Два космических аппарата NASA вращались вокруг Земли в течение последних шести с половиной лет. Не один раз им пришлось пройти через опасную зону заряженных частиц, известную как радиационные пояса Ван Аллена.
С февраля началась серия маневров по спуску на орбиту, которые позволят спутникам вернуться в атмосферу Земли примерно через 15 лет.
Первоначально миссия планировалась как двухлетняя. Было сомнение, что космический аппарат может выжить дольше в жестких радиационных поясах, окружающих Землю.
По словам ученых, космические аппараты и приборы дали невероятное представление о работе космических аппаратов в условиях высокой радиации. Радиационные пояса Земли состоят из заряженных частиц: протонов и электронов, которые находятся в ловушке в вечной орбите вокруг планеты.
По словам исследователей, другие планеты в нашей Солнечной системе с магнитными полями имеют радиационные пояса. Можно предположить, что и другие тела во Вселенной тоже. Изучая пояса и физику, связанную с ними здесь, на Земле, и используя наш мир как естественную лабораторию, можно узнать о том, как эти структуры функционируют вокруг других объектов во Вселенной с магнитными полями.
Магнитное поле, окружающее Землю, создает пузырь, известный как магнитосфера, который защищает планету от плазменных взрывов, посылаемых солнцем. Но он также служит для захвата частиц и может в конечном итоге поселить эти высокоэнергетические популяции частиц в радиационные пояса вокруг Земли.
В этой околоземной среде происходит сложная цепочка процессов, действующих подобно гигантскому ускорителю частиц и ускоряющих некоторые частицы почти до скорости света. Эти высокоэнергетические частицы в радиационных поясах могут представлять ряд опасностей для космических операций, поскольку они могут повредить чувствительную электронику.
Во время солнечных бурь условия ухудшаются, и пояса могут увеличиваться в размерах, угрожая близлежащим космическим аппаратам.
Зонды Ван Аллена путешествуют по внутренней области геомагнитного поля Земли, где заряженные частицы проводят время, подпрыгивая между «зеркальными точками» в магнитном поле Земли, образуя радиационные пояса.
По словам ученых, наше магнитное поле довольно хорошо защищает нас от этих солнечных взрывов. Но часть их энергии проникает глубоко в поле Земли и через различные механизмы приводит в действие радиационные пояса. Когда это произойдет, космическим кораблям в поясах лучше быть начеку: впереди неприятности в виде коротких замыканий, нарушения памяти компьютера и отказа приборов.
Зонды Ван Аллена были спроектированы и построены так, чтобы быть устойчивыми в этой экстремальной среде. За последние шесть с половиной лет зонды Ван Аллена завершили три полных цикла вокруг магнитосферы и измерили более 100 геомагнитных бурь.
Зонды Ван Аллена проверили и количественно оценили ранее предложенные теории, открыли новые механизмы, которые могут создавать популяции околоземных энергетических частиц, и использовали уникальные инструменты, чтобы раскрыть неожиданные особенности, которые были почти невидимы для предыдущих датчиков.
Информация о частицах и волнах, полученная с помощью зондов Ван Аллена, оказалась сокровищницей для исследований в области космической физики. Результаты и наблюдения включают в себя несколько структур пояса, в том числе третий пояс, наблюдаемый вскоре после запуска.
Зонды, известные как космические аппараты, были первыми космическими аппаратами, предназначенными для многолетней эксплуатации и изучения радиационных поясов, области, которую большинство миссий космических аппаратов избегают из-за опасности повреждения окружающей среды.
По словам специалистов, все интегральные схемы были разработаны, чтобы выжить в поясах, и космический аппарат имеет систему управления неисправностями и автономию, которая смягчает последствия окружающей среды путем сброса электроники в ответ на эффекты одного события.
Как считают исследователи, зонды Ван Аллена по существу стали живым испытательным объектом для понимания того, как электроника и материалы могут выдержать жесткую радиацию.
Космический аппарат продолжает работать в оптимальном режиме, запасы топлива в изобилии. Однако правила NASA требуют контролируемого удаления с орбиты всех космических аппаратов через 25 лет после завершения миссии. Чтобы выполнить это требование, команда Van Allen Probes в 2017 году начала планировать, как опустить космический аппарат.
Чтобы опустить космический аппарат, оперативная группа миссии должна выполнять маневры в очень конкретной точке орбиты и в определенное время года. Операция должна выполняться поэтапно. По словам специалистов, нужно маневрировать, когда спутники находятся на самой высокой точке орбиты от Земли.
