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15年后,科学家终于解决了Huygens Landing Spin Mystery

时间:2022-03-20 13:25:13 来源:

作为国际Cassini Mission的一部分,ESA的Huygens Probe于2005年1月14日发布了历史,当时它成为在外太阳系中成功地降落在另一个世界的探索。然而,在其血统期间,探头开始旋转“错误”的方式 - 新结果
证实了原因。在法国奥尔兰大学的Primse实验室的风隧道中产生的图像表明空气流过1: 3尺度的霍尼斯复制品 - 使用白烟可视化。它被认为是从2017年到2019年进行的亚音速测试的一部分,以确定ESA的Huygens探针在其下降到钛期间
.Huygens被从Cassini旋转逆时针旋转,但进入泰坦大气层后约10分钟,探头意外地旋转顺时针。它一直在旋转其余的血统;幸运的是,这种反向旋转的大小类似于研究人员的预期,这意味着意外翻转影响了计划观测的时间,但没有显着影响他们的质量。最
近的测试现在确认了这种翻转的原因方向。虽然探头配备叶片来调节其旋转,但航天器上的其他附属物在相反方向上产生扭矩;这只加剧了这些叶片重定向探针围绕探针的气体的方式加剧,使得整体的“负”或顺时针方向,产生旋转效果。还有迹象表明,惠更斯大气结构仪器(HASI)的蓬勃可能在下降期间可能没有完全或对称地部署;这种效果正在进一步调查。

十五年前,ESA的Huygens Probe探讨了历史,当土星月亮泰坦的表面下降时,成为第一个在外太阳系统中成功降落在另一个世界的探索。但是,在其血统期间,探针开始旋转错误的方式 - 而最近的测试现在揭示了原因。

1997年推出,NASA / ESA / ASI Cassini-Huygens任务仍然是标志性的,并为我们在2004年底抵达时,我们对土星及其月亮泰坦的理解贡献了巨大的贡献。

特派团包括一个轨道,在成为第一个宇宙飞船上的轨道上的一个轨道,Cassini在成为第一个航天器之后,以及一个小型大气探头,ESA的Huygens Lander,它走向探索泰坦的物理性质和气氛2005年1月14日。

Huygens的风险血统持续了2小时27分钟,小探头收集的数据继续促进大量关于这个迷人的月亮的发现。

使用探头仪器记录的真实数据创建的Huygens血统和触地得分的渲染,因为它在2005年1月14日,土坦最大的月亮的地表下降。

动画考虑到泰坦的大气条件,包括太阳和风向,降落伞的行为(仅在触及后绳索的运动中有一些艺术解释),以及着陆本身的动态。即使是立即面对Huygens的石头也被呈现,以匹配从探针返回的着陆场地的照片,这在动画的末尾揭示。

着陆器返回了泰坦大气层的第一个原位测量,从海拔1400km到表面的高度确定其压力,密度和温度。探头的多普勒风试验(DWE)在月球大气中发现了强大的东西风,其中一些旋转比月亮本身更快。它阐明了为什么泰坦的大气层含有甲烷,氮气和微小的气溶胶,以及在多余的数量中,并检测到月球内部的地质过程和特征的迹象,如Cryovolcanism,并且可能是一个大型地下海洋。

本图显示了ESA的Huygens探针的“自旋谱”,因为它在2005年1月14日下降到Saturnian Moon Titan的表面:虚线显示了预测的轮廓,而实线显示了探针跟踪的实际配置文件板载工程传感器。横轴表示UTC时间和垂直轴旋转速率(在每分钟的转数).AS
部分国际Cassini使命,惠格登在成为始于在外太阳系中成功地土地的另一个世界探讨时历史。然而,在下降期间,探针开始旋转“错误”方式 - 如图所示。Huygens从Cassini Orbiter释放,以每分钟7.5轮的速度逆时针旋转。这种旋转方向旨在在整个下降中,旋转速率控制和受到着陆降落伞的部署的影响。
这些结果是通过法国大学的Prisme实验室的亚源隧道试验获得的。

通过削减和探索浓密的阴霾来遏制月球,探测器还帮助科学家们可视化泰坦的表面,返回过去的水性活动的证据,如干涸的河床和排水网络和长空湖泊盆地,以及观察浩瀚的沙丘沙丘。

然而,有一件事仍然是一个谜:为什么惠更斯在血统期间在“错误”方向上旋转。探针以每分钟7.5转的速率从Cashini旋转逆时针旋转。由于探头的设计,它的旋转速率有助于使Huygens保持稳定,因为它花了三个星期的沿着泰坦,然后最终进入月亮的气氛。

这部电影是在法国奥尔良大学的Primse实验室的风洞里生产的,其中亚音图测试从2017年到2019年进行,以确定ESA的Huygens探针在其血统期间如何旋转到泰坦。

虽然Huygens最初表现在预期期间,在下降期间,在大约10分钟后采用顺时针方向后逆转之前,探头的旋转速率比预期更快地减少。

它一直在旋转这种方式,为剩余的2小时和15小时的下降;幸运的是,这种逆转旋转的大小类似于研究人员的幅度,这意味着意外翻转影响了计划观察的时间,但没有显着影响他们的质量。

该图像显示了ESA的Huygens探针的复制品,如最近的风洞测试所用,以表征航天器如何旋转,因为它是泰坦的表面的临时 - 2005年1月14日历史的活动。这种模拟的规模为1/3 - 真正的Huygens探测器和附属物,是较大的3倍。可以在
探头周围看到巨大的繁荣和附属物,包括四个平坦的雷达高度计天线,两个为Huygens展开的繁荣大气结构仪器(散列),不同的遥测和传感器头,压力和温度传感器,以及在大气进入后隔热罩和覆盖物将拆卸的机制。宇宙飞船的这一侧将是触摸泰坦表面的一侧;探头的下降降落伞存储在不视面中的侧面。
在此图像中,模拟在法国奥尔尔斯大学的Prisme实验室的风隧道的试验部分部署,其中亚音速测试从2017年进行致2019年,确定其血统旋转曲线。

以前的研究已经调查了这种行为(例如,2014 - 2015年的涡旋进行了研究),并在法国奥尔良大学的Prisme实验室中最近的亚音风隧道测试现在证实了主要原因。该研究于2017年至2019年,根据欧洲贸易委员会的欧安全息,与奥尔尔斯大学的ESA合同进行。

Huygens配备了36种角度的叶片,用于控制下降模块的旋转。然而,探头的两个主要附属物,分离子系统(SEP)和雷达高度计(RA)天线实际上产生了与叶片产生的相反的意外扭矩。随着叶片改变了下降模块周围的气体,这种效果被扩增,以提高“负扭矩”的幅度 - 使Huygens翻转其旋转方向的效果 - 直到它超过叶片的影响。

该工程奥秘的解决方案将有助于向未来设计进入探针的设计,进一步推动我们对太阳系的探索。


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