Huygens landing spin mysterie opgelost

[univers]

Vandaag, vijftien jaar geleden, schreef de Huygens-sonde van ESA geschiedenis toen deze afdaalde naar het oppervlak van de maan Titan van Saturnus en de eerste sonde werd die met succes op een andere wereld in het buitenste zonnestelsel landde. Tijdens de afdaling begon de sonde echter de verkeerde kant op te draaien - en recente tests onthullen nu waarom.

De in 1997 gelanceerde NASA / ESA / ASI Cassini-Huygens missie blijft iconisch en heeft enorm bijgedragen aan ons begrip van Saturnus en zijn maan Titan sinds zijn aankomst op de geringde planeet eind 2004.

De missie bestond uit een orbiter, Cassini, die meer dan 13 jaar in een baan rond Saturnus ging nadat hij het eerste ruimtevaartuig was geworden, en een kleine atmosferische sonde, de Huygens-lander van ESA, die op weg was om de fysieke eigenschappen en de atmosfeer van Titan te verkennen op 14 januari 2005.



De risicovolle afdaling van Huygens duurde 2 uur en 27 minuten, en de gegevens die de kleine sonde verzamelde gingen verder om een schat aan ontdekkingen over deze fascinerende maan mogelijk te maken.

De lander keerde de eerste in situ metingen van de atmosfeer van Titan terug en bepaalde de druk, dichtheid en temperatuur vanaf een hoogte van 1400 km naar de oppervlakte. Het Doppler Wind Experiment (DWE) van de sonde zag sterke oost-westwinden in de atmosfeer van de maan , waarvan sommige sneller roteerden dan de maan zelf. Het belicht waarom Titans atmosfeer methaan , stikstof en kleine aerosolen bevat , en in welke hoeveelheden, en tekenen van geologische processen en kenmerken in het binnenste van de maan detecteerde , zoals cryovolcanisme en mogelijk een grote ondergrondse oceaan .

Door de dikke waas die de maan omhult te doorsnijden en te verkennen , hielp de sonde wetenschappers ook om het oppervlak van Titan te visualiseren, het terugkerende bewijs van vroegere waterige activiteiten, zoals opgedroogde rivierbeddingen en afwateringsnetwerken en lang-lege merenbekkens , en observaties van de uitgestrekte duinen van zand en ijs .

Eén ding bleef echter een mysterie: waarom Huygens tijdens de afdaling in de 'verkeerde' richting draaide. De sonde werd met een snelheid van 7,5 rotaties per minuut losgemaakt van Cassini die tegen de klok in ronddraaide. Vanwege het ontwerp van de sonde hielp de spinsnelheid om Huygens in de eerste plaats stabiel te houden, omdat het drie weken lang naar Titan ging, en toen het uiteindelijk de atmosfeer van de maan binnenkwam.


Deze grafiek toont het 'spin-profiel' van de Huygens-sonde van ESA toen deze op 14 januari 2005 afdaalde naar de oppervlakte van de Saturnische maan Titan: de stippellijn toont het voorspelde profiel, terwijl de ononderbroken lijn het werkelijke profiel toont zoals gevolgd door de sonde aan boord technische sensoren. De horizontale as geeft de UTC-tijd aan en de verticale as de draaisnelheid (in omwentelingen per minuut).

Hoewel Huygens zich aanvankelijk gedroeg zoals verwacht, nam de spinsnelheid van de sonde tijdens de afdaling veel sneller af dan verwacht, voordat hij na ongeveer 10 minuten achteruit ging om met de klok mee te draaien.

Het bleef op deze manier draaien voor de resterende 2 uur en 15 uur afdaling; gelukkig was de omvang van deze omgekeerde spin vergelijkbaar met die van de onderzoekers, wat betekent dat de onverwachte flip de timing van de geplande waarnemingen beïnvloedde, maar de kwaliteit ervan niet dramatisch beïnvloedde.

Eerdere studies hebben dit gedrag onderzocht (bijvoorbeeld een studie uitgevoerd door Vorticity in 2014-2015) en recente subsonische windtunneltests bij het PRISME-laboratorium aan de Universiteit van Orléans, Frankrijk, bevestigt nu de belangrijkste oorzaak. De studie werd uitgevoerd van 2017 tot 2019 onder een ESA-contract met LPC2E / CNRS-Universiteit van Orléans.


Deze afbeelding toont een replica van de Huygens-sonde van ESA, zoals gebruikt in recente windtunneltests om te karakteriseren hoe het ruimtevaartuig draaide toen het naar het oppervlak van Titan afdaalde - een gebeurtenis die geschiedenis schreef op 14 januari 2005. Dit model is op een schaal van 1/3 - de echte Huygens-sonde en aanhangsels waren 3 keer groter.

Huygens was uitgerust met 36 schuine schoepen die werden gebruikt om de spin van de daalmodule te regelen. Twee van de belangrijkste appendages van de sonde, het Separation Subsystem (SEPS) en de Radar Altimeter (RA) -antennes, produceerden echter een onverwacht koppel tegengesteld aan dat geproduceerd door de schoepen. Dit effect werd versterkt toen de schoepen de gasstroom rond de afdalingsmodule veranderden op een manier die de amplitude van het 'negatieve koppel' verhoogde - het effect waardoor Huygens zijn draairichting omdraaide - totdat het de invloed van de schoepen overschreed.

De oplossing van dit technische mysterie zal helpen het ontwerp van toegangssondes in de toekomst te informeren, waardoor onze verkenning van het zonnestelsel wordt bevorderd.


Huygens-windtunneltest

Er waren ook aanwijzingen dat de bomen van Huygens Atmospheric Structure Instrument (HASI) mogelijk niet volledig zijn ingezet tijdens de afdaling, dus specifieke tests werden uitgevoerd in drie verschillende configuraties - opgeborgen, ingezet en half ingezet - en bevestigden dat een 'negatief koppel 'kan ontstaan ​​bij een niet-symmetrische inzet. Dit effect wordt verder onderzocht.

http://www.esa.int/Science_Exploration/ ... ery_solved