Галилео е автоматичен космически апарат, изпратен по програма на НАСА за изследване на Юпитер. Апаратът носи името на астронома Галилео Галилей. Изстрелян е на 18 октомври 1989 г. на борда на космическата совалка Атлантис, като е стартиран към Юпитер от околоземна орбита. Апаратът влиза в орбита около планетата на 7 декември 1995 г.
Галилео се сближава за пръв път с астероид, открива първия астероиден спътник, първи влиза в орбита около Юпитер и спуска първата сонда в атмосферата на планетата.
На 21 септември 2003 г., след 14 години в космоса и 8 години на орбита около Юпитер, апаратът е спуснат в атмосферата на планетата със скорост от около 50 km/s с цел предотвратяване на сблъсък с някой от спътниците на Юпитер и евентуално пренасяне на бактерии и микроорганизми със земен произход на повърхността му. Значително влияние върху решението оказва откритият с помощта на Галилео океан от течна вода под повърхността на Европа.
Общи сведения за мисията
Стартът на „Галилео“ е забавен значително поради катастрофата със совалката Чалънджър през 1986 г. Апаратът е конструиран по начин, позволяващ стартиране единствено от космическа совалка. Новите изисквания за безопасност, наложени след катастрофата, налагат използването на по-маломощен ракетен ускорител, който на практика не позволява осъществяването на пътуването по предварително планираната траектория към Юпитер. Мисията е спасена от двама от инженерите на апарата, който предлага нова траектория с няколко гравитационни подпомагания (един път от Венера и два пъти от Земята) с цел достигане на достатъчна скорост за осъществяване на посещение на Юпитер. По пътя си към планетата Галилео посещава астероидите 951 Гаспра на 29 октомври 1991 г. и 243 Ида на 28 август, 1993 г., като открива първия астероиден спътник – Дактил (спътник на Ида) на 17 февруари 1994 г. През 1994 г. апаратът наблюдава директно сблъсъка на кометата Шумейкър-Леви 9 с Юпитер за разлика от наземните телескопи, за които се налага изчакване до завъртане на мястото на сблъсъка на повърхността на Юпитер в посока към Земята.
Основната мисия на Галилео се състои в двугодишно изследване на системата на Юпитер. Апаратът се установява на силно елиптична орбита около планетата с орбитален период от около 2 месеца. Променливото разстояние до Юпитер позволява изследване на различни части от неговата магнитосфера. Изследвани са и големите спътници на планетата.
След завършване на основната мисия са извършени множество близки подходи към Европа и Йо, най-близкият от които само на 180 km. Значителната радиация в близост до Йо води до повреждане на камерите на апарата, които са деактивирани на 17 януари 2002 г. Магнитната лента, записваща данни от другите бордови уреди също е повредена, но наземният контрол успява да възстанови част от нея – успех, позволил предаване на данни до самото спускане на апарата в Юпитеровата атмосфера през 2003 г.
Устройство на апарата
Апаратът е построен и управляван от JPL. Бордните двигатели са построени в Германия, а спускаемият модул – от изследоватеския център Еймс на НАСА, САЩ.
Стартовата маса на апарата е 2700 kg, а височината му е 7 m. Една от секциите на апарата се върти със скорост 3 оборота/min, с цел стабилизация на апарата и помества шестте инструмента, събиращи данни от различни направления. Друга част от апарата помества камерите и четирите останали инструмента, изискващи прецизно насочване. Насочването на апарата се осъществява от системата за маневриране.
За изпълнение на многобройните задачи по събиране, интерпретация и изпращане на данни към Земята, както и за поддържане на нормалното функциониране на апарата от наземния контрол са използвани 650 000 реда програмен код за изчисление на траекторията на апарата, 1 615 000 реда за анализа на телеметрията и 550 000 за навигация. В допълнение са използвани други, значително по-малки програми, работещи на борда на Галилео.
Космическият апарат е контролиран от микропроцесор RCA 1802 изготвен върху сапфир. Микропроцесорът е специално изпълнение с подсилена устойчивост на радиация и електромагнитни смущения. Системата за маневриране е написана на езика HAL/S, използван и в софтуера на космическата совалка. Процесорът е идентичен на тези, използвани в мисиите Вояджър и Викинг.
Оборудване Част от бордното оборудване, включващо инструменти предназначени за измерване на различни видове полета и регистриране на частици, заедно с главната и второстепенна радиоантени, генератор на електрическа енергия, двигателна и насочваща система, компютърни и електронни системи, е монтирано на въртяща се платформа.
Налични са също и магнитометър, монтиран на 11-метрова стрела с цел изолиране от магнитните смущения на бордната електроника, плазмен инструмент, регистриращ нискоенергийни частици, и плазмено-вълнов инструмент, регистриращ вълните породени от тези частици, инструмент за регистриране на високоенергийни частици и детектор на космически прах.
Оборудването включва и уред, регистриращ тежки йони с цел установяване наличието на потенциално опасни полета около апарата, заедно с късовълнов ултавиолетов детектор, допълнен с ултравиолетов спектрометър на платформата с инструментите. На невъртящата се част от апарата са монтирани камерите, инфрачервения спектрометър, предназначен за заснемане на атмосферни и спътникови повърхности с цел установяване на химическия им състав, ултравиолетов спектрометър с цел изучаване на газове и фотополяриметър-радиометър с цел измерване на отразената енергия. Камерата предлага от 20 до 1000 пъти по-висока разделителна способност от тази на апаратите Вояджър поради факта, че CCD-камерата на Галилео е по-чувствителна и с по-широк честотен диапазон, както и защото апарата подхожда значително по-близко до Юпитер и спътниците му.
Детайлни сведения за оборудването Следната информация е достъпна на страницата на НАСА за Галилео .
Статична секция
Заснимаща система Заснимащата система представлява матрица от 800 на 800 силициеви сензора, съставляващи CCD-камера. Оптичната част на камерата е изпълнена като рефлекторен телескоп система Касегрен. Светлината се отразява от главното огледало и се фокусира към по-малко огледало, което я насочва към CCD-камерата. Тя е защитена от радиацията, характерна за Юпитеровата система посредством слой от тантал, дебел 10 mm, обграждащ я от всички страни, оставяйки единствено малко отверстие за светлината.
На управляем диск пред камерата са монтирани 8 различни филтъра, пропускащи различни дължини на вълната. Цветни снимки могат да бъдат получени на Земята след комбиниране на няколко монохроматични снимки от апарата, направени при различни честоти. Камерата е чувствителна в диапазона 0,4 – 1,1 микрометра. Теглото ѝ е 29,7 kg и средната комсумация на мощност – 15 W.www2.jpl.nasa.govwww2.jpl.nasa.gov
Инфрачервен спектрометър Инфрачервеният спектрометър е чувствителен към вълни с дължина от 0,7 до 5,2 микрометра, застъпвайки част от диапазона на камерите. Телескопът на спектрометъра е изцяло отражателен (само огледала, без лещи), и има апертура от 229 mm. Спектрометърът използва дифракционна решетка за разлагане на потока светлина от телескопа на съставния му спектър. Спектърът е фокусиран върху детектори от индиев антимонид и силиций. Теглото на спектрографа е 18 kg при 12 W средна консумирана мощност.www2.jpl.nasa.gov
Ултравиолетов спектрометър Ултравиолетовият спектрометър използва рефлекторен телескоп тип „Касегрен“ с апертура от 250 mm. Използва се дифракционна решетка за разлагане на светлината на спектралните ѝ компоненти. Ултравиолетовата част от спектъра след преминаване през процеп попада във фотоелектронен умножител. Спектрометърът е монтиран на подвижната секция и може да бъде насочен в произволна посока. При въртенето на апарата инструментът може да наблюдава част от пространството, близко до равнината, перпендикулярна на оста на въртене. Двете части на инструмента (за близката и за вакуумната ултравиолетова област) тежат общо 9,7 kg и се нуждаят средно от 5,9 вата мощност. www2.jpl.nasa.govlasp.colorado.edu
Фотополяриметър-радиометър Този инструмент има седем радиометрични обхвата. Един от тях не използва филтри, а регистрира цялостната радиация – слънчева и термална. С помощта на филтър за слънчева радиация се наблюдава слънчевата, а при цифровото ѝ изваждане от стойността за цялостната радиация – и термалната радиация. Могат да бъдат проведени измервания в пет широколентови канала покриващи диапазона от 17 до 110 микрометра. Радиометърът отчита температурата на спътниците и атмосферата на Юпитер. Инструментът е подобен на изпратения до Венера в апарата Пионер-Венера. Апертурата на рефракторния телескоп е 100 mm, като лъчението се насочва към поредица от филтри и детектори. Теглото на инструмента е 5 kg, а средната консумация на мощност – 5 W.www2.jpl.nasa.gov
Детектор на космически прах Системата за регистриране на прах се използва за измерване на масата, електрическият заряд и скоростта на частиците в междупланетното пространство. Уредът отчита частици с маса от 10-16 до 10-7 грама, скорости от 1 до 70 km/s и честота, варираща от 1 частица на 115 дни (10-7 частици/s) до 100 частици на секунда. Целта на изследването е изучаване на произхода и динамиката на магнитосферата на Юпитер. Теглото на уреда е 4,2 kg, а използваната мощност – 5,4 W. ,
Детектор на високоенергийни частици Детекторът на високоенергийни частици се използва за отчитане на броя и енергията на йони и електрони с енергии, превишаващи 20 keV. Отчита се посоката на движение на частиците, а в случай на йони – и техния строеж. Уредът използва твърд силициев детектор и брояч, позволяващ наблюдение на честотата на енергийни частици около Юпитер като зависимост от положението на апарата. Целта на наблюдението е изучаване на енергията и траекторията на частиците в магнитосферата на планетата. Теглото на уреда е 10,5 kg, при използвани 10,1 W мощност.www2.jpl.nasa.govsd-www.jhuapl.edu
Брояч на тежки йони Броячът на тежки йони е подобрена версия на използваната при Вояджър система за изучаване на космични лъчи. Системата регистрира тежки йони с енергии от 6 до 200 MeV, използвайки слоеве от монокристален силиций. Възможно е регистрирането на йони с маса между тази на въглерода и никела. Броячът на тежки йони и ултравиолетовият спектрометър имат общ комуникационен канал, който позволява само на един от апаратите да е активен в даден момент. Теглото на уреда е 8 kg, а използваната мощност – 2,8 W. ,
Магнитометър Магнитометърът използва два комплекта от три сензора за измерване на магнитното поле в близост до апарата. И двата комплекта се намират на дългата 11 метра стрела, като единият е разположен на самия ѝ край (на 11 метра от оста на въртене на апарата) и се ползва за измерване на сравнително слаби полета (от ±32 до ±512 nT), а другият – на 6,7 метра от оста на въртене и измерва силни полета (от ±512 до ±16 384 nT). За сравнение силата на магнитното поле на повърхността на Земята е около 50 000 nT. С изнасянето на сензорите на разстояние от основната апаратура се цели ограничаване на смущенията, породени от магнитните полета, създавани от електрониката. В допълнение въртенето на апарата около оста си се използва за разграничаване на външните полета от тези, породени от апарата. Тъй като дългата стрела е подложена на периодични деформации, се налага калибриране на уреда чрез специална бобина, монтирана стабилно върху основната част на апарата. Уредът тежи 7 kg и използва 3,9 W мощност.www2.jpl.nasa.gov
Плазмена система Плазмената система използва седем обхвата под различен ъгъл спрямо оста на апарата (от 0 до 180 градуса), с помощта на които се регистрират енергията и масата на заредените частици в околността на апарата. Обхвата на уреда е от 0,9 до 53 keV. Теглото на уреда е 13,2 kg, а използваната мощност – 10,7 W. www2.jpl.nasa.gov
Плазмено-вълнова система