У запущенного в марте метеорологического спутника GOES-17 проблема — инфракрасная камера нового поколения работает только частично из-за того, что плохо охлаждается. И сейчас одна команда инженеров пытается сократить периоды неполной работоспособности, а вторая — установить причину проблемы. Обе задачи важны, потому что анализ телеметрии предшественника, GOES-16, показал, что там тоже есть признаки ненормальной работы системы охлаждения, и, похоже, четвертое поколение метеорологических спутников GOES столкнулось с системной проблемой.
Подготовка к запуску GOES-17, фото NASA
Трансляция пуска
GOES-17 был запущен 1 марта. 12 марта аппарат добрался до геостационарной орбиты и приступил к тестированию бортовых систем. И здесь обнаружился неприятный сюрприз. Для нормальной работы основного оптического прибора спутника, Advanced Baseline Imager (ABI), требовалась низкая температура. Инфракрасные датчики нужно охлаждать, некоторые аж до 60° Кельвина (-213° С), чтобы они могли нормально функционировать. И выяснилось, что система охлаждения не справляется со своими обязанностями. К счастью, температурная нагрузка спутника зависела от времени суток и дня года, поэтому прибор оказался частично работоспособным, но, тем не менее, 13 из 16 частотных полос ежедневно были недоступны несколько часов.
Спутник GOES-17 является вторым в четвертом поколении метеорологических геостационарных спутников GOES. Первым в 2016 году на орбиту отправился GOES-16. По замыслу программы GOES два спутника занимают точки стояния восточнее и западнее обеих Америк, чтобы иметь качественное покрытие территории США. Еще две точки используются для проверки и хранения запасных спутников.
Карта расположения спутников GOES, заливка — область видимости. Иллюстрация NASA
GOES-16 занял восточную точку, а для 17 спутника предназначалась западная. До запуска спутники носят алфавитные имена, поэтому шестнадцатый имел обозначение GOES-R, а семнадцатый -S. Конструктивно аппараты построены на платформе Lockheed Martin A2100, которая разрабатывалась для телекоммуникационных спутников и GPS, и несут приборы различного назначения.
Размещение приборов на спутнике, схема NASA
Geostationary Lightning Mapper (GLM) работает в ближнем инфракрасном диапазоне и используется для обнаружения молний.
Extreme Ultraviolet and X-ray Irradiance Sensors (EXIS) направлен на Солнце, измеряет инсоляцию (облучение солнечными лучами) и может фиксировать потенциально опасные солнечные вспышки.
Solar Ultraviolet Imager (SUVI) тоже направлен на Солнце и представляет из себя телескоп, работающий в ультрафиолетовом диапазоне и предназначенный для наблюдения за коронарными дырами, выбросами массы и прочими явлениями солнечной погоды.
Magnetometer (MAG) и Space Environment In-Situ Suite (SEISS) наблюдают за магнитными полями и потоками высокоэнергетических частиц соответственно.
Но самым главным инструментом является Advanced Baseline Imager (ABI), который в 16 частотных диапазонах от видимого до инфракрасного фиксирует атмосферные явления, происходящие на земном шаре. Много диапазонов нужно потому, что, например, снег и лед лучше видны в диапазоне длин волн 1.58–1.64 микрометра, а туман, пожары и вулканизм — в 3.80–4.00 микрометра.
AHI, однотипный ABI, без теплозащитной пленки. Фото Exelis
Оптическое разрешение зависит от диапазона и в лучшем случае составляет 0,5 км на пиксель, что в два раза больше разрешения сенсора спутников GOES предыдущего третьего поколения. Также, для сравнения, стоит отметить, что сенсоры GOES третьего поколения имели всего 5 диапазонов.
После введения в строй GOES-16 NOAA и NASA с полным правом похвастались полученными изображениями.
Прогресс наглядно, рекомендую посмотреть в большом размере
16 каналов ABI, по ссылке в большом размере
Но увы, перечисленные в предыдущей главе красоты подпорчены технической проблемой — тепловые трубки, предназначенные для охлаждения сенсоров, не справляются со своей задачей. Теплоноситель, пропилен, недостаточно хорошо циркулирует в них. Причина этого пока не установлена, в качестве версий рассматриваются: излишний неконденсирующийся газ (в тепловых трубках теплоноситель газифицируется и конденсируется, пузырьки газа в жидкости будут мешать циркуляции), загрязнение трубок посторонними частицами или механическое повреждение трубок. На исследование причины и воспроизведение проблемы на земле уйдет еще 1-2 месяца.
Сенсоров, аналогичных ABI GOES-17, в космосе сейчас работает четыре. Один установлен на GOES-16, и еще два однотипных AHI стоят на японских геостационарных метеоспутниках «Химавари-8» и -9. Японские приборы работают нормально, но вот детальный анализ телеметрии GOES-16 показал, что считающаяся штатно функционирующей система охлаждения столкнулась с такими же проблемами, только в меньшей степени. Температура ABI GOES-16 оставалась в допустимых рамках, поэтому на признаки недостаточной циркуляции теплоносителя не обратили внимания. Повторение ситуации говорит о системности проблемы — либо при конструировании, либо на производстве допустили ошибку, и новые спутники GOES до исправления дефекта запускать нельзя.
Параллельно другая группа инженеров боролась с проблемой на спутнике. После принятых мер (жаль, не уточнили, каких), доступность диапазонов повысилась. Сейчас 13 из 16 диапазонов функционируют 24 часа в сутки, а оставшиеся 3 — 20 часов. Но расслабляться рано — приближается сентябрь, когда Солнце будет светить почти прямо в сенсор, серьезно повышая тепловую нагрузку. Точные числа пока неизвестны, но ожидается, что круглые сутки будут доступны 10 из 16 диапазонов, а оставшиеся — большую часть времени.
Как и любая сложная техника, новые приборы на спутниках всегда могут принести сюрпризы. И история с GOES-17 показывает обычно малозаметную, но от этого не менее интересную работу по поддержанию спутников в рабочем состоянии, обновлению их программного обеспечения и настройки параметров работы «железа».
Подготовка к запуску GOES-17, фото NASA
Хронология событий
Трансляция пуска
GOES-17 был запущен 1 марта. 12 марта аппарат добрался до геостационарной орбиты и приступил к тестированию бортовых систем. И здесь обнаружился неприятный сюрприз. Для нормальной работы основного оптического прибора спутника, Advanced Baseline Imager (ABI), требовалась низкая температура. Инфракрасные датчики нужно охлаждать, некоторые аж до 60° Кельвина (-213° С), чтобы они могли нормально функционировать. И выяснилось, что система охлаждения не справляется со своими обязанностями. К счастью, температурная нагрузка спутника зависела от времени суток и дня года, поэтому прибор оказался частично работоспособным, но, тем не менее, 13 из 16 частотных полос ежедневно были недоступны несколько часов.
Матчасть
Спутник GOES-17 является вторым в четвертом поколении метеорологических геостационарных спутников GOES. Первым в 2016 году на орбиту отправился GOES-16. По замыслу программы GOES два спутника занимают точки стояния восточнее и западнее обеих Америк, чтобы иметь качественное покрытие территории США. Еще две точки используются для проверки и хранения запасных спутников.
Карта расположения спутников GOES, заливка — область видимости. Иллюстрация NASA
GOES-16 занял восточную точку, а для 17 спутника предназначалась западная. До запуска спутники носят алфавитные имена, поэтому шестнадцатый имел обозначение GOES-R, а семнадцатый -S. Конструктивно аппараты построены на платформе Lockheed Martin A2100, которая разрабатывалась для телекоммуникационных спутников и GPS, и несут приборы различного назначения.
Размещение приборов на спутнике, схема NASA
Geostationary Lightning Mapper (GLM) работает в ближнем инфракрасном диапазоне и используется для обнаружения молний.
Extreme Ultraviolet and X-ray Irradiance Sensors (EXIS) направлен на Солнце, измеряет инсоляцию (облучение солнечными лучами) и может фиксировать потенциально опасные солнечные вспышки.
Solar Ultraviolet Imager (SUVI) тоже направлен на Солнце и представляет из себя телескоп, работающий в ультрафиолетовом диапазоне и предназначенный для наблюдения за коронарными дырами, выбросами массы и прочими явлениями солнечной погоды.
Magnetometer (MAG) и Space Environment In-Situ Suite (SEISS) наблюдают за магнитными полями и потоками высокоэнергетических частиц соответственно.
Но самым главным инструментом является Advanced Baseline Imager (ABI), который в 16 частотных диапазонах от видимого до инфракрасного фиксирует атмосферные явления, происходящие на земном шаре. Много диапазонов нужно потому, что, например, снег и лед лучше видны в диапазоне длин волн 1.58–1.64 микрометра, а туман, пожары и вулканизм — в 3.80–4.00 микрометра.
AHI, однотипный ABI, без теплозащитной пленки. Фото Exelis
Оптическое разрешение зависит от диапазона и в лучшем случае составляет 0,5 км на пиксель, что в два раза больше разрешения сенсора спутников GOES предыдущего третьего поколения. Также, для сравнения, стоит отметить, что сенсоры GOES третьего поколения имели всего 5 диапазонов.
После введения в строй GOES-16 NOAA и NASA с полным правом похвастались полученными изображениями.
Прогресс наглядно, рекомендую посмотреть в большом размере
16 каналов ABI, по ссылке в большом размере
Проблема
Но увы, перечисленные в предыдущей главе красоты подпорчены технической проблемой — тепловые трубки, предназначенные для охлаждения сенсоров, не справляются со своей задачей. Теплоноситель, пропилен, недостаточно хорошо циркулирует в них. Причина этого пока не установлена, в качестве версий рассматриваются: излишний неконденсирующийся газ (в тепловых трубках теплоноситель газифицируется и конденсируется, пузырьки газа в жидкости будут мешать циркуляции), загрязнение трубок посторонними частицами или механическое повреждение трубок. На исследование причины и воспроизведение проблемы на земле уйдет еще 1-2 месяца.
Сенсоров, аналогичных ABI GOES-17, в космосе сейчас работает четыре. Один установлен на GOES-16, и еще два однотипных AHI стоят на японских геостационарных метеоспутниках «Химавари-8» и -9. Японские приборы работают нормально, но вот детальный анализ телеметрии GOES-16 показал, что считающаяся штатно функционирующей система охлаждения столкнулась с такими же проблемами, только в меньшей степени. Температура ABI GOES-16 оставалась в допустимых рамках, поэтому на признаки недостаточной циркуляции теплоносителя не обратили внимания. Повторение ситуации говорит о системности проблемы — либо при конструировании, либо на производстве допустили ошибку, и новые спутники GOES до исправления дефекта запускать нельзя.
Параллельно другая группа инженеров боролась с проблемой на спутнике. После принятых мер (жаль, не уточнили, каких), доступность диапазонов повысилась. Сейчас 13 из 16 диапазонов функционируют 24 часа в сутки, а оставшиеся 3 — 20 часов. Но расслабляться рано — приближается сентябрь, когда Солнце будет светить почти прямо в сенсор, серьезно повышая тепловую нагрузку. Точные числа пока неизвестны, но ожидается, что круглые сутки будут доступны 10 из 16 диапазонов, а оставшиеся — большую часть времени.
Заключение
Как и любая сложная техника, новые приборы на спутниках всегда могут принести сюрпризы. И история с GOES-17 показывает обычно малозаметную, но от этого не менее интересную работу по поддержанию спутников в рабочем состоянии, обновлению их программного обеспечения и настройки параметров работы «железа».
