Тип миссии | Наблюдение за Землей | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Оператор | ЕКА | ||||||||
ИДЕНТИФИКАТОР КОСПАР | 2010-013А | ||||||||
Номер SATCAT | 36508 | ||||||||
Веб-сайт | www.esa.int/SPECIALS/Cryosat/index.html | ||||||||
Продолжительность миссии | 3 года (планируется) Прошло: 14 лет, 6 месяцев, 19 дней | ||||||||
Свойства космического корабля | |||||||||
Производитель | EADS Астриум | ||||||||
Стартовая масса | 720 кг (1590 фунтов) | ||||||||
Сухая масса | 684 кг (1508 фунтов) | ||||||||
Размеры | 4,6 на 2,3 метра (15,1 фута × 7,5 фута) | ||||||||
Власть | 850 Вт | ||||||||
Начало миссии | |||||||||
Дата запуска | 8 апреля 2010 г., 13:57:04 UTC [1] ( 2010-04-08UTC13:57:04Z ) | ||||||||
Ракета | Днепр | ||||||||
Стартовая площадка | Байконур 109/95 | ||||||||
Подрядчик | ИСЦ Космотрас | ||||||||
Параметры орбиты | |||||||||
Система отсчета | Геоцентрический | ||||||||
Режим | Низкая Земля | ||||||||
Высота перигея | 718 километров (446 миль) [2] | ||||||||
Апогей высоты | 732 километра (455 миль) [2] | ||||||||
Наклон | 92,03 градуса [2] | ||||||||
Период | 99,16 минут [2] | ||||||||
Эпоха | 24 января 2015, 20:44:24 UTC [2] | ||||||||
Транспондеры | |||||||||
Группа | S Band (поддержка TT&C) X Band (сбор научных данных) | ||||||||
Пропускная способность | 8kbit/s загрузка (S Band) 100 Mbit/s загрузка (X Band) 2 kbit/s загрузка (S Band) | ||||||||
| |||||||||
Знак отличия ЕКА Земли для миссии CryoSat-2 |
CryoSat-2 — это исследовательская миссия Европейского космического агентства (ЕКА) , запущенная 8 апреля 2010 года. [3] CryoSat-2 предназначен для измерения толщины полярного морского льда и мониторинга изменений в ледяных щитах. [4] Его основная цель — измерение истончения арктического морского льда, но он может применяться и в других регионах и научных целях, таких как Антарктида и океанография. [5]
CryoSat-2 был построен в качестве замены CryoSat-1 , который не смог выйти на орбиту после неудачного запуска в октябре 2005 года. [6] CryoSat-2 был успешно запущен пять лет спустя в 2010 году с обновленным программным обеспечением, нацеленным на измерение изменений толщины льда с точностью ~10% от ожидаемого межгодового изменения. [7] В отличие от предыдущих миссий спутниковой альтиметрии, CryoSat-2 обеспечивает непревзойденное покрытие Арктики, достигая 88˚N (предыдущие миссии были ограничены 81,5˚N). [8]
Основной полезной нагрузкой миссии является радиолокатор с синтезированной апертурой ( SAR ) и интерферометрический радиолокационный высотомер (SIRAL), который измеряет высоту поверхности. [9] Вычитая разницу между высотой поверхности океана и высотой поверхности морского льда, можно рассчитать высоту надводного борта морского льда (часть льда, плавающая над поверхностью моря). Высота надводного борта может быть преобразована в толщину морского льда, если предположить, что морской лед плавает в гидростатическом равновесии . [10]
CryoSat-2 является частью более широкой миссии CryoSat Европейского космического агентства в рамках Программы живой планеты . [11] Космический аппарат был построен EADS Astrium и запущен ISC Kosmotras с помощью ракеты-носителя Днепр . 22 октября 2010 года CryoSat-2 был объявлен работоспособным после шести месяцев испытаний на орбите. [12]
Первоначальное предложение по программе CryoSat было представлено в рамках конкурса предложений в июле 1998 года для миссий Earth Explorer в рамках программы Living Planet Европейского космического агентства. [13] [14] Он был выбран для дальнейших исследований в 1999 году, и после завершения технико-экономического обоснования миссия была авторизована. Фаза строительства началась в 2001 году, а в 2002 году EADS Astrium получила контракт на строительство космического корабля. Также был подписан контракт с Eurockot на проведение запуска спутника с использованием ракеты-носителя Rokot / Briz-KM . [13]
Строительство оригинального космического корабля было завершено в августе 2004 года. После испытаний космический корабль был отправлен на космодром Плесецк в России в августе 2005 года и прибыл туда 1 сентября. [15] Запуск состоялся с площадки 133/3 8 октября; однако из-за отсутствия команды в системе управления полетом ракеты двигатель второй ступени не выключился в конце запланированного горения, и вместо этого ступень сгорела до истощения. [16] Это помешало второй ступени и Бриз-КМ разделиться, и в результате ракета не смогла выйти на орбиту. Космический корабль был потерян, когда он вернулся над Северным Ледовитым океаном , к северу от Гренландии . [17] [18]
В связи с важностью миссии CryoSat для понимания глобального потепления и сокращения полярных ледяных шапок был предложен новый спутник. [19] [20] Разработка CryoSat-2 была одобрена в феврале 2006 года, менее чем через пять месяцев после неудачи. [21]
Как и его предшественник, CryoSat-2 был построен EADS Astrium, а его основной инструмент был создан Thales Alenia Space . [22] Строительство и тестирование основного инструмента космического корабля были завершены к февралю 2008 года, когда он был отправлен для интеграции с остальной частью космического корабля. [23] В августе 2009 года наземная инфраструктура космического корабля, которая была перепроектирована с момента первоначальной миссии, была объявлена готовой к использованию. [24] Строительство и тестирование космического корабля были завершены к середине сентября. [25] Менеджером проекта миссии CryoSat-2 был Ричард Фрэнсис, который был системным менеджером в первоначальной миссии CryoSat. [26]
CryoSat-2 — это почти точная копия оригинального космического корабля, [27] однако были внесены некоторые изменения, включая добавление резервного радиолокационного высотомера. [25] В общей сложности при перестройке космического корабля было внесено 85 усовершенствований. [28]
Цель миссии CryoSat — определить изменения толщины льда на ледяных щитах Земли и морском ледяном покрове. [29] Ее основная цель — измерить толщину арктического морского льда, проверив гипотезу о том, что арктический морской лед истончается из-за изменения климата. [29] Кроме того, миссия направлена на мониторинг изменений толщины льда в Антарктиде и Гренландии, чтобы определить их вклад в повышение уровня моря. [29] Цели миссии можно обобщить следующим образом:
CryoSat достиг своих первоначальных целей миссии после запуска CryoSat-2, поэтому миссия была расширена новыми целями. [29]
Когда он был одобрен в феврале 2006 года, запуск CryoSat-2 был запланирован на март 2009 года. [21] Первоначально планировалось, что, как и его предшественник, он будет запущен с помощью ракеты Rokot, [30] однако из-за отсутствия доступных запусков вместо него была выбрана ракета Dnepr . Контракт на выполнение запуска был заключен с ISC Kosmotras . [31] Из-за задержек предыдущих миссий и проблем с доступностью дальности запуск был отложен до февраля 2010 года. [32]
Ракета «Днепр», предназначенная для запуска CryoSat-2, прибыла на космодром Байконур поездом 29 декабря 2009 года. [33] 12 января 2010 года первые две ступени ракеты были загружены в пусковой контейнер, и контейнер был подготовлен к транспортировке на стартовую площадку. [34] 14 января ее вывезли на площадку 109/95 , где она была установлена в шахту . На следующий день третья ступень была доставлена в шахту и установлена на ракете. [35]
После завершения строительства CryoSat-2 был помещен на хранение в ожидании запуска. [25] В январе 2010 года космический аппарат был вывезен со склада и отправлен на Байконур для запуска. Он вылетел из аэропорта Мюнхена имени Франца-Йозефа Штрауса на борту самолета Антонов Ан-124 12 января [36] и прибыл на Байконур на следующий день. [37] [38] После прибытия на стартовую площадку были проведены окончательная сборка и испытания. [39]
Во время финальных испытаний инженеры обнаружили, что антенна связи X-диапазона ( диапазоны НАТО H / I / J) космического корабля передавала лишь малую часть мощности, которую должна была бы передавать. Тепловизионное изображение показало, что волновод к антенне, глубоко внутри космического корабля, был очень горячим. Очевидно, именно там рассеивалась недостающая мощность. Волновод обычно нельзя было осмотреть или отремонтировать без серьезной разборки спутника, что потребовало бы возвращения на объекты в Европе и привело бы к значительной задержке запуска. Чтобы избежать этого, был привлечен местный хирург для осмотра компонента с помощью эндоскопа . [40] Хирург Татьяна Зыкова [41] обнаружила, что в трубке застряли два куска феррита , и смогла удалить их оба. Инженеры смогли помочь удалить второй с помощью магнита . [40] Было установлено, что феррит появился из поглощающей нагрузки, установленной глубоко внутри антенны, которая должна была улучшить ее работу. Часть феррита (оставшийся обломок этой нагрузки) была удалена из внутренней части основания антенны, чтобы предотвратить попадание дальнейшего мусора в волновод. [40]
4 февраля космический аппарат CryoSat-2 был заправлен топливом для запуска. Затем 10 февраля он был прикреплен к адаптеру полезной нагрузки и заключен в обтекатель полезной нагрузки , [42] чтобы сформировать блок, известный как модуль космической головки . [39] Он был доставлен на стартовую площадку с помощью транспортного средства, известного как « крокодил» , и установлен на вершине ракеты-носителя. [43] Выкатка состоялась 15 февраля, а на следующий день спутник был активирован для проверки его систем после интеграции на ракету. [42]
Когда космический аппарат был установлен на Днепре, запуск был запланирован на 25 февраля в 13:57 UTC. [44] До этого отсчет времени учений был запланирован на 19 февраля. [43] За несколько часов до запланированного начала учений МКК «Космотрас» объявил, что запуск задерживается, и в результате учения не состоялись. [42] Задержка была вызвана опасениями, что маневренные двигатели второй ступени не имеют достаточного количества резервного топлива. [45]
После задержки космический головной модуль был снят с ракеты и возвращен в здание сборки 22 февраля. [42] Пока он находился в здании сборки, проводились ежедневные проверки, чтобы убедиться, что космический корабль все еще нормально функционирует. После того, как проблема с топливом была решена, запуск был перенесен на 8 апреля, и операции по запуску возобновились. [46] 1 апреля космический головной модуль был возвращен в шахту и переустановлен на вершине Днепра. После комплексных испытаний учебный отсчет был успешно проведен 6 апреля. [47]
CryoSat-2 был запущен в 13:57:04 UTC 8 апреля 2010 года. [1] После успешного запуска [48] CryoSat-2 отделился от верхней ступени Днепра на низкую околоземную орбиту . Первые сигналы со спутника были обнаружены наземной станцией в Космическом центре Броглио в Малинди, Кения , через семнадцать минут после запуска. [49]
Основной полезной нагрузкой на борту CryoSat-2 является интерферометрический радиолокационный высотомер SAR (SIRAL), работающий в Ku-диапазоне (13,6 ГГц). [50] В отличие от оригинального CryoSat, на борту CryoSat-2 установлены два прибора SIRAL, один из которых служит резервным на случай отказа другого. [25] Прибор объединяет в себе радиолокационный высотомер с ограничением импульсов и вторую антенну с синтезированной апертурой и интерферометрической обработкой сигнала. [51] SIRAL имеет ширину полосы пропускания импульса 320 МГц. [51] Прибор работает в трех режимах в зависимости от типа измеряемой поверхности: режим низкого разрешения, режим радиолокатора с синтезированной апертурой (SAR) и режим интерферометра SAR (SARIn). [51] Режим низкого разрешения используется над внутренними частями ледяного щита и океанами, SAR используется над морским льдом и возможными океанографическими областями, а SARIn используется вокруг границ ледяного щита и горных ледников. [51]
Режим низкого разрешения работает в обычном режиме с ограничением по импульсу; площадь поверхности, видимая прибором, ограничена длиной радиолокационного импульса, передаваемого высотомером. [51] Одна антенна передает и принимает радиолокационный сигнал. [8] Этот режим гарантирует, что возвращающиеся эхо-сигналы не коррелированы. [8]
Зона охвата в режиме низкого разрешения составляет приблизительно 1,7 км. [8] Частота повторения импульсов в этом режиме составляет 1,97 кГц. [51]
В режиме SAR SIRAL излучает пачку из 64 импульсов, разделенных на узкие продольные лучи с помощью эффекта Доплера . [10] Каждая полоса имеет ширину ~250 м, а интервал между пачками означает, что каждое местоположение на земле измеряется несколько раз, что повышает точность. [51]
Зона действия SAR составляет приблизительно 0,31 км вдоль трассы и 1,67 км поперек трассы. [52] Частота повторения импульсов в этом режиме составляет 18,181 кГц. [51]
В режиме SARIn две антенны используются для учета наклона поверхности. [51] Две антенны, установленные на расстоянии 1 м друг от друга, принимают эхо-сигнал почти одновременно. [51] Если отраженный сигнал возвращается из точки, отличной от надира , то можно измерить угол между базовой линией и направлением эхо-сигнала, тем самым оценивая наклон поверхности. [8]
Интеграция доплеровской орбиты и радиопозиционирования (DORIS) является вторым инструментом на CryoSat-2 и точно рассчитывает орбиту космического корабля. [53] На борту космического корабля также имеется ряд ретрорефлекторов , которые позволяют проводить измерения с Земли для проверки орбитальных данных, предоставленных DORIS. [53] [54]
После запуска CryoSat-2 был выведен на низкую околоземную орбиту с перигеем 720 километров (450 миль), апогеем 732 километра (455 миль), наклонением 92 градуса и периодом обращения 99,2 минуты. [55] Масса при запуске составляла 750 килограммов (1650 фунтов), [30] и он превысил ожидаемый срок службы в три года. [54]
Запуск и операции по ранней фазе орбиты были завершены утром 11 апреля 2010 года, а SIRAL был активирован позже в тот же день. [56] В 14:40 UTC космический аппарат передал свои первые научные данные. [57] Первоначальные данные о толщине льда были представлены ведущим исследователем миссии Дунканом Уингхэмом на симпозиуме Living Planet 2010 1 июля. [58] Позже в том же месяце данные были впервые предоставлены ученым. [59] Космический аппарат прошел шесть месяцев испытаний на орбите и ввода в эксплуатацию, которые завершились проверкой 22 октября 2010 года, которая показала, что космический аппарат работает так, как и ожидалось, и готов к началу эксплуатации. [60]
Эксплуатационная фаза миссии началась 26 октября 2010 года под руководством Томмазо Парринелло, который в настоящее время является руководителем миссии.
CryoSat успешно достиг своих целей миссии после запуска CryoSat-2. [61]
Оценки толщины морского льда были сделаны Центром полярных наблюдений и моделирования , Институтом Альфреда Вегенера ( Институт полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера ), Лабораторией реактивного движения НАСА и Центром космических полетов Годдарда . [10] [62] [52] [63] Данные о толщине арктического морского льда доступны для просмотра и загрузки в Центре полярных наблюдений и моделирования. [64]
Была проведена работа по расширению записи толщины морского льда, включив в нее лето (май-сентябрь). Из-за наличия талых прудов на арктическом морском льду летом было сложно различать возвраты волн в морской лед и морскую воду. [8] В 2022 году запись арктического летнего морского льда была создана с использованием нейронной сети, но было признано, что необходимо проделать дополнительную работу для устранения источников неопределенности в оценках. [65]
Данные CryoSat-2 выявили 25 000 подводных гор , и по мере интерпретации данных их будет становиться все больше. [66] [67] [68] [69]
С самого начала программы CryoSat было ясно, что потребуется обширная серия измерений, как для понимания взаимодействия радиолокационных волн с поверхностью ледяных шапок, так и для соотнесения измеренного надводного борта плавающего морского льда с его толщиной. Последнее, в частности, должно было учитывать снеговую нагрузку. Для морского льда, который движется, когда его сдувает ветер, также необходимо было разработать методы, которые могли бы давать последовательные результаты при измерении с платформ, движущихся с разной скоростью (ученые на поверхности, буксируемые вертолетом зонды, бортовые радары и сам CryoSat). Ряд кампаний был проведен в рамках программы под названием CRYOVEX [28] , которая была направлена на рассмотрение каждой из выявленных областей неопределенности. Эти кампании продолжались в ходе разработки оригинального CryoSat и были запланированы для продолжения после его запуска.
После объявления о том, что CryoSat-2 будет построен, программа CRYOVEX была расширена. Эксперименты проводились в Антарктиде, чтобы определить, как снег может повлиять на его показания, и предоставить данные для калибровки спутника. [70] В январе 2007 года Европейское космическое агентство опубликовало запрос предложений для дальнейших экспериментов по калибровке и проверке. [71] Дальнейшие эксперименты CryoVEx были проведены на Шпицбергене в 2007 году, [72] за которыми последовала последняя экспедиция в Гренландию и ледяной покров Девона в 2008 году. [73] Дополнительные измерения снега были предоставлены экспедицией Arctic Arc и прибором Airborne Synthetic Aperture and Interferometric Radar Altimeter System (ASIRAS) Института Альфреда Вегенера , установленным на борту самолета Dornier 228. [72]