Et rumfartøj er en rumfartøj ubemandet lanceret i rummet for at studere i større eller mindre afstand forskellige himmellegemer : den sol , de planeter , dværgplaneter og små kroppe , deres satellitter , den interplanetariske medium eller interstellare medium . En rumsonde skelnes fra andre ubemandede rumfartøjer, der forbliver i jordens bane . Rumsonder kan tage et stort antal formularer til at opfylde deres mission: en Orbiter placeret i kredsløb omkring den observerede himmellegeme, en lander , der udforsker jorden af målet planet in situ , et slaglegeme , etc. En sonde kan bære autonome enheder for at øge sit undersøgelsesfelt: sub-satellit , slagkraft , rover , ballon .
En rumsonde skal rejse store afstande og operere langt fra jorden og solen , hvilket kræver specifikt udstyr. Det skal have tilstrækkelig energi til at fungere i regioner, hvor solstråling kun giver en begrænset effekt, have stor beslutningstagningsautonomi, fordi afstanden fra kontrolcentret ikke længere tillader menneskelige operatører at reagere. I realtid til begivenheder, løse telekommunikationsproblemer, der er vanskelige af afstande, der reducerer data satser og modstå stråling og ekstreme temperaturer, der misbruger på -board elektronik og mekanismer. Endelig skal rumsonde bruge sofistikerede navigations- og fremdrivningsmetoder: gravitationsassistance , luftbremsning , ionfremdrift for at nå sin destination til en acceptabel pris og inden for en acceptabel tidsramme .
De første rumsonder var Luna- sonder, der blev lanceret til Månen af Sovjetunionen i 1959 . I 1961 lancerede Sovjetunionen Venera , den første sonde til at studere en anden planet end Jorden , i dette tilfælde Venus . Den russiske , der var førte i begyndelsen af rumalderen har mere aktiv rolle siden 1988 og forlod stedet i USA . Den Europæiske Rumorganisation ( Mars Express , Venus Express , Rosetta , deltagelse i Cassini-Huygens- sonden ) og Japan ( Hayabusa , SELENE ) indtager også en voksende plads. Endelig har Kina og Indien også udført rumsonder siden slutningen af 2000'erne . For at kompensere for høje udviklingsomkostninger (et beløb, der kan overstige en milliard euro ), er realiseringen af rumsonder nu ofte genstand for internationalt samarbejde.
En rumsonde er et rumfartøj, der er lanceret uden en menneskelig besætning, hvis mål er at udforske en eller flere himmellegemer - planet , måne , komet , asteroide - eller det interplanetære eller interstellære medium . Dens nyttelast består af videnskabelige instrumenter af forskellige slags - kameraer, der fungerer eller ikke er i synligt lys, spektrometre , radiometre , magnetometre osv. - som gør det muligt at indsamle data in situ eller eksternt, som derefter transmitteres til Jorden. Hvis en rumsonde i sin generelle arkitektur ofte er tæt på en kunstig satellit, der kredser om Jorden, gør flere egenskaber den til specielle enheder:
Som ethvert rumprojekt er udviklingen og derefter den operationelle styring af en rumsonde opdelt i flere faser, hvis egenskaber (input, leverancer) er fælles for de forskellige rumorganisationer.
Fase | Berettiget | Mål | Leveres | Afslutning af faseevaluering | Bemærkninger |
---|---|---|---|---|---|
0 | Identifikation af behov | Identificer behov Forskningskoncepter Evaluer omkostninger og deadlines |
Gennemgang af definition af mission | ||
PÅ | Gennemførelighed | Forbedre behov Evaluer begreber |
Valg af løsning | Gennemgang af foreløbige krav | |
B | Foreløbig definition | Bekræft gennemførlighed Gennemfør en foreløbig definition |
Gennemgang af systemkrav Gennemgang af foreløbige definitioner |
||
VS | Detaljeret definition | Detaljeret definition | Specifikationer for fremstilling | Kritisk definition gennemgang | |
D | Jordproduktion / kvalifikation | Fremstilling, test | Levering af rumfartøjer | Kvalifikation gennemgang Accept gennemgang |
|
E | brug | Kontroller driftsklarheden, betjen maskinen | Gennemgang af operationel beredskab |
Denne fase begynder med lanceringen af rumføleren | |
F | Tilbagetrækning fra tjenesten | Fjern fra operationel service uden at forstyrre miljøet | Enden på livet |
Udforskningsmissionerne i solsystemet er dyre og derfor sjældne (et par missioner om året alle rumagenturer kombineret), mens forsøgspersonerne formere sig som videnskabelige fremskridt. Udvælgelsesprocessen er derfor streng og meget overvåget. De vigtigste rumagenturer er afhængige af at bestemme deres strategi for rumforskning på dokumenter, der er produceret af de vigtigste videnskabelige myndigheder. Til NASA, dette er den Planetary Science Decadal Survey produceret hvert tiende år, mens Europæiske Rumorganisation har haft en lignende dokument for sin Cosmic Vision videnskabelige program blev oprettet i 2004 for projekter, der fører til 2015-2025. Det franske CNES , selvom det har et forskningsbudget, der ikke tillader det at udføre solsystemsystemefterforskningsmaskiner alene, gør det samme. I denne sammenhæng kan en rent potentiel indkaldelse af ideer iværksættes af rumorganisationen efterfulgt af en indkaldelse af forslag (AO). Sidstnævnte fører normalt til udvælgelse og derefter udvikling af en mission. Den lanceres inden for en forud fastlagt budgetramme. Hos NASA er denne budgetpost for en type mission tilgængelig med jævne mellemrum, som i tilfældet med New Frontiers eller Discovery, som tillader udvikling af henholdsvis 2 og 4/5 missioner pr. Årti. ESA, som kun har en brøkdel af NASAs budget, vælger missioner længe før de lanceres. Lanceringsdatoen skubbes ofte tilbage for at klare budgetmæssige begrænsninger. De hold, der reagerer på udbud, inkluderer ingeniører og forskere. De indsender forslag, der beskriver både videnskabelige mål, tekniske karakteristika og økonomiske aspekter. Valget træffes af videnskabelige komiteer, der tager højde for den langsigtede videnskabelige strategi, der er fastlagt af de dokumenter, der er produceret af de akademiske myndigheder i starten af denne proces.
Den udforskningsmetode, der er anvendt til en rumsonde, bestemmes i det væsentlige af de forfulgte videnskabelige mål og omkostningsbegrænsningerne. Hvis dette for eksempel er den første undersøgelse af en planet, er idealet at placere rumsonde i kredsløb omkring den for at foretage observationer på hele planeten over lange perioder. Men at sætte det i kredsløb kræver tilføjelse af en fremdrift belastet med bremsning, hvilket repræsenterer en stor omkostning. Af denne grund kan vi vælge at udføre en simpel overflytning af målet ved at optimere banen, så de videnskabelige instrumenter indsamler den maksimale mængde data. Endelig er valget af en udforskningsmetode betinget af niveauet af ekspertise hos nationen eller gruppen af nationer, der udvikler rumsonde. Det laveste sværhedsgrad er at flyve over en intern planet i solsystemet. Fjernelsen af en delvist autonom rover på planeten Mars, præget af høj tyngdekraft og en atmosfære, blev først udført i 2013 af NASA.
Afhængigt af den anvendte efterforskningsmetode kan rumsonder klassificeres i 9 hovedkategorier. Nogle rumsonder hører til flere kategorier på samme tid, for eksempel når de kombinerer en orbiter og en lander ( Viking ).
Rumfølere kan designes til at udføre en simpel overflytning af det himmellegeme, der skal undersøges. I de enkleste tilfælde skal disse sonder kun placeres på en præcis bane fra Jorden for at udføre deres missioner på bekostning af et par små korrektioner under transit. De første interplanetære sonder som Mariner 4 var af denne type. De mål, der kan opnås ved denne type mission er dog begrænsede: observationstiden er meget kort, fordi sonden flyver over med en hastighed på flere km / s, ofte kun den ene side af himmellegemet er synlig på tidspunktet for flyvningen og lysforholdene er ikke optimale. Denne observationsmetode kan være den eneste, der kan bruges til de fjerneste himmelobjekter (oversigt over Pluto af New Horizons ). Det bruges også til sofistikerede rekognosceringsmissioner, hvis mål er at forbinde studiet af flere planeter eller måner ( Voyager- sonder ). Endelig kan dette være den eneste måde at studere mindre objekter - kometer og asteroider - hvis relative hastighed er for høj til at give dem mulighed for at blive sat i kredsløb ( Stardust- mission ).
Vega- sonden .
Model af Voyager- sonderne .
New Horizons- sonden
En orbiter er en rumsonde, der efter at have passeret til sit mål, kredser om himmellegemet, der skal undersøges. Dette er den anden store kategori af rumsonder med dem, der udfører en overflyvning. For at være i stand til at gå i kredsløb skal rumsonden i høj grad reducere sin hastighed, når den kommer nær sit mål. Drivmidlerne, der anvendes til denne bremsning, kan repræsentere en betydelig del af maskinens samlede masse (typisk omkring 50% for Mars). Orbiteren gør det muligt at foretage regelmæssige observationer af næsten hele himmellegemets overflade i flere år. Orbiter er det trin, der logisk følger afsendelsen af en sonde, der udfører en simpel flyover. Rumsondens bane vælges som en funktion af de forfulgte mål, men også af massebegrænsninger. Missioner med et begrænset budget som Mars Express vælger en elliptisk bane, der er mindre effektiv, men billigere i drivmidler end en lav cirkulær bane, der er valgt til størstedelen af NASAs Mars-orbitere.
Den joviske sonde Galileo .
Cassini-Huygens- sonden .
Juno- sonden .
En atmosfærisk sonde er en rumsonde, der passerer gennem en planetens atmosfære for at studere den. Dens mission er relativt kort, da den generelt varer tidspunktet for dens nedstigning (ikke fremdrevet) til jorden. I denne fase har det kun brug for en begrænset mængde energi og trækker derfor denne energi fra batterier. Den atmosfæriske sonde transporteres normalt til den udforskede planet af et moderskib. Planeten Venus er især blevet undersøgt ved hjælp af denne metode med serien af sovjetiske sonder i Venera-programmet . Andre bemærkelsesværdige atmosfæriske sonder er Huygens, der studerede atmosfæren i Titan , Galileos atmosfæriske sonde, der kastede sig ned i de øverste lag af gaskæmpeplaneten Jupiter . Den meget tykke atmosfære i Venus tillod implementeringen af ballonerne i det sovjetiske Vega-program, som var i stand til at transmittere data i flere snesevis af timer.
Galileos atmosfæriske sonde .
Pioneer Venus atmosfæriske sonder
Huygens- sonden .
En lander er en type rumfartøj designet til at overleve landing på jorden på en planet eller måne og derefter bruge dens videnskabelige instrumenter til at indsamle data på overfladen, der transmitteres til Jorden direkte eller indirekte (via et andet rumfartøj i kredsløb). Månen og planeten Mars er især blevet udforsket af rumfartøjer af denne type med for eksempel sonderne i Surveyor- programmet, de to sonder i Viking-programmet eller Phoenix- landeren . Blød landing er den største vanskelighed for designere af denne type håndværk. Brugen af en faldskærm, implementeret for eksempel af Huygens på Titan, kræver tilstedeværelsen af en tilstrækkelig tyk atmosfære og er derfor ikke egnet på Mars. Med en reduceret masse og pris sammenlignet med andre metoder tillader faldskærmen ikke en fuldstændig kontrolleret landing. For at lande på himmellegemer uden atmosfære er det nødvendigt at benytte sig af raketmotorer, som gradvist reducerer rumfartøjets hastighed. Disse kræver imidlertid transport af en stor mængde brændstof. For Mars har NASA udviklet specifikke landingsteknikker: airbags implementeret for første gang af Mars Pathfinder og et meget sofistikeret system til drop-off på jorden af et gulv, der fungerer som en "flyvende kran" implementeret i 2012 af Mars Science Laboratory sonde .
En rover eller rover efter landing på gulvet i en himmellegeme bevæger sig til studier in situ på forskellige punkter af videnskabelig interesse. Det kan tage ægte små laboratorier at analysere de indsamlede prøver som Mars Science Laboratory . Dens energi kan produceres af solpaneler eller RTG'er (nuklear elektrisk generator). Det fjernstyres, hvis afstanden ikke er for stor (Månen). Imidlertid er afstanden for stor for martian-rovere, hvilket indebærer betydelige forsinkelser i kommunikationen. De har derfor en vis autonomi for deres bevægelser, som er baseret på feltanalyseprogrammer. Ture over en dag overstiger dog ikke hundrede meter. Månen og Mars er i øjeblikket de eneste to kroppe, hvor der er sendt rovere.
En aerobot (fly-robot sammentrækning) er en fly- ligesom planetarisk sonde . Indtil nu har de ofte været af aerostat- typen , de kan også være af aerodyne- eller aerogyro- typen, ligesom de fremtidige rumsonder af den nye type: " Dragonfly " og " Mars Helicopter Scout ".
Teknisk set er det en aeronautisk robot planetariske udforskning køretøj, eller en autonom planetarisk udforskning fly .
En tekniker på en aerogyro-model under testfasen i et vakuumkammer ved JPL som en del af Ingenuity mini-helikopterflyvningsprojektet (fløj den 4. marts den 21. marts).
Luftballonbærende instrumenter, der studerer atmosfæren i Titan foreslået som en del af Titan Saturn System Mission-projektet .
ARES-projekt af en svævefly, der flyver i Mars atmosfære, studeret som en del af Mars Scout-programmet (kunstnerens opfattelse).
Målet med en prøvereturmission er at bringe tilbage til Jorden til analyseprøver fra en anden himmellegeme - planet , komet , asteroide - eller interplanetære eller interstellære partikler. Sammenlignet med en undersøgelse udført på stedet af instrumenter fra en robot som Martian Rover Curiosity , gør tilbageleveringen af en jordprøve til Jorden det muligt at udføre analyser med meget større præcision, manipulere prøven og ændre de eksperimentelle forhold som teknologi og viden fremskridt. Denne type mission involverer betydelige vanskeligheder: afhængigt af målet er det nødvendigt at fange partikler, der kører adskillige km / s, for at opnå en automatisk landing på en krop, der næsten er blottet for tyngdekraften eller tværtimod for at være i stand til at lande og starte igen fra en brønd med betydelig tyngdekraft, og i alle tilfælde genindtast jordens atmosfære med høj hastighed og med stor præcision. Den tilbagevenden til Jorden af prøver af Martian jord, som i 2016 udgør et af de vigtigste mål for studiet af solsystemet , har stadig ikke været materialiseret for både finansielle og teknologiske årsager.
Model af Luna 16- lander med dets indsamlingssystem og øverst raketten / kapslen fyldt med tilbagevenden til Jorden.
Comet hale støv partikelopsamler består af airgel blokke om bord på Stardust .
En penetrator er et lille rumfartøj designet til at trænge ind i jorden af en himmellegeme (planet, måne, asteroide eller komet) ved høj hastighed ved at gennemgå en deceleration på flere hundrede g. Oplysninger, der indsamles af de videnskabelige instrumenter om bord, overføres traditionelt af en lille sender til moderskibet i kredsløb, som igen transmitterer det til stationer på jorden. Begrebet gennemtrænger gør det muligt at undgå transport af faldskærme og raketter, der er nødvendige for en blød landing, og dermed væsentligt lette vægten af landeren. Men det skal være i stand til at modstå den påvirkning, der igen skaber mange begrænsninger for dens masse, dens struktur og designet af dens nyttelast. Flere penetratorprojekter gik ikke ud over undersøgelsesfasen, og i 2013 implementerede kun to missioner penetratorer uden resultater på grund af tabet af moderskibene: to Deep Space 2- gennemtrængere var om bord på Mars Polar Lander og to andre ombord på Mars 96 .
Deep Space 2- gennemtrænger .
Penetrator 96. marts .
En telekommunikationssatellit er ansvarlig for at videreformidle kommunikation mellem overfladen af et himmellegeme, hvor en lander eller rover er placeret og Jorden. Indtil nu har disse maskiner altid været orbitere med deres egne videnskabelige mål, såsom Mars Odyssey 2001 eller Mars Reconnaissance Orbiter . Nogle rumsonder falder i flere kategorier såsom vikingesonder , der har både en lander og en orbiter.
En teknologisk demonstrator er et rumfartøj, hvis mål er at validere en ny teknik. For eksempel Deep Space 1, hvis hovedformål var at validere brugen af ionfremdrivning til interplanetariske missioner.
For at fungere har en rumsonde brug for konstant energi. Nyudviklede apparater skal have en elektrisk effekt på mellem 300 og 2.500 watt til at drive indbyggede computere, radiomodtagere, motorer, videnskabelige instrumenter, radiatorer og mange andre udstyr. Der er kun tre mulige energikilder til et interplanetært rumfartøj: solpaneler , RTG'er , de eneste løsninger til ydre planeter for langt fra solen og batterier . Sidstnævnte kan være en energikilde, der oplades før lanceringen, eller bruges som et midlertidigt lagersystem til den energi, der produceres af solpanelerne, hvilket f.eks. Gør det muligt at klare perioder med formørkelse.
Solpaneler består af et sæt solceller, som hver transformerer solenergi ved fotoelektrisk effekt til jævnstrøm . Hver solcelle er lavet af et halvledermateriale forbundet med elektriske led. Flere typer materialer kan bruges, såsom silicium eller GaAs mere effektive, men dyrere. De mest effektive celler består af flere meget tynde lag af halvledermaterialer, der hver er i stand til at konvertere en stor del af solenergispektret, som sammen med andre enheder opnår en effektivitet på 47% (47% af solens energi er omdannet til elektrisk strøm). Effektiviteten af solcellerne i de første satellitter i 1960'erne var 6%. Ved at forbinde solcellerne i serie (den positive pol i en celle er forbundet med den negative pol i en anden celle) øges spændingen for den producerede strøm, mens ved at forbinde dem parallelt (alle de positive poler er forbundet sammen og alle negative poler er forbundet sammen) øger vi strømens intensitet. Solpanelet fungerer som en fysisk støtte for solcellerne, har de elektriske kredsløb, der forbinder cellerne sammen og holder cellerne inden for et acceptabelt temperaturområde. Flere solpaneler kan kobles sammen for at danne en "fløj". Normalt artikuleres solpaneler, og deres orientering kan ændres med en eller to frihedsgrader . Generelt ved konstant at ændre solpanelernes hældning er målet at opnå den maksimale energi afhængigt af tilfældet, hvis solstrålerne rammer panelet vinkelret. Men denne facilitet kan også bruges til at reducere solstrålens indfaldsvinkel for at begrænse temperaturstigningen eller til at tilpasse produktionen af strøm til et lavere behov (den producerede elektriske energi falder, når cosinus for vinkelforekomsten på solstråler). På en spindet sonde leder solpaneler det cylindrisk formede legeme, og halvdelen er i skyggen, mens de fleste celler ikke modtager solen i en optimal vinkel.
På niveau med jordens bane er den teoretisk tilgængelige elektriske energi 1.371 W / m 2 , hvoraf 50% kan omdannes til elektrisk energi med de mest avancerede solceller. Rigeligt i de indre planeter er den tilgængelige mængde energi omvendt proportional med kvadratet for afstanden fra solen. Sådan sendes en sonde som Juno i kredsløb omkring Jupiter fem gange længere fra solen end Jorden modtager 25 (5 × 5) gange mindre solenergi end på Jorden. NASA har ikke desto mindre valgt at udstyre denne sonde med solpaneler, der takket være deres overflade (45 m 2 solceller) og deres avancerede teknologi under disse forhold klarer at levere 428 watt (og 15 kW på niveau med jordens bane) .). Men i denne afstand fra solen er brugen af RTG hyppigere.
Ydelsen af en rumsondes solpaneler forværres under handling af flere fænomener. Den energi, som solpanelet modtager, og som ikke omdannes til elektrisk energi, reflekteres dels og dels omdannes til varme, hvilket øger cellernes temperatur. Når temperaturen stiger, producerer solcellen en strøm med højere spænding, men strømstyrken falder såvel som den producerede effekt (W = V × I). Dette fald i den samlede ydeevne er 1% pr. Grad Celsius for siliciumceller og 0,5% for GaAs-celler. Derudover falder solpanelets ydeevne et par hundrede timer efter implementeringen med 1% på grund af kemiske ændringer genereret af lyset. Endelig er den faktor, der producerer mest skade, virkningen af energiske partikler produceret af solvinden eller solstormene, som gradvis beskadiger den krystallinske struktur. Således har solcellepanelerne i Magellan- sonden , der er placeret i kredsløb omkring Venus , mistet to tredjedele af deres kapacitet i løbet af deres driftstid. Denne progressive nedbrydning tages i betragtning ved dimensionering af solpaneler, når rumsonde er designet.
Rumføler | Bestemmelsessted | Frokost aftale | Primær energikilde | Strøm | Andre egenskaber | Bemærkninger |
---|---|---|---|---|---|---|
Cassini | Saturn | 1997 | 3 × radioisotopgeneratorer | 885 watt | ||
Huygens | Titan | 1997 | Li-batterierSO 2 | 1.600 watt-timer | Operationel levetid et par timer | Moderfartøj: Cassini |
Mars Global Surveyor | marts | 1996 | Si solpanelerGaAs | 1000 watt | Justerbar med 2 frihedsgrader | |
BUDBRINGER | Kviksølv | 2004 | Som Ga / Ge solpaneler | 450 watt | Justerbar med 1 frihedsgrad 70% af solpanelernes overflade dækket med reflektorer |
|
Juno | Jupiter | 2011 | Solpaneler | 450 watt | Fast panel, celleoverflade: 45 m 2 |
Når solenergi bliver for svag på grund af afstanden fra solen , erstatter en eller flere termoelektriske radioisotopgeneratorer solpaneler til produktion af elektricitet . Denne elektriske generator producerer elektricitet fra varmen frigivet ved radioaktivt henfald af materialer, der er rige på en eller flere radioisotoper , generelt plutonium 238 i form af plutoniumdioxid 238 PuO 2. Varme omdannes til elektricitet gennem termoelementer . Den energieffektivitet reduceres: mindre end 10% af den producerede varme omdannes til elektricitet og resten skal evakueres med radiatorer. For at forbedre disse præstationer er den aktuelle forskning rettet mod termioniske omformere og radioisotop Stirling-generatorer , som kan multiplicere den samlede effektivitet med fire, men vil kræve bevægelse af mekaniske dele, der kan blive blokeret over tid. Den radioisotop termoelektriske generator er særligt velegnet til at producere en stabil, langvarig strømforsyning, der kræves til indbyggede instrumenter i interplanetære sonder. Generatoren ombord på New Horizons- sonden er således i stand til at levere en stabil strømforsyning på 200 W i mere end 50 år. Tilstedeværelsen af plutonium-238 i en enhed, der sandsynligvis kan være offer for en fiasko i løfteraket, giver dog anledning til stærk frygt i en del af den offentlige mening på trods af beskyttelsesanordningerne (afskærmning), som har vist sig at være effektive i praksis.
Rumsonder, der er lanceret mod Jupiter eller derover, såsom Voyager 1 , Cassini eller New Horizons, bruger termoelektriske generatorer til radioisotop til deres strømforsyning. Men takket være de stigende udbytter af solceller, de sidste to rumsonder udviklet til udforskning af Jupiter - Juno og JUICE brug solpaneler som imidlertid er meget store (60 m 2 for Juno). Disse generatorer blev også brugt på to maskiner, der blev lanceret mod Mars overflade - Viking 1 og 2 og Curiosity Rover, fordi de gør det muligt at overvinde dag / nat cyklus og er ufølsomme over for støvaflejringer. Generatorer giver beskedne effekt: 100 W (45 kg ) til Nysgerrigheden , 300 W (~ 56 kg ) for amerikanske rumfartøj tjeneste i begyndelsen af XXI th århundrede . For at imødekomme deres elektriske behov har nogle sonder op til tre generatorer (Cassini, Voyager ).
For at udføre sin mission har rumsonde brug for et fremdrivningssystem. Denne kan udføre flere roller, der afhænger af missionens mål og af bestemte valg af rumsondens arkitektur:
Disse forskellige typer brug kræver thrustere med meget forskellige karakteristika ( stak , antal brande, varighed). Også rumsonde har generelt flere typer thrustere for at imødekomme disse behov. På en relativt konventionel måde omfatter en rumsonde en hovedraketmotor med et tryk på flere hundrede newton til udsendelse i kredsløb, klynger af små thrustere, hvis tryk spænder fra nogle få tiendedele til et par N. et par snesevis af newton til korrektion af bane eller bane.
Disse er generelt monoergol- flydende drivmotorer, der brænder hydrazin eller biergoler (generelt hydrazin + hydrogenperoxid ), som har den fordel, at de kan opbevares over lange perioder, og at de er hypergoliske (af spontan forbrænding uden affyringsanordning). Disse drivmidler er generelt under tryk af selve helium lagret i tanke under højt tryk. Små kolde gaspropeller findes også sjældent (bruges til at undgå forurening af de indsamlede instrumenter eller prøver, ioniske motorer ( Deep Space 1 demonstrator , Dawn ), der kræver en tilpasset missionsarkitektur og faste drivmotorer (til indsættelse i kredsløb), der blev brugt i starten af rumalderen ( Surveyor -programmet månens landere ).
Fremdriftstype | brug | Stød | Specifik impuls | En anden funktion | ||
---|---|---|---|---|---|---|
Indsættelse i kredsløb | Bane korrektion bane korrektion |
Holdningskontrol | ||||
Kold gaspropel | x | 0,05 - 20 N. | 50-170 | |||
Fast drivmiddel | x | 50- N. | 280-310 | Kan bruges en gang | ||
Fremdrift med flydende drivmiddel | ||||||
Monoergol hydrazin katalytisk | x | x | 220 - 240 N. | 0,5-2500 | ||
Overophedet hydrazin-monoergol | x | x | 280 - 300 N. | 0,05-0,5 | ||
Diergol ( monomethylhydrazin og nitrogenperoxid ) | x | x | x | 220 - 240 N. | 5-500 | |
Diergol (hydrazin og nitrogenperoxid) | x | x | x | 280 - 340 N. | 5-500 |
En rumsondes telekommunikationssystem er ansvarlig for udveksling af data mellem den og stationerne på Jorden. Disse inkluderer i retning af rumsonde - Jorden (downlink) de telemetridata, der leveres periodisk, hvilket gør det muligt at overvåge rumfartøjets tilstand såvel som de data, der indsamles af de videnskabelige instrumenter, der konkretiserer resultaterne af missionen. I retningen Jord - rumsonde (uplink) videresender instruktionerne til sonden samt eventuelle softwareopdateringer. Telekommunikationssystemets karakteristika afhænger af afstanden mellem rumsonden og Jorden, af mængden af tilgængelig energi og af massen af sonden. Den mest synlige komponent i systemet er den store gevinst parabol . Jo større diameteren på denne antenne er, desto mere koncentreret kan den transmitterede radiostråle være og gennemstrømningen, hvilket er afgørende, når afstanden fra Jorden forårsager et kraftigt fald i gennemstrømningen. Antennen kan være fast eller orienterbar, så den kan peges mod jorden uafhængigt af den valgte orientering til sonden, ofte begrænset af solens retning (energiproduktion) eller i forhold til det undersøgte objekt (kameraer ...).
For at radioforbindelsen skal fungere, skal radiostrålen, der udsendes af antennen med høj forstærkning, rettes nøjagtigt mod Jorden. Rumføleren har også altid retningsbestemte antenner med lav forstærkning, som kun tillader en meget lav datahastighed, men ikke kræver nogen pege. Disse antenner er implementeret i kort afstand fra Jorden, men frem for alt gør de det muligt at opretholde radioforbindelsen i tilfælde af en fejl i antenne-pegeproblemet med høj forstærkning, for eksempel når rumsonde ikke længere kan opretholde sin orientering ved efter en fejl i computeren eller dens holdningskontrolsystem. Der er også antenner med mellemliggende egenskaber kaldet medium gain, der udsender en bred stråle på 20 til 30 ° med gennemsnitlige bithastigheder. Radiosenderen sender i S- , X- eller Ka-båndet .
Formålet med interplanetære sonder er at udføre videnskabelige undersøgelser. Disse kræver transport af videnskabelige instrumenter, der udgør sondens nyttelast .
De fleste videnskabelige instrumenter ombord på en rumsonde, især om bord på en orbiter, er baseret på analysen af elektromagnetisk stråling, der udsendes af de observerede genstande. Disse instrumenter er for eksempel kameraer, spektrometre og radarer. De udnytter det faktum, at stof i alle dets tilstande (gas, faststof osv.) Udsender stråling, der udgør en signatur, der gør det muligt at identificere og kvantificere dets komponenter ( molekyler eller, hvis ikke, atomart ). Faktisk krydses rummet permanent af elektromagnetisk stråling produceret af himmellegemer ( stjerner , planeter ), men også som følge af tidligere begivenheder (stjerneeksplosion, Big Bang osv.). Denne stråling er mere eller mindre energisk (fra de mindst energiske radiobølger til gammastråler gennem mikrobølgeovn , infrarødt , synligt lys , ultraviolet og røntgenstråler ) afhængigt af det fænomen, der gav anledning til det. Materie interagerer med denne stråling: afhængigt af bølgelængden af den indfaldende stråling kan den absorbere denne stråling ( absorptionslinjer ), eller den kan genudsende den med en stærkere intensitet i andre bølgelængder ( emissionslinjer ). Fænomenet fluorescens , hvor et materiale rammes af ikke-synlig stråling og genudsender i synlig stråling, er det mest populære tilfælde.
Instrumenterne er klassificeret i 4 hovedkategorier i henhold til den anvendte observationsmetode:
Nogle molekyler , såsom nitrogen eller argon, interagerer lidt med elektromagnetisk stråling . På den anden side interagerer tunge molekyler på en kompleks måde med emissioner fordelt over hele spektralbåndet, hvilket gør deres fortolkning og identifikation af det originale molekyle vanskelig. Den massespektrometer er et instrument, der anvendes til at identificere og kvantificere molekyler af denne type. Det er et instrument, der også er velegnet til tilfælde, hvor densiteten af molekyler er lav. Massespektrometeret fungerer i kontakt med det anvendte materiale, hvilket begrænser dets anvendelse til atmosfæriske sonder og til maskiner, der lander på overfladen af de undersøgte himmellegemer (lander, rover). Driften er baseret på måling af molekylernes masse. Forskellige teknikker kan bruges. Efter at være blevet ioniseret, at materialet skal analyseres passager gennem en detektor, som kan være en kvadrupol analysator (analyse af banen i et magnetisk felt) eller en hastighed måling ordning , etc.
Røntgenspektrometer Magnetometer Radio- og plasmabølgedetektor Støvdetektor Opladet partikeldetektorOversigtstabellen nedenfor er et resumé af rumsondemissioner, der har resulteret i et stort teknisk eller videnskabeligt fremskridt.
Mission | Start | Type | Hoveddestination | Vigtigste resultater |
---|---|---|---|---|
Luna 2 eller Lunik 2 | 1959 | Måne | Første menneskeskabte genstand, der kolliderede med en anden krop i solsystemet. | |
Pioneer 1 | 1958 | Interplanetarisk rum | Første amerikanske rumsonde, der lykkedes i sin mission | |
Luna 3 | 1959 | Orbiter | Måne | Første sovjetiske rumsonde med succes afsluttet sin mission Første fotos af den anden side af månen. |
Mariner 2 | 1962 | Oversigt | Venus | Første tre-aksede stabiliserede rumsonde Første vellykket flyvning over Venus. |
Mariner 4 | 1964 | Oversigt | marts | Første vellykkede flyvning over Mars. |
Luna 9 | 1966 | Lander | Måne | Første bløde landing på en anden himmellegeme. |
Venera 7 | 1970 | Orbiter | Venus | Første bløde landing på jorden af Venus. |
Luna 16 | 1970 | Eksempel på tilbagevenden | Måne | Første prøve returneringsmission |
Luna 17 | 1970 | Rover | Måne | Første fjernstyrede rover på jorden af en anden himmellegeme |
3. marts | 1971 | Lander | marts | Første bløde landing af en rumsonde på Mars |
Mariner 10 | 1973 | Oversigt | Kviksølv | Første succesrige flyby af Mercury. Første brug af gravitationsassistance fra en planet til at ændre hastigheden og banen til en rumsonde. |
Pioneer 10 | 1972 | Oversigt | Ydre planeter | Første krydsning af asteroidebæltet Første flyvning over Jupiter Første brug af en radioisotop termoelektrisk generator |
Pioneer 11 | 1973 | Oversigt | Ydre planeter | Første flyvning over Saturn |
Viking 1 og 2 | 1975 | Lander | marts | Første detaljerede in situ analyse af Marsjord Første implementering af en kontrolleret og præcis landingsteknik |
Voyager 1 og 2 | 1977 | Oversigt | Jupiter , Saturn , Uranus og Neptun ( Voyager 2 ) | Første observation af ringe af Jupiter Opdagelsen af vulkanisme af Io Opdagelsen af strukturen i overfladen af Europa sammensætning af atmosfæren i Titan struktur Saturns ringe første flyvning Titan ( Voyager 1 ) Første (og kun i 2016) oversigt af Uranus og Neptun ( Voyager 2 ) |
Vega 1 og 2 | 1984 | Oversigt | Venus | Første brug af balloner til at undersøge atmosfæren på en anden planet |
Giotto | 1985 | Oversigt | Halleys komet | Første flyvning over kernen i en komet Første interplanetariske mission fra Den Europæiske Rumorganisation |
Galileo | 1989 | Orbiter | Jupiter og dens satellitter | Undersøgelse af Jupiters atmosfære Undersøgelse af vulkanen i Io Første atmosfæriske sonde i Jupiters atmosfære Første flyvning over en asteroide Gaspra (1991) |
Magellan | 1989 | Orbiter | Venus | Detaljeret kortlægning af overfladen af Venus med høj opløsning Første brug af syntetisk blænderadar til at kortlægge en planet |
Hiten | 1990 | Teknologisk demonstrator | Interplanetært medium | Første sonde, der bruger luftbremseteknikken |
Mars Global Surveyor | 1996 | Orbiter | marts | Første brug af luftbremseteknikken for at komme i kredsløb omkring en anden planet. |
Cassini-Huygens | 1997 | Orbiter | Saturn og Titan | Analyse af atmosfærerne i Titan og Saturn Detaljeret undersøgelse af Saturns satellitter Detaljeret undersøgelse af Saturns ringe Huygens foretager den første in situ analyse af månens atmosfære Titan og tager de første fotos af dens jord. |
Stardust | 1999 | Eksempel på tilbagevenden | Comet Wild | Første returnering af en prøve fra en komet til Jorden (2011) |
I nærheden af skomager | 2000 | Orbiter | Asteroid Eros | Første bløde landing på en asteroide |
2001 marts Odyssey | 2001 | Orbiter | marts | Opdagelse af store mængder vand på Mars |
Første Mosebog | 2001 | Eksempel på tilbagevenden | Lagrange punkt L 1 i Sun-Earth-systemet | Første solvindprøve Første rumsonde, der bragte en prøve af stof tilbage fra månen. |
Ånd | 2003 | Rover | marts | Første autonome rover på jorden af en anden planet. |
budbringer | 2004 | Orbiter | Kviksølv | Først sat i kredsløb omkring Merkur (2011) |
Rosetta | 2004 | Orbiter og Lander | Komet Churiumov-Guerassimenko | Første orbiter omkring en komet (2014) Første lander på jorden af en komet |
Dyb indvirkning | 2005 | Oversigt | Comet Tempel 1 | Første brug af en slaglegeme til at analysere jorden for en anden himmellegeme. |
Hayabusa | 2005 | Eksempel på tilbagevenden | Itokawa asteroide | Første jordprøve fra en asteroide bragt tilbage til jorden |
Nye horisonter | 2006 | Oversigt | Pluto og dens satellit Charon | Første oversigt over Pluto og Charon (2015) |
Phoenix | 2007 | Lander | marts | Første in situ analyse af jordpolernes jord |
Chang'e 1 | 2007 | Orbiter | Måne | Orbiter. Første kinesiske rumsonde |
Daggry | 2011 | Orbiter | Vesta og Ceres asteroider | Første rumsonde til undersøgelse af Ceres og Vesta Første brug af ionmotorer til en interplanetarisk videnskabelig mission Første rumsonde skal indsættes successivt omkring to himmellegemer Optag fremdrivningskapacitet (delta-V> 10 km / s ) |
Chandrayaan-1 | 2008 | Orbiter | Måne | Orbiter. Første indiske rumsonde |
Juno | 2011 | Orbiter | Jupiter | Første rumsonde til en ekstern planet ved hjælp af solpaneler |
Mars Science Laboratory | 2011 | Rover | marts | Anvendelse af en højpræcisions landingsteknik Registrer masse af videnskabelig instrumentering på jorden på en anden planet Første brug af en RTG på en rover |
Chang'e 4 | 2018 | Lander og rover | Måne | Første landing på den anden side af månen |
: dokument brugt som kilde til denne artikel.
Hovedtræk