Cassini er en romsonde er NASA for behovene til oppdraget Cassini-Huygens , som har som mål å studere planeten Saturn , med sine satellitter og sine ringer . Lansert i verdensrommet på15. oktober 1997fra Cape Canaveral med en Titan IV -Centaur- rakett , begynte det sitt oppdrag i det saturniske systemet den1 st juli 2004 og fullførte den videre 15. september 2017ved å dykke ned i atmosfæren til Saturn . Sonden ble bygget av Jet Propulsion Laboratory med bidrag fra European Space Agency , Italian Space Agency (for satellittkommunikasjonsantenne), så vel som fra mange forskningslaboratorier og amerikanske og internasjonale universiteter for dem. Vitenskapelige instrumenter. Den bærer den lille Huygens- landeren som landet på overflaten av Titan i 2004.
Cassini blir i 2017 den største romsonden gang lansert, med sin startvekt av 5,853 kg inkludert 3.627 kg av drivmidler ( hydrazin ), 362 kg av instrumenter og 350 kg for Huygens lander . Romsonden er stabilisert langs tre akser, og energien tilføres av en radioisotop termoelektrisk generator som produserer 885 watt ved oppdragets start. Romsonden er oppkalt etter astronomen Jean-Dominique Cassini (1625-1712), som studerte Saturns ringer i detalj og oppdaget noen av de store månene til den gigantiske planeten ( Japet , Rhea , Tethys og Dione ).
Cassini skulle være det andre håndverket i Mariner Mark II-serien . Den ble designet i forbindelse med den første, Comet Rendez Vous / Asteroid Flyby (CRAF). Budsjettkutt førte imidlertid til å forenkle designen, noe som førte til en mer spesialisert enhet utenfor Mariner Mark II-serien , og mindre rik på instrumenter enn forutsett i dette programmet.
Cassini-Huygens er en av de tyngste, største og mest komplekse interplanetære sonder. Bare de to sonder som ble sendt til Phobos av Sovjetunionen, dannet et tyngre system. Cassini alene veier 2150 kg tomt, og tilsettes de 350 kilo Huygens og 3132 kilo drivstoff til fremdriften ( hydrazin ). Cassini er 6,8 meter høy og 4 meter bred (HGA-antennediameter). Magnetometerets pol måler til og med 11 meter. Denne kompleksiteten blir gjort nødvendig både av banen til Saturn og av de mange planlagte observasjonene. Sonden har 1630 sammenkoblede kretser, 22 000 tilkoblinger og 14 kilometer kabler.
Spesielt, siden avstanden mellom jorden og sonden, når den ankom destinasjonen, var mellom 8,2 og 10,2 astronomiske enheter , tok signalene mellom sonden og basen 68 til 84 minutter å nå målet. tidskontroll umulig, enten for normal drift eller for uforutsette hendelser. Selv om det reagerte umiddelbart, tok det rundt tre timer fra tidspunktet for en hendelse til basen mottok svaret fra sonden til kommandoene.
Cassini- sonden består av 12 delsystemer:
Cassini bærer ombord tolv vitenskapelige instrumenter som representerer en total masse på 362 kilo.
Den spektrometer i plasma Cassini, laget av den Southwest Research Institute (SRI), mål for å bestemme energi og elektrisk ladning av partikler slik som elektroner og protoner som vender mot proben. Denne detektoren analyserer partiklene fra den enorme ionosfæren til Saturn, men studerer også konfigurasjonen av magnetfeltet på planeten. Den analyserer også plasmaet i denne regionen, samt solvinden i Saturns magnetosfære . Instrumentet består av tre sensorer: et elektronspektrometer, et ionestrålespektrometer og et ionemassespektrometer. Settet veier 12,5 kilo og bruker 14,5 watt. Dataene overføres til datasystemet med en hastighet på 8 kbit / s .
Cosmic Dust Analyzer , opprettet av Max-Planck Institute for Nuclear Physics i Heidelberg , Tyskland , er en enhet som bestemmer størrelsen, hastigheten og retningen på støv som finnes i nærheten av Saturn. Noe av dette støvet kretser rundt planeten mens det er mulig at andre stammer fra forskjellige solsystemer . Hensikten med den innebygde analysatoren på Cassini er derfor å hjelpe til med å løse mysteriene til disse partiklene ved å utføre deres kjemiske analyse. Det gjør det mulig å vite mer om naturen til hva som komponerer disse himmellegemene og samtidig om universets opprinnelse . Instrumentet er i stand til å oppdage støv fra et mikrometer og til og med et nanometer under visse omstendigheter. Dette instrumentet ble satt i drift i 1999, lenge før sonden nådde Saturn, og begynte å gi informasjon. I det joviske miljøet oppdaget CDA støv som beveger seg ved 400 km / s gjennom solsystemet. Disse partiklene, som kommer fra Jupiter , sendes kontinuerlig ut og har blitt oppdaget mer enn 100 millioner kilometer fra Jupiter. CDA veier 16,36 kilo og bruker 18,38 watt. Den overfører dataene til datasystemet med en hastighet på 0,524 kbit / s .
Det sammensatte infrarøde spektrometeret , laget i samarbeid av CEA , University of Oxford , NASA , Paris Observatory og Queen Mary's College , analyserer det infrarøde lyset som sendes ut av Saturn og dets atmosfære, men også av ringene og ringene. Satellitter og studerer sammensetningen. og temperatur. Dette instrumentet gjør det også mulig å representere planetens atmosfære i tre dimensjoner og å plotte temperatur- og trykkprofiler som en funksjon av høyden, gassens sammensetning og skyens fordeling. Dette verktøyet måler også de termiske egenskapene og overflatesammensetningen til satellitter så vel som ringer . Det letter også visualiseringen av en del av den indre strukturen til disse forskjellige himmellegemene. CIRS, som ethvert spektrometer, bryter ned strålingen (infrarød, i dette tilfellet) og måler kraften til de forskjellige komponentene (farger) som utgjør strålingen. Den veier 39,24 kilo og bruker 32,89 watt. Den overfører dataene til datasystemet med en hastighet på 6 kbit / s .
The Charged and Neutral Particle Spectrometer er et instrument som analyserer ladede partikler som protoner eller tunge ioner eller nøytrale partikler som atomer rundt Saturn og Titan for å lære mer om deres atmosfære. Den oppdager også positive og nøytrale ioner fra ringene til Saturn og dens satellitter. Instrumentet er i stand til å bestemme den kjemiske sammensetningen av partiklene som blir oppdaget. Den veier 9,25 kilo og bruker 27,7 watt. Hastigheten er 1,5 kbit / s .
Den kamera system består av to kameraer. Den første er et vidvinkelkamera ( Wide Angle Camera - WAC), med en brennvidde på 200 millimeter og en blenderåpning på 3,5, beregnet på generell visning, mens den andre er et langfokuskamera ( Narrow Angle Camera - NAC) , som har en brennvidde på 2000 millimeter og en blenderåpning på 10,5, tillater nærbilder. Hvert kamera er utstyrt med en CCD- sensor på ett megapiksel. De er i stand til å ta opp videosekvenser og sette opp filtre takket være en mekanisme som består av to hjul for hvert kamera, som tjener til å sette inn en serie filtre. Vidvinkelkameraet er således utstyrt med to hjul som hver støtter 9 filtre (dvs. totalt 18), mens kameraet med lang brennvidde har to hjul som hver har 12 filtre (dvs. totalt 24). Instrumentet veier totalt 57,83 kilo og bruker 59,9 watt. Den har en hastighet på 365,568 kbit / s .
MAG er et instrument for direkte måling av magnetfeltets intensitet og retning rundt Saturn. Det kroniske magnetfeltet er opprettet i hjertet av Saturn. Måling av dette magnetfeltet er et middel til å undersøke dette veldig varme og veldig tette hjertet, til tross for umuligheten av å sende måleinstrumenter dit. MAGs mål er å produsere en tredimensjonal modell av Saturns magnetosfære, å bestemme de magnetiske egenskapene til Titan og andre isete satellitter, og å studere deres interaksjoner med Saturns magnetfelt. Instrumentet veier 3 kilo, bruker omtrent 3,10 watt og overfører dataene med en gjennomsnittlig hastighet på 3,60 kbit / s .
Dette instrumentet er designet for å måle sammensetning, elektrisk ladning og energi til ioner og elektroner, samt raske nøytroner i Saturns magnetosfære. Dette instrumentet gir bilder av ioniserte gasser (plasmaer) som omgir Saturn og bestemmer ladningen og sammensetningen av ionene. I likhet med RPWS har dette instrumentet tre sensorer: et magnetisk-sfærisk målesystem med lav energi (LEMMS) som kvantifiserer vinkelfordelingen av partikler ( ioner , elektroner , protoner ), c 'dvs. antall partikler som kommer fra hver retning, en ladning -energi-massespektrometer (CHEMS), som tillater en analyse av sammensetningen og ladningen til ionene, og et ionekamera og nøytrale partikler ( ion og nøytralt kamera - INCA), brukt til å oppnå en tredimensjonal visualisering av ioniserte og nøytrale partikler ( nøytroner ) og deres hastigheter. Dette instrumentet veier 16 kilo og har et strømforbruk på 14 watt. Den overfører data med en hastighet på 7 kbit / s .
Cassini- radar bruker , som enhver radar, refleksjonen fra en mikrobølgestråle for å bestemme avlastningen og den elektriske ledningen til det observerte terrenget, ved å måle returtiden til den induserte strålen (avlastning), samt dens dempning (ledningsevne). Cassinis radar er primært ment for å observere Titan (for å bestemme eksistensen av hav på overflaten og i dette tilfellet deres posisjon), men den er også nyttig for å observere Saturn, ringene og andre måner. Bruken av radar er tredelt: en syntetisk persepsjonssensor, brukt til å oppfatte profilen til det studerte terrenget, med en oppløsning på 0,35 til 1,7 kilometer, et høydemåler, med en nøyaktighet på 90 til 150 meter, og et radiometer, med en nøyaktighet 7 til 310 kilometer, slik at radarsensoren kan brukes som en passiv mikrobølgesensor. Opplysningene er relatert til målinger gjort på overflaten av Titan. Radaren opererer på Ku-båndet, med en frekvens på 13,78 GHz . Dette instrumentet veier 41,43 kilo og bruker 108,4 watt. Den overfører data med en hastighet på 364,8 kbit / s .
RPWS-eksperimentet er et elektrisk og magnetisk måleinstrument. Den består av tre grupper av sensorer (elektriske antenner, magnetiske antenner og Langmuir-sonde ) som fire mottakere kan kobles til: en høyfrekvent mottaker ( High-Frequency Receiver - HFR), en wideband-mottaker ( Wideband Receiver - WBR) , et medium -frequency mottaker (MFR) og en lav-frekvens bølgeform mottaker (LFWR). Instrumentet inkluderer også en Digital Processing Unit (DPU) og en Power Converter . Eksperimentet dekker området fra 1 til 16 MHz i frekvens. Lavfrekvensinstrumentene (MFR, WBR og LFWR) er hovedsakelig dedikert til studiet av lokale plasmasvingninger i det interplanetære mediet og de planetariske magnetosfærene som Cassini passerer gjennom. Den høyfrekvente mottakeren (HFR, produsert ved Meudon Observatory ) studerer radiobølger som forplanter seg fritt i rommet (for eksempel auroral radiostråling). Langmuir-sonden måler også tettheten og temperaturen til det omgivende mediet. Hovedmålene med RPWS-eksperimentet er studiet av det magnetiserte og ioniserte miljøet til Saturn: studie av planetens magnetfelt, måling av lokale forhold in situ , fjernmåling av disse radioutslippene, deteksjon av lyn. Tordenvær i Saturn (og muligens Titans) atmosfære. Instrumentet veier 6,8 kilo, bruker i gjennomsnitt 7 watt og produserer en gjennomsnittlig datahastighet på 0,90 kbps .
Dette instrumentet er en radiosender hvis frekvens og effekt er veldig stabil. Den sender alltid signalet sitt mot jorden, hvor signaltap og mulige frekvensendringer måles nøyaktig. Dette gir informasjon om materialene som radiobølgene har passert gjennom, for eksempel partikler i Saturns ringer eller planetens atmosfære. Dette instrumentet er derfor sammensatt av en del som utgjør en del av sonden og en del som ligger på jorden. Instrumentet veier 14,38 kilo og har et strømforbruk på 80,7 watt.
Dette instrumentet består av et sett med fire teleskoper som er i stand til å oppfatte ultrafiolett stråling . Den ble produsert av Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP), University of Colorado, i forbindelse med Max-Planck Institute for Solar System Research i Lindau , Tyskland. Ultrafiolette stråler gjør det mulig å se gasser som ikke kan oppfattes ved hjelp av synlig lysspektrometri, og dette instrumentet har allerede gitt oppdagelsen i Saturns system av legemer som hydrogen , oksygen , vannet , acetylen og etan . Det kan være spesielt fruktbart å se på en stjerne (spesielt solen) gjennom en ikke-ugjennomsiktig gjenstand, for eksempel atmosfæren til en måne, som allerede har gjort det mulig å for eksempel bestemme nøyaktig sammensetningen og strukturen til atmosfæren av Titan. I tillegg oppdager dette instrumentet i ringene til Saturn-objekter ti ganger mindre enn hva kamerasystemet er i stand til å observere. Dette instrumentet veier 14,46 kilo og har et strømforbruk på 11,83 watt. Den overfører dataene til datamaskinen med en hastighet på 32,096 kbit / s .
Dette instrumentet består av to spektrometriske kameraer. Den første bryter ned synlig lys og den andre bryter ned infrarød stråling . Dette instrumentet kan oppdage stråling over tre oktaver og fange 99% av spekteret av reflektert solstråling. Den fanger opp stråling ved 352 forskjellige bølgelengder, mellom 0,35 og 5,1 mikrometer. Den er designet for å bestemme sammensetningen, strukturen og temperaturen til gjenstandene som studeres. Den har allerede bestemt tilstedeværelsen av en isvulkan på Titan og fersk is på Enceladus . I tillegg brukes den som en del av et langsiktig prosjekt for å studere den meteorologiske utviklingen av Saturn. Dette instrumentet veier 37,14 kilo og bruker 27,20 watt. Den overfører de innsamlede dataene med en hastighet på 182,784 kbit / s .