Главная » Железо » Справочная: космическая обсерватория «Кеплер» — железо, связь с Землей, ПО и результаты работы

Справочная: космическая обсерватория «Кеплер» — железо, связь с Землей, ПО и результаты работы

Закончилось топливо, без него устройство работать не может — отсутствует возможность позиционирования в пространстве, а это необходимо для ведения наблюдений за космосом. В конце октября телескоп «Кеплер», который НАСА запустило в марте 2009 года, прекратил работу. Вместо этого опишу то, что представляла собой космическая обсерватория в технологическом плане и каким софтом пользовалась команда «Кеплера» — в том числе, для обработки поступающих данных.
О достижениях «Кеплера» много говорили на Хабре, поэтому я очень постараюсь не повторяться (ну, может, чуть-чуть).

Что это был за телескоп

«Кеплер» — орбитальный телескоп со сверхчувствительным фотометром, который занимался поиском экзопланет. Одновременно «Кеплер» мог вести наблюдение примерно за 100 тыс. звезд. Задачей системы было наблюдение за определенной группой звезд в течение продолжительного времени. Чтобы достичь цели, инженеры разработали механизм, который бы удерживал «прицел» телескопа наведенным в определенную точку.


Примерно такие маховики использовал “Кеплер”

Это были единственные подвижные части. Важными элементами этого механизма были маховики, маховые колеса, помогавшие позиционировать всю конструкцию. Было и немного жидкости — топлива, которое использовали двигатели для изменения положения телескопа в пространстве.

Технические характеристики:

  • диаметр 2,7 м, длина — около 4,7 м;
  • масса — 1052,4 кг, из них 478 кг — фотометр, космический аппарат — 562,7 кг, 11,7 кг — гидразиновое топливо;
  • солнечные батареи — общая площадь 10,2 м2. Состоят батареи из 2860 элементов, что позволяет генерировать мощность в 110 Вт. Накопление энергии велось при помощи литий-ионного аккумулятора емкостью 20 А*ч;
  • Твердотельный накопитель — 16 ГБ, в него помещался объем данных, собираемых за 60 дней, информация передавалась на Землю раз в месяц.

Фотометр состоит из 42 ПЗС-матриц, обеспечивающих общее разрешение в 95 Мпикс. Конструкцией предусмотрено еще четыре дополнительные ПЗС-матрицы по углам массива — для обеспечения более точного управления. Размер каждой матрицы — 5 х 2,5 см, разрешение 2200 х 1024 пикселя.


Вид «изнутри»

«Кеплер» вел наблюдение в полосе пропускания 430–890 нм. Данные с матриц снимались каждые 6 секунд, по достижению предела насыщения, после чего суммировались в бортовом компьютере в течение полуминуты для каждого пикселя. Он мог «увидеть» звезды вплоть до 16-й звездной величины.

Ее технологии позволили добиться радикального снижения массы зеркала. Главное зеркало диаметром 1,4 метра изготовила компания Corning — той, что разрабатывает защитные стекла для экранов смартфонов. В итоге она составила лишь 14% от массы зеркала того же размера, изготовленного из традиционных материалов.

Так, корректор Шмидта, представлявший собой несферическую линзу спереди телескопа, работал при температуре около -30 °С. Для разных элементов рабочие температуры отличались. ПЗС-матрица была в более сложных условиях — ей приходилось работать при температуре в -85 С, что нужно для снижения детекторных шумов. Главное зеркало, расположенное сзади, работало при -11 °С. Температура в открытом космосе вполне достаточна для того, чтобы не было необходимости использовать сжиженный газ для охлаждения устройства. При закрытой противопылевой крышке во время калибровки температура компонентов была несколько выше этого минимума.

Кто и как управлял «Кеплером»?

Штаб управления аппаратом размещался в исследовательском кампусе Университета Колорадо Боулдерд. В команду управления входили специалисты из Лаборатории атмосферной и космической физики согласно договору Ball Aerospace & Technologies. Лаборатория составляла планы работ, собирала первичные данные и их же распространяла.

В 2012 году НАСА сообщило, что проект будет финансироваться вплоть до 2016 года годовым бюджетом в $20 млн. Бюджет проекта изначально оценивался в $600 млн, включая создание, запуск аппарата и его эксплуатацию в течение 3,5 лет.

Обмен данными “Кеплера” с Землей

Обмен данными с телескопом шел по микроволновой связи (спектр частот от 7 до 11,2 ГГЦ) дважды в неделю. Ученые передавали команды и получали данные от устройства. Впрочем, научные данные загружались раз в месяц, также по микроволновому каналу, но уже со спектром 26.5–40 ГГЦ. Ширина канала связи не превышала 550 kB/s.

Часть данных анализировал бортовой компьютером, чтобы экономить на трафике, передавая сжатую информацию. Антенна аппарата была жестко зафиксирована, так что для связи с Землей приходилось изменять положение в пространстве всего орбитального телескопа.

Центр располагается в Институте исследований космоса с помощью космического телескопа. Данные телеметрии, собираемые в ходе миссии, перенаправлялись в Центр управления данными проекта. Это научный оперативный центр, основанный НАСА в 1981 году для управления и проведения исследований с использованием космического телескопа «Хаббл».

В ходе сеансов связи для загрузки научных данных с «Кеплера” нужно было выполнять следующие операции:

  • Получить первичные пикселизированных данных пикселей из DMC (Kepler Data Management Center, Центр управления данными „Кеплера“);
  • Обработать первичные данные специализированными алгоритмами анализа для получения калиброванных пикселей и кривых блеска для каждой звезды;
  • Выполнить транзитный поиск (изменение блеска звезды при прохождении планеты по ее диску) для обнаружения планет (события пересечения порога или ТВК);
  • Выполнить проверку данных о планетах-кандидатах для устранения ложноположительных обнаружений.

Какие были цели и задачи?

Научная цель „Кеплера“ состояла в изучении звездных систем, расположенных в пределах области „зрения“ телескопа. При этом ставились следующие задачи:

  • Определить количество землеподобных планет, которые находятся в потенциально обитаемой зоне;
  • Вычислить диапазон размеров и форм орбит этих планет;
  • Оценить количество планет, которые находятся в мультизвездных системах;
  • Определить диапазон размеров орбиты, яркости, диаметра, массы и плотности короткопериодических планет-гигантов;
  • Обнаружить дополнительные объекты в каждой найденной планетной системе;
  • Изучение свойств звезд, у которых обнаружены планетные системы.

Программные инструменты

Для обработки данных, которые присылал на Землю „Кеплер“ использовали вот такие программные инструменты:

  • Lightkurve — Lightkurve Python позволяет эффективно анализировать данные временных рядов астрономических потоков, в частности пикселей и световых кубов, полученных миссиями NASA Kepler, K2 и TESS. Ссылка.
  • PyKE — Набор инструментов командной строки для проверки данных и извлечения кривых звездного блеска. Ссылка.
  • K2fov — Набор инструментов командной строки для проверки файлов „целевого пикселя“ и выделения скрытых световых кубов. Ссылка.
  • K2ephem — Проверяет, сможет ли движущееся тело Солнечной системы, астероид или комета, попасть в „поле зрения“ системы. Ссылка.
  • K2flix — Преобразует файлы целевых пикселей в видео или анимированные gif-файлы для быстрой и легкой оценки таких пикселей. Ссылка.
  • K2mosaic — Преобразует файлы целевого пикселя в изображения с широким полем. Ссылка.
  • Kadenza — Преобразует первичные данные в FITS, удобные для астрономов. Ссылка.

Представители сообщества разработчиков сделали некоторые инструменты доступными для всех. Есть и вспогательное ПО, которое достуно на страничке „Другое ПО“. А на сайте НАСА можно ознакомиться с полным списком софта и целей, для которых он служит.

Результаты работы — коротко

Телескопу за несколько лет работы удалось обнаружить 2245 экзопланет и более 2000 потенциальных экзопланет — эти данные проверяют ученые.

Фактически, телескоп передал на Землю столько информации, что для ее разбора и детального анализа понадобятся годы.

В частности, доказано существование землеподобных планет — ранее астрономы лишь могли строить предположения относительно характеристик планет. «Кеплер» значительно расширил представления о звездных системах, их эволюции и многообразии.

Что дальше?

Запуск произведен 18 апреля 2018 года ракетой Falcon 9 компании SpaceX. На смену телескопу «Кеплер» пришел TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite). Цель — обнаружение каменистых экзопланет, которые попадают в обитаемую зону. TESS изучает самые яркие звезды, которые находятся не дальше 300 световых лет от Земли. Кроме того, будут изучены 1000 ближайших красных карликов, которые разбросаны по всему звездному небу. Всего планируется обследовать около 500 тысяч звезд спектральных классов G, M, R ярче 12 величины.


Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показан
Обязательные для заполнения поля помечены *

*

x

Ещё Hi-Tech Интересное!

[Перевод] Как игроки разрывают ткань реальности Spelunky с помощью дробовиков

«Бум, бум, бум», стреляет дробовик, целясь… похоже, что в никуда? На земле лежит плазмаган, а справа летит призрак, но перед игроком нет врагов, а призрака хоть и можно убить, игрок в него не целится. И это мировой рекорд в Spelunky ...

Ретейлер полностью рассекретил смартфон Huawei P Smart 2019

[unable to retrieve full-text content]