Акацукі (касмічны апарат)

, таксама вядомы як Venus Climate Orbiter (VCO) і Planet-C —  аўтаматычная міжпланетная станцыя JAXA маючая мэтай вывучэнне  атмасферы Венеры. Станцыя была запушчана на ракеце H-IIA 202 20 мая 2010 года, але не здолела выйсці на арбіту Венеры 6 снежня 2010 года. Пасля таго як апарат правёў на сонечнай арбіце 5 гадоў, у інжынераў атрымалася вывесці яго на альтэрнатыўную венерыянскую эліптычную арбіту 7 снежня 2015. Акацукі стаў першым японскім спадарожнікам на арбіце Венеры. 

Выкарыстоўваючы пяць розных камер на некалькіх даўжынях хваль, Акацукі вывучае структуру атмасферы, атмасферную дынаміку і фізіку аблокаў. Астраномы місіі ў снежні 2015 года паведамілі аб выяўленні магчымай гідрадынамічнай гравітацыйнай хвалі ў атмасферы Венеры. Including link to Tetsuya Fukuhara et al., "Large stationary gravity wave in the atmosphere of Venus" (preview/subscription), Nature Geoscience via NYTimes link, 16 January 2017.

 Місія 
Акацукі — гэта першая японская місія па даследаванні планет пасля няўдалага марсіянскага зонда Назомі 1998 года. Акацукі першапачаткова прызначаўся для правядзення навуковых даследаванняў на працягу больш чым двух гадоў з эліптычнай арбіты вакол Венеры ў дыяпазоне ад 300 да 80 000 км над паверхняй, але яго альтэрнатыўная арбіта атрымалася моцна эліптычнай у дыяпазоне ад 1 000 да 10 000 км у бліжэйшай кропцы і каля 360 000 км у найдалейшай. На абарот па гэтай арбіце трэба 10 дзён замест першапачаткова запланаваных 30 гадзін. Бюджэт місіі склаў 14,6 млрд іен (ці $174 млн) на спадарожнік і 9,8 млрд іен ($116 млн) на запуск.

Назіранні ўключаюць здымкі аблокаў і паверхні планеты з дапамогай камер інфрачырвонага, бачнага і ўльтрафіялетавага дыяпазонаў, каб даследаваць складаную метэаралогію Венеры і высветліць працэсы, якія ляжаць у аснове таямнічага супервярчэння атмасферы планеты. Хаця Венера круціцца з хуткасцю 6 км/г на экватары, яе атмасфера круціцца вакол планеты з хуткасцю ў 300 км/г. Іншыя эксперыменты прызначаны для пацвярджэння наяўнасці маланак і вызначэння таго, ці адбываецца вулканізм на Венеры ў цяперашні час.

 Канструкцыя апарата 
Галоўны корпус гэта скрынка памерам 1,04 × 1,45 × 1,44 м з двума сонечнымі батарэямі, кожная з плошчай каля 1,4 м2. Сонечныя батарэі забяспечваюць больш за 700 Вт энергіі на арбіце Венеры. Агульная маса апарата на старце складала 517,6 кг. Маса навуковага абсталявання складае 34 кг.

Рух забяспечваецца арбітальным манеўровым рухавіком магутнасцю 500 Н на двухскладовым паліве гідразін/тэтраксід діазота і дванаццаць гідразінавых рухавікоў кіравання арыентацыі, восем з 23 Н і чатыры з 3 Н цягі. Гэта першы касмічны апарат, у якім выкарыстоўваецца керамічны (з нітрыду крэмнію) рухавік. Поўная маса паліва пры старце складала 196,3 кг.

Сувязь ажыццяўляецца праз 8 ГГц, 20-ватны транспондер X-дыяпазону з выкарыстаннем 1,6 метровай антэнай з высокім узмацненнем. Антэна з высокім узмацненнем плоская, каб прадухіліць назапашванне ў ёй цяпла ад Сонца. Акацукі таксама мае пару рупарных антэн з сярэднім узмацненнем усталяваных на паваротных кружэлках, і дзве антэны з нізкім узмацненнем для прымання каманд з Зямлі. Рупарныя антэны сярэдняга каэфіцыента ўзмацнення выкарыстоўваюцца для адпраўкі даных калі мацнейшая антэна не скіравана да Зямлі.

 Інструменты 
Навуковая нагрузка складаецца з шасці прыбораў. Пяць камер даследуюць Венеру ў даўжынях хваль ад ультрафіялетавага да сярэдняга інфрачырвонага дыяпазону:

 Камера маланак і свячэння паветра (LAC) шукае маланкі ў бачным спектры (552-777 нм)
 Ультрафіялетавая камера (UVI) вывучае размеркаванне спецыфічных атмасферных газаў, такіх як дыяксід серы і загадкавы паглынальнік на даўжынях хваль ультрафіялету (283-365 нм)
 Даўгахвалевая інфрачырвоная камера (LIR) вывучае структуру вышынных аблокаў на даўжыні хвалі выпраменьвання цяпла (10 мкм)
 Інфрачырвоная 1 мкм камера (IR1) здымала цеплавое выпраменьванне (0,90–1,01 мкм) з паверхні Венеры на начным баку, і дапамагала даследчыкам у пошуке дзеючых вулканаў, калі тыя існуюць. Знаходзячыся на дзённым баку, камера здымала сонечнае выпраменьванне ў блізкім інфрачырвоным дыяпазоне (0,90 мкм), адлюстраванае сярэднімі аблокамі. Са снежня 2016 г. не працуе з-за збою электроннага абсталявання.
 Інфрачырвоная 2 мкм камера (IR2) даследавала на начным баку непразрыстасць ніжніх аблокаў да цеплавога выпраменьвання з глыбейшай атмасферы і паверхні (1,74–2,32 мкм). Яна таксама знайшла на дзённым баку дыяпазон CO2 у 2.02 мкм, што можа быць выкарыстана для знаходжання вышыні верхняй мяжы аблокаў. Таксама 1,65-мкм фільтр быў выкарыстаны падчас міжпланетнага пералёта для вывучэння задыякальнага святла. Інструмент не працуе са снежня 2016 г. з-за збою электроннага абсталявання.
 Звышстабільны асцылятар (USO) для правядзення эксперыментаў па радыёакультацыі.

 Публічны ўдзел 
Ў перыяд з кастрычніка 2009 па студзень 2010 Планетарным таварыствам і JAXA была праведзена публічная кампанія каб заахвоціць людзей адправіць сваё імя і паведамленне на борце Акацукі. Імёны і паведамленні друкавалісь дробнымі літарамі на алюмініевай пласціне і размяшчаліся на борце Акацукі. 260 214 чалавек прынялі ўдзел у акцыі, і каля 90 алюмініевых пласцін было створана для размяшчэння ўсіх імёнаў і паведамленняў.

 Ход місіі 

 Запуск 
міні| Запуск Акацукі
Акацукі пакінуў лабараторыю Сагаміхара 17 сакавіка 2010 года і 19 сакавіка прыбыў у 2 выпрабавальны і зборачны корпус спадарожнікаў касмічнага цэнтра Танегасіма. 4 мая апарат быў памешчаны ў абцякальнік карыснай нагрузкі ракеты H-IIA разам з іншым спадарожнікам, IKAROS. 9 мая абцякальнік з карыснай нагрузкай быў дастаўлены ў будынак зборкі ракет касмічнага цэнтра Танегасіма, дзе далей быў злучаны з самой ракетай-носьбітам.

Касмічны апарат быў запушчаны 20 мая 2010 г. у 21:58:22 (UTC) з касмічнага цэнтра Танегасіма, пасля пераносаў з-за надвор’я на два дні пазней першапачаткова запланаванай даты.

 Няўдача замацавання на арбіце 
Планавалася пачаць аперацыі па выхаду на арбіту Венеры шляхам запальвання рухавіка арбітальнага манеўравання 6 снежня 2010 у 23:49:00. Праца рухавіка павінна была доўжыцца дванаццаць хвілін да фармавання пачатковай венерыянскай арбіты з вышынёй апацэнтру 80 000 км, перыцэнтру 300 км і арбітальным перыядам 30 гадзін.

Было пацверджана, што манеўр выхаду на арбіту пачаўся своечасова, але пасля чаканага разрыва сувязі з-за зацямнення Венерай сувязь з зондам не аднавілася, як планавалася. Было выяўлена, што зонд знаходзіцца ў бяспечным рэжыме, у стане стабілізацыі кручэннем з частатой 10 хвілін на абарот. З-за нізкай хуткасці сувязі праз антэну з нізкім каэфіцыентам узмацнення спатрэбіўся час, каб вызначыць стан зонда.JAXA's press briefing, 22:00, 7 December 2010 JST 8 снежня JAXA заявіла, што манеўр вываду Акацукі на арбіту не атрымаўся. На прэс-канферэнцыі 10 снежня афіцыйныя асобы паведамілі, што рухавік працаваў менш за тры хвіліны, што значна менш чым патрабавалася для выхаду на арбіту Венеры. Далейшыя даследаванні паказалі, што верагоднай прычынай няспраўнасці рухавіка сталі адклады соляў, якія закаркавалі клапан паміж геліевым і паліўным бакамі. У выніку згаранне рухавіка стала багатым на акісляльнік, з-за чаго высокія тэмпературы згарання пашкодзілі гарлавіну камеры згарання і сопла. Падобная праблема з уцечкай пары знішчыла зонд NASA Mars Observer у 1993 годзе.

У выніку касмічны апарат апынуўся на геліяцэнтрычнай арбіце, а не на арбіце Венеры. Паколькі атрыманая арбіта мела арбітальны перыяд 203 дніhttp://ccar.colorado.edu/ASEN5050/projects/projects_2016/Branham_Breana/voi.html  (retrieved 13 June 2017), крыху меншы чым арбітальны перыяд Венеры ў 225 дзён, апарат дрэйфаваў вакол Сонца ў параўнанні з Венерай.

 Намаганні па выпраўленню 
JAXA распрацавала планы паспрабаваць яшчэ адзін выхад на арбіту, калі апарат зблізіцца з Венерай у снежні 2015 года. Для гэтага патрабавалася перавесці зонд у «спячы» або бяспечны рэжым, каб падоўжыць яго тэрмін службы адносна першапачаткова планаванага 4,5-гадовага перыяду працы. JAXA выказала ўпэўненасць у захаванні працаздольнасці зонда, указваючы на паменшаны знос батарэі, паколькі зонд у той час круціўся вакол Сонца, а не на арбіце Венеры.

Тэлеметрычныя даныя няўдачнай спробы сведчылі аб тым, што гарлавіна асноўнага рухавіка, арбітальнага манеўравальнага рухавіка (OME) у значнай ступені была цэлай, таму двойчы, 7 і 14 верасня 2011 года, былі выкананы пробныя запускі рухавіка. Аднак яго цяга складала ўсяго каля 40 Н,10% ад чаканага. Пасля гэтых выпрабаванняў было ўстаноўлена, што для арбітальнага манеўравання OME будзе недастаткова ўдзельнага імпульсу. Быў зроблены вывад, што пакінутая гарлавіна камеры згарання была цалкам разбурана ў выніку выпрабавальнага запальвання рухавіка. У выніку абраная стратэгія заключалася ў выкарыстанні чатырох гідразінавых рухавікоў кіравання палажэннем (RCS) для вываду зонда на арбіту вакол Венеры. Паколькі рухавікі RCS не маюць патрэбы ў акісляльніку, астатнія 65 кг акісляльніка (MON) быў спушчаны за борт у кастрычніку 2011 года, каб паменшыць масу апарата.

10  і 21 лістапада 2011 года былі выкананы тры перы-венерыянскія арбітальныя манеўры з выкарыстаннем рухавікоў RCS. Агульны імпульс манеўраў змяніў хуткасць апарата на 243,8 м/с. Паколькі ўдзельны імпульс рухавікоў RCS нізкі ў параўнанні з удзельным імпульсам OME, выхад на нізкую арбіту з першапачатковых планаў стаў немагчымым. Замест гэтага новы план заключаўся ў тым, каб размясціць зонд на высокаэліптычнай арбіце з апацэнтрам у сто тысяч кіламетраў і перыцэнтрам у некалькіх тысячах кіламетраў ад Венеры. Інжынеры планавалі, што альтэрнатыўная арбіта будзе праграднай (у напрамку супервярчэння атмасферы) і ляжаць у плоскасці арбіты Венеры. Метад і арбіта былі анансаваныя JAXA ў лютым 2015 года з датай выхаду на арбіту 7 снежня 2015 года Зонд дасягнуў самай аддаленай ад Венеры кропкі 3 кастрычніка 2013 года і з таго часу набліжаўся да планеты.

 Выхад на арбіту 
справа|міні| Анімацыя траекторыі Акацукі вакол Венеры цягам некалькіх гадоў пачынаючы з 1 снежня 2015 года
Пасля выканання апошняга з серыі з чатырох манеўраў карэкцыі траекторыі ў перыяд з 17 ліпеня па 11 верасня 2015 года, зонд апынуўся на траекторыі пралёту міма Венеры. Планавалася правесці манеўр выхаду на арбіту планеты падчас максімальнага да яе набліжэння, 7 снежня 2015 года. Патрэбны для гэтага імпульс быў дасяжны праз 20-ці хвіліннае ўключэнне чатырох рухавікоў карэкцыі арыентацыі, хаця такі рэжым працы для іх не быў уласцівы. Замест таго, каб займець арбіту з перыядам у 30 гадзін, як было першапачаткова запланавана, згодна новаму плану Акацукі павінен быў пасля карэкціроўкі ў сакавіку 2016 года трапіць на арбіту з перыядам у дзевяць дзён.

Пасля таго, як інжынеры JAXA вымералі і разлічылі атрымаўшуюся пасля манеўру 7 снежня арбіту апарата, JAXA абвясціла, што Акацукі паспяхова выйшаў на запланаваную эліптычную арбіту з апацэнтрам вышынёй 440 000 км ад Венеры і перыцэнтрам у 400 км, з арбітальным перыядам у 13 дзён і 14 гадзін.

Наступнае ўключэнне рухавікоў было праведзена 26 сакавіка 2016 году і знізіла апацэнтр Акацукі прыкладна да 370 000 км, вышыня перыцэнтру стала пераменнай у дыяпазоне ад 1 000 км да 10 000 км, а арбітальны перыяд скараціўся з 13 да прыкладна 10 дзён.

 Статус 
Арбітальны апарат пачаў свой двухгадовы перыяд запланаванай навуковай дзейнасці ў сярэдзіне мая 2016 года. З 9 снежня 2016 года камеры блізкага інфрачырвонага дыяпазону 1 мкм і 2 мкм перасталі працаваць з-за электроннага збою.Initial products of Akatsuki 1-μm camera . Earth, Planets and Space. 2018, vol. 70, nbr. 6. doi10.1186/s40623-017-0773-5 Даўгахвалевая інфрачырвоная камера, ультрафіялетавая камера і камера маланак і свячэння паветра працягваюць працаваць у звычайным рэжыме.

У красавіку 2018 года Акацукі скончыў свой запланаваны тэрмін назіранняў і пачаў падоўжаны тэрмін эксплуатацыі.

Па стане на снежань 2021 года, Акацукі працягвае працаваць без запланаванай даты заканчэння місіі.

 Навука 
міні|Здымак атмасферы Венеры ва ўмоўным колеры, ультрафіялетавы спектр (даўжыня хвалі 365 і 283 нм), 2018 год

Праз тры гадзіны пасля прыбыцця ў снежні 2015 года і ў красавіку—мае 2016 году прыборы аўтаматычнай станцыі зафіксавалі «дугападобную асаблівасць у атмасферы даўжынёй 6000 міль, амаль ад полюса да полюса — усмешка ўбок».Special issue "Akatsuki at Venus: The First Year of Scientific Operation. Masato Nakamura, Dmitri Titov, Kevin McGouldrick, Pierre Drossart, Jean-Loup Bertaux, Huixin Liu. Earth, Planets and Space. December 2018. Навукоўцы, якія ўдзельнічалі ў праекце, назвалі гэтую асаблівасць «гравітацыйнай хваляй» у вятрах планеты над рэгіёнам зямлі Афрадыты з рыфтавымі далінамі і горамі, якія дасягаюць вышыні больш за 4 км. Місія збірае даныя ва ўсіх адпаведных дыяпазонах спектру ад ультрафіялету (280 нм) да сярэдніх інфрачырвоных даўжынь хваль (10 мкм).

Выявы з Акацукі паказалі нешта падобнае на вышынныя струменевыя плыні ў вобласці нізкай і сярэдняй воблачнасці, якая знаходзіцца ад 45 да 60 км па вышыні. Хуткасць ветру была максімальнай каля экватара. У верасні 2017 года навукоўцы JAXA назвалі гэтую з’яву «Венерыянскімі экватарыяльнымі струменямі». Яны таксама апублікавалі вынікі назірання экватарыяльных вятроў на ўзроўні вяршыні аблокаў шляхам адсочвання аблокаў у УФ-спектры.Mean winds at the cloud top of Venus obtained from two-wavelength UV imaging by Akatsuki. Takeshi Horinouchi, Toru Kouyama, Yeon Joo Lee, Shin-ya Murakami, Kazunori Ogohara, Masahiro Takagi, Takeshi Imamura, Kensuke Nakajima, Javier Peralta, Atsushi Yamazaki, Manabu Yamada and Shigeto Watanabe. Earth, Planets and Space  Published: 15 January 2018. Значным вынікам у 2018 годзе стала знаходжанне тоўстых аблокаў з дробных часціц каля пераходу паміж верхнімі і сярэднімі аблокамі, што было апісана як «новая і загадкавая марфалогія складанага воблачнага покрыва». Да 2017 года навуковая група апублікавала 3D-карты структуры атмасферы Венеры. Атрыманыя фізічныя велічыні ўключаюць ціск, тэмпературу, шчыльнасць пары H2SO4, іанасферную электронную шчыльнасць і іх варыяцыі. Да 2019 года былі апублікаваны першыя вынікі аб марфалогіі, часавых зменахNew research takes deeper look at Venus’s clouds, 29 April 2019 і вятрах у сярэдніх аблоках Венеры, паведамляючы пра нечакана высокія кантрасты, якія могуць паказваць на наяўнасць паглынальнікаў, такіх як вада.
міні|Венера (начны бок), здымак зроблены 2-мкм інфрачырвонай камерай (IR2) 19 кастрычніка 2016.

Каб зняць маланку, арбітальны апарат накіроўвае камеру на начны бок Венеры, прыкладна на 30 хвілін кожныя 10 дзён.Hunt for optical lightning flash in Venus using LAC onboard Akatsuki spacecraft. Takahashi, Yukihiro; Sato, Mitsuteru; Imai, Masataka. 19th EGU General Assembly, EGU2017, proceedings from the conference held 23–28 April 2017 in Vienna, Austria., p.11381. Па стане на ліпень 2019 года ён назапасіў 16,8 гадзін назіранняў начнога боку, і за ўвесь час назіранняў не было выяўлена ніводнай маланкі.Constraints on Venus Lightning From Akatsuki's First 3 Years in Orbit. Ralph D. Lorenz, Masataka Imai, Yukihiro Takahashi, Mitsuteru Sato, Atsushi Yamazaki, Takao M. Sato, Takeshi Imamura, Takehiko Satoh, Masato Nakamura. Geophysical Research Letters. 3 July 2019. 

Зноскі

Катэгорыя:Даследаванне Венеры
Катэгорыя:Аўтаматычныя міжпланетныя станцыі