергии, солнечный телескоп линии Лайман-альфа LST (Lyman-α Solar Telescope; известен также как LAT) для изучения динамики активности светила, включая формирование и начальную эволюцию корональных выбросов, а также вспомогательная аппаратура HXI (Hard X-ray Imager) для регистрации жесткого рентгеновского излучения, отражающего нетепловые физические процессы солнечных вспышек.

Магнитометр FMG

Магнитограф FMG спроектирован специалистами Национальной астрономической обсерватории Китая NAOC и изготовлен в Сианьском институте оптики и точной механики XIOPM. Принцип действия прибора основан на поляризации спектральной линии при наличии магнитного поля.  FMG ведет поляризационные измерения в спектральной линии FeI (532.4 нм) с пространственным разрешением 1.5’’, на основании которых магнитное поле в фотосфере Солнца определяется с чувствительностью 5 Гс в продольном и 150 Гс в трансверсальном направлении. Полный «кадр» строится за 2 минуты, а в быстром режиме – за 40 секунд.

Телескоп LST

Инструмент LST создан в Чанчуньском институте оптики, точной механики и физики CIOMP. Это комплексный прибор, фактически включающий два телескопа и два коронографа. Камера SDI (Solar Disk Imager) ведет съемку Солнца в пределах от центра диска до 1.2 его радиуса (R), а камера SCI (Solar Corona Imager) – внутренней части солнечной короны между 1.1 и 2.5 радиуса светила в линии Лайман-альфа (121.6±7.5 нм), наблюдая развитие и продвижение солнечной вспышки; у SDI имеется также канал видимого диапазона (660-740 нм). Солнечный телескоп WST (Whitelight Solar Telescope) работает в той же пространственной области, что и SDI; он служит для калибровки остальных инструментов и ведет вспомогательные наблюдения в полосе 360±2 нм.

Рентгеновский телескоп HXI

За создание рентгеновского прибора HXI отвечала Обсерватория Цзыцзиньшань в Нанкине. Этот коллиматорный телескоп построен по принципу японского прибора HXT на спутнике Yohkoh и измеряет компоненты Фурье с использованием 91 пары решеток с последующей реконструкцией изображения путем математической обработки. Инструмент строит каждые 0.5 сек изображение Солнца в диапазоне энергий 30-200 кэВ с угловым разрешением 3’’ и энергетическим разрешением 27%. Он же ведет измерения общего потока солнечных и фоновых частиц.

Размещение приборов на ASO-S

Таблица 1. Основные характеристики приборов ASO-S

Характеристика

Значение

Векторный магнитограф FMG

Апертура

140 мм

Поле зрения

34’

Пространственное разрешение

1.5’’

Спектральная линия

(Fe I) 532.4 нм

Спектральная ширина (FWHM)

0.011 нм

Временное разрешение

2 мин в нормальном режиме
40 сек в быстром режиме

Ошибка измерения поляризации

0.0015 в нормальном режиме

Солнечный телескоп Лайман-альфа

 

SCI

SDI

WST

Диаметр

60 мм

60 мм

130 мм

Область наблюдения

1.1–2.5 R

0–1.2 R

0–1.2 R

Спектральная полоса

121.6±10.0 нм,
700±40.0 нм

121.6±7.5 нм

360±2.0 нм

Пространственное разрешение

4.8’’

1.2’’

1.2’’

Временное разрешение

15–60 сек

4–40 сек

1–120 сек

Рентгеновский телескоп HXI

Поле зрения

40’

Энергетический диапазон

30–200 кэВ

Энергетическое разрешение

27% на уровне 32 кэВ

Временное разрешение

0.5 сек

Пространственное разрешение

3’’ на уровне 32 кэВ

Количество решеток

91

 

С учетом научных задач проекта для КА ASO-S была выбрана солнечно-синхронная орбита наклонением 98.2° и высотой 720 км терминаторного типа, с прохождением нисходящего узла в 06:00 местного времени. На ней аппарат будет почти все время освещен Солнцем и сможет вести непрерывные наблюдения за светилом. Лишь вблизи летнего солнцестояния в южной части орбиты он будет входить в тень, максимальная продолжительность которой достигнет 18 минут за виток. Высота орбиты стала результатом компромисса между требованиями инструментов HXI (возможно меньший фон заряженных частиц вдоль орбиты) и LST (минимальная засветка со стороны Земли).

FXWWIHGWYAEanwx.jpg

Стоимость ASO-S оценивается в 900 млн юаней (126 млн $). Проектом руководит Национальный центр космической науки Китайской АН, он же отвечает за его наземную систему обеспечения. Главным конструктором проекта ASO-S является Цуй Цзицзюнь (崔吉俊), а научным руководителем – Гань Вэйцюнь (甘为群), представитель обсерватории Цзыцзиньшань. Научные руководители по отдельным приборам – Дэн Юаньюн (邓元勇) по FMG, Ли Хуэй (黎辉) по LST и У Цзянь (伍健) по HXI.

Прием научной информации с КА ведет Инновационная исследовательская академия аэрокосмической информации Китайской АН с использованием наземных станций Санья, Каши и Миюнь, а ее обработка, хранение и распределение – сфера ответственности обсерватории Цзыцзиньшань. Данные ASO-S, поступающие в объеме до 500 Гбайт ежесуточно, будут открыты для использования всеми членами мирового научного сообщества. Главным конструктором научной прикладной системы является Ли Хуэй.

Стоит добавить, что годом раньше, 14 октября 2021 г., в Китае была запущена «малая» солнечная обсерватория «Сихэ», известная также как CHASE ( https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/81659.html ). Этот научно-экспериментальный аппарат дополняет основную обсерваторию ASO-S, решая одну конкретную научную задачу: спектроскопия полного диска Солнца с построением в режиме растрового сканирования двумерного спектрального «портрета» светила. CHASE строит свои изображения в спектральных линиях Hα (она же Бальмер-альфа, 656.3 нм) и FeI (656.9 нм), которые соответствуют условиям на различных уровнях в атмосфере светила. Наблюдения в линии Hα должны выявить предвестники солнечной активности в фотосфере и хромосфере и понять спусковые механизмы и динамику солнечных вспышек.

Автор: Liss

Поделиться в соц. сетях
636