Akatsuki (sonda espacial)



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Akatsuki
Descrição da imagem Akatsuki-1.jpg.
Dados gerais
Organização JAXA
Programa PLANETA
Campo Estudo da atmosfera de Vênus
Tipo de missão Orbiter
Status Orbitando Vênus
Outros nomes Venus Climate Orbiter, Planet-C
Lançar da base de lançamento de Tanegashima
Lançador H-IIA 202
Inserção em órbita
Identificador COSPAR 2010-020D
Local JAXA
Características técnicas
Missa no lançamento 320 kg (sem propelentes)
Fonte de energia Painéis solares
Energia elétrica 500 W (na órbita de Vênus)
Instrumentos principais
IR1 Câmera infravermelha
IR2 Câmera infravermelha
LIR Câmera infravermelha
LAGO Câmera infravermelha
UVI Câmera ultravioleta
USO Ocultação de rádio
Decolagem do H-IIA carregando a Akatsuki, 20 de maio de 2010.

Akatsuki (japonês あ か つ き,, " Dawn "), também chamado de Planeta -C e Venus Climate Orbiter (" Orbiter[para o estudo] doclimadeVênus ") é umasonda espacialdaJAXA, aagência espacial japonesa, do tipoorbitadorcujo objetivo éestudaroclimadoplaneta Vênus. Élançadoempor um foguete H-IIA Tipo 202 do Centro Espacial Tanegashima . O, sua manobra de inserção na órbita ao redor de Vênus falha devido a uma falha de sua propulsão . A sonda continua de sua trajetória em uma órbita heliocêntrica . Embora a sonda seja privada de sua propulsão principal, a sonda espacial passa opara se colocar em órbita ao redor de Vênus. A órbita da sonda espacial é, no entanto, muito maior do que o alvo, o que não permitirá que a Akatsuki cumpra todos os seus objetivos científicos.

Metas

A sonda deve orbitar Vênus e estudar a dinâmica da atmosfera do planeta e a super-rotação da atmosfera superior. O objetivo central é compreender a evolução do clima de Vênus, estudando todos os movimentos que ocorrem na atmosfera venusiana. Além disso, a sonda deve medir as temperaturas atmosféricas, procurar por sinais de atividade vulcânica e detectar possíveis raios e trovões.

Para cumprir sua missão, a sonda deve circular em uma órbita bastante elíptica de 80.000 × 300  km com uma inclinação de 172 ° e um período de revolução de 30 horas. A missão deve durar pelo menos dois anos: a vida útil do satélite depende principalmente das baterias.

Características da sonda

A Akatsuki, que pesa 500  kg com combustível de bordo (320  kg seco), tem forma paralelepipédica (1,04 metros × 1,45 metros × 1,4 metros). Dois painéis solares , que fornecem um total de 500 watts na órbita de Vênus no final da missão, são colocados no final dos eixos localizados em cada lado do corpo da sonda e podem ser orientados com certo grau de liberdade. A sonda é estabilizada em 3 eixos graças a 6 rodas de reação e 12 pequenos motores de foguete monoergol ( SCRs ) queimando hidrazina , 8 dos quais têm um impulso de 23 newtons e 4 um impulso de 3 N. A sonda espacial usa uma usina de energia. Inércia , acelerômetros e sensores estelares e solares para controlar sua orientação. Para correções de curso e manobras na chegada perto de Vênus, a sonda tem um motor de foguete OME (Orbital Maneuvering Engine) de 500 newtons de empuxo, consumindo uma mistura de propelentes hipergólicos de hidrazina e peróxido de nitrogênio . As telecomunicações são em banda X (transmissor de 20 watts) e usam uma antena fixa de grande ganho de 1,6 metros de diâmetro, duas antenas de ganho médio e duas antenas de baixo ganho.

Os instrumentos de bordo, que pesam 35  kg , incluem 4 câmeras infravermelhas e uma câmera operando no ultravioleta . Graças a uma escolha precisa dos comprimentos de onda aos quais os sensores são sensíveis, cada câmera torna possível estudar um determinado estrato da atmosfera:

  • Câmera infravermelha de 1μm (IR1) destinada a estudar nuvens baixas, vapor e vulcanismo ativo. O instrumento com uma massa de 6,7  kg (incluindo 3,9  kg de eletrônicos compartilhados com IR2) possui um sensor CCD do tipo Si-CSD / CCD com uma definição de 1024 × 1024 pixels e um campo óptico de 12 °. Os comprimentos de onda observados são 1,01 μm (observações noturnas da superfície e nuvens), 0,97 μm (observação noturna de vapor), 0,90 μm (observação noturna da superfície e nuvens), 0,90 μm (observação diurna de nuvens);
  • Câmera infravermelha de 2μm (IR2) destinada ao estudo de nuvens baixas, traços de gás e luz zodiacal . O instrumento com uma massa de 18  kg (incluindo 3,9  kg de electrónica partilhados com IR1 e um sistema de refrigeração) tem um PtSi-CSD / tipo CCD sensor CCD com uma resolução de 1024 x 1024 pixels e um campo óptico de 12 °. Os comprimentos de onda observados são 1,75 μm (observações noturnas de nuvem e distribuição de tamanho de partícula), 2,26 μm (observação noturna de nuvem e distribuição de tamanho de partícula), 2,32 μm (observação noturna de monóxido de carbono), 2,02 μm (observação diurna da camada superior de nuvem), 1,65 μm (observação da luz zodiacal);
  • Câmera infravermelha de longo comprimento de onda (LIR) projetada para estudar a distribuição de temperatura no topo das nuvens. O instrumento com massa de 3,3  kg utiliza um bolômetro não resfriado com resolução de 320 x 540 pixels para observar o comprimento de onda de 10 μm com campo óptico de 12 °;
  • o ultravioleta imager (UVI) deve fornecer a distribuição de dióxido de enxofre e outros compostos detectáveis ​​nos comprimentos de onda de 283 e 365  nm . O instrumento com massa de 4,1  kg possui sensor CCD tipo Si-CCD com resolução de 1.024 x 1.024 pixels e campo óptico de 12 °;
  • o instrumento Lightning and Airglow Camera (LAC) deve possibilitar a detecção dos raios visíveis na baixa atmosfera para evidenciar os fenômenos de luminescência atmosférica (luz emitida pelo oxigênio nas camadas superiores da atmosfera) e confirmar a existência de descargas atmosféricas . O equipamento com massa de 2,3  kg realiza observações nos comprimentos de onda 777,4 nm (flashes e descargas de luz noturna), 480-650 nm (noite: oxigênio molecular), 557,7 nm (noite: luminescência de oxigênio) e 545 nm (para calibração);
  • o equipamento usado para um experimento de rádio-ocultação - o Oscillator Ultraestável, USO - fornecerá a distribuição vertical de temperatura e pressão abaixo de 90  km .

O custo de desenvolvimento da Akatsuki é estimado em 25 bilhões de ienes ou 230 milhões de euros .

Condução da missão

O fracasso da primeira órbita em torno de Vênus (maio-dezembro de 2010)

Akatsuki é o 7 th nave espacial japonesa. É lançado empor um foguete H-IIA da Base de Lançamento Tanegashima . Inicialmente, a sonda foi projetada para ser lançada por um foguete MV , mas foi retirada de serviço em 2006. Com uma capacidade maior do que o lançador que substitui, o foguete H-IIA carrega também a vela solar experimental IKAROS (315  kg ) que seguirá de forma praticamente passiva (a vela gera um impulso muito fraco) aproximadamente a mesma trajetória em direção a Vênus. Ele também carrega quatro pequenos satélites desenvolvidos por universidades japonesas (UNITEC-1, Waseda-sat2, KSAT e Negai) como parte de um programa da agência espacial japonesa para promover atividades espaciais. Uma primeira manobra para corrigir a trajetória da sonda ( delta-v de 12  m / s ) é realizada com o motor foguete OME ligadoseguido por um segundo em novembro. O, a sonda usa sua propulsão para se colocar em órbita ao redor de Vênus, mas a manobra falha. Dados do sensor indicam que a pressão no tanque começou a cair abaixo de seu valor nominal assim que o motor foi ligado. O empuxo do motor foi gradualmente reduzido até perturbar a orientação da sonda após 2 minutos e 23 segundos, resultando no desligamento voluntário da propulsão. A duração da fase propulsiva programada foi de 12 minutos. Funcionários da agência japonesa levantam a hipótese de que o sistema que mantém a pressão nos tanques, que depende da injeção de hélio armazenado sob alta pressão, não funcionou. A origem da anomalia deve-se, sem dúvida, ao mau funcionamento de uma válvula que fornece o oxidante. Devido a uma proporção incorreta da mistura combustível / oxidante, o bico revestido de cerâmica experimentou temperaturas mais altas do que o esperado durante a partida do motor e foi, sem dúvida, danificado.

Tentativa de resgate de missão (dezembro de 2010-2015)

A inserção na órbita de Vênus não pôde ser realizada, a Akatsuki agora está colocada em uma órbita heliocêntrica (ao redor do Sol). Nesta trajetória, a sonda deve voar novamente sobre o planeta Vênus em. Os encarregados da missão esperam poder fazer uma nova tentativa durante uma dessas passagens. Dentro, os engenheiros japoneses operam repetidamente o OME de propulsão principal por alguns segundos para concluir seu diagnóstico e avaliar se ele pode ser usado em 2015. O resultado é negativo: a aceleração obtida é nove vezes menor do que o esperado e o empuxo é de 40 Newtons em vez de 500 N. Os engenheiros acreditam que é provável que o motor continue a degradar. A decisão foi tomada para não usar mais o propulsor principal, mas para usar pequenos motores de foguete ( RCS ) de 23 e 4 N de empuxo para controlar a orientação da sonda. Como estes, ao contrário da OME, são monoergóis (queimam apenas hidrazina), praticamente todo o peróxido de nitrogênio é drenado em outubro, o que ajuda a clarear a sonda e aumentar a eficiência de propulsão (a redução da massa permite acelerar a sonda com menor quantidade de combustível). Três manobras de correção de curso são realizadas emusando motores RCS enquanto a sonda está no periélio de sua órbita ao redor do sol. O objetivo é colocar a sonda em uma trajetória otimizada para seu próximo encontro com Vênus. Embora a segunda data seja cientificamente preferível, porque permite obter uma órbita mais em linha com as expectativas dos cientistas (mais perto do equador), os riscos associados ao prolongamento da duração da missão (o fim da missão foi inicialmente previsto para final de 2012) levou a equipe da missão a preferir realizar uma tentativa já em 2015. Até então, a sonda estava sujeita a condições térmicas mais severas do que aquelas para as quais foi projetada com muitas passagens.

Os objetivos revisados ​​da missão científica

A segunda tentativa de inserção de órbita da Akatsuki está agendada para . Sem propulsores suficientes , a sonda espacial não poderá se colocar na órbita de 79.000 x 300  km (periodicidade de 30 horas) planejada que permitiu sincronizar as passagens da sonda espacial com as rajadas de vento que. nas camadas superiores do planeta. A nova órbita terá um pico de aproximadamente 300.000 a 400.000  km e será concluída em 8 a 9 dias. Dada esta configuração, novos objetivos relativamente próximos dos objetivos iniciais foram definidos:

  • quando a Akatsuki está na área de sua órbita mais distante do planeta (mais de dez vezes o diâmetro de Vênus), seus instrumentos devem observar as seguintes características de todo o globo: nuvens, as camadas profundas da atmosfera e as condições da superfície;
  • Quando a sonda espacial se aproxima de Vênus e está a 10 diâmetros do planeta, os instrumentos devem fazer observações mais localizadas para estudar a convecção das nuvens, a distribuição dos movimentos das ondas e as mudanças que os afetam;
  • quando a Akatsuki está mais próxima de Vênus, a sonda espacial deve estudar a estrutura das camadas de nuvens e a atmosfera sob incidência inclinada;
  • quando a sonda espacial está no cone de sombra do Sol, seus instrumentos devem estudar os raios e a luz do céu noturno  ;
  • A Akatsuki também deve determinar a estrutura em camadas da atmosfera e suas mudanças, emitindo ondas de rádio que passarão pela atmosfera de Vênus e serão recebidas por estações na Terra.

Inserção em órbita e progresso da missão científica (dezembro de 2015-)

O , A Akatsuki consegue se colocar em órbita ao redor de Vênus. A órbita da sonda espacial é de 444.000 x 400  km com um período de 13 dias e 14 horas e uma inclinação de 3 °. O apogeu da órbita deve ser reduzido para menos de 400.000  km e a inclinação elevada para evitar períodos prolongados de eclipse solar, pois a bateria permite um alcance de apenas 90 minutos.

Resultados científicos

Em 2016, uma equipe da Universidade Rikkyo publicou um artigo na revista Nature anunciando a detecção de ondas gravitacionais na atmosfera de Vênus. Essas estruturas de nuvem foram identificadas a partir de imagens obtidas pela sonda em.

Notas e referências

  1. (em) Akatsuki  " no Catálogo de missões da NASA (acessado em 14 de julho de 2012 )
  2. (em) Venus Climate Orbiter" AKATSUKI "Press Kit  " , JAXA,
  3. A sonda Akatsuki perde seu lançamento na órbita venusiana  " , em Boletins Eletrônicos ,
  4. "O  Japão lançou sua sonda venusiana  " , em Boletins Eletrônicos ,
  5. (em) Resultado da Manobra de Controle de Órbita do Venus Climate Orbiter 'AKATSUKI'  ' em JAXA ,
  6. (en) Venus Climate Orbiter 'AKATSUKI' Venus Observação Orbit Injection (VOI-1) Resultado  " na JAXA ,
  7. (em) Abastecimento de combustível pode ter frustrado a Akatsuki  " em Yomiuri Shimbun ,
  8. (em) Venus Climate Orbiter 'AKATSUKI': tópicos  " no JAXA (acessado em 15 de julho de 2012 )
  9. (em) Status atual do AKASTUKI e operação futura  " no JAXA ,
  10. (em) Uma nova missão para a Akatsuki e atualizações de status para Hayabusa 2 e Chang'e  " , em The Planetary Society ,
  11. Emily Lakdawalla, Nova órbita da Akatsuki, primeiras imagens e planos científicos  " , em JAXA ,
  12. (em) Tetsuya Fukuhara Masahiko Futaguchi , George L. Hashimoto e Takeshi Horinouchi , Grande onda gravitacional estacionária na atmosfera de Vênus  " , Nature Geoscience , vol.  publicação online antecipada,( ISSN  1752-0908 , DOI  10.1038 / ngeo2873 , ler online , consultado em 22 de janeiro de 2017 )

Veja também

Bibliografia

  • (pt) Paolo Ulivi e David M. Harland , Exploração robótica do sistema solar: Parte 4: a Era Moderna 2004-2013 , Springer Praxis,, 567  p. ( ISBN  978-1-4614-4811-2 )

Artigos relacionados

links externos

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Elias Leite

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