Akatsuki (nave espacial) - Akatsuki (spacecraft)

Para outros usos, consulte Akatsuki .

Akatsuki
Akatsuki-1.jpg
Um modelo da nave espacial Akatsuki
Tipo de missão Orbitador de Vênus
Operador JAXA
COSPAR ID 2010-020D
SATCAT nº 36576
Local na rede Internet JAXA
JAXA Special Site
Duração da missão ~ 2 anos (fase científica)
decorridos: 11 anos, 2 meses e 2 dias
Propriedades da espaçonave
Fabricante NEC Space Technologies
Massa de lançamento 517,6 kg (1.141 lb)
Massa seca 320 kg (710 lb)
Dimensões 1,04 m × 1,45 m × 1,44 m (3,4 pés × 4,8 pés × 4,7 pés)
Poder > 700 watts a 0,7 AU
Início da missão
Data de lançamento 20 de maio de 2010, 21:58:22  UTC ( 2010-05-20UTC21: 58: 22Z )
Foguete H-IIA 202
Local de lançamento Tanegashima YLP-1
Parâmetros orbitais
Sistema de referência Cytherocentric
Excentricidade 0,971
Altitude de pericterião 1.000 quilômetros (620 mi)
Altitude de apociterião 330.000 quilômetros (210.000 mi)
Inclinação 3,0 °
Período 10,8 dias
Flyby of Venus (falha na inserção)
Abordagem mais próxima 6 de dezembro de 2010, 23:49:00 UTC
Distância 550 quilômetros (340 mi)
Orbitador de Vênus
Inserção orbital 7 de dezembro de 2015
 
Animação da trajetória da Akatsuki de 21 de maio de 2010 a 31 de dezembro de 2016.
Akatsuki ; Venus ; Terra ; Sun ;

Akatsuki (あ か つ き, 暁, "Dawn") , também conhecida como Venus Climate Orbiter ( VCO ) e Planet-C , é uma sonda espacial japonesa ( JAXA )encarregada de estudar a atmosfera de Vênus . Foi lançado a bordo de um foguete H-IIA 202 em 20 de maio de 2010 e não conseguiu entrar na órbita de Vênus em 6 de dezembro de 2010. Depois que a nave orbitou o Sol por cinco anos, os engenheiros a colocaram em uma órbita elíptica venusiana alternativaem 7 de dezembro. 2015 disparando seuspropulsores de controle de atitude por 20 minutos e tornando-o o primeiro satélite asiático orbitando Vênus.

Usando cinco câmeras diferentes trabalhando em vários comprimentos de onda, a Akatsuki está estudando a estratificação da atmosfera, a dinâmica atmosférica e a física das nuvens. Astrônomos que trabalham na missão relataram a detecção de uma possível onda gravitacional (não confundir com ondas gravitacionais ) na atmosfera de Vênus em dezembro de 2015.

Missão

Akatsuki é uma missão orbital japonesa que atualmente estuda o planeta Vênus . As observações incluem imagens de nuvem e superfície de uma órbita ao redor do planeta com câmeras operando nos comprimentos de onda infravermelho, visível e UV para investigar a complexa meteorologia venusiana e elucidar os processos por trás da misteriosa super-rotação atmosférica . Em Vênus, enquanto o planeta gira a 6 km / h no equador, a atmosfera gira ao redor do planeta a 300 km / h. Outros experimentos são projetados para confirmar a presença de relâmpagos e determinar se o vulcanismo ocorre atualmente em Vênus.

Akatsuki é a primeira missão de exploração planetária do Japão desde a falha da sonda orbital Nozomi de Marte, que foi lançada em 1998. A Akatsuki foi originalmente planejada para conduzir pesquisas científicas por dois ou mais anos a partir de uma órbita elíptica ao redor de Vênus variando de 300 a 80.000 km (190 a 49.710 milhas ) em altitude, mas sua órbita alternativa tinha que ser altamente elíptica, variando entre 1.000 km e 10.000 km no ponto mais próximo e cerca de 360.000 km no ponto mais distante. Essa órbita maior leva 10 dias para ser concluída, em vez das 30 horas originalmente planejadas. O orçamento para esta missão é de ¥ 14,6 bilhões ( US $ 174 milhões ) para o satélite e ¥ 9,8 bilhões (US $ 116 milhões) para o lançamento.

Projeto de nave espacial

O barramento principal é uma caixa de 1,45 × 1,04 × 1,44 m (4,8 × 3,4 × 4,7 pés) com dois painéis solares , cada um com uma área de cerca de 1,4 m 2 (15 pés quadrados). Os painéis solares fornecem mais de 700 W de potência durante a órbita de Vênus. A massa total da espaçonave no lançamento era de 517,6 kg (1.141 lb). A massa da carga útil científica é de 34 kg (75 lb).

A propulsão é fornecida por um motor de manobra orbital de 500 newtons (110  lb f ) bi-propelente, hidrazina - tetróxido de dinitrogênio e doze propulsores de controle de reação de hidrazina monopropelente, oito com 23 N (5,2 lb f ) de empuxo e quatro com 3 N (0,67 lb f ). É a primeira espaçonave a usar um propulsor retrofire de cerâmica ( nitreto de silício ). A massa total do propelente no lançamento era de 196,3 kg (433 lb).

A comunicação é feita por meio de um transponder de banda X de 20 watts e 8 GHz usando a antena de alto ganho de 1,6 m (5 pés 3 pol.). A antena de alto ganho é plana para evitar que o calor se acumule nela. A Akatsuki também tem um par de antenas de chifre de ganho médio montadas em toca-discos e duas antenas de baixo ganho para uplink de comando. As antenas de chifre de ganho médio são usadas para downlink de dados de manutenção quando a antena de alto ganho não está voltada para a Terra.

Instrumentos

A carga científica consiste em seis instrumentos. As cinco câmeras de imagem estão explorando Vênus em comprimentos de onda do ultravioleta ao infravermelho médio:

  1. a Lightning and Airglow Camera ( LAC ) está procurando por raios no espectro visível (552-777 nm)
  2. o ultravioleta imager ( UVI ) está estudando a distribuição de gases atmosféricos específicos, como dióxido de enxofre e o famoso absorvedor desconhecido em comprimentos de onda ultravioleta (283-365 nm)
  3. a câmera infravermelha de onda longa ( LIR ) está estudando a estrutura de nuvens de alta altitude em um comprimento de onda onde elas emitem calor (10 μm)
  4. a câmera infravermelha de 1  μm ( IR1 ) está captando imagens da radiação de calor noturna (0,90-1,01 μm) emitida da superfície de Vênus e ajuda os pesquisadores a localizar vulcões ativos , se eles existirem. Enquanto no lado do dia, ele detectou a radiação solar próxima ao infravermelho (0,90 μm) refletida pelas nuvens do meio. Indisponível para observação após dezembro de 2016 devido a uma falha eletrônica.
  5. a câmera infravermelha de 2 μm ( IR2 ) estudou a opacidade das nuvens mais baixas do lado noturno para a emissão térmica da superfície e da atmosfera mais profunda (1,74–2,32 μm). Também detectou no lado diurno a banda de CO2 a 2,02 μm, que pode ser usada para inferir a altitude do topo das nuvens. Finalmente, o filtro de 1,65 μm foi usado durante a fase de cruzeiro para estudar a luz zodiacal. Indisponível para observação após dezembro de 2016 devido a uma falha eletrônica.
  6. o Oscilador Ultra-Estável ( USO ) para realizar experimentos de ocultação de rádio .

Relações Públicas

Uma campanha de relações públicas foi realizada entre outubro de 2009 e janeiro de 2010 pela Planetary Society e JAXA , para permitir que os indivíduos enviassem seus nomes e uma mensagem a bordo da Akatsuki . Nomes e mensagens foram impressos em letras finas em uma placa de alumínio e colocados a bordo da Akatsuki . 260.214 pessoas enviaram nomes e mensagens para a missão. Cerca de 90 placas de alumínio foram criadas para a espaçonave, incluindo três placas de alumínio nas quais as imagens do Vocaloid Hatsune Miku e sua figura super deformada Hachune Miku foram impressas.

Operações

Lançar

O lançamento da Akatsuki

A Akatsuki deixou o Campus Sagamihara em 17 de março de 2010 e chegou ao Edifício de Teste e Montagem 2 da Nave Espacial Tanegashima em 19 de março. Em 4 de maio, a Akatsuki foi encapsulada dentro da grande carenagem de carga útil do foguete H-IIA que lançou a espaçonave, junto com a vela solar IKAROS , em uma viagem de 6 meses a Vênus. Em 9 de maio, a carenagem de carga útil foi transportada para o Edifício de Montagem de Veículos do Centro Espacial Tanegashima, onde a carenagem foi acoplada ao próprio veículo de lançamento H-IIA.

A espaçonave foi lançada em 20 de maio de 2010 às 21:58:22 ( UTC ) do Centro Espacial Tanegashima, após ter sido atrasada por causa do tempo em relação ao seu objetivo inicial programado para 18 de maio.

Falha de inserção de órbita

A Akatsuki foi planejada para iniciar as operações de inserção orbital ao acionar o motor de manobra orbital às 23:49:00 do dia 6 de dezembro de 2010 UTC . A queima deveria continuar por doze minutos, para uma órbita de Vênus inicial com uma apoapsis de 180.000 a 200.000 km (110.000 a 120.000 mi), um periapsis de 550 km (340 mi) e um período orbital de quatro dias .

A manobra de inserção da órbita foi confirmada como tendo começado a tempo, mas após o blecaute esperado devido à ocultação por Vênus, a comunicação com a sonda não se recuperou como planejado. A sonda foi encontrada no modo de retenção segura, estado estabilizado por rotação com dez minutos por rotação. Devido à baixa velocidade de comunicação através da antena de baixo ganho, demorou um pouco para determinar o estado da ponta de prova. A JAXA declarou em 8 de dezembro que a manobra de inserção orbital da sonda havia falhado. Em uma coletiva de imprensa em 10 de dezembro, oficiais relataram que os motores da Akatsuki dispararam por menos de três minutos, muito menos do que o necessário para entrar na órbita de Vênus. Pesquisas posteriores descobriram que a razão provável para o mau funcionamento do motor eram depósitos de sal que obstruíam a válvula entre o tanque de pressurização de hélio e o tanque de combustível. Como resultado, a combustão do motor tornou-se rica em oxidantes, resultando em altas temperaturas de combustão danificando a garganta e o bico da câmara de combustão. Um problema semelhante de vazamento de vapor destruiu a sonda Mars Observer da NASA em 1993.

Como resultado, a sonda estava em uma órbita heliocêntrica, em vez da órbita de Vênus. Como a órbita resultante tinha um período orbital de 203 dias, mais curto do que o período orbital de Vênus de 225 dias, a sonda vagou ao redor do Sol em comparação com Vênus.

Esforços de recuperação

A JAXA desenvolveu planos para tentar outra queima de inserção orbital quando a sonda retornasse a Vênus em dezembro de 2015. Isso exigia colocar a sonda em "hibernação" ou modo seguro para prolongar sua vida além do projeto original de 4,5 anos. JAXA expressou alguma confiança em manter a sonda operacional, apontando para o desgaste reduzido da bateria, uma vez que a sonda estava orbitando o Sol em vez de sua órbita venusiana pretendida.

Os dados de telemetria da falha original sugeriram que a garganta de seu motor principal, o motor de manobra de órbita (OME) ainda estava em grande parte intacta, e os impulsos do jato de teste do OME a bordo da sonda foram realizados duas vezes, em 7 e 14 de setembro de 2011. No entanto, o empuxo foi de apenas cerca de 40 newtons (9,0 lb f ), o que foi 10% das expectativas. Após esses testes, foi determinado que o impulso específico insuficiente estaria disponível para manobra orbital pela OME. Concluiu-se que o restante da garganta da câmara de combustão foi completamente destruído pela ignição transitória do motor. Como resultado, a estratégia selecionada foi usar quatro propulsores de controle de atitude de hidrazina , também chamados de sistema de controle de reação (RCS), para conduzir a sonda à órbita de Vênus. Como os propulsores RCS não precisam de oxidante, os 65 kg restantes de oxidante ( MON ) foram ventilados ao mar em outubro de 2011 para reduzir a massa da espaçonave.

Três manobras orbitais peri-Vênus foram executadas em 1 de novembro, 10 e 21 de novembro de 2011 usando os propulsores RCS. Um delta- v total de 243,8 m / s foi transmitido à espaçonave. Como o impulso específico dos propulsores RCS é baixo em comparação com o impulso específico da OME, a inserção previamente planejada na órbita venusiana baixa tornou-se impossível. Em vez disso, o novo plano era colocar a sonda em uma órbita altamente elíptica com uma apoapsis de cem mil quilômetros e um periapsis de alguns milhares de quilômetros de Vênus. Os engenheiros planejaram que a órbita alternativa fosse progressiva (na direção da super-rotação atmosférica) e se situasse no plano orbital de Vênus. O método e a órbita foram anunciados pela JAXA em fevereiro de 2015, com uma data de inserção na órbita de 7 de dezembro de 2015. A sonda atingiu seu ponto mais distante de Vênus em 3 de outubro de 2013 e tem se aproximado do planeta desde então.

Inserção de órbita

Animação da Akatsuki 's trajetória em torno de Vênus a partir de 01 de dezembro de 2015
   Akatsuki  ·   Vênus

Depois de realizar a última de uma série de quatro manobras de correção de trajetória entre 17 de julho e 11 de setembro de 2015, a sonda foi estabelecida em uma trajetória para voar além de Vênus em 7 de dezembro de 2015, quando a Akatsuki faria uma manobra para entrar na órbita de Vênus após 20- queima de minuto com quatro propulsores que não foram classificados para uma manobra propulsiva tão pesada. Em vez de levar cerca de 30 horas para completar uma órbita em torno de Vênus - como foi planejado originalmente - a nova órbita almejada colocaria a Akatsuki em uma órbita de nove dias após um ajuste em março de 2016.

Depois que os engenheiros da JAXA mediram e calcularam sua órbita após a inserção orbital de 7 de dezembro, a JAXA anunciou em 9 de dezembro que a Akatsuki havia entrado com sucesso na órbita elíptica pretendida, até 440.000 km (270.000 mi) de Vênus, e tão perto quanto 400 km (250 mi) da superfície de Vênus com um período orbital de 13 dias e 14 horas.

Uma queima do propulsor de acompanhamento em 26 de março de 2016 reduziu a apoapsis da Akatsuki para cerca de 330.000 km (210.000 mi) e encurtou seu período orbital de 13 para 9 dias.

Status

O orbitador iniciou seu período de dois anos de operações científicas "regulares" em meados de maio de 2016. Desde 9 de dezembro de 2016, as câmeras de infravermelho próximo de 1 μm e 2 μm não estão disponíveis para observações devido a uma falha eletrônica. Sua câmera infravermelha de onda longa, gerador de imagens ultravioleta e câmera de relâmpago e brilho aéreo continuam a operação normal.

Em abril de 2018, a Akatsuki terminou sua fase regular de observação e entrou em uma fase de operação estendida. As operações estendidas são aprovadas até o final de 2020, com novas extensões da missão a serem consideradas com base nas condições da espaçonave naquele momento. A Akatsuki tem combustível suficiente para continuar operando por pelo menos mais 2 anos a partir de novembro de 2019.

Ciência

Três horas após a inserção em dezembro de 2015 e em "alguns vislumbres em abril e maio" de 2016, os instrumentos da nave registraram uma "característica em forma de arco na atmosfera que se estende por 6.000 milhas, quase pólo a pólo - um sorriso de lado". Os cientistas do projeto chamaram o recurso de " onda gravitacional " nos ventos do planeta acima de Afrodite Terra , "uma região montanhosa do tamanho da África que se eleva até três milhas da superfície". A missão é coletar dados em todas as bandas espectrais relevantes de ultravioleta (280 nm) a infravermelho médio (10 μm).

Imagens do orbitador Akatsuki revelaram algo semelhante aos ventos da corrente de jato na região de nuvens baixas e médias, que se estendem de 45 a 60 quilômetros de altitude. A velocidade do vento foi maximizada perto do equador. Em setembro de 2017, os cientistas da JAXA chamaram esse fenômeno de 'jato equatorial venusiano'. Eles também publicaram resultados sobre ventos equatoriais no nível do topo das nuvens rastreando nuvens no espectro UV. Um resultado significativo em 2018 é o aparecimento de nuvens espessas de pequenas partículas perto da transição entre as nuvens superiores e médias, o que foi descrito como uma "nova e intrigante morfologia da complexa cobertura de nuvens". Em 2017, a equipe de ciência publicou mapas 3D sobre a estrutura da atmosfera de Vênus. As quantidades físicas recuperadas incluem a pressão, a temperatura, o H
2ASSIM
4densidade de vapor e densidade de elétrons ionosféricos e suas variações. No ano de 2019, os primeiros resultados sobre a morfologia, mudanças temporais e os ventos nas nuvens médias de Vênus foram publicados e mereceram a capa na Geophysical Research Letters, relatando contrastes inesperadamente altos que podem indicar a presença de absorventes como a água.

Para obter imagens de relâmpagos, o orbitador avista o lado escuro de Vênus por cerca de 30 minutos a cada 10 dias. Em julho de 2019, acumulava 16,8 horas de observações do lado noturno e nenhum raio foi detectado.

Galeria: Fotos de Vênus da Akatsuki

  • Uma imagem de Vênus com AKATSUKI Ultraviolet Imager (UVI)

  • Uma imagem de Vênus com uma área em forma de crescente iluminada pela luz solar. A imagem foi tirada com UVI.

  • Uma imagem do lado noturno de Vênus com a câmera AKATSUKI de 2 μm (IR2). Nas áreas escuras, a luz é absorvida por nuvens de CO2 .

  • Uma imagem da superfície de Vênus com a câmera AKATSUKI 1 μm (IR1).

Veja também

Referências

links externos