Videnskab
 Science >> Videnskab >  >> Astronomi

ESAs solformørkelsesmaskine, Proba-3

På grund af opsendelsen sammen i 2024 vil de to satellitter, der udgør Proba-3, flyve i præcis formation for at danne en ekstern koronagraf i rummet, hvor den ene satellit formørker solen for at give den anden mulighed for at studere den ellers usynlige solkorona. Kredit:ESA-P. Carril

Hundredvis af millioner af mennesker vil være vidne til næste uges totale solformørkelse over hele Nordamerika, og solfysikere fra hele kloden strømmer til for at slutte sig til dem. Formørkelser giver et kort glimt af solens spøgelsesagtige omgivende atmosfære - solkoronaen - som normalt holdes usynlig af solens rene skær. Men coronaen vil snart blive åbnet op for mere vedvarende undersøgelse:I dag har ESA i Belgien afsløret det par rumfartøjer, der udgør deres nye Proba-3-mission, der er planlagt til at producere orbitale solformørkelsesbegivenheder efter behov.



Proba-3's Occulter-rumfartøj vil flyve omkring 150 m væk fra det andet Coronagraph-rumfartøj, vist for medierne i dag på Redwire Space-faciliteten i Kruibeke, Belgien, hvor de gennemgår test før flyvningen. Parret vil stille op med solen så præcist, at Occulter kaster en skygge på forsiden af ​​Coronagraph og lukker solen ud for at afsløre coronaen.

"De to rumfartøjer vil fungere, som om de er ét enormt 150 m langt instrument," forklarer Dietmar Pilz, ESA's direktør for teknologi, teknik og kvalitet. "At opnå dette vil dog være ekstremt teknisk udfordrende, fordi den mindste smule fejljustering, og det vil ikke fungere. Udviklingsprocessen har været tilsvarende lang - udført af et konsortium af mindre ESA-medlemsstater ledet af Spanien og Belgien - så jeg er meget glad for at se Proba-3 her i dag, der er klar til lancering."

Producerer kunstige solformørkelser i kredsløb

Den underliggende idé er ikke ny:en cylindrisk Apollo-kapsel forsøgte at gøre det samme for et sovjetisk Soyuz-rumfartøj under Apollo-Soyuz Test Project i 1975. Men målet med Proba-3 er at producere disse kunstige formørkelser rutinemæssigt gennem præcis formationsflyvning, i op til seks timer ad gangen pr. 19 timer og 36 minutters kredsløb.

Solformørkelser opstår på grund af et bemærkelsesværdigt kosmisk sammenfald:Solen er 400 gange større end Jordens måne, men den er også præcis 400 gange længere væk. Det betyder, at når de to kroppe er justeret præcist i rummet, dækker månen solens brændende ansigt og afslører solkoronaen, der strækker sig millioner af kilometer fra vores moderstjerne.

Proba-3-stak set adskilles i Occulter-rumfartøjer, top- og Coronagraph-rumfartøjer. Kredit:ESA—Magic Fennec

Sjældent set område af vores solsystem

Dette sjældent sete område af vores solsystem er af interesse både videnskabeligt og praktisk:en million grader varmere end solens overflade under det, koronaen giver anledning til solvinden og rumvejret, sammen med voldsomme udstødninger kendt som "koronal masse udstødninger", der driver rumvejr og solstorme, der potentielt påvirker både satellitter i kredsløb og jordbaserede strøm- og kommunikationsnetværk.

For at se mere af koronaen kan specialiserede teleskoper på jorden og i kredsløb kaldet "koronagrafer" inkorporere "okkultiske skiver" - omhyggeligt konstruerede skjolde til at dække solen inden for deres synsfelt og efterligne en solformørkelse. Men deres effektivitet er begrænset af et fænomen kaldet "diffraktion", hvor herreløst lys vælter ud over kanterne af koronagrafi. Måden at minimere denne effekt på er at flytte den okkulterende disk meget længere væk fra den observerende koronagraf – men praktiske begrænsninger for rumfartøjets størrelse gjorde denne løsning upraktisk for rummet.

Optræder som et enkelt stift rumfartøj

Indtil nu, altså. Ved at flyve de to rumfartøjer i præcis formation ned til millimeter nøjagtighed, vil Proba-3's vigtigste ASPIICS-instrument (Association of Spacecraft for Polarimetric and Imaging Investigation of the Corona of the sun) give data, som om det var ombord på et enkelt stift rumfartøj, der åbner op. et tidligere uhåndgribeligt studieområde mellem 3 og 1,1 solradier ud fra solen.

Denne nøjagtighed opnås ved at kombinere en række gradvist mere præcise positioneringsteknologier:satellitnavigation; radiobaserede inter-satellitforbindelser, kameraer med synligt lys, der går ind på LED'er og til sidst en laserstråle, der reflekteres mellem rumfartøjer. Proba-3's andet instrument er et radiometer, der måler solens samlede energiproduktion, hvilket er vigtigt for klimamodellering.

Fuldstændig autonom formationsflyvning

Formationsflyvningen vil foregå på fuld autonom basis, mod toppen af ​​hver 60.000 km højdebane, hvor gravitations-, atmosfæriske og magnetiske forstyrrelser minimeres. Resten af ​​tiden vil parret tilbringe resten af ​​deres kredsløb i passiv sikker drift.

Som med alle ESA's Proba-familie af teknologidemonstrationsmissioner, er beviset på succes i kvaliteten af ​​de producerede videnskabelige data.

Aktivering af nye typer rummissioner

Succesfuld opnåelse af præcis formationsflyvning ville muliggøre en helt ny æra for videnskab og applikationer. Missioner kunne flyves, der er meget større end ethvert enkelt rumfartøj – såsom gigantiske radio- og optiske interferometri-arrays – mens præcise orbitale rendezvous ville gøre servicering af satellitter i kredsløb mulig, hvilket forlænger ruminfrastrukturens levetid.

I mellemtiden drager medlemmer af Proba-3's videnskabsteam fordel af den nordamerikanske totale solformørkelse til at teste hardware designet til missionen:polariserende filterhjul, der bruges i ASPIICS, samt en alternativ LED-teknologi.

Leveret af European Space Agency




Varme artikler