Инфракрасная космическая обсерватория - Infrared Space Observatory

Инфракрасная космическая обсерватория
Имена ISO
Оператор ЕКА при значительном участии ИСАС и НАСА
COSPAR ID 1995-062A
SATCAT нет. 23715
Веб-сайт ISO в ESA science
Продолжительность миссии 28 месяцев 22 дня
Свойства космического корабля
Производитель Aérospatiale (в настоящее время Thales)
BOL масса 2498 кг
Начало миссии
Дата запуска 01:20, 17 ноября 1995 г. (UTC) ( 1995-11-17T01: 20Z )
Ракета Ариана 4
Запустить сайт ELA-2
Параметры орбиты
Справочная система Геоцентрический
Режим Сильно эллиптический
Высота перигея 1000 км
Высота апогея 70600 км
Период 24 часа
Орбитальный аппарат
Главный
Тип Ричи-Кретьен
Диаметр 60 см
Фокусное расстояние 900 см, f / 15
Длины волн От 2,4 до 240 мкм ( инфракрасный )
Знаки отличия унаследованной миссии ISO
Устаревшие знаки отличия ESA для миссии   ISO

Космическая обсерватория Инфракрасный ( ISO ) был космический телескоп для инфракрасного света разработан и управляется Европейским космическим агентством (ЕКА) в сотрудничестве с ISAS (ныне часть JAXA ) и НАСА . ISO был разработан для изучения инфракрасного света с длиной волны от 2,5 до 240 микрометров и работал с 1995 по 1998 год.

480.1- млн спутник был запущен 17 ноября 1995 года от ELA-2 пусковой площадки на Гвианского космического центра рядом с Куру во Французской Гвиане. Ракета - носитель , Ariane 4 4P ракеты, помещают ISO успешно в высокой эллиптической геоцентрической орбите , завершая один оборот вокруг Земли каждые 24 часа. Первичное зеркало его Риччи-Кретьен телескопа измеряется 60 см в диаметре и охлаждали до 1,7 кельвинов с помощью сверхтекучего гелия . Спутник ISO содержал четыре инструмента, которые позволяли получать изображения и фотометрию от 2,5 до 240 микрометров и спектроскопию от 2,5 до 196,8 микрометров.

В настоящее время ESA и IPAC продолжают усилия по совершенствованию конвейеров данных и специализированных инструментов анализа программного обеспечения, чтобы получить самые качественные методы калибровки и обработки данных. IPAC поддерживает наблюдателей ISO и пользователей архивов данных посредством внутренних визитов и семинаров.

История и развитие

В 1983 году американо-голландско-британская IRAS открыла космическую инфракрасную астрономию , выполнив первую в истории «съемку всего неба» в инфракрасном диапазоне длин волн . На полученной карте инфракрасного неба было определено около 350 000 источников инфракрасного излучения, ожидающих исследования преемниками IRAS. В 1979 году IRAS находился на продвинутой стадии планирования, и ожидаемые результаты IRAS привели к первому предложению по ISO, сделанному в ESA в том же году. Благодаря быстрому совершенствованию технологии инфракрасных детекторов, ISO должна была обеспечить подробные наблюдения около 30 000 источников инфракрасного излучения с значительно улучшенной чувствительностью и разрешением . ISO должен был работать в 1000 раз лучше по чувствительности и в 100 раз лучше по угловому разрешению при 12 микрометрах по сравнению с IRAS.

Ряд последующих исследований привел к выбору ИСО в качестве следующего взноса для научной программы ЕКА в 1983 году. Затем последовал призыв к участию в эксперименте и предложения ученых-миссионеров для научного сообщества, в результате чего в 1985 году были выбраны научные инструменты. Четыре выбранных инструмента были разработаны группами исследователей из Франции, Германии, Нидерландов и Великобритании.

Проектирование и разработка спутника началась в 1986 году, когда космическое подразделение Aérospatiale (в настоящее время поглощенное Thales Alenia Space ) возглавило международный консорциум из 32 компаний, ответственных за производство , интеграцию и испытания нового спутника. Окончательная сборка прошла в Космическом центре им . Манделье в Каннах .

Спутник

Анимация орбиты инфракрасной космической обсерватории
   Инфракрасная космическая обсерватория  ·    Земля

На базовый дизайн ISO сильно повлиял дизайн его непосредственного предшественника. Как и IRAS, ISO состоит из двух основных компонентов:

Модуль полезной нагрузки также имел конический солнцезащитный козырек для предотвращения попадания рассеянного света в телескоп и два больших звездных трекера . Последние были частью подсистемы управления ориентацией и орбитой (AOCS), которая обеспечивала трехосную стабилизацию ISO с точностью наведения в одну угловую секунду . Он состоял из датчиков Солнца и Земли, вышеупомянутых звездных трекеров, квадрантного звездного датчика на оси телескопа, гироскопов и реактивных колес . Дополнительная система управления реакцией (RCS), использующая гидразиновый пропеллент , отвечала за орбитальное направление и точную настройку вскоре после запуска . Весь спутник весил чуть менее 2500 кг, имел высоту 5,3 м, ширину 3,6 м и глубину 2,3 м.

Сервисный модуль содержал всю теплую электронику , топливный бак с гидразином и обеспечивал до 600 Вт электроэнергии с помощью солнечных элементов, установленных на солнечной стороне солнцезащитного козырька, установленного на сервисном модуле. На нижней стороне служебного модуля находился несущий кольцевой физический интерфейс для ракеты-носителя.

Криостат модуля полезной нагрузки окружила телескопа и науки инструмент с большим Дьюара , содержащим тороидальный бак , загруженный 2268 литров сверхтекучего гелия. Охлаждение за счет медленного испарения гелия поддерживало температуру телескопа ниже 3,4 К, а научных инструментов ниже 1,9 К. Эти очень низкие температуры требовались для того, чтобы научные инструменты были достаточно чувствительными, чтобы обнаруживать небольшое количество инфракрасного излучения от космических источников. Без этого экстремального охлаждения телескоп и инструменты увидели бы только собственное интенсивное инфракрасное излучение, а не слабое издалека.

Оптический телескоп

Телескоп ISO был установлен на центральной линии дьюара, рядом с нижней стороной баллона с тородиальным гелием. Он был типа Ричи-Кретьена с эффективным входным зрачком 60 см, отношением фокусных расстояний 15 и результирующим фокусным расстоянием 900 см. Очень строгий контроль над рассеянным светом, особенно от источников яркого инфракрасного излучения за пределами поля зрения телескопа , был необходим для обеспечения гарантированной чувствительности научных инструментов. Комбинация светонепроницаемых экранов, перегородок внутри телескопа и солнцезащитного козырька на криостате обеспечивает полную защиту от паразитного света. Кроме того, ISO было запрещено проводить наблюдения слишком близко к Солнцу, Земле и Луне; все основные источники инфракрасного излучения. ISO всегда указывал между 60 и 120 градусами от Солнца и никогда не указывал ближе, чем 77 градусов к Земле, 24 градуса к Луне или ближе 7 градусов к Юпитеру . Эти ограничения означали, что в любой момент времени только около 15 процентов неба были доступны для ISO.

В форме пирамиды зеркало позади главного зеркала телескопа распределили инфракрасный свет для четырех инструментов, предоставляя каждому из них с 3-минутной дуги участка 20 дуги минут поле зрения телескопа. Таким образом, наведение другого инструмента на тот же космический объект означало повторное наведение всего спутника ISO.

Запасные части для прибора LWS в ISO

Инструменты

ИСО имеет набор из четырех научных инструментов для наблюдений в инфракрасном диапазоне:

  • Инфракрасная камера (ISOCAM) - камера с высоким разрешением, охватывающая длину волны от 2,5 до 17 микрометров, с двумя разными детекторами . Подобно камере видимого света, он делает снимки астрономических объектов, но изображение показывает, как объект выглядит в инфракрасном свете.
  • Фото-поляриметр (ISOPHOT) - инструментпредназначенный для измерения количества инфракрасного излученияиспускаемого из астрономических объектов. Очень широкий диапазон длин волн от 2,4 до 240 микрометров позволял этому прибору видеть инфракрасное излучение даже самых холодных астрономических объектов, таких как межзвездные пылевые облака.
  • Коротковолновый спектрометр (SWS) - спектрометр, охватывающий длину волны от 2,4 до 45 микрометров. Наблюдения с помощью этого прибора предоставили ценную информацию о химическом составе , плотности и температуре Вселенной.
  • Длинноволновый спектрометр (LWS) - спектрометр, охватывающий длину волны от 45 до 196,8 мкм. Этот инструмент, по сути, делал то же самое, что и SWS, но смотрел на гораздо более холодные объекты, чем SWS. На этом приборе исследовались особенно холодные пылевые облака между звездами.

Все четыре инструмента были установлены непосредственно за главным зеркалом телескопа по кругу, причем каждый инструмент занимал 80- градусный сегмент цилиндрического пространства. Поле зрения каждого инструмента было смещено относительно центральной оси поля зрения телескопа. Это означает, что каждый инструмент «видел» разные участки неба в данный момент. В стандартном рабочем режиме в основном работал один прибор.

Запуск и работа

После очень успешной фазы разработки и интеграции ИСО был наконец выведен на орбиту 17 ноября 1995 года на борту ракеты-носителя Ариан-44П. Характеристики ракеты-носителя были очень хорошими, апогей был всего на 43 км ниже ожидаемого. Центр космических операций ЕКА в Дармштадте в Германии полностью контролировал ISO в первые четыре дня полета. После раннего ввода в эксплуатацию основной контроль над ISO был передан Центру управления космическими аппаратами (SCC) в Виллафранке в Испании ( VILSPA ) на оставшуюся часть миссии. В первые три недели после запуска орбита была настроена, все спутниковые системы были задействованы и протестированы. Охлаждение криостата оказалось более эффективным, чем рассчитывалось ранее, поэтому предполагаемая продолжительность миссии была увеличена до 24 месяцев. В период с 21 по 26 ноября все четыре научных прибора были включены и тщательно проверены. С 9 декабря 1995 г. по 3 февраля 1996 г. проходила «Этап проверки работоспособности», посвященный вводу в эксплуатацию всех приборов и устранению проблем. Регулярные наблюдения начались с 4 февраля 1996 г. и продолжались до истощения последнего гелиевого теплоносителя 8 апреля 1998 г.

Перигей орбиты ИСО лежал внутри радиационного пояса Ван Аллена , из-за чего научные инструменты отключались на семь часов при каждом прохождении через радиационный пояс. Таким образом, для научных наблюдений оставалось 17 часов на каждой орбите. Типичный 24-часовой оборот ISO можно разбить на шесть фаз:

  • Получение сигнала (AOS) основным центром управления полетами VILSPA в Испании и активация спутника.
  • Научные операции во время окна VILSPA, начинающиеся через четыре часа после перигея и продолжающиеся до девяти часов.
  • Передача операций на вторичном центре управления полетом в Голдстоун в апогее. В течение этого 15-минутного периода научные приборы не могли работать.
  • Научные операции во время окна Голдстоуна продолжительностью до восьми часов.
  • Отключение инструментов при приближении к радиационному поясу Ван Аллена и потере сигнала (LOS) в Голдстоуне.
  • Прохождение перигея.

В отличие от IRAS, на борту ISO не было записано никаких научных данных для последующей передачи на землю. Все данные, как научные, так и хозяйственные, передавались на землю в режиме реального времени. Точка перигея орбиты ИСО находилась ниже радиогоризонта центров управления полетами как в ВИЛСПА, так и в Голдстоуне, что вынудило отключать научные инструменты в перигее.

Конец миссии

В 07:00 UTC 8 апреля 1998 г. диспетчеры VILSPA заметили повышение температуры телескопа. Это был явный признак того, что запас сверхтекучего гелиевого теплоносителя исчерпан. В 23:07 UTC того же дня температура научных приборов поднялась выше 4,2 К, и научные наблюдения были прекращены. Несколько детекторов в приборе SWS были способны проводить наблюдения при более высоких температурах и использовались еще 150 часов для проведения подробных измерений еще 300 звезд . В течение месяца после истощения хладагента была начата «фаза технологических испытаний» (TTP) для проверки нескольких элементов спутника в нестандартных условиях. После завершения TTP перигей орбиты ISO был снижен настолько, чтобы гарантировать, что ISO сгорит в атмосфере Земли через 20-30 лет после остановки. Затем ISO был окончательно отключен 16 мая 1998 года в 12:00 UTC.

Полученные результаты

В среднем ISO проводила 45 наблюдений на каждой 24-часовой орбите. За время своего существования на более чем 900 орбитах ИСО провела более 26 000 успешных научных наблюдений. Огромные объемы научных данных, сгенерированные ISO, были предметом обширных архивных работ до 2006 года. Полный набор данных был доступен научному сообществу с 1998 года, и было сделано много открытий, и, вероятно, еще много впереди:

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки