《The Boss Baby》上战场跳热舞 粉丝恶搞热门大片

Advanced Composition Explorer

Inne nazwy	百度 据投资者透露，去年12月底，财大狮就开始逾期了。 ACE, Explorer 71
Zaanga?owani	NASA
Indeks COSPAR	1997-045A
Rakieta no?na	Delta 7920-8
Miejsce startu	Cape Canaveral Air Force Station, USA
Cel misji	przestrzeń mi?dzyplanetarna
Orbita (docelowa, pocz?tkowa)
Czas trwania
Pocz?tek misji	25 sierpnia 1997 (14:39 UTC)
Wymiary
Wymiary	kad?ub: wys. 1,6 m; ?r. 1 m; rozpi?to?? ca?k. 8,3 m
Masa ca?kowita	756,54 kg
Masa aparatury naukowej	156,4 kg

Start rakiety Delta II z sond? ACE

Wizja artystyczna sondy ACE na orbicie wokó? punktu L1 uk?adu Ziemia – S?ońce

Advanced Composition Explorer (ACE) – amerykańska sonda kosmiczna, której misja jest realizowana w ramach programu Explorer. Po starcie 25 sierpnia 1997, sonda zosta?a skierowana na orbit? Lissajous wokó? punktu L₁ uk?adu Ziemia – S?ońce, sk?d prowadzi pomiary in situ cz?stek pochodz?cych z korony s?onecznej, o?rodka mi?dzyplanetarnego, lokalnego o?rodka mi?dzygwiazdowego i materii galaktycznej. Dane z sondy wykorzystywane s? do wczesnego ostrzegania przed burzami magnetycznymi.

Przygotowania do misji

Koncepcja misji ACE (pocz?tkowo nazwana Cosmic Composition Explorer) powsta?a w czerwcu 1983, na spotkaniu grupy naukowców zorganizowanym na University of Maryland. Propozycja zosta?a przes?ana do NASA, lecz nie zosta?a wtedy podj?ta. Ponownie przedstawiono j? w 1986 roku, jako odpowied? na og?oszone przez NASA zaproszenie do uczestnictwa w programie Explorer (Explorer Concept Study Program). W 1988 projekt misji zosta?, jako jeden z czterech, wybrany do jednorocznej fazy A (Concept Study) programu.

22 kwietnia 1991 zosta? podpisany kontrakt mi?dzy o?rodkiem NASA Goddard Space Flight Center (GSFC) a California Institute of Technology, co oficjalnie zapocz?tkowa?o misj? ACE. Faza B (Definition Study) rozpocz??a si? w sierpniu 1992. Wst?pna ocena projektu misji (Preliminary Design Review) odby?a si? w listopadzie 1993, po czym przyst?piono do fazy C/D (Implementation).

Kierownictwo nad misj? przej??o NASA Goddard Space Flight Center. Sonda zosta?a skonstruowana przez Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL). Kierownictwo nad konstrukcj? instrumentów sondy sprawowa? California Institute of Technology. Po zakończeniu integracji instrumentów z sond?, przesz?a ona seri? testów kolejno w APL i GSFC, po czym zosta?a przetransportowana na kosmodrom Cape Canaveral Air Force Station, gdzie przeprowadzone zosta?y finalne etapy monta?u i testów przedstartowych oraz integracja sondy z rakiet? no?n?.

Cele misji

Cele naukowe misji

G?ównym zadaniem sondy ACE jest okre?lenie i porównanie sk?adu pierwiastkowego i izotopowego próbek materii pochodz?cej z korony s?onecznej, o?rodka mi?dzyplanetarnego, lokalnego o?rodka mi?dzygwiazdowego i materii galaktycznej.

Zakres energii pokrywany przez spektrometry sondy obejmuje od oko?o 100 eV/nukleon do oko?o 600 MeV/nukleon. Rozstrzygaj?ce badania obfito?ci zostan? wykonane dla praktycznie wszystkich izotopów o liczbie atomowej Z = 1–30 (od wodoru do cynku), z obserwacjami si?gaj?cymi do cyrkonu (Z = 40).

Porównanie tych próbek materii pos?u?y do przeprowadzenia badań nad pochodzeniem i ewolucj? Uk?adu S?onecznego i materii galaktycznej, dzi?ki wyodr?bnieniu efektów takich fundamentalnych procesów jak: nukleosynteza, rozdzielanie cz?stek na?adowanych i neutralnych, przyspieszanie plazmy oraz cz?stek nadtermicznych i wysokoenergetycznych. W szczególno?ci instrumenty sondy ACE umo?liwiaj? przeprowadzenie badań z szerokiego zakresu fundamentalnych problemów w nast?puj?cych obszarach:

• Sk?ad pierwiastkowy i izotopowy materii:
  • Stworzenie wykazu obfito?ci izotopów w materii s?onecznej na podstawie bezpo?redniego badania jej próbek.
  • Ustalenie ze znacznie poprawion? dok?adno?ci? sk?adu korony s?onecznej.
  • Okre?lenie ró?nic izotopowych mi?dzy galaktycznym promieniowaniem kosmicznym i materi? Uk?adu S?onecznego.
  • Pomiar sk?adu mi?dzygwiezdnych i mi?dzyplanetarnych jonów przechwyconych (ang. pick-up ions).
  • Ustalenie sk?adu izotopowego sk?adnika anomalnego promieniowania kosmicznego (ang. anomalous cosmic ray component), reprezentuj?cego próbk? lokalnego o?rodka mi?dzygwiazdowego.
• Pochodzenie pierwiastków i proces ewolucji sk?adu materii:
  • Poszukiwanie ró?nic w sk?adzie izotopowym mi?dzy materi? s?oneczn? a meteorytow?.
  • Ustalenie wk?adu wiatru s?onecznego i s?onecznych cz?stek wysokoenergetycznych do sk?adu materii ksi??ycowej i meteorytowej oraz do atmosfer i magnetosfer planetarnych.
  • Ustalenie dominuj?cych procesów nukleosyntezy, które maj? wk?ad w materi? ?róde? promieniowania kosmicznego.
  • Ustalenie czy promieniowanie kosmiczne jest próbk? ?wie?o zsyntetyzowanej materii (np. z supernowych), czy wspó?czesnego o?rodka mi?dzygwiazdowego.
  • Testowanie modeli ewolucji Galaktyki poprzez poszukiwanie wzorów w sk?adzie izotopowym materii s?onecznej i galaktycznej.
• Powstawanie korony s?onecznej i przyspieszanie wiatru s?onecznego:
  • Wyodr?bnienie dominuj?cych procesów formowania korony s?onecznej dzi?ki porównaniu obfito?ci pierwiastków w koronie i fotosferze.
  • Zbadanie stanu plazmy w miejscu ?róde? wiatru s?onecznego i s?onecznych cz?stek wysokoenergetycznych poprzez pomiar i porównanie stanów ?adunku elektrycznego w tych dwóch populacjach.
  • Zbadanie procesów przyspieszanie wiatru s?onecznego i frakcjonowania zale?nego od ?adunku lub masy w ró?nych rodzajach przep?ywów wiatru s?onecznego.
• Przyspieszanie i transport cz?stek:
  • Wykonanie bezpo?rednich pomiarów frakcjonowania zale?nego od ?adunku i/lub masy podczas rozb?ysków s?onecznych i procesów przyspieszania w przestrzeni mi?dzyplanetarnej.
  • Wprowadzenie ograniczeń na modele rozb?ysków s?onecznych, szoków koronalnych i przyspieszania w przestrzeni mi?dzyplanetarnej dzi?ki danym o ?adunku, masie i danym spektralnym obejmuj?cym zakres energii do 5 rz?dów wielko?ci.
  • Sprawdzenie teoretycznych modeli dla rozb?ysków bogatych w ³He i s?onecznych rozb?ysków promieniowania gamma.
  • Pomiar skal czasowych przyspieszania i propagacji promieniowania kosmicznego przy u?yciu datowania izotopowego.

Eksperyment RTSW

Sonda ACE umieszczona jest na orbicie po?o?onej w odleg?o?ci oko?o 1,5 mln km od Ziemi w kierunku S?ońca. Sprawia to, ?e znajduje si? w dogodnej pozycji do wykonywania pomiarów parametrów mi?dzyplanetarnego pola magnetycznego i wiatru s?onecznego, które wp?ywaj? na tzw. pogod? kosmiczn? (ang. space weather), zanim zderz? si? one z ziemsk? magnetosfer?. Umieszczony na pok?adzie sondy system RTSW (Real Time Solar Wind) zbiera i przekazuje w czasie rzeczywistym na Ziemi? dane pomiarowe z czterech instrumentów (EPAM, MAG, SIS i SWEPAM). Dzi?ki temu mo?liwe jest wydawanie, z wyprzedzeniem do jednej godziny, ostrze?eń przed nadchodz?cymi burzami magnetycznymi, które s? rezultatem interakcji mi?dzy mi?dzyplanetarnym i ziemskim polem magnetycznym. Mog? one prowadzi? do nag?ego wzrostu ilo?ci cz?stek na?adowanych uwi?zionych w magnetosferze Ziemi. Intensywne burze magnetyczne mog? zaburza? prac? i powodowa? uszkodzenia naziemnych systemów energetycznych, zak?óca? ??czno?? radiow? oraz uszkadza? satelity na orbicie wokó?ziemskiej.

Przekazywane przez system RTSW dane obejmuj? pomiary pr?dko?ci, g?sto?ci i temperatury wiatru s?onecznego z instrumentu SWEPAM, wektory pola magnetycznego z instrumentu MAG oraz strumienie cz?stek na?adowanych z instrumentów EPAM i SIS. Typowa rozdzielczo?? czasowa pomiarów wynosi 1 minut?. Dane s? transmitowane w sposób ci?g?y, z pr?dko?ci? 434 b/s, przez 21 godzin na dob?, do sieci stacji naziemnych pracuj?cych dla National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Przez pozosta?e 3 godziny na dob?, gdy ??czno?? z sond? przejmuje NASA, przekazuje ona do NOAA kopi? tych danych. Przesy?ane s? one w celu przetworzenia do nale??cego do NOAA o?rodka Space Weather Prediction Center w Boulder, sk?d trafiaj? do o?rodka Space Weather Operations.

Ca?y proces odbioru, przetworzenia i przekazania danych do odbiorców końcowych odbywa si? w czasie 5 minut od wys?ania ich z pok?adu sondy ACE.

Konstrukcja sondy

Elementy sk?adowe sondy ACE

Kad?ub sondy ACE zbudowany jest z dziesi?ciu p?yt aluminiowych, przymocowanych do ramy z aluminium i tytanu, tworz?cych konstrukcj? o wymiarach 142,2 × 76,2 cm. Górny i dolny pok?ad maj? kszta?t oktagonów, które s? po??czone przez prostok?tne ?cianki boczne. U spodu kad?uba znajduje si? wysoki na 22,9 cm cylindryczny ??cznik do rakiety no?nej. Sonda jest stabilizowana obrotowo. Pr?dko?? wirowania wynosi 5 obrotów na minut?, przy czym sonda obraca si? wokó? w?asnej osi w taki sposób, ?e jedna jej strona jest zawsze zwrócona w kierunku S?ońca, a przeciwna w kierunku Ziemi.

Wi?kszo?? instrumentów (SEPICA, SIS, SWICS, SWEPAM, ULEIS, EPAM oraz S3DPU) jest przymocowanych do górnego pok?adu, zwróconego w kierunku S?ońca. Do bocznych ?cian kad?uba przytwierdzono instrumenty CRIS i SWIMS oraz wi?kszo?? systemów sondy. Na dolnym pok?adzie umieszczono elementy systemu ??czno?ci oraz instrument SLAM. Do boków górnego pok?adu kad?uba s? przymocowane cztery rozk?adane skrzyd?a paneli s?onecznych, ka?de o wymiarach 86,4 × 149,9 cm. Wykonane z krzemu ogniwa s?oneczne dostarczaj? pr?d o napi?ciu 28 V. Ich moc, na koniec 5-letniego okresu trwania misji, zaplanowano na 444 W. Do końcówek dwóch ze skrzyde? przymocowane s? wysi?gniki magnetometrów o d?ugo?ci 152,4 cm. Z roz?o?onymi panelami s?onecznymi i magnetometrami sonda ma ca?kowit? rozpi?to?? oko?o 8,3 m.

Za sterowanie sond? oraz za zbieranie, formatowanie i magazynowanie danych naukowych i in?ynieryjnych odpowiedzialny jest Command and Data Handling Subsystem (C&DH). W jego sk?ad wchodz?:

• Dwa redundantne uk?ady C&DH oparte na procesorze Harris RTX2010 programowanym w j?zyku FORTH. Procesory wykonane w technologii CMOS/SOS s? szczególne odporne na zak?ócenia wywo?ywane przez rozb?yski s?oneczne.
• Dwa pó?przewodnikowe rejestratory danych (Solid State Recorders, SSRs) wykorzystuj?ce modu?y DRAM, ka?dy o pojemno?ci 1,073 Gb.
• Uk?ad sterowania zasilaniem (Power Switching component).
• Uk?ad odpalania silników (Ordnance Fire component).

Za kontrol? po?o?enia sondy w przestrzeni odpowiedzialny jest Attitude Determination and Control Subsystem (ADandC). W jego sk?ad wchodz? redundantne czujniki S?ońca oraz pojedynczy szukacz gwiazd.

Wewn?trz kad?uba znajduj? si? cztery tytanowe zbiorniki wype?nione hydrazyn?, której masa wynosi?a na pocz?tku misji 195 kg. Stanowi ona jednosk?adnikowy materia? p?dny dla 10 silników korekcyjnych (4 w osi sondy i 6 prostopad?ych do niej) o ci?gu 4,4 N ka?dy i impulsie w?a?ciwym 216 s. Silniki pos?u?y?y do wprowadzenia sondy na orbit? wokó? punktu L₁ uk?adu Ziemia – S?ońce i wykorzystywane s? do przeprowadzania korekt orbity oraz do kontroli pr?dko?ci wirowania i po?o?enia sondy.

??czno?? sondy z Ziemi? zapewniaj? dwa identyczne, redundantne i niezale?ne systemy korzystaj?ce z pojedynczej anteny o wysokim zysku o ?rednicy 76 cm. W sk?ad ka?dego systemu ??czno?ci wchodzi transponder z nadajnikiem o mocy 5 W, diplekser, sie? prze??czników i dwie anteny ?rubowe o szerokiej wi?zce. Transmisja danych na Ziemi? odbywa si? w pa?mie S, na cz?stotliwo?ci 2278,35 MHz z nast?puj?cymi szybko?ciami:

• 434 b/s – transmisja o ma?ej szybko?ci i eksperyment RTSW do stacji odbiorczych NOAA;
• 6944 b/s – transmisja w czasie rzeczywistym;
• 76 384 b/s – nagrane dane z rejestratorów w po??czeniu z transmisj? w czasie rzeczywistym.

Komendy z Ziemi na pok?ad sondy przesy?ane s? na cz?stotliwo?ci 2097,9806 MHz z szybko?ci? 1000 b/s.

Instrumenty sondy

Na pok?adzie sondy ACE znajduje si? dziewi?? instrumentów naukowych, na potrzeby g?ównej misji, oraz jeden dodatkowy instrument in?ynieryjny. Sze?? spo?ród instrumentów stanowi? spektrometry mas o wysokiej rozdzielczo?ci. Ka?dy ze spektrometrów ma konstrukcj? umo?liwiaj?c? uzyskiwanie optymalnej rozdzielczo?ci ?adunku i masy w okre?lonym zakresie energii, a ich zdolno?ci zbieraj?ce s? od 10 do 1000 razy wi?ksze od wcze?niej przeprowadzonych eksperymentów.

W sk?ad ?adunku wchodz? tak?e trzy instrumenty o standardowej konstrukcji s?u??ce do monitorowania wysokoenergetycznych elektronów, protonów i jonów helu oraz magnetometr.

Z wyj?tkiem jednego spektrometru, wszystkie pozosta?e instrumenty sondy pracuj? prawid?owo (stan na styczeń 2012). Z powodu awarii zaworów kontroluj?cych przep?yw gazu przez instrument, spektrometr SEPICA zaprzesta? dostarczania danych naukowych 4 lutego 2005 i zosta? ostatecznie wy??czony 20 kwietnia 2011.

Instrument	Opis instrumentu Wykonawca instrumentu
Solar Energetic Particle Ionic Charge Analyzer (SEPICA)	Zestaw analizatorów elektrostatycznych, liczników proporcjonalnych i detektorów pó?przewodnikowych. Pomiary ?adunku elektrycznego jonów (Q), energii kinetycznej (E) i liczby atomowej (Z) jonów w zakresie energii od ok. 0,2 MeV/nukleon do ok. 5 MeV/?adunek dla 2 ≤ Z ≤ 28. Masa 38,3 kg (+ S3DPU). University of New Hampshire, Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
Ultra Low Energy Isotope Spectrometer (ULEIS)	Spektrometr mas typu time-of-flight. Pomiary jonów w zakresie energii od ok. 20 keV/nukleon do ok. 10 MeV/nukleon dla 2 ≤ Z ≤ 28 oraz ci??szych jonów (Z ≥ 28) o energii ok. 0,5 MeV/nukleon. Masa 21,9 kg. University of Maryland, The Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (JHU/APL)
Solar Wind Ion Mass Spectrometer (SWIMS)	Spektrometr mas typu time-of-flight. Pomiary sk?adu chemicznego i izotopowego wiatru s?onecznego oraz ?adunku i pr?dko?ci jonów o energii do 10 keV/e dla 2 ≤ Z ≤ 28. Masa 8,6 kg (+ S3DPU). University of Maryland, Universit?t Bern
Solar Wind Ion Composition Spectrometer (SWICS)	Spektrometr mas typu time-of-flight, analizator elektrostatyczny i detektor pó?przewodnikowy. Pomiary sk?adu i ?adunku oraz temperatury i pr?dko?ci jonów o energii do 100 keV/e dla 2 ≤ Z ≤ 28. Masa 6,0 kg (+ S3DPU). University of Maryland, Universit?t Bern
Solar Isotope Spectrometer (SIS)	Zestaw dwóch teleskopów, ka?dy z 17 pó?przewodnikowymi detektorami krzemowymi. Pomiary liczby atomowej, masy i energii kinetycznej j?der w zakresie energii od ok. 10 do ok. 100 MeV/nukleon dla 2 ≤ Z ≤ 30. Masa 22,4 kg. California Institute of Technology, NASA Goddard Space Flight Center, NASA Jet Propulsion Laboratory
Cosmic Ray Isotope Spectrometer (CRIS)	Zestaw z?o?ony z hodoskopu i 4 teleskopów z pó?przewodnikowymi detektorami krzemowymi. Pomiary liczby atomowej, masy i energii kinetycznej j?der w zakresie energii od ok. 100 do ok. 600 MeV/nukleon dla 2 ≤ Z ≤ 30, z mo?liwo?ci? pomiarów ci??kich j?der do Z = 40. Masa 31,6 kg. California Institute of Technology, NASA Goddard Space Flight Center, NASA Jet Propulsion Laboratory, Washington University in St. Louis
Solar Wind Electron, Proton and Alpha Monitor (SWEPAM)	Dwa oddzielne instrumenty monitoruj?ce elektrony i jony wiatru s?onecznego. ??czna masa 6,8 kg. SWEPAM-E – Analizator elektrostatyczny. Pomiary elektronów w zakresie energii 1 – 900 eV. SWEPAM-I – Analizator elektrostatyczny. Pomiary jonów w zakresie energii 0,26 – 35 keV. Los Alamos National Laboratory
Electron, Proton and Alpha Monitor (EPAM)	Zestaw pi?ciu teleskopów z detektorami pó?przewodnikowymi. Pomiary elektronów i jonów w zakresie energii od ≈ 30 keV do ≈ 5 MeV. Masa 12,8 kg. JHU/APL
Magnetic Field Experiment (MAG)	Dwa trójosiowe magnetometry transduktorowe na wysi?gnikach, w odleg?o?ci 4,19 m od centrum sondy. Pomiary pól magnetycznych w zakresie od ± 4 nT do ± 65 536 nT. Masa 4,1 kg. University of Delaware Bartol Research Institute, NASA Goddard Space Flight Center
Spacecraft Loads and Acoustics Measurements (SLAM)	Instrument in?ynieryjny. Pomiary warto?ci przyspieszeń i oddzia?ywań wibroakustycznych na elementy konstrukcyjne sondy w czasie pierwszych 5 minut startu. NASA Goddard Space Flight Center

Przebieg misji

Schemat po?o?enia orbity sondy ACE wzgl?dem Ziemi i S?ońca

Start sondy ACE nast?pi? 25 sierpnia 1997, ze stanowiska startowego LC17A na Cape Canaveral Air Force Station. Po wej?ciu na wst?pn? orbit? parkingow?, powtórny zap?on drugiego cz?onu rakiety no?nej Delta wprowadzi? sond? na wyd?u?on? orbit? eliptyczn? o perygeum 177 km i apogeum 1,37 mln km. Po osi?gni?ciu apogeum, oko?o miesi?c od startu, sonda wykona?a seri? manewrów korekcyjnych, po których w dniach od 9 grudnia do 12 grudnia 1997 wykonano manewry wej?cia na orbit? wokó? punktu L₁ uk?adu Ziemia – S?ońce. Pó?o? wielka osi?gni?tej orbity Lissajous wynosi oko?o 200 tys. km.

21 stycznia 1998 misja sondy zosta?a uznana za operacyjn?. Projektowany czas jej funkcjonowania wynosi? 5 lat, misja zosta?a jednak przed?u?ona. Kierownictwo misji przewiduje (stan na styczeń 2012), ?e zapas paliwa na pok?adzie dla silników manewrowych wystarczy do utrzymania pracy sondy ACE do 2024 roku.