Как создавалась Proba-3 — новая миссия ESA по изучению Солнца

Proba-3 станет четвертым по счету исследовательским проектом в рамках программы PROBA (с англ. PRoject for OnBoard Autonomy, «Проект для автономной работы на борту» — «Хайтек»), в которой инженеры ESA занимаются тестированием создания недорогих спутников и проведения различных научных исследований.

Серия Proba-1

Первый проект в серии Proba был запущен на орбиту Земли индийской ракетой-носителем 22 октября 2001 года. Тогда зонд представлял собой небольшую кубическую систему весом в 95 кг, с габаритами 60 × 60 × 80 см. На него были установлены системы солнечных панелей и инструменты для наблюдения за Землей — гиперспектральные датчики CHRIS и HRC. Сканер CHRIS работает в 19 спектральных диапазонах частотой с 400 до 1 050 нм и детализацией в 17 м. CHRIS может быть перенастроен для обеспечения 63 спектральных полос с пространственным разрешением около 34 м.

Изначально миссия должна была находиться на орбите Земли всего год для тестирования новейших технологий, однако спутник находится на орбите планеты до сих пор. Сейчас Proba-1 является самой продолжительной миссией ESA по наблюдению за Землей за все время существования агентства.

Еще одной уникальностью зонда является то, что устройство полностью автономно и автоматизировано. Proba-1 может записывать ролики и делать фотографии с разрешением от 17 до 34 м с пятью углами обзора. С помощью устройства удалось получить номинальные квадратные изображения размером 13 на 13 км. Анализ Земли в рамках этой миссии, по сути, состоял из пяти последовательных сканирований с использованием CHRIS при помощи однолинейных матричных детекторов. Каждое сканирование выполняется под разными углами обзора.

За время существования на данных Proba-1 построили свои исследования 1 258 научных групп из 60 разных стран. Проект оказал поддержку экологическим исследованиям для мониторинга лесов, городских районов, ледников, водоемов, сельского хозяйства и многих других. При этом удачная экспериментальная структура его батареи позволяет миссии еще достаточно долго находиться на орбите Земли, отмечается в сообщении ESA.

В дальнейшем инженеры ESA планируют продолжение первой миссии Proba — не столько ради изучения Земли, сколько для исследования методов гиперспектральной визуализации и возможностей их обработки. Эти данные потом используются при разработке других миссий ESA, в том числе в дальний космос.

Proba-2

Спутник Proba-2 был запущен на орбиту Земли 2 ноября 2009 года. Зонд весом 130 кг был разработан в рамках контракта Программы технической поддержки ESA бельгийским консорциумом во главе с компанией QinetiQ Space. Номинальный срок службы Proba-2 составлял два года, однако миссия оказалась, как и ее предшественник, долгожителем — ESA несколько раз продляла Proba-2, и на текущий момент зонд также находится на орбите.

Основной миссией Proba-2 является исследование космической погоды. При этом на базе зонда размером не более кубического метра инженеры ESA изучают новейшие технологии, которые в дальнейшем будут применяться в других миссиях агентства. Аппарат находится на солнечно-синхронной низкой околоземной орбите на высоте 725 км.

Proba-2 имеет пять основных научных инструментов, два из которых предназначены для наблюдения за Солнцем — устройство EUV с использованием APS и встроенной технологией обработки изображения, радиометр с возможность анализа большого количества волн LYRA. Кроме того, миссия несет на своем борту три других инструмента для измерения основных свойств космической плазмы: двухсегментный зонд Ленгмюра DSLP, блок измерения температуры плазмы TPMU и векторный магнитометр SGVM. ESA также тестирует в миссии литий-ионные батареи нового типа.

Всего на зонде установлены 17 различных экспериментальных технологий, в том числе компактная исследовательская камера X-Cam — главная инновационная система зонда. Она размещена на нижней стороне спутника и наблюдает в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне с полем зрения 100°.

Инженеры внедрили в X-Cam, которая была разработана в 2008 году, систему искусственного интеллекта, с помощью которой устройство может автоматически оценивать оптимальную экспозицию для подбора качества изображения. Подобные компактные имидж-сканеры на основе X-Cam могут в будущем следить за спутниками, чтобы анализировать их повреждения или воздействия на окружающую среду.

Камеры Proba-2 следят и за Землей. ESA постоянно публикует у себя на сайте фотографии, сделанные с помощью различных инструментов этой миссии. Кроме того, следить за данными с Proba-2 можно практически в режиме онлайн.

Proba-V

Еще одна миссия из этой серии — Proba-V (или Proba-Vegetation) — третий зонд из проекта Proba от Европейского космического агентства. Он был запущен на орбиту Земли в 2013 году вместе со вьетнамским спутником VNREDSat 1A и первым в истории Эстонии спутником ESTCube-1. Срок полезного использования Proba-V очень зависел от точности выведения спутника на орбиту — у зонда нет собственных двигателей, поэтому инженерам ESA было необходимо максимально аккуратно вывести спутник на заданную орбиту.

PROBA-V — пока самая необычная миссия с этого проекта ESA. Спутник занимается съемкой и анализом растительного покрова Земли — его данные используются в сельском хозяйстве, землепользовании, составлении классификации растений, прогнозировании засух, голода, а также продовольственных кризисов.

Основная полезная нагрузка Proba-V — инструмент Vegetation, созданный компанией OIP Sensor Systems. С помощью этого устройства зонд делает снимки различной растительности разрешением 1 км на 1 км. При этом Vegetation делает снимки не только в видимом диапазоне, но и в ближайшем инфракрасном, коротковолновом инфракрасном и еще в нескольких диапазонах.

Согласно данным ESA, Proba-V ежедневно снимает до 90% всей растительности Земли, а некоторые снимки устройство может делать с разрешением в 100 м. Каждый сделанный снимок имеет GPS-координаты, которые позволяют ученым моментально находить регион, где сделаны те или иные фотографии.

Proba-3

Про новый проект миссии Proba пока известно не очень многое. Дата запуска намечена на 2022 год, однако ESA может перенести эти сроки — изначально старт миссии планировался в 2020 году, потом агентство перенесло его на 2021-й, теперь — на 2022 год. Сейчас Европейское космическое агентство занимается тестированием научного оборудования проекта — внешнего скрытого диска диаметром 1,4 м.

Proba-3 будет состоять из двух спутников, которые смогут летать на расстоянии 144 м друг от друга по высокоэллиптической околоземной орбите, создавая коронограф, который будет защищен от рассеянного солнечного света — это позволит обеспечить четкость получаемых изображений. Основной целью Proba-3 станет анализ солнечной короны в видимом диапазоне.

По сути, один спутник будет создавать искусственное солнечное затмение, чтобы инструменты другого могли анализировать солнечную корону. Общая продолжительность такого солнечного затмения составит до 6 часов, после чего аппаратам придется корректировать свой курс либо дожидаться следующего удачного расположения Солнца с точностью в несколько миллиметров.

Вообще, пока Proba-3 — самый сложный проект в рамках этой миссии от ESA. Вес спутников составит 327 кг и 190 кг, а размеры — 1,1 х 1,8 х 1,7 м и 0,9 х 1,4 х 1,7 м. Оба спутника должны иметь какие-то системы, которые позволяли бы им корректировать курс относительно местоположения друг друга.