Dawn (англ. Dawn, рус. Рассвет, произносится Дон) — автоматическая межпланетная станция (АМС), запущенная НАСА27 сентября 2007 года для исследования астероида Весты и карликовой планеты Цереры.
«Погружаясь в пояс астероидов, Dawn будет путешествовать назад во времени, - говорит научный руководитель проекта Кристофер Расселл (Christopher Russell). - Этого момента научное космическое сообщество ждало с тех пор, как стали возможными межпланетные полеты».
Выбранные для исследований цели - Веста и Церера - интересуют ученых чрезвычайно как объекты, хранящие свидетельства об эпохе формирования Солнечной системы. И особенно важно, что одним и тем же комплектом инструментов будут исследованы два самых крупных объекта - Церера и Веста, очень разные по своим характеристикам.
- 27 сентября в 07:34:00.372 EDT (11:34:00 UTC) со стартового комплекса SLC-17B Станции ВВС США «Мыс Канаверал» был произведен пуск PH Delta 2 (в тяжелом варианте 7925Н-9.5) с американской межпланетной станцией Dawn («Рассвет»). Аппарат был успешно выведен на близкую к расчетной траекторию.
Началась одна из самых интересных межпланетных миссий в истории космонавтики: Dawn должен последовательно изучить два крупнейших астероида основного пояса - Весту и Цереру. Ни один из них и вообще ни один из астероидов первого десятка никогда не исследовался космическими средствами с близкого расстояния, и до сих пор лишь два астероида - Эрос и Итокава - были изучены не с пролетной траектории, а аппаратами, которые подолгу находились вблизи них. - Февраль 2009 года — манёвр в гравитационном поле Марса с набором скорости.
- Август 2011 года — прибытие в район Весты и переход при помощи ксеноновых ионных двигателей на орбиту спутника астероида.
- Август 2011 года — август 2012 года — исследование астероида Веста.
- Август 2012 года — уход по раскручивающейся спирали из гравитационного поля Весты и переход на орбиту полёта к Церере.
- Март 2015 года — прибытие к Церере и переход на её орбиту.
- Начало изучения поверхности с расстояния 13 тыс.киллометров.
- Июль 2015 года — завершение миссии.
2009 год
- Февраль — «Dawn» прошёл мимо Марса, ускорившись вследствие гравитационного манёвра с выходом из плоскости эклиптики.
2011 год
- 3 мая — зонд сделал первую фотографию Весты с расстояния около 1,21 млн км.
- 16 июля 01:00 EDT — Совершив почти два оборота вокруг Солнца, «Dawn» достиг Весты и перешёл на её круговую орбиту с высотой 16 000 км.
- 17 июля — «Dawn» сделал первое изображение Весты с её орбиты.
- 12 декабря — АМС спустился на самую низкую из предусмотренных в рамках его миссии орбит вокруг астероида Весты. Средняя высота орбиты составила 210 км. Планировалось, что зонд проработает в таком режиме как минимум 10 недель. Основные задачи зонда на текущем этапе полёта: точные измерения гравитационного поля для определения распределения массы в недрах астероида; регистрация детектором GRaND спектра нейтронов и гамма-квантов, рождающихся при взаимодействии космических лучей с поверхностью Весты, для определения элементного состава вещества на поверхности астероида.
- 13 декабря — зонд отправил на Землю первые фотографии Весты с максимально возможным разрешением (до 23 мегапикселей). Больше недели ушло на обработку данных. Все собранные фотографии использованы для создания карты Весты высокого разрешения.
2012 год
- 5 сентября — «Dawn» покинул Весту и отправился ко второму пункту назначения — планете Церере.
2014 год
- 2 ноября — «Dawn» находился в 0,0175 а. e. от Цереры и 3,652 а. e. от Земли. Свет проходит это расстояние примерно за 31 минуту.
2015 год
- 12 февраля — сделаны снимки Цереры с расстояния 84000 км
- 19 февраля — снимки с расстояния 46000 км
- 25 февраля — снимки с расстояния 40000 км
- 6 марта — аппарат перешёл на круговую орбиту вокруг карликовой планеты высотой 42000 км.
- 10 и 14 апреля — новая порция фотографий, вместе с данными телеметрии и первыми результатами работы приборов «Dawn» с высоты 24000 км
- 23 апреля — «Dawn» научной орбиты в 13,5 тысячи километров и сделал новые снимки карликовой планеты.
О выборе проекта Dawn для реализации в рамках программы малых АМС Discovery космическое агентство США объявило 21 декабря 2001 г.. К тому моменту предложению Кристофера Расселла исполнилось уже семь лет, и этот проект стал девятым в семействе миссий Discovery.
Ключевой его деталью является использование электрореактивной ДУ, обеспечивающей продолжительный разгон аппарата в ходе межпланетного полета. Dawn - по существу первый аппарат, на котором такая ДУ используется как штатная система. Американская АМС Deep Space 1, на которой она была отработана, имела статус экспериментальной, как и европейская SMART-1. Лишь японцы рискнули сразу запустить свой КА Hayabusa с ионными двигателями с обширной научной программой - и в итоге обрекли себя на долгие мучения.
Общее руководство проектом Директорат научных миссий NASA возложил на Лабораторию реактивного движения. Контракт на разработку и изготовление аппарата был заключен с компанией Orbital Sciences Corporation (г. Даллес, Вирджиния, США), где за него отвечал менеджер проекта Майкл Мук (Michael Mook). За научную программу миссии отвечает Университет Калифорнии в Лос-Анжелесе, партнерами которого являются Лос-Аламосская национальная лаборатория, Институт исследования Солнечной системы Общества Макса Планка (г. Катленбург-Линдау, ФРГ), Институт планетных исследований DLR (Берлин, ФРГ), Национальный институт астрофизики Италии (Рим) и Итальянское космическое агентство. Ракету-носитель поставила компания United Launch Alliance (г. Денвер, Колорадо).
Объявленная общая стоимость проекта Dawn (не включая ракету-носитель) - 357.5 млн $, в том числе 281.7 млн на разработку КА и 75.8 млн на управление полетом и обработку данных.
б февраля 2004 г. NASA санкционировало изготовление аппарата, потребовав от разработчиков обеспечить 20-процентный резерв массы, 15-процентный по мощности (которые им вовсе не были нужны) и 25-процентный резерв по стоимости. Чтобы вписаться в эти требования, пришлось перепланировать полет, добавив в него сближение с Марсом и сократив продолжительность работы у Весты и Цереры с 11 до 7 и 5 месяцев соответственно, и даже пожертвовать частью научной аппаратуры.
Проектной датой запуска было 27 мая 2006 г. В начале 2005 г. появился весьма скромный дефицит средств на сборку и испытания аппарата - не хватало 7 млн $ при тогдашней стоимости проекта 371 млн $. Учтя все мыслимые и немыслимые возможные в будущем неприятности, руководители проекта запросили дополнительно 40 млн $ - и проиграли! В сентябре 2005 г. NASA назначило комиссию для проверки реализуемости миссии и отложило пуск на февраль 2007 г. В октябре проект был приостановлен на этапе завершенной на 90% сборки КА, а 3 марта 2006 г. было объявлено решение о прекращении работ.
Да, у проекта Dawn было несколько технических проблем, из которых наиболее серьезная была связана со сроками поставки и качеством изготовления блоков высоковольтного питания для электрореактивных двигателей. Но на самом деле он просто попал «как кур в ощип»: резервный фонд космической науки опустошили проекты Deep Impact Messenger и New Horizons, и руководители директората искали, чем можно было бы пожертвовать, чтобы пополнить кассу.
Однако в научном мире и среди энтузиастов космонавтики поднялась такая буря негодования, что агентство отступило, и уже 27 марта было объявлено: проект восстановлен, и пуск состоится 15 июля 2007 г.
На этом, однако, злоключения «Рассвета» не кончились. 10 апреля 2007 г., по окончании обширной серии испытаний на фирме Orbital Sciences и в Военно-морской исследовательской лаборатории, аппарат прибыл на полигон для предстартовой подготовки. Пуск тогда планировался на 20 июня, но был отложен на 10 суток из-за неготовности ракеты. 30 мая при навешивании первых трех ускорителей на первую ступень на стартовом комплексе SLC-17B произошла поломка крана. Работы были приостановлены почти на неделю, а запуск пришлось отложить до 7 июля. Лишь к 15 июня все ускорители стояли на местах, а вторая ступень была состыкована с первой.
Тем временем 11 июня при балансировке КА в МИКе компании Astrotech упавшим гаечным ключом была повреждена задняя сторона одной из панелей солнечных батарей. Срочный ремонт позволил удержаться в графике, и 27 июня полезный груз в виде ступени Star 48В и КА Dawn был установлен на ракету.
На смотре летной готовности 3 июля выявилась нехватка самолетных и морских измерительных пунктов для сопровождения запуска. В Атлантике, у западного побережья Африки должен был дежурить корабль, контролирующий состояние 2-й и 3-й ступени. Еще 6 июня зафрахтованное NASA судно с комплектом приемной и ретрансляционной аппаратуры, обозначаемое в документах как OTTR (Ocean-going Test and evaluation Transportable Resource - морское испытательное транспортируемое средство), вышло из калифорнийского порта. Сначала оно проконтролировало пуск 7 июня итальянского КА COSMO-SkyMed с Ванденберга, а затем двинулось к берегам Африки, куда должно было прийти 4 июля. Однако 19 июня при инспекции двигателя перед входом в Панамский канал обнаружилась проблема с одним из 12 цилиндров. Ремонт был проведен во время плановой стоянки в Пуэрто-Рико, но в итоге корабль покинул Сан-Хуан лишь 29 июня и к месту боевого дежурства не успевал.
4 июля после многочасовой телеконференции удалось договориться, что три дня - 7, 8 и 9 июля - функции корабля сможет выполнять самолетный измерительный пункт Big Crow («Большая ворона» - модифицированный КС-135), который для этого надо было перегнать на аэродром острова Вознесения. Было решено заправлять ракету и идти на пуск.
Но 5 июля из-за жаркой грозовой погоды провести заправку 2-й ступени не удалось, и старт отложили на воскресенье 8 июля. Как вскоре стало понятно - повезло.
Утром 6-го выяснилось, что в назначенный день самолет использовать нельзя. Заправку сдвинули на 7-е, а старт на 9 июля. Однако вечером 6-го стало известно, что самолета не будет и 9-го, а о том, что в последующие дни он будет занят в другой работе, было известно и ранее. Судно же, героически борясь со встречным ветром и бурным морем, не успевало в расчетный район даже к 10 июля.
Объявили, что старт переносится на 15 июля и может быть выполнен до 19 июля - до этой даты существовали условия для встречи с Марсом. Однако 7 июля NASA объявило, что и это невозможно и что старт откладывается до следующего астрономического окна - к счастью, оно начиналось не через два года, а всего через два месяца (7 сентября - 15 октября). Дело в том, что на 3 августа с соседнего старта планировался пуск станции Phoenix, и вот у нее-то никаких запасных вариантов не было: или она улетает к Марсу до 24 августа, или не улетит вообще. И затягивать подготовку Dawn до 19 июля, чтобы она «налезла» на предстартовый график второго КА, очень не хотелось.
Так вот если бы 5 июля вторую ступень заправили, сентябрьский пуск оказался бы невозможен. Из-за коррозионной активности одного из компонентов допустимый интервал от заправки до пуска - порядка 37 суток. Ракету пришлось бы разбирать, а ступень или ремонтировать, или менять, и при таком раскладе Dawn не смог бы стартовать и в октябре. А это значит - всё, конец, отсрочка на 15 лет... Трудно сказать, что бы решило при таком раскладе руководство NASA.
АМС Dawn сделана компанией Orbital Sciences на базе платформы Star 2, созданной для малых геостационарных спутников связи. (Аналогичный пример такой «конверсии» мы видим в Китае, где лунный аппарат «Чанъэ» делается на платформе DFH-3.) Корпус КА имеет форму параллелепипеда размером 1.64x1.27x1.77 м. На одной из сторон установлена остронаправленная антенна диаметром 1.52 м, на двух других -приводы солнечных батарей. В стартовой конфигурации высота КА вместе с антенной HGA составляет 2.36 м, а ширина со сложенными солнечными батареями - 1.84 м. Сухая масса КА - 747.1 кг, стартовая масса - 1217.7 кг. Запас ксенона для ионной ДУ составляет 425.0 кг (он хранится в сверхкритичном состоянии!), заправка гидразина для малых ЖРД - 45.6 кг.
В состав электрореактивной ДУ входят три двигателя NSTAR производства L-3 Electron Technologies Inc. с регулируемой тягой в диапазоне от 19 до 92 мН (1.9-9.4 гс) и энергопотреблением до 2.3 кВт. Они установлены в нижней части аппарата: один вдоль оси, еще два - на «передней» и «задней» панелях. Масса каждого двигателя - 8.9 кг, размеры - 33 см в длину и 41 см в диаметре, но диаметр «сопла» существенно меньше - 30 см. Питание и управление работой двигателя идет через блок PPU массой 15 кг, получающий от 500 до 2500 Вт непосредственно от солнечных батарей при напряжении от 80 до 160 В.
Штатный режим разгона КА - недельный с перерывом на несколько часов для «общения» с Землей. Суммарная расчетная продолжительность работы трех ЭРД в полете - около 50000 часов, причем больше одного двигателя за раз включать не придется. Зато суммарное приращение скорости, которое они дадут, - 10.3 км/с - почти равно начальной скорости при отделении КА от 3-й ступени!
Две пятисекционные панели СБ площадью 2.3х8.3 м2 и массой 63 кг каждая имеют в размахе 19.74 м. На каждой из них установлено по 5740 фотоэлементов с КПД 28%, что позволяет снять до 10 кВт на расстоянии 1 а.е. от Солнца и 1.4 кВт на орбите вокруг Цереры на удалении до 3 а.е. от Солнца. Бортовая никель-водородная аккумуляторная батарея имеет емкость 35 А-час.
Силовая основа корпуса - цилиндр из композитного материала. Баки ксенона и гидразина находятся внутри него, а снаружи крепятся алюминиевые панели, на которые устанавливаются блоки служебных систем. Экранно-вакуумная изоляция, полированная поверхность и радиаторы на поверхности корпуса, а также более 140 электронагревателей обеспечивают тепловой режим КА.
Система ориентации и стабилизации включает в себя группу измерительных устройств (два звездных датчика, три двухосных инерциальных измерительных блока, 16 солнечных датчиков) и четыре маховика в качестве исполнительных органов. Разгрузку маховиков, а также первоначальное успокоение аппарата обеспечивают 12 микро-ЖРД MR-103G тягой по 0.9 Н. Эта же система отвечает за слежение солнечными батареями за Солнцем и за поворот в двухстепенном подвесе электрореактивных двигателей (чтобы по мере опустошения баков вектор тяги проходил через центр масс КА).
Система управления и обработки данных основана на троированной системе с процессорами RAD6000, каждый из которых обладает 8 Гбит памяти и имеет программы общей длиной в 400 тыс строк на языке С и на ассемблере. Связь с Землей осуществляется через основную остронаправленную антенну HGA и три ненаправленные антенны. Мощность передатчика станции - 100 Вт, что позволяет передавать информацию от Цереры в частотном диапазоне X на скорости 41-128 кбит/с.
Бортовая кабельная сеть КА состоит из примерно 9000 проводов общей длиной порядка 25 км, причем масса кабелей вместе с разъемами достигает 83 кг.
На борту КА Dawn установлена кремниевая пластина размером 8x8 мм, на которую нанесены имена 365000 жителей Земли, подавших соответствующую заявку.
На КА Dawn установлено три научных инструмента.
1) Комплект из двух идентичных кадровых камер FC (Framing Camera) для получения детальных изображений Весты и Цереры и их возможных спутников, а также для навигации в окрестности этих объекктов.
Каждая камера включает оптическую систему - рефрактор с фокусным расстоянием 150 мм и относительным отверстием 1:7.9 с семью цветными фильтрами видимого и ближнего ИК-диапазона, рассчитанными на выявление минерального состава поверхности астероида, а также встроенное запоминающее устройство на 8 Гбит. Камеры изготовлены в германском Институте исследования Солнечной системы при участии Института планетных исследований DLR и Института компьютерных данных и коммуникационных сетей при Техническом университете Брауншвейга.
2) Картирующий спектрометр видимого и ИК-диапазона VIR (Visible and Infrared Mapping Spectrometer). Этот прибор является вариантом спектрометра, установленного на европейских КА Rosetta и Venus Express, с заимствованием определенных решений с аналогичного прибора АМС Cassini. Измерение интенсивности отраженного света более чем на 400 длинах волн в диапазонах 0.25-0.90, 0.8-2.5 и 2.4-5.0 мкм делает его мощным средством изучения минералогии поверхности Весты и Цереры. Объем встроенной памяти - 6 Гбит. Прибор изготовлен компанией Galileo Avionics совместно с Национальным институтом астрофизики на средства Итальянского космического агентства.
3) Детектор гамма-лучей и нейтронов GRaND (Gamma Ray and Neutron Detector) разработки Лос-Аламосской лаборатории предназначен для изучения и картирования элементного состава верхнего слоя коры Весты и Цереры, включая основные породообразующие составляющие (кислород, магний, алюминий, кремний, кальций, титан, железо), отдельные редкоземельные элементы (гадолиний, самарий) и долгоживущие радиоактивные изотопы (калий, торий, уран). Прибор включает в общей сложности 21 датчик гамма-лучей и нейтронов, испускаемых или отраженных небесным телом.
Лазерный высотомер и магнитометр, фигурировавшие в списке научной аппаратуры в момент отбора, в утвержденный в феврале 2004 г. вариант проекта Dawn не вошли.
