Возрождение
«Кластера»
И.Лисов. «Новости космонавтики»
16 июля
в 15:39:34.954 ДМВ (12:39:35 UTC) с ПУ №6 на 31-й площадке 5-го Государственного испытательного космодрома РФ (Байконур) был выполнен пуск РН «Союз-У» (11А511У-ПВБ № А15000-069) с разгонным блоком «Фрегат» (№1003) и двумя спутниками Cluster II Европейского космического агентства.
Запуск был осуществлен по заказу российско-французского СП Starsem специалистами Центра испытаний ЦИ-1 КБ общего машиностроения Росавиакосмоса при участии боевых расчетов РВСН, которые оказывали помощь в его подготовке и контролировали выведение КА на орбиту. Носитель изготовлен в ГНПРКЦ «ЦСКБ-Прогресс» (г.Самара), разгонный блок – в НПО имени С.А.Лавочкина (НПОЛ, г.Химки). Их подготовкой на полигоне руководили заместитель генерального конструктора ЦСКБ Александр Солдатенков и заместитель генерального конструктора НПОЛ Валериан Байкин.
Трехступенчатая РН «Союз-У» обеспечила выход головного блока (ГБ) на суборбитальную траекторию. РБ «Фрегат», для которого этот пуск стал третьим в программе летных испытаний, выполнил довыведение на опорную околокруговую орбиту высотой 190 км, а в 16:55:42 включился во второй раз для перевода ГБ на высокоэллиптическую орбиту. Отделение КА было выполнено около 17:10 ДМВ (14:10 UTC) с интервалом в 10 сек: первым отделился аппарат с заводским номером FM7, вторым – FM6.
По сообщению ЕКА, аппараты были выведены на орбиту высотой 245х18067 км, близкую к расчетной. Начальные параметры орбит спутников и РБ «Фрегат», рассчитанные по орбитальным элементам Группы орбитальной информации Центра космических полетов имени Годдарда NASA США, приведены в таблице, наряду с номерами объектов в каталоге Космического командования США и присвоенными им международными обозначениями. Высоты отсчитаны от поверхности земного эллипсоида.
|
Объект |
Номер |
Межд.
обозначение
|
Параметры
орбиты |
|
i, ° |
Hp, км |
Ha, км |
P, мин |
|
Cluster II FM7 (Samba) |
26410 |
2000-041A |
64.88 |
242 |
18078 |
321.2 |
|
Cluster II FM6 (Salsa) |
26411 |
2000-041B |
64.88 |
239 |
18082 |
321.2 |
|
РБ “Фрегат” |
26412 |
2000-041C |
64.83 |
156 |
18061 |
319.6 |
Аналогичная схема пуска и орбита выведения использовалась при втором испытательном пуске «Фрегата» 20 марта (НК №5, 2000). На этот раз, в отличие от мартовского пуска, в апогее первого витка был выдан тормозной импульс, в результате которого РБ «Фрегат» был сведен с орбиты в Атлантический океан. Это важная мера предотвращения засорения околоземного пространства космическим мусором.
Запуск был выполнен со второй попытки. Он должен был состояться накануне, 15 июля, в 15:40:38.2 ДМВ, всего через 41 минуту после старта с Плесецка аппаратов CHAMP и MITA (см. с.29). Стартовое окно продолжалось 6 мин. КА планировалось отделить в 17:11:13 и 17:11:23 ДМВ на орбите с наклонением 64°50'49'' и высотой 250х18000 км. На 19:37:19 было запланировано включение ДУ РБ длительностью от 95 до 215 сек для схода с орбиты (см. расчетную циклограмму выведения).
|
Время от КП |
Событие |
|
00:00:00 |
Старт |
|
00:09:49 |
Первое включение ДУ
РБ (170 сек) |
|
00:12:38 |
Выключение ДУ РБ |
|
00:22:03 |
Конец зоны
радиовидимости |
|
00:26:06 |
Вход в тень |
|
00:54:24 |
Выход из тени |
|
01:15:13 |
Подготовка второго
включения ДУ РБ |
|
01:16:08 |
Второе включение ДУ
РБ (527 сек) |
|
01:24:55 |
Выключение ДУ РБ |
|
01:28:50 |
Начало зоны
радиовидимости |
|
01:30:14 |
Начало закрутки РБ |
|
01:30:35 |
Отделение верхнего
КА (FM7) |
|
01:30:45 |
Отделение нижнего
КА (FM6) |
|
01:32:00 |
Прием сигнала на
станции Кируна |
|
02:12:00 |
Конец ЗРВ с Кируны |
|
02:38:00 |
Прием сигнала на
станции Канберра |
|
02:58:00 |
Прием сигнала на
станции Перт |
|
03:56:40 |
Включение ДУ РБ для
схода с орбиты |
|
06:34:28 |
Вход РБ в атмосферу |
По сообщению пресс-службы РВСН, Госкомиссия приняла решение об отмене пуска за 15 мин до расчетного времени, так как не прошла команда на наддув баков 3-й ступени. Было установлено, что после прошедшего накануне проливного дождя произошло замокание разъемов пневмощитка. В результате пуск был перенесен на резервный день.
По информации ЕКА, неисправность была обнаружена в пиротехнической системе зажигания центрального блока (2-й ступени), а отмена пуска прошла за 2 мин до старта.
Третья версия событий изложена в репортаже О.Урусова (см. врезку).
Пуск второй пары КА Cluster II запланирован на 9 августа в 14:13:35 ДМВ (11:13:35
UTC).
|
|
|
О.Урусов специально для «Новостей космонавтики»
15 июля после завершения заправки РН, примерно в 17:13 местного времени (14:13 ДМВ), на космодроме произошло отключение электроэнергии, которой не было почти час.
Стартовый комплекс был переведен на питание от автономных источников энергоснабжения (дизель-электростанция). Подготовка продолжалась по графику, была дана команда «Пуск» и в 18:40:38 должен был произойти старт. Однако запуск не состоялся – автоматика прекращения пуска (АПП) остановила запуск по отсутствию готовности к старту ДУ второй ступени, вследствие заниженного сопротивления изоляции. (Причиной было проникновение в электроразъемы влаги в результате сильного ливня, прошедшего над космодромом во время заправки РН.)
Для выяснения причин срабатывания АПП и устранения возможных неисправностей решено было пуск перенести на сутки. Из ракеты слили часть компонентов топлива – керосин из блока «И», окислитель и азот со всего изделия – а остальные компоненты не сливали, а подпитывали.
|
Расчетная
циклограмма
работы первых трех ступеней |
|
Время
от КП, мин:сек |
Событие |
|
0.00 |
Контакт подъема |
|
1:58.65 |
Отделение 1-й
ступени |
|
3:06.50 |
Сброс ГО |
|
4:47.27 |
Отделение 2-й
ступени |
|
5:21.77 |
Сброс
хвостового обтекателя |
|
8:45.79 |
Отключение 3-й
ступени (ГК-3) |
|
8:49.09 |
Отделение ГБ |
16 июля расчеты приступили к повторной подготовке пуска. На этот раз ракета стартовала в назначенное время, но ее полет на участке завершения работы первой ступени еще раз заставил всех поволноваться: один из блоков первой ступени отделялся нештатно, что могло вызвать аварию ракеты-носителя. Вероятно, при старте «Союза» глыбой льда, намерзшего от испарявшегося кислорода, был поврежден телеметрический кабель, соединяющий боковой блок с управляющим устройством, вследствие чего на боковой блок не проходили команды. Даже с земли было видно, что один из боковых блоков в момент разделения первой и второй ступени работает не так, как три остальных. Тем не менее все блоки отделились от центрального и дальнейший полет РН проходил без отклонений от программы.
В принципе, это происшествие еще раз подтвердило высокие качества ракеты «Союз-У». При разработке ее прародительницы, ракеты Р-7, закладывалась технология начала 1950-х годов, а тогда приоритет зачастую отдавался не электрическим системам, а механическим. В данном случае «механика» сработала на пользу ракете, и отделение блока первой ступени осуществлялось за счет разрыва механических связей. |
Cluster II: вторая попытка
Данный проект является частью международной программы исследования солнечно-земных связей, солнечного ветра и процессов в земной магнитосфере. Он стартовал в феврале 1983 г. как предложение группы французских и германских ученых и инженеров, основанное на исследованиях нескольких предыдущих лет.
Решение о реализации проекта состоялось в 1985 г., а в феврале 1986 г. ЕКА назвало «Солнечно-земную научную программу» STSP, состоящую из двух взаимосвязанных проектов Cluster и SOHO, первой «краеугольной миссией» своей перспективной программы Horizons 2000. На SOHO было возложено наблюдение за Солнцем и регистрация идущего от него потока энергичных частиц, а система из четырех КА Cluster («кластер» – гроздь, связка, группа) должна была отслеживать быстрые изменения в магнитосфере.
Научные задачи проекта Cluster были определены на этапе концептуальной проработки проекта (Phase A), законченном в декабре 1985 г. Цель состояла в том, чтобы впервые исследовать трехмерные характеристики маломасштабных процессов и структур в околоземной плазме (в магнитосфере и в межпланетной среде) и их изменение во времени. Должны были быть изучены:
• физика пограничных областей между двумя типами космической плазмы и процессов трансграничного переноса массы, энергии и импульса, в частности магнитных пересоединений (дневная магнитосфера, полярные каспы);
• процессы ускорения плазмы в периоды реконфигурации электромагнитного поля (хвост магнитосферы);
• турбулентность, образование и рассеяние вихрей (солнечный ветер, полярные каспы, магнитопауза, граница плазменного слоя в хвосте);
• структура и свойства бесстолкновительных воздействий, в частности изучение ускорения частиц и механизмов генерации ассоциированных волн;
• микроструктура волн и частиц в солнечном ветре.
Четыре аппарата Cluster должны образовывать пространственную конфигурацию (тетраэдр), а потому проводимые измерения позволяют изучить трехмерную картину процессов взаимодействия солнечного ветра с плазмой магнитосферы, отделяя пространственные эффекты от временных. Именно для этого впервые в практике ЕКА была спроектирована серия идентичных КА с аппаратурой, позволяющей измерять поля и потоки частиц в трех измерениях. (Аналогичная идея положена в основу реализуемого Россией совместно с другими странами с 1995 г. проекта «Интербол» (НК №21/22, 1998) с двумя парами «спутник-субспутник».)
Комплект научной аппаратуры для КА Cluster был выбран Комитетом научных программ ЕКА 22 марта 1988 г.
Реализация проекта Cluster началась в октябре 1989 г., рабочее проектирование – в мае 1991 г. В 1992 г. был изготовлен структурный макет КА, а к началу сентября 1995 г. четыре летных спутника были доставлены в Куру для подготовки к пуску.
Первоначально запуск планировался на 1 декабря 1995 г. на второй РН Ariane 5, однако из-за задержки разработки ракеты было решено перенести «Кластеры» на первый испытательный пуск. Такова была степень доверия ЕКА к своему новому носителю! Старт состоялся 4 июня 1996 г. Увы, на 37-й секунде полета из-за ошибки в ПО бортовой системы управления ракета развернулась боком к потоку и разрушилась (НК №12/13, 1996). Остатки спутников были найдены в прибрежных зарослях Французской Гвианы. «Бесплатных запусков не бывает», – горько шутили ученые. (Заметим, что SOHO был успешно запущен 2 декабря 1995 г. и успешно работает до настоящего времени.)
Оставшись «у разбитого корыта», руководители проекта не сложили руки. Возникла идея собрать из оставшихся запасных блоков и приборов и запустить в конце 1997 г. хотя бы один аппарат, частично возместив потерю. Этот пятый «Кластер» получил неофициальное имя «Феникс» (Phoenix) в честь легендарной птицы, возрождающейся из пепла.
В июле 1996 г. ЕКА согласилось изготовить пятый «Кластер», однако руководителям проекта удалось добиться большего. Какое-то время рассматривался вариант изготовления в дополнение к «Фениксу» трех субспутников, а 3 апреля 1997 г. Комитет по научным программам ЕКА согласился с предложением построить еще три идентичных спутника и выполнить проект в полном объеме – хотя это решение и влекло задержку на год остальных научных проектов ЕКА. Реализация проекта Cluster II началась 1 августа 1997 г., а запуски были запланированы на 15 июня и 15 июля 2000 г.
На изготовление второй четверки КА, запуск и управление, а также на 40-процентную оплату изготовления научной аппаратуры ЕКА выделило 315 млн евро (в ценах 1999 г.; 345 млн $). Эта сумма сложилась из взносов стран ЕКА; так, британский Исследовательский совет по физике частиц и астрономии вложил 42 млн $. В силу ограниченности средств вариант коммерческого запуска на Ariane 5 не рассматривался. Вместо этого было решено заказать два пуска РН «Союз-Фрегат» у образованного в июле 1996 г. СП Starsem. Контракт был подписан 24 июля 1998 г. и стал четвертым для Starsem после трех «глобалстаровских». «Пакет» из двух пусков потянул более чем на 60 млн $, но это было вдвое меньше, чем стоимость одной Ariane 5! Адаптация к новому носителю потребовала лишь незначительной доработки КА.
|
Наша справка
|
|
Кроме ЕКА, в программе SOHO–Cluster приняло участие NASA США, обеспечившее запуск КА SOHO американским носителем и взявшее на себя часть функций по управлению полетом. Доля США в финансировании проекта составила 30%. На разработку и изготовление четырех «Кластеров» было израсходовано от 450 до 500 млн $. |
ЕКА не страховало запуск (для научных КА это не принято), но оформило страховку финансового риска, связанного с возможной неготовностью носителей «Союз-Фрегат» и заменой их на одну Ariane 4. Однако российский носитель был сделан и испытан вовремя, и эта страховка не потребовалась.
По проекту Cluster II промышленности были выданы заказы на изготовление и испытания четырех новых КА на сумму 125 млн евро (сюда входят 18.7 млн евро на заказ дополнительных комплектов научной аппаратуры). Спутники Cluster II, как и их несчастливые предшественники, были изготовлены на предприятии Dornier Satellitensysteme GmbH (Фридрихсхафен, ФРГ), вошедшем в образованную 10 июля 2000 г. компанию Astrium GmbH. Компоненты для КА поставили 34 компании и института из 13 стран ЕКА (кроме Греции и Португалии), а также четыре фирмы США, поставившие клапаны, фильтры, пиросредства и регуляторы (0.9% общей стоимости). Над проектом работало более 200 человек.
К февралю 1999 г. головной аппарат новой серии, FM6, был изготовлен и прошел функциональные испытания. 3 марта спутник был отправлен на предприятие IABG (Industrieanlagen-Betriebs GmbH, Оттобрюнн, ФРГ), где к середине года были закончены его вибрационные, тепловые, вакуумые и магнитные испытания. За первым аппаратом в цепочке производства и испытаний шли FM7, FM8 и FM5. Последний был изготовлен на основе того самого структурного макета с использованием запасных частей от КА первой серии и части старых приборов. Он отличается от трех остальных КА еще и тем, что на FM5 остались старый аналоговый приемопередатчик и усилитель. К 24 ноября 1999 г. уже все спутники были собраны и оснащены научными приборами, а первая пара прошла климатические испытания.
КА Cluster II
КА Cluster II выглядит как низкий цилиндр («таблетка») с выступающими штангами научной аппаратуры. Аппарат стабилизируется вращением со скоростью 15 об/мин. Его диаметр – 2.9 м, высота – 1.3 м, масса – 1180–1200 кг, из которых 650 кг приходится на топливо, а 72 кг – на научную аппаратуру. (Огромный запас топлива был предопределен необходимостью перевода КА Cluster с геопереходной орбиты с наклонением 10° на полярную орбиту.) Каждый аппарат имеет 80 м трубопроводов, с десяток процессоров, около 5 км кабельной сети, 380 разъемов и более 14000 электрических контактов.
Конструктивной основой аппарата является «внутренний» цилиндр из алюминиевых сотовых элементов, покрытых углеволоконным пластиком CFRP. Установленная внутри этого цилиндра платформа несет главный двигатель S400 тягой 400 Н компании MBB (также вошла в состав Astrium), два топливных бака высокого давления и другие компоненты ДУ. Снаружи к центральному цилиндру крепятся шесть титановых сферических топливных баков: три для горючего (245 кг монометилгидразина) и три для окислителя (405 кг азотного тетраоксида). Для наддува используются два малых сферических бака с гелием. В систему реактивного управления RCS также входят восемь аксиальных и «полурадиальных» двигателей малой тяги (10 Н) S10 MkII для малых коррекций орбиты, объединенных в два резервированных контура. (Любой из двух комплектов аппаратуры определения и контроля ориентации ADCE может работать с любым из двух контуров RCS.) Четыре радиальных двигателя находятся на кольце в нижней части боковой поверхности, четыре аксиальных – на верхнем и нижнем днищах.
 |
Размещение научной аппаратуры:
на рисунке А 1 – FGM; 2 – EDI; 3 – ASPOC;
на рисунке В 1 – STAFF; 2 – EFW; 3 – DWP;
4 – WHISPER; 5 – WBD.
|
Вокруг внутреннего цилиндра находится главная платформа аппаратуры, которая состоит из алюминизированной сотовой панели, усиленной внешним алюминиевым кольцом. На нижней поверхности платформы установлены компоненты большинства служебных подсистем (компоненты СЭП, подсистема ориентации, контроля орбиты и измерений, подсистема обработки данных, телекоммуникационная подсистема), а на верхней, вдоль ее края, – приборы и блоки научной аппаратуры.
В систему электропитания входят шесть панелей фотоэлементов, образующие периметр внешнего цилиндра и обеспечивающие КА мощностью 224 Вт (в конце полета; научная аппаратура потребляет до 47 Вт). Фотоэлементы соединены в самокомпенсирующиеся группы (чтобы обнулить суммарный ток и избежать наведенного магнитного поля), а их внешняя поверхность имеет проводящее покрытие из оксида индия и олова, препятствующее накоплению потенциала. Для работы в тени (солнечные затмения на рабочей орбите «Кластеров» длятся по 4 часа) и при пиковых нагрузках аппарат оснащен пятью серебряно-кадмиевыми аккумуляторными батареями (выбранными за их немагнитные характеристики) емкостью по 80 А·час. Аппарат имеет регулируемую шину питания с линейным шунтом. АБ и регуляторы питания установлены на центральном цилиндре.
Система терморегулирования включает в себя малоизлучающую двухслойную теплоизоляцию верхней и нижней поверхностей КА, многослойную изоляцию на верхней и нижней сторонах внутреннего цилиндра, ниже кольца двигателей RCS и на научной аппаратуре, а также теплоизоляцию главного двигателя и внутренних сторон панелей СБ. Теплоотвод от радиопередатчиков осуществляется с помощью специального рефлектора. Радиатор EPD отводит излишнюю мощность солнечных батарей. Подогрев аппаратуры осуществляется нагревателями, а общий контроль температуры – с помощью термостатов и путем программного управления.
В подсистему бортовой обработки данных (OBDH) входят центральный блок управления данными, блок удаленного терминала и твердотельное ЗУ емкостью 7.5 Гбит. Подсистема OBDH расшифровывает и «раздает» полученные команды, принимает и кодирует телеметрию с приборов и бортовых подсистем. Эта закодированная информация идет через телекоммуникационную подсистему на наземную станцию в реальном времени или записывается в ЗУ. OBDH также контролирует состояние КА в периоды отсутствия связи. На КА Cluster стояли ленточное ЗУ емкостью 1 Гбит и твердотельное емкостью 2.25 Гбит. Финансовые ограничения заставили ЕКА сократить с двух до одной число задействованных наземных станций и поставить на КА более емкое ЗУ. В результате КА может записывать данные с полного витка.
Телекоммуникационная подсистема обеспечивает прием управляющих команд со скоростью 2 кбит/с и передачу служебной информации (2 кбит/с) и штатной научной телеметрии (22 кбит/с) на станции ЕКА и NASA. Для сброса научной информации в импульсном (burst) режиме имеется режим с пропускной способностью 131 кбит/с, а для передачи в реальном времени широкополосных данных с американского прибора WBD – 262 кбит/с. Эти два режима также используются для сброса информации с SSR. В состав подсистемы входят три всенаправленные антенны (две основные на развертываемых штангах на нижней и верхней сторонах КА и одна резервная на нижнем днище) и комплект приемопередатчиков, а также поставленный NASA 10-ваттный усилитель. Цифровой приемопередатчик для 6-го, 7-го и 8-го аппаратов пришлось «позаимствовать» из проекта XMM – старый аналоговый прибор уже не выпускался.
|
Наша справка
|
|
В феврале 1999 г. ЕКА объявило конкурс среди граждан государств – членов агентства с целью дать четырем аппаратам «личные» имена. К 10 мая 2000 г. из всех 15 стран ЕКА пришло более 5000 предложений. Окончательный выбор сделал директор научных программ ЕКА Р.-М.Боннэ, и 16 июля выбранные имена были объявлены: FM5 = Rumba, FM6 = Salsa, FM7 = Samba, FM8 = Tango. Победитель конкурса, англичанин Раймонд Коттон, объяснил свой выбор тем, что названия этих танцев известны во всем мире и не требуют перевода, в то же время они отражают тот сложный «танец», который «Кластеры» должны вести в космосе. |
Подсистема ориентации (Attitude and Orbit Control and Measurement Subsystem, AOCMS) имеет в своем составе звездный датчик и солнечный рентгеновский датчик, оба с «внутренним резервированием», позволяющие найти текущую ориентацию с точностью не хуже 0.25°. Расчет текущей ориентации, скорости и фазы вращения, необходимых для интерпретации научных данных, выполняется на Земле.
Датчики некоторых приборов, в частности магнитометра, удалены от корпуса на двух штангах. Эти штанги в проекте имели длину 5 м, но их пришлось укоротить на 10 см из-за того, что «фрегатовский» головной обтекатель диаметром 3.7 м значительно уже «ариановского». Углепластиковые штанги разворачиваются на двух шарнирах с верхней плоскости КА под действием пружин. Для электрических измерений КА оснащен четырьмя радиальными антеннами длиной 50 м, развертываемыми при раскрутке КА до 15 об/мин.
На нижнем днище аппарата находится интерфейсное кольцо для установки на стандартный 194-мм адаптер от РН Ariane, изготовленный шведской фирмой SAAB. На верхнем днище устанавливается переходник, имитирующий «саабовский» адаптер, с системой разделения, что позволяет установить два КА друг на друга.
Наконец, «саабовский» адаптер соединяется с РБ «Фрегат» специальным переходником ACU (Adaptateur Charge Utile), разработанным компаниями Aerospatiale-Matra Lanceurs и CASA. Переходник был проверен на совместимость с аппаратами на фирме Dornier и с «Фрегатом» в НПО Лавочкина. Три летных экземпляра (для испытательного и двух штатных пусков) были поставлены в январе–марте 2000 г.
Реализацией проекта Cluster II руководили Джон Эллвуд (John M. Ellwood), менеджер от ЕКА, и Гюнтер Лен (Guenther Lehn), представляющий DASA и теперь Astrium GmbH.
Научная аппаратура
Четыре КА Cluster II оснащены идентичными комплектами из 11 научных инструментов для измерения магнитного и электрического полей, плазменных волн и частиц. Приборы разработаны институтами и лабораториями Австрии (ASPOC), Британии (FGM, DWP, PEACE), Германии (EDI, RAPID), Франции (STAFF, WHISPER, CIS), Швеции (EFW) и США (WBD). За четыре года после гибели первых «Кластеров» в них было внесено около 100 изменений.
|
Научная
аппаратура КА Cluster |
|
Прибор |
Назначение |
|
Электрическое и
магнитное поле |
|
|
FGM (Flux Gate Magnetometer) |
Два магнитометра
для измерения трех компонент
магнитного поля (статического и
переменного) с высоким временным
разрешением (67 раз в секунду). Прибор
может вести измерения в пяти
диапазонах, от ±64 нТ до ±65536 нТ. |
|
EDI (Electron Drift Instrument) |
Активное измерение
электрического поля с
использованием дрейфа электронного
пучка. Прибор “выстреливает” два
пучка электронов с энергиями 0.5–1 кэВ
(ток до 1 мкА) на расстояние до 10 км, и
при правильном “прицеле” они
возвращаются к приемникам на
противоположных сторонах КА, сделав
один виток в местном магнитном поле.
Из направления “выстрела” и времени
в пути рассчитываются напряженность
электрического и магнитного поля.
Временное разрешение прибора близко
к 100 мс.
|
|
Плазменные волны |
|
|
EFW (Electrical Field and Wave) |
Прибор для
измерения флуктуаций электрического
поля для исследования проводимости
плазмы и волн. Датчики находятся на 50-метровых
антеннах. Высокая частота опроса (36000
в секунду) позволяет измерять
плазменные структуры, имеющие
скорости в тысячи км/с. |
|
DWP (Digital Wave Processing) |
Главный прибор (процессор)
“волнового консорциума”,
осуществляет точную временную
привязку измерений и обработку
данных. В состав DWP входит коррелятор
частиц, позволяющий сравнить
вариации электронной плотности с
волновыми измерениями. |
|
STAFF (Spatio-Temporal Analysis of
Field Fluctuations) |
Прибор для
пространствнно-временного анализа
флуктуаций магнитного поля в
диапазоне 0.1 Гц – 4 кГц. Измерения
ведутся с помощью магнитометра.
Бортовой анализатор рассчитывает
корреляцию между тремя магнитными
компонентами STAFF и двумя
электрическими компонентами EFW и
автокоррелляцию, выявляя волны
высокой частоты (в диапазоне 8 Гц – 4
кГц). Для низкочастотных компонентов
расчет выполняется на Земле. |
|
WHISPER (Waves of HIgh frequency and
Sounder for Probing the Electron density by Relaxation) |
Прибор для
измерения плотности заряженных
частиц методом радиолокации.
Радиозондирование ведется с помощью
50-метровых антенн КА; частота “эха”
определяет плотность частиц в
диапазоне 0.2–80 см-3 с погрешностью 1%.
Кроме того, WHISPER (букв. “шепот”)
регистрирует естественные волны в
диапазоне 2–80 кГц. |
|
WBD (WideBand Data) |
Прибор для
измерений электрического и
магнитного поля с высоким временным
разрешением для поиска плазменных
волн очень высокой частоты. |
|
Частицы |
|
|
CIS (Cluster Ion Spectrometry) |
Спектрометр для
анализа состава, масс и функции
трехмерного распределения ионов с
энергиями 0–40 кэВ в магнитосфере и в
солнечном ветре. В состав CIS входят
анализатор горячих ионов HIA, дающий
высокое угловое разрешение (5.6x5.6°), и
анализатор состава и функции
распределения ионов (H, He+, He++ и O+) CODIF.
Последний анализатор идентичен
прибору ESIC спутника Equator-S. Бортовую
обработку данных проводит
двухпроцессорный компьютер DPS. |
|
PEACE (Plasma Electron And
Current AnalysEr) |
Анализатор
трехмерного распределения
электронов низкой и средней энергии.
Определяет их количество,
направление движения и скорость. При
“импульсном” режиме передачи CIS и
PEACE строят функцию распределения раз
в 4 сек.
|
|
RAPID (Research with Adaptive
Particle Imaging Detectors) |
Спектрометр
энергичных ионов и электронов.
Состоит из видового электронного
спектрометра IES и видового масс-спектромета
IMS для ионов. Позволяет понять, откуда
приходят ионы и электроны. |
|
Управление
потенциалом КА |
|
|
ASPOC (Active Spacecraft POtential
Control) |
Нейтрализатор
электрического заряда КА.
Положительный заряд сбрасывается
путем эмиссии ионов индия с
небольшой иглы. Величина ионного
тока задается исходя из измерений
потенциала приборами EFW и PEACE. Без
нейтрализации невозможен расчет
функции распределения ионов низких
энергий (порядка 2 эВ). |
Научное сообщество Cluster II возглавляет научный руководитель проекта Филипп Эскубе (C. Philippe Escoubet). В него входят 11 руководителей экспериментов и 224 соисследователя из стран ЕКА, Венгрии, Индии, Израиля, Канады, КНР, России, США, Чехии и Японии. Россию представляют Станислав Климов (прибор EFW), Ростислав Ковражкин (CIS) и Олег Вайсберг (PEACE) из ИКИ РАН и Александр Резников (DWP) из ИЗМИРАН.
 |
Наземная станция проекта в
Виллафранка-дель-Кастильо.
|
Наземный сегмент
Повседневное планирование и управление КА Cluster II возложено на Европейский центр космических операций ESOC в Дармштадте (ФРГ), в составе которого работает центр управления Cluster II. В первые две недели полета, когда проводится перевод КА на рабочую орбиту, операторам Cluster II предоставлен главный зал управления, затем они переходят в малый специализированный зал. Через ESOC проходит вся служебная и научная телеметрия.
Главной наземной станцией проекта является Виллафранка-дель-Кастильо (Villafranca del Castillo, VILSPA), расположенная в районе Виллануэва-де-ла-Канада в 28 км северо-западнее Мадрида (Испания) и входящая в Сеть ESTRACK наземных станций и связи ЕКА. Для управления «Кластерами» будет использоваться 15-метровая антенна VIL-1, работавшая в 1976–1996 с УФ-спутником IUE и в 1996–1998 с ИК-обсерваторией ISO. Начиная с 19 ноября 1998 г., антенна прошла значительную модификацию, связанную с сопровождением довольно быстро перемещающихся КА Cluster II. Она также была дооснащена аппаратурой германской станции Оденвальд, с которой планировали управлять первой четверкой «Кластеров». Реконструкция закончилась 19 мая 2000 г.
«Кластеры» будут «видны» из Виллафранки в среднем в течение 10 часов в сутки, так что на работу с каждым отводится по 2.5 часа. В первые дни полета к приему информации привлекаются станции ЕКА в Куру (Французская Гвиана), Перте (Австралия) и Кируне (Швеция), а также 26-метровые и 34-метровые антенны станций Сети дальней связи NASA. Американские средства будут также принимать широкополосные данные с прибора WBD.
Объединенный центр научных операций JSOC в Лаборатории Резерфорда-Эпплтона (г.Дидкот, Британия) должен координировать научные наблюдения. Здесь по требованиям 11 научных групп будет составляться план и программа работы научной аппаратуры, а также контролироваться состояние каждого из четырех приборов. Центр ESOC будет обеспечивать выполнение составленной в JSOC программы.
Для обработки и распространения полученных данных (а они будут поступать в количестве до 1 Гбайт в сутки) создана Система научных данных проекта Cluster II, в которую входят шесть национальных центров в Европе (Берлин, Будапешт, Грац, Дидкот, Стокгольм, Тулуза), один в США (Гринбелт) и один в КНР (Пекин). Обмен данными между ESOC, национальными центрами и исследователями будет вестись через сеть Интернет. Первичные данные с приборов Cluster II будут также предоставляться ученым на CD-ROM.
|
Старсемовские камеры
|
|
Внутри МИКа «Энергии» по заказу Starsem компания Clemessy построила комплекс подготовки ПН, состоящий из трех отдельных сооружений:
– камера подготовки ПН (PPF, Payload Processing Facility) площадью 286 м2, в которой находятся чистовая комната класса 100000 и два зала управления. Здесь проводятся контрольные электроиспытания КА, проверка СБ, инспекция механических элементов;
– камера опасных операций (HPF, Hazardous Processing Facility) площадью 285 м2, имеющая чистовую комнату класса 100000, зал управления и душ. Корпус предназначен для проверки и заправки ДУ КА. Для работы с «Кластерами», имеющими двухкомпонентную ДУ, корпус был доработан;
– камера сборки головной части (UCIF, Upper Composite Integration Facility) площадью 587 м2 с залом сборки класса 100000. Помимо заключительных операций и стыковки КА с РБ, здесь могут выполняться электроиспытания КА с использованием контрольной аппаратуры, остающейся в PPF.
По приглашению ЕКА мы с Ю.Першиным («Видеокосмос») участвовали в ознакомительной поездке на Байконур и побывали на старсемовском комплексе. Как рассказал представитель ЕКА в Москве Ален Фурнье-Сикр, для постройки трех камер из Европы было доставлено пять составов с оборудованием. На организацию и согласование перевозки ушел год, после чего компания Clemessy построила и оборудовала комплекс за шесть месяцев.
Три камеры разнесены на 100–200 м, что позволяет выполнять опасные работы в HPF параллельно с электрическими и прочими испытаниями в других камерах.
В трех высоких пролетах МИКа «Энергии» все еще находится техника, созданная в рамках этой программы. Так, во втором пролете мы видели собранную «Энергию» с «Бураном». Отдельно лежат два центральных и не менее 13 боковых блоков, стоят три двигателя 11Д122. |
Подготовка пуска
на Байконуре
Первый «десант» представителей ЕКА (33 человека) высадился на Байконуре 27 апреля. Четыре КА Cluster II и около 140 тонн вспомогательного оборудования были доставлены из Европы через Москву на Байконур двумя рейсами самолета Ан-124, 27–28 апреля (спутники FM6 и FM7) и 3–4 мая (FM5 и FM8). С «Юбилейного» их доставили на 112-ю площадку, в бывший МИК РН «Энергия». Ныне это Сборочно-испытательный комплекс (СбИК) самарского завода «Прогресс», и в нем находится Монтажно-испытательный комплекс Starsem.
После «входных» системных испытаний спутник FM6 был отправлен в HPF для проверки системы реактивного управления, а FM7 остался на электроиспытаниях в PPF. Из второй пары аппаратов FM8 также пошел на электроиспытания в PPF, а FM5 перевезли в UCIF для повторной установки двигателей малой тяги (они были сняты из-за подозрений в неисправности уплотнений из мягкого полимера – по четыре на двигатель). В последующие недели спутники многократно перемещались между объектами Starsem. В PPF был протестирован канал связи с КА по трассе Дармштадт–Байконур, проверена работоспособность солнечных батарей, проконтролирована установка двигателей и отдельных приборов, установлены пиротехнические устройства. Получили после ремонта в Испании (компания Alcatel Espacio) и установили на КА приемопередатчик FM7. В HPF проводилась подготовка и заправка ДУ (монометилгидразин заправили 6–7 июня, азотный тетраоксид – 9–10 июня). После этого FM6 и FM7 перевезли в UCIF, где на КА установили аккумуляторы, укрыли их теплоизоляцией и провели балансировку. С 17 июня аппараты находились в режиме хранения.
22 июня мы смогли увидеть FM6 и FM7 через стекло тамбура UCIF. Доступ к заправленным аппаратам был уже запрещен, и даже фотографирование со вспышкой могло, как объяснили руководители проекта, привести к их повреждению.
23 июня на Байконуре прошел смотр летной готовности Cluster II и было дано разрешение на проведение заключительных операций и старт 12 июля в 15:43:49 ДМВ. (Так как более приоритетный запуск СМ также планировался на 12 июля, 2 июля старт «Кластеров» пришлось отложить на трое суток.) 24 июня два КА были состыкованы между собой и 25 июня установлены на адаптер ACU.
|
31-я сегодня
|
|
23 июня мы посетили 31-ю площадку, доработанную в последние месяцы для пусков РН «Союз-Фрегат». 31-я стоит на холме, и с нее хорошо видны находящиеся в 30 км стенд-старт и штатные ПУ «Энергии». Хозяином МИКа 31-40 является теперь Центр эксплуатации и испытаний ФГУП «ОКБ “Вымпел”». Как рассказал нам начальник группы, начальник 240-го отдела ОКБ «Вымпел» Анатолий Болотов, в отгороженной южной части сооружения 40 находится чистовая зона 40Д, где готовили первые коммерческие КА для «Протонов» (Astra 1F и т.д.). Потом подготовка иностранных аппаратов была перенесена в МИК 92А-50, и в течение полутора лет работы не проводились. В 1999–2000 гг. в зоне 40Д были подготовлены КА «Экспресс-А» и SESat (как раз в это утро мы наблюдали первую попытку запуска «Экспресса А3»).
В МИКе лежали блоки первого носителя под «Кластеры», причем центральный блок – расстыкованным на две части. Предварительные испытания ракета уже прошла, окончательные предстояло начать 26 июня. На подготовке носителя занято 60–70 человек. Отдельное рабочее место оборудовано для подготовки и испытаний РБ «Фрегат».
По сложившейся на 31-й традиции, ракета вывозится из МИКа в 07:30. И как только тепловоз вывезет ее через северные ворота, через южные в 40-е сооружение завезут следующую. Выгрузка носителя из вагонов продолжается двое суток.
В 2001 г., если все пойдет по плану, в 40-м сооружении будут готовить первую РН «Союз/ST».
Как рассказал начальник отдела Центра испытаний КБОМ Борис Олеференко, на пусковой установке 17П32-6 подготовка также начнется 26 июня. Как известно, этот старт строили с учетом опыта первых пусков с 1-й площадки. Поэтому дно котлована находится на отметке –20 м, а не –40 м, как на Гагаринском старте. Отсюда запущено около 390 ракет, последняя – 18 марта (после нее на дне и стенках газоотводного лотка уже успели вырасти колючки). Модификация под «Фрегат» включала переделку кольцевых галерей верхнего яруса колонн обслуживания под новый надкалиберный обтекатель. Тем не менее этот старт можно использовать и для пусков с обычным обтекателем, в том числе для пилотируемых.
Подземные бункера Starsem и «Фрегата» находятся слева от стартового стола. В их сторону с нижних уровней стартового сооружения ведут закрытые галереи для эвакуации личного состава; над бункерами стоят два белых контейнера дизель-электростанции, обеспечивающей бункер гарантированным питанием. Отсюда перед стартом контролируют состояние системы РБ «Фрегат» и космических аппаратов. В бункере «Кластеров» установлен терминал NDIU, связанный с Дармштадтом. |
РБ «Фрегат» был доставлен на Байконур 6 июня и проходил подготовку на техническом комплексе 31-й площадки в сооружении №40. 17 июня РБ транспортировали на заправочную станцию 11Г12, где 20 июня заправили компонентами ракетного топлива и сжатыми газами. 23 июня «Фрегат» перевезли в МИК площадки 2Б, где с ним провели заключительные операции и подготовили к сборке космической головной части. 26 июня «Фрегат» доставили ж.-д. транспортом на 112-ю площадку. 30 июня в камере UCIF на него установили два «Кластера», состыковали электрические разъемы. 1–2 июля головной блок перевели в горизонтальное положение и накатили обтекатель, который был доставлен в МИК «Энергии» еще 14 июня.
|
Наша справка
|
|
Первый испытательный пуск РН «Союз/ST» (см. НК №9, 1999) планируется на вторую половину 2001 г. От «Союза-У» новый носитель отличают усовершенствованные двигатели 1-й и 2-й ступеней с новыми форсунками, увеличенный объем баков 3-й ступени, цифровые системы управления и телеметрии. Он оснащается РБ «Фрегат» и обтекателем международного стандарта (диаметр – 4 м, диаметр зоны полезного груза – 3.65 м). «Союз/ST» предназначен для развертывания группировок спутников на средневысоких орбитах, запуска КА массой до 4200 кг на солнечно-синхронную орбиту высотой 800 км, научных КА массой до 2500 кг и для выведения на геопереходные орбиты спутников массой до 1500 кг. «Союз/ST» должен выводить 6700 кг на орбиту с наклонением 51.8° и высотой 200 км, а с РБ «Фрегат» – 5400 кг на высоту 400 км и 4000 кг на 2000 км. Как заявил 22 июня на Байконуре председатель СП Starsem Жан-Ив Ле Галль (Jean-Yves Le Gall), выпуск РН «Союз/ST» в Самаре планируется на уровне 12 носителей в год, в том числе четыре для МО РФ, четыре для Росавиакосмоса и четыре для Starsem. |
В ночь с 4 на 5 июля головной блок был перевезен по железной дороге со 112-й площадки на 31-ю. Спецпоезд вышел в 21:30 местного времени и, во избежание толчков и напряжений, двигался со скоростью не выше 10 км/ч. В 06:00 ГБ прибыл в МИК-40.
Ракета-носитель «Союз-У» находилась на хранении в МИК-40 с 8 до 26 июня, когда началась ее подготовка. 9 июля головной блок (переходник, «Фрегат» с установленными на нем КА и обтекатель) состыковали с блоком И, а 11 июля блок И пристыковали ко второй ступени «Союза». Через люки в ГО взвели пиротехнические средства на КА.
11 июля Межгосударственная комиссия, сопредседателями которой были заместитель генерального директора Росавиакосмоса Александр Кузнецов, директор научных программ ЕКА проф. Рожер-Морис Боннэ и председатель Starsem Жан-Ив Ле Галль, разрешила вывоз носителя на старт. 12 июля с 07:30 до 08:00 по местному времени РКН «Союз-Фрегат-Кластер» была вывезена из МИК-40 на ПУ 17П32-6 на 31-й площадке, установлена и прицелена. А в 10:45 в работе наступил перерыв: с удаленной на 40 км 81-й площадки ушел «Протон» со Служебным модулем.
«Кластеры» сманеврировали
Итак, пуск прошел в 12:39:35 UTC, а отделение в 14:10. Сигнал с одного аппарата был принят на станции Кируна в 14:11, со второго – немного позднее, в 14:20. Телеметрия, полученная к 15:05 из Кируны и затем из Перта, показала, что оба КА находятся в штатной ориентации и компьютеры и электропитание в норме. В 18:12 и 18:32 Samba и Salsa были раскручены с 5 до 13.9 об/мин, а в 23:00 и 21:45 приняли ориентацию, необходимую для первого маневра.
Орбита выведения «Кластеров» имела аргумент перигея 1°, то есть перигей находился практически над экватором вблизи восходящего узла орбиты. В течение 17–22 июля каждый аппарат выполнил пять маневров и перешел на рабочую орбиту. Данные об этих маневрах приведены в таблице; параметры орбит после 1-го, 2-го и 5-го маневров рассчитаны по орбитальным элементам. Коррекции проводились вне зоны радиовидимости по записанной на борту программе. В каждом из четырех маневров подъема апогея двигатель S400 работал около 10 мин, в маневре изменения наклонения – 18 мин. Идеальное соответствие орбиты выведения расчетной позволило сохранить значительный запас топлива для маневров.
В сообщении ЕКА от 21 июля говорится, что после пятого маневра спутники были выведены на орбиту с наклонением 90.6° и высотой 16869x121098 км. «Теперь, – сказал заместитель менеджера проекта Альберто Джанолио, – мы будем ухаживать за аппаратами, пока к ним не присоединятся еще два». После 21 июля скорость вращения КА была доведена до 15 об/мин, прошла проверка бортовых запоминающих устройств. 24 июля спутники были переведены в дрейф, а 25 июля были открыты крышки приборов ASPOC и CIS.
|
Маневр |
Дата |
Cluster II FM7 (Samba) |
Cluster II FM6 (Salsa) |
|
Время, UTC |
i, ° |
Hp, км |
Ha, км |
P, мин |
Время, UTC |
i, ° |
Hp, км |
Ha, км |
P, мин |
|
ARM-1 |
17.07 |
11:22 |
64.95 |
244 |
24307 |
422.5 |
11:21 |
64.99 |
247 |
24395 |
424.1 |
|
ARM-2 |
18.07 |
08:28 |
65.00 |
244 |
34951 |
615.7 |
08:33 |
65.03 |
247 |
35301 |
622.5 |
|
ARM-3 |
19.07 |
05:15 |
|
|
57010 |
|
05:08 |
|
|
56677 |
|
|
ARM-4 |
19.07 |
23:25 |
|
246 |
119523 |
|
22:59 |
|
|
|
|
|
PR/ICM |
20.07 |
24:04 |
90.43 |
16820 |
121157 |
3432 |
23:02 |
90.48 |
16627 |
121343 |
3431 |
План полета
Расчетный срок работы системы Cluster II – два года после ввода в строй. Реальным лимитирующим фактором является запас топлива КА, и американские партнеры готовы поддерживать проект до 16 августа 2005 г.
|
Отель «Спутник»
|
|
Гостиница на выезде из города по проспекту Королёва (т.н. «итальянская гостиница») открылась в начале 1999 г. специально для иностранных заказчиков СП Starsem и участников работ. Условия проживания в обычных гостиницах, к сожалению, могут отбить у клиента охоту заказывать запуски с Байконура. «Спутник» – это 120 номеров с регулируемым микроклиматом, туалетом и душем, по-европейски аккуратно оформленные. Плюс – бизнес-центр, итальянский ресторан, бар, дискотека, бильярд и фитнесс-центр с бассейном, стриженный поливаемый газон по всей небольшой постоянно освещенной территории, которая смотрится как-то чужеродно даже на фоне зелени 17-й площадки. |
В течение первой недели полета аппараты переводятся на рабочую полярную орбиту. Вторая пара спутников запускается с таким расчетом, чтобы после подъема орбиты они «встретились» с первой парой и далее летали единой группой. После этого в течение 10 недель проводится приемка спутников и их научной аппаратуры, а затем начинаются регулярные наблюдения.
Часть времени спутники будут находиться внутри магнитосферы, часть – «под солнечным ветром». За счет орбитального движения Земли вокруг Солнца в разные месяцы они будут работать в различных областях магнитосферы. Первое событие, запланированное для наблюдений, будет в ноябре-декабре, поэтому запуски и были назначены на лето. Интересно, что четырехлетняя задержка в осуществлении проекта позволит провести измерения в наболее интересное время – в период солнечного максимума.
Маневры запланированы раз в шесть месяцев для того, чтобы подкорректировать орбитальное построение и уменьшить или увеличить расстояния между КА системы. Так, в течение первого полугодия спутники будут находиться в 600 км друг от друга (±20%) и исследовать области каспов. Второе полугодие посвящено изучению хвоста магнитосферы, и сторона тетраэдра будет увеличена до 2000–5000 км. Второй цикл исследования каспов будет проводиться при расстоянии от 200 до 2000 км (в зависимости от результатов первого), а в четвертом полугодии аппараты будут работать в хвосте на удалениях от 6000 до 19000 км.
По сообщениям пресс-службы РВСН, ЕКА, Starsem, DASA и институтов, участвующих в проекте.
Автор выражает благодарность А.Фурнье-Сикру и А.-М.Ремонден (ЕКА) за организацию ознакомительной поездки на Байконур 22–24 июня в рамках проекта Cluster II.
|
