Среда, 21 февраля, 2024
ДомойКосмосВопреки космическим шансам: CryoSat преодолевает утечку топлива для мониторинга полярного льда

Вопреки космическим шансам: CryoSat преодолевает утечку топлива для мониторинга полярного льда

- Advertisement -

Миссия CryoSat ЕКА предоставляет данные для определения точной скорости изменения толщины полярных ледниковых щитов и плавучего морского льда. Он способен обнаруживать изменения всего на 1 см в год. Информация от CryoSat ведет к лучшему пониманию того, как меняется объем льда на Земле, и, в свою очередь, лучшему пониманию того, как связаны лед и климат. Фото: ЕКА – П. Каррил.

Спутник CryoSat ЕКА перешел на резервную двигательную установку в ноябре 2023 года для устранения утечки топлива, что потенциально продлит его миссию на 5-10 лет. Этот важнейший спутник способствует пониманию изменений полярных льдов и последствий глобального потепления, а его данные используются в будущих проектах спутников, таких как CRISTAL.

21 ноября 2023 года спутник CryoSat ЕКА переключился на резервную двигательную установку после того, как утечка топлива угрожала завершить миссию в 2025 году.

Обмен может продлить срок службы спутника на целых 5–10 лет. Но резервные двигатели никогда раньше не использовались.

Если что-то повредило их за 13 лет пребывания CryoSat на орбите, существовала небольшая вероятность того, что миссия немедленно завершится после переключения.

В то время как Гренландия и Антарктида теряют массы льда, то же самое происходит и с большинством ледников по всему миру, но сложно измерить, сколько льда они сбрасывают. Благодаря спутнику CryoSat ЕКА и революционному способу использования его данных ученые обнаружили, что ледники во всем мире сократились в общей сложности на 2% всего за 10 лет. В сумме это составляет 2720 гигатонн. Его можно представить как гигантский кубик льда, больше самой высокой горы Европы. Фото: ЕКА/Planetary Visions.

Что такое Криосат?

CryoSat — это спутник ЕКА, предназначенный для измерения толщины полярного морского льда и мониторинга изменений ледяных щитов, покрывающих Гренландию и Антарктиду.

Миссия была рассчитана примерно на 5 лет. Он провел на орбите более 13 лет.

«С 2010 года CryoSat использует свой синтетический радиолокационный высотомер (SAR) для мониторинга суши и морского льда повсюду на Земле, чтобы помочь ученым продемонстрировать важную роль, которую лед играет в регулировании климата и на него влияет глобальное потепление», — говорит Томмазо Парринелло, руководитель миссии CryoSat. .

«CryoSat — это подарок, который продолжает дарить. Его тринадцатилетний климатический рекорд глобального уровня льда и моря не имеет себе равных, и пусть он будет продолжаться долго».

Основные моменты недавней миссии включают в себя первую в истории круглогодичную карту арктического морского льда и наши самые точные оценки объема льда, потерянного ледниками Земли и полярными ледяными щитами. Эти данные имеют решающее значение для информирования политиков и докладов о климате.

Данные CryoSat также определяют конструкцию новых спутников мониторинга льда, таких как Топография полярного льда и снега Copernicus Высотомер (КРИСТАЛЛ) миссия.

Модель спутника ESA CryoSat для картирования льда в масштабе 1:30 внутри диспетчерской спутника. 21-22 ноября, когда делалась эта фотография, группы управления полетом ЕКА дали указание спутнику переключиться на резервную двигательную установку, поскольку утечка в основном двигателе угрожала досрочным завершением миссии. Авторы и права: ЕКА, CC BY-SA 3.0 IGO.

В чем была проблема с CryoSat?

Чтобы проводить сверхточные измерения Земли или космоса, большинство спутников проводят регулярные маневры, чтобы удерживать их на идеальной орбите.

CryoSat использует сжатый азот для маневрирования в космосе. Газ хранится под высоким давлением в топливном баке и подается через ряд труб и клапанов к двигателям. Двигатели выпускают газ в космос, толкая или поворачивая спутник в любом заданном направлении.

Ожидалось, что расход топлива не станет ограничивающим фактором для CryoSat. Но в 2016 году операторы CryoSat на орбите ЕКА Европейский центр космических операций (ESOC) в Дармштадте, Германия, заметили, что космический корабль израсходовал 37 килограммов сжатого азота намного быстрее, чем ожидалось.

По состоянию на ноябрь 2023 года у CryoSat осталось 13 кг топлива — на 13 кг меньше топлива, чем должно было быть с учетом использования двигателей для маневров поддержания орбиты и управления ориентацией.

Когда топливный бак упадет ниже 5 кг, спутник больше не сможет надежно контролировать направление, в котором он указывает, или поддерживать свою орбиту.

Что вызвало утечку?

Азотное топливо CryoSat хранится в топливном баке под высоким давлением. Регулятор давления преобразует воздух под высоким давлением в гораздо более низкое давление для использования в двигателях.

Вместе со специалистами производителя спутника АэробусКоманда ЕКА определила место утечки в одном из меньших двигателей ориентации CryoSat.

Сначала уровень утечек был небольшим, но за первые несколько лет он увеличился и достиг стабильного уровня, который все равно приведет к завершению миссии CryoSat в 2025 году.

Одним из объяснений этого может быть то, что где-то появилась небольшая трещина, которая выросла до определенного размера, прежде чем остановиться. Но диагностировать подобную проблему с нуля сложно и невозможно знать наверняка.

Станция ЕКА в Кируне расположена в Салмиярви, в 38 км к востоку от Кируны, на севере Швеции. Он оснащен двумя сложными терминалами с антеннами диаметром 15 и 13 м для связи со спутниками на околоземной орбите, включая CryoSat-2, Integral, трио Swarm и Sentinel-1A. Кредит: ЕКА

Как вы спасли спутник?

CryoSat имеет вторичную резервную двигательную установку, соединенную с топливным баком.

21 ноября в 10:45 по центральноевропейскому времени операторы ESOC инициировали переход на эту резервную систему, когда CryoSat пролетел мимо. Станция Шпицберген на острове Шпицберген и Станция ЕКА Кируна в Швеции.

Сначала, оставив основные двигатели подключенными, они открыли главный клапан резервной двигательной установки впервые за 13 лет пребывания CryoSat в космосе.

В ESOC в Германии инженеры по эксплуатации космических аппаратов CryoSat и команда Airbus следили за экранами по мере роста давления – как внутри резервной двигательной установки на CryoSat, так и в диспетчерской на Земле.

Давление в резервной системе стабилизировалось – что указывает на то, что она не страдает от каких-либо серьезных проблем – и бортовому компьютеру спутника было дано указание использовать резервные двигатели вместо основных двигателей, которые он использовал с момента запуска.

А потом… тишина.

21-22 ноября 2023 года команды центра управления полетами ESOC ЕКА в Дармштадте, Германия, продлили от 5 до 10 дополнительных лет к миссии ЕКА по картированию льда CryoSat. На этой фотографии эксперты ЕКА и Airbus, производителя CryoSat, собираются вокруг экрана, чтобы контролировать давление внутри основной и резервной двигательных установок. Авторы и права: ЕКА, CC BY-SA 3.0 IGO.

CryoSat остался один, когда он летел на юг над Африкой, впервые подключившись к резервным двигателям и задействовав их.

«Система резервного копирования CryoSat надежна и, скорее всего, будет работать так, как задумано», — говорит менеджер по эксплуатации космических аппаратов CryoSat Йенс Лерх. «И если с ним возникнет проблема, во время переключения или в любой момент в будущем, спутник способен автономно переключиться обратно на свою основную систему».

«Но мы не могли знать наверняка. Резервная копия не требовалась в течение 13 лет пребывания CryoSat в космосе. За это время он мог подвергнуться аналогичной утечке или быть поврежден чем-то вроде микрометеороида – и у нас не было возможности протестировать его раньше, не подвергая нас тем же рискам, с которыми мы столкнулись сегодня».

К счастью, через 25 минут CryoSat поднялся над горизонтом. Наземная станция «Тролль» в Антарктиде полностью работоспособный.

После подтверждения правильного функционирования резервных двигателей ориентации главный клапан основных двигателей был закрыт, чтобы остановить поток газа через утечку.

На следующий день, 22 ноября, группа управления полетом ЕКА провела «маневр орбитального управления» для проверки двух более крупных двигателей в резервной системе.

Поскольку никаких проблем не было обнаружено ни во время, ни после маневра, резервные двигатели CryoSat теперь официально введены в эксплуатацию, и спутник способен продолжать научную деятельность до конца десятилетия, а, возможно, и дальше.

Подождите, утечка была обнаружена в 2016 году. Зачем ждать до сих пор, чтобы что-то предпринять?

В любой момент с момента запуска CryoSat имел возможность переключиться на резервную двигательную систему, если его бортовой компьютер обнаружил внезапную серьезную проблему с основной системой.

Но реагировать на медленную утечку представляет собой более сложное решение, чем на быструю утечку, которую спутник должен устранять немедленно или даже автономно.

CryoSat за семь лет собрал бесценные данные картирования льда в период с 2016 по 2023 год. Если бы операторы немедленно переключились на резервные двигатели и во время реконфигурации возникла серия маловероятных проблем, этих данных никогда бы не существовало.

Но чем дольше они ждали, тем больше топлива утекало в космос и тем меньше дополнительных лет они могли выиграть, совершив замену.

21 ноября 2023 года было выбрано днем, уравновешивающим эти два фактора.

Запуск миссии CRISTAL, запланированный на 2027 год, впервые будет включать в себя двухчастотный радиолокационный высотомер и микроволновый радиометр, которые будут измерять и контролировать толщину морского льда, покрывающего снег. глубина и высота ледникового покрова.

Что дальше?

Переход на резервные двигатели CryoSat прошел успешно. Но мы еще не знаем точно, насколько это может продлить миссию.

Только отслеживая запасы топлива в течение следующих нескольких дней и недель, команда CryoSat узнает, есть ли какие-либо более мелкие утечки или проблемы в резервной системе.

В лучшем случае эта операция может оказаться неоценимой для изучения полярных льдов человечества.

CryoSat стал ключевой частью того, что некоторые называют «золотым веком спутниковой альтиметрии». Среди впечатляющего флота его радиовысотомер уникален тем, что способен контролировать уровень льда и воды в любой части земного шара.

CRISTAL, естественный преемник CryoSat, не будет запущен в ближайшие несколько лет. Расширение наблюдений CryoSat позволило бы устранить этот разрыв и сохранить самый длинный непрерывный рекорд изменения глобального льда, который у нас когда-либо был.

Между тем, новое сотрудничество с НАСАСпутник мониторинга льда ICESat-2, который объединяет орбиты ICESat-2 и CryoSat для картографирования снега на льду (что является существенной причиной неопределенности в наших оценках), может улучшить точность спутниковых измерений объема льда.

Результаты будут напрямую применимы и к будущим ледовым миссиям, включая CRISTAL.

Благодаря постоянному совершенствованию информационных продуктов CryoSat, которые охватывают не только морской и материковый лед, но и полярные океаны, прибрежные океаны и внутренние воды, ледовая миссия ЕКА по-прежнему может многое предложить.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме