Venus Express

8 марта 2001 г. ЕКА объявило конкурс предложений на повторное использование платформы Mars Express. К этому моменту полным ходом шло изготовление одноименной станции для исследования Марса, и появилась идея изготовить второй идентичный по служебному борту аппарат из запасных блоков и компонентов с комплектом научной аппаратуры из уже существующих приборов (разработанных для АМС Mars Express и Rosetta). Второй КА можно было бы использовать для исследования какого-нибудь другого объекта в Солнечной системе. 

18 мая 2001 г. было подано девять предложений, среди которых был и проект Venus Express.

29 июня 2001 г. Консультативный совет по космической науке ЕКА по рекомендациям своих рабочих групп выбрал для дальнейшей проработки проекты Venus Express (изучение Венеры с орбиты спутника), Cosmic Dune (наблюдение космической пыли вблизи Земли) и SPORT

Express (обсерватория для исследования поляризации реликтового излучения). Руководителям этих проектов была поставлена задача: провести дополнительные доработки в июле–октябре 2001 г.

22–23 мая 2002 г. на 99-м заседании Комитета по научным программам ЕКА в Норвегии была утверждена новая научная программа Cosmic Vision, разработку которой возглавил директор научных программ ЕКА профессор Дэвид Саусвуд (David Southwood).

14–15 ноября 2001 г., на совете стран – членов ЕКА на уровне министров на предстоящие 5 лет на космическую науку было выделено 1869 млн евро вместо запрошенных 1945 млн евро. Под предлогом нехватки средств Д.Саусвуд и его коллеги приняли решение отказаться от весьма дорогого проекта Venus Express (практически уже выбранного для немедленной реализации) в пользу другого, более дешевого проекта Eddington (отобранного в качестве резервного еще в октябре 2000 г.).

11 июля 2002 г. Комитет по научным программам ЕКА пересмотрел принятое решение и единогласно постановил начать работы по проекту Venus Express, заявив, что «теперь достаточно обоснована возможность» начать исполнение проекта с запуском в ноябрьское астрономическое окно 2005 г. Головным подрядчиком по проекту стала компания Astrium SAS (Франция), которая в январе 2003 г. получила контракт от ЕКА на 82.4 млн евро на разработку и изготовление аппарата. За сборку, монтаж и испытания КА отвечала компания Alenia Spazio (Италия).

Аппарат представляет собой корпус из сотовых алюминиевых панелей, в который интегрированы служебные системы и семь научных инструментов. Солнечные батареи оснащены фотоэлементами на арсениде-галлия с тройным переходом. При прохождении затененных участков орбиты или в том случае, когда потребности КА превысят мощность СБ, Venus Express будет снабжаться энергией от трех литий-ионных аккумуляторных батарей емкостью 24 А·час.

Состав и структура аппарата:

• Система связи включает двухдиапазонный транспондер, способный передавать и получать сигналы в S и X диапазонах, блок распределения радиочастот RFDU (Radio Frequency Distribution Unit), два усилителя на лампе бегущей волны, интерфейсный блок волновода и четыре антенны – две антенны низкого усиления LGA и две высокого усиления (HGA1 диаметром 1.3 м и HGA2 диаметром 0.3 м).  Выходы передатчика и входы приемника S диапазона подключены к блоку распределения радиочастот, который объединяет каналы передачи и приема посредством диплексоров и переключает каналы, либо к антенне малого усиления LGA, либо антенне высокого усиления HGA1. Выходы передатчика X диапазона подсоединены к ламповым усилителям мощностью 65 Вт. Выходы усилителей подключены к интерфейсному блоку волновода, где они могут быть направлены на один из двух диплексоров, питающих антенны высокого усиления HGA. Сигналы, принимаемые от диплексоров, могут соединять каждый из приемников Xдиапазона с любой антенной HGA.
• Система управления данными DMS (Data Management System) основана на стандартной архитектуре шины бортовой системы обработки данных, модернизированной за счет высокоскоростных каналов, соединяющих процессоры блока управления данными с ПЗУ и с интерфейсным блоком системы ориентации. Для хранения данных используется твердотельное запоминающее устройство с памятью 12 Гбит.
• Система ориентации и управления КА включает в себя два звездных датчика, два солнечных датчика и два инерциальных измерительных блока, в состав каждого из которых входят по три гироскопа и три акселерометра.
• Планетарный фурье спектрометр PFS (Planetary Fourier Spectrometer) предназначен для измерения с высоким разрешением температуры атмосферы Венеры на высотах 55–100 км. Кроме того, этот прибор способен измерять температуру поверхности (поиск вулканически активных областей) и определять состав атмосферы. Устройство PFS представляет собой спектрометр ИК диапазона с двумя каналами: коротковолновым (0.9–5.5 мкм; поле зрения – 1.6°, пространственное разрешение – 7 км с высоты 250 км) и длинноволновым (5.5–45 мкм; поле зрения – 2.8°, разрешение – 13 км). Инструмент в основном будет включаться при нахождении КА возле перицентра орбиты, но может использоваться и сбольшего расстояния. Каждое измерение занимает 4 сек, период повторения – 11.5 сек.Научным руководителем по прибору является Витторио Формизано (Vittorio Formisano; Институт физики межпланетногопространства IFSI, Фраскати, Италия).
• Спектрометр для исследования характеристик атмосферы Венеры SPICAV (Spectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Venus) предназначен для изучения атмосферы с целью прогнозирования ее эволюции. В частности,с его помощью будет выполняться поиск водяного пара, а также молекулярного кислорода и соединений серы. SPICAV также позволит определить плотность и температуру атмосферы на высоте 80–180 км.Прибор SPICAV является доработанным вариантом прибора SPICAM станции Mars Express. SPICAV сохранил два канала SPICAM – ультрафиолетовый (SPICAVUV, диапазон спектра 0.11–0.31 мкм) и инфракрасный (SPICAVIR, диапазон спектра 0.71.7 мкм), но к ним был добавлен еще один инфракрасный канал SOIR (2.3–4.2 мкм) для изучения атмосферы Венеры при просвечивании ее Солнцем. В ночное время будет регистрироваться тепловое излучение ближнего ИК диапазона, идущее из глубин атмосферы, с целью получения информации о составе нижних слоев и обнаружения горячих участков на поверхности. Кроме того, предусмотрены режимы наблюдения свечения над лимбом планеты и звезд через атмосферу при заходе и восходе. Научными руководителями по прибору являются ЖанЛу Берто (JeanLoup Bertaux, Аэрономическая служба Национального центра научных исследований, ВеррьерлеБюиссон, Франция) и Олег Кораблев (ИКИ РАН, Россия).
• Тепловой видовой спектрометр видимого и ИКдиапазона VIRTIS (Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer) предназначен для спектрального картографирования поверхности Венеры, исследования состава атмосферы под облачным слоем, циркуляции облачности, поиска молний, следов сейсмических волн и др. Спектрометр будет вести измерения в трех каналах, два из которых предназначеныдля спектрального картографирования (оптическая картографирующая подсистема), а третий – для спектроскопии (оптическая система с высоким разрешением). Каналы картографирующей подсистемы расположе ны в видимом (0.25–1.0 мкм, спектральное разрешение – 2 нм) и инфракрасном диапазоне (1–5 мкм, 10 нм); спектроскопический канал – в инфракрасном (2–5 мкм, 3 нм). Научными руководителями по прибору являются Пьер Дроссар (Pierre Drossart, Лаборатория космических исследований и астрофизической аппаратуры Парижской обсерватории в Мёдоне,Франция) и Джузеппе Пиччони (Giuseppe Piccioni, Институт космической физики и астрофизики, Рим, Италия).
• Анализатор космической плазмы и энергичных атомов ASPERA4 (Analyser of Space Plasmas and Energetic Atoms) предназначен для исследования взаимодействия солнечного ветра с атмосферой Венеры и происходящих в ней плазменных процессов, изучения неизвестных параметров солнечного ветра, определения глобального распределения плазмы и нейтрального газа в атмосфере и др. В состав инструмента входят четыре датчика.
• Прибор ASPERA4 создан с использованием технологии прибора ASPERA3 станции Mars Express с улучшением тепловых характеристик и радиационной стойкости для на дежной работы в окрестностях Венеры. Научными руководителями по прибору являются Станислав Барабаш и Рикард Лундин из Института космической физики IRF (Кируна, Швеция).
• Эксперимент по радиозондированию Венеры VeRa (Venus Radio Science Experiment) заключается в радиопросвечивании венерианской атмосферы для определения вертикальных профилей плотности, давления и температуры с разрешением по высоте лучше 100 м, а также для исследования глобального поведения ионосферы в течение сезонных изменений и в зависимости от состояния солнечного ветра. Кроме этого, будут исследованы диэлектрические и рассеивающие свойства вещества поверхности Венеры в конкретных районах с использованием бистатической локации. Для проведения эксперимента используется бортовой радиопередатчик (S и Xдиапазоны) и остро направленные антенны HGA. Научным руководителем эксперимента яв ляется Бернд Хеуслер (Bernd Hausler, Университет Бундесвера, Мюнхен, Германия).
• Камера мониторинга Венеры VMC(Venus Monitoring Camera) предназначена для изучения динамики верхних слоев атмосферы (высота примерно 70 км), загадочного полярного вихря с двойным «глазом», а также для наблюдения волн и других мало масштабных явлений. Камера VMC состоит из блока оптики, блока электроники, блока цифровой обработки данных и преобразователя мощности. Она имеет четыре раздельные системы линз, каждая из которых получает изображения в разных диапазонах длин волн, и одну регистрирующую ПЗСматрицу размером 1032х1024 пикселя. Всего имеется четыре фильтра: F3 (с центром 0.365 мкм), F4 (0.513 мкм), F5 (0.935 мкм) и F6 (1.01 мкм). Поле зрения камеры VMC составляет 17.5°. Научным руководителем по прибору является Войцех Маркевич (Wojciech Markiewicz, Институт аэрономии Общества Макса Планка, Катленбург Линдау, Германия).
• Магнитометр MAGпредназначен для изучения напряженности и направления магнитного поля Венеры. Прибор состоит из двух трехкомпонентных датчиков (один из которых установлен на внешней стороне корпуса КА, а другой закреплен на конце разворачиваемой штанги длиной 1 м), а так же блока электроники, блока обработки данных и блока питания. Магнитометр создан Институтом космических исследований Австрийской академии наук (г.Грац) совместно с Техническим университетом Брауншвейга (TU Braunschweig) и Имперским колледжем (г.Лондон). Научным руководителем по прибору является Телун Чжан (Tielong Zhang).

В разработке приборов SPICAV и планетарного фурьеспектрометра PFS приняли участие российские специалисты из ИКИ РАН.