Cassini este o sondă spațială e NASA pentru nevoile misiunii Cassini-Huygens , care are drept scopa studia planeta Saturn , cu sateliții săi și ei inele . Lansat în spațiu pe15 octombrie 1997de la Cape Canaveral printr-o rachetă Titan IV -Centaur, și-a început misiunea în sistemul saturnian de pe1 st iulie 2004 și l-a completat pe 15 septembrie 2017scufundându-se în atmosfera lui Saturn . Sonda a fost construită de Jet Propulsion Laboratory cu contribuții ale Agenției Spațiale Europene , Agenției Spațiale Italiene (pentru antena de comunicații prin satelit), precum și a celor de la multe laboratoare de cercetare și universități americane și internaționale pentru acestea. Poartă micul lander Huygens care a aterizat pe suprafața Titan în 2004.
Cassini este în 2017 cea mai mare sondă spațială lansată vreodată, cu greutatea la decolare de 5.853 kilograme, inclusiv 3.627 kg de propulsori ( hidrazină ), 362 kg de instrumente și 350 kg pentru dispozitivul de aterizare Huygens . Sonda spațială este stabilizată de-a lungul a trei axe, iar energia este furnizată de un generator termoelectric radioizotop care produce 885 wați la începutul misiunii. Sonda spațială poartă numele astronomului Jean-Dominique Cassini (1625-1712), care a studiat în detaliu inelele lui Saturn și a descoperit unele dintre lunile majore ale planetei uriașe ( Japet , Rhea , Tethys și Dione ).
Cassini urma să fie a doua ambarcațiune din seria Mariner Mark II . A fost proiectat împreună cu primul, Comet Rendez Vous / Asteroid Flyby (CRAF). Cu toate acestea, reducerile bugetare au dus la simplificarea designului său, ceea ce a dus la un dispozitiv mai specializat, în afara seriei Mariner Mark II , și mai puțin bogat în instrumente decât se prevede în acest program.
Cassini-Huygens este una dintre cele mai grele, mai mari și mai complexe sonde interplanetare. Doar cele două sonde trimise către Phobos de Uniunea Sovietică au format un sistem mai greu. Numai Cassini cântărește 2.150 de kilograme goale, la care se adaugă cele 350 de kilograme de Huygens și 3.132 kilograme de combustibil pentru propulsie ( hidrazină ). Cassini are 6,8 metri înălțime și 4 metri lățime (diametrul antenei HGA). Polul magnetometrului măsoară chiar 11 metri. Această complexitate este necesară atât prin traiectoria sa către Saturn, cât și prin numeroasele observații planificate. Sonda are 1.630 de circuite interconectate, 22.000 de conexiuni și 14 kilometri de cabluri.
În special, întrucât distanța dintre Pământ și sondă, odată ajunsă la destinație, era între 8,2 și 10,2 unități astronomice , semnalele dintre sondă și baza sa au durat 68 până la 84 de minute pentru a ajunge la destinație. controlul timpului este imposibil, fie pentru operațiuni normale, fie pentru evenimente neprevăzute. Chiar răspunzând imediat, a durat aproximativ trei ore de la momentul evenimentului până la momentul în care baza a primit răspunsul sondei la comenzile sale.
Sonda Cassini este formată din 12 subsisteme:
Cassini transportă la bord douăsprezece instrumente științifice reprezentând o masă totală de 362 kilograme.
Spectrometru in plasma Cassini, creat de Southwest Research Institute (SRI), are ca scop determinarea energiei și sarcina electrică a particulelor , cum ar fi electronii și protonii se confruntă sonda. Acest detector analizează particulele din vasta ionosferă a lui Saturn, dar studiază și configurația câmpului magnetic al planetei. De asemenea, analizează plasma din această regiune, precum și vântul solar din magnetosfera lui Saturn. Instrumentul este format din trei senzori: un spectrometru de electroni, un spectrometru cu fascicul de ioni și un spectrometru de masă cu ioni. Setul cântărește 12,5 kilograme și consumă 14,5 wați. Datele sunt transferate către sistemul de calcul la o rată de 8 kbit / s .
Analizorul de praf cosmic , creat de Institutul Max-Planck pentru Fizică Nucleară din Heidelberg , Germania , este un dispozitiv care determină mărimea, viteza și direcția prafului găsit lângă Saturn. O parte din acest praf orbitează planeta, în timp ce este posibil ca altele să provină din diferite sisteme solare . Scopul analizorului de la Cassini este, prin urmare, de a ajuta la dezlegarea misterului acestor particule prin efectuarea analizei lor chimice. Permite să știți mai multe despre natura a ceea ce compune aceste corpuri cerești și, în același timp, despre originea Universului . Instrumentul este capabil să detecteze praful unui micrometru și chiar al unui nanometru în anumite circumstanțe. Acest instrument a fost pus în funcțiune în 1999, cu mult înainte ca sonda să ajungă la Saturn și să înceapă să ofere informații. În mediul jovian, CDA a detectat praful care se mișca la 400 km / s prin sistemul solar. Aceste particule, provenind din Jupiter , sunt emise continuu și au fost detectate la mai mult de 100 de milioane de kilometri de Jupiter. CDA cântărește 16,36 kilograme și consumă 18,38 wați. Acesta își transmite datele către sistemul de calcul la o rată de 0,524 kbit / s .
Compozit infraroșu spectrometru , creat în colaborare de CEA , The University of Oxford , NASA , The Observatorul din Paris și Colegiul Regina Maria , analizează lumina infraroșie emisă de Saturn și atmosfera , ci și prin inelele sale și inelele sale. Sateliți și studierea acestora compoziția și temperatura. De asemenea, acest instrument face posibilă reprezentarea atmosferei planetei în trei dimensiuni și trasarea profilurilor de temperatură și presiune în funcție de altitudine, compoziția gazului și distribuția norilor. Acest instrument măsoară și caracteristicile termice și compoziția suprafeței sateliților, precum și a inelelor . De asemenea, facilitează vizualizarea unei părți a structurii interne a acestor diferite corpuri cerești. CIRS, ca orice spectrometru, descompune radiația (în infraroșu, în acest caz) și măsoară puterea diferitelor componente (culori) care alcătuiesc acea radiație. Cântărește 39,24 kilograme și consumă 32,89 wați. Acesta își transferă datele către sistemul informatic la o rată de 6 kbit / s .
Charged Neutral Particle Spectrometru este un instrument care analizele de particule încărcate , cum ar fi protoni sau grele ioni sau particule neutre , cum ar fi atomii în jurul lui Saturn și Titan , în scopul de a afla mai multe despre atmosfere lor. De asemenea, detectează ioni pozitivi și neutri din inelele lui Saturn și ale sateliților săi. Instrumentul este capabil să determine compoziția chimică a particulelor astfel detectate. Cântărește 9,25 kilograme și consumă 27,7 wați. Viteza sa este de 1,5 kbit / s .
Sistemul de camere este format din două camere. Prima este o cameră cu unghi larg ( Wide Angle Camera - WAC), cu o distanță focală de 200 milimetri și o deschidere de 3,5, destinată vizualizărilor generale, în timp ce a doua, o cameră cu focal lung ( Nangow Camera - NAC) , având o distanță focală de 2000 milimetri și o deschidere de 10,5, permite prim-planuri. Fiecare cameră este echipată cu un senzor CCD de un megapixel. Acestea sunt capabile să înregistreze secvențe video și să configureze filtre datorită unui mecanism care cuprinde două roți pentru fiecare cameră, servind la introducerea unei serii de filtre. Camera cu unghi larg este astfel prevăzută cu două roți, fiecare suportând 9 filtre (adică un total de 18), în timp ce camera cu distanță focală lungă are două roți prevăzute fiecare cu 12 filtre (adică un total de 24). Instrumentul cântărește în total 57,83 kilograme și consumă 59,9 wați. Are o viteză de 365,568 kbit / s .
MAG este un instrument pentru măsurarea directă a intensității și direcției câmpului magnetic din jurul lui Saturn. Câmpul magnetic Kronian este creat în inima lui Saturn. Măsurarea acestui câmp magnetic este un mijloc de sondare a acestei inimi foarte fierbinți și foarte dense, în ciuda imposibilității de a trimite instrumente de măsurare acolo. Scopul MAG este de a produce un model tridimensional al magnetosferei lui Saturn, de a determina proprietățile magnetice ale Titanului și ale altor sateliți de gheață și de a studia interacțiunile lor cu câmpul magnetic al lui Saturn. Instrumentul cântărește 3 kilograme, consumă aproximativ 3,10 wați și își transmite datele la o rată medie de 3,60 kbit / s .
Acest instrument este conceput pentru a măsura compoziția, sarcina electrică și energia ionilor și electronilor, precum și a neutronilor rapidi din magnetosfera lui Saturn. Acest instrument oferă imagini ale gazelor ionizate (plasme) din jurul lui Saturn și determină sarcina și compoziția ionilor. La fel ca RPWS, acest instrument are trei senzori: un sistem de măsurare magnetosferică cu energie redusă (LEMMS), care cuantifică distribuția unghiulară a particulelor ( ioni , electroni , protoni ), c ’adică numărul de particule care vin din fiecare direcție, o sarcină -spectrometru de masă energetică (CHEMS), care permite o analiză a compoziției și încărcării ionilor, precum și a unei camere ionice și a particulelor neutre ( camera ionică și neutră - INCA), utilizate pentru a obține o vizualizare tridimensională a particulelor ionizate și neutre ( neutroni ) și viteza acestora. Acest instrument cântărește 16 kilograme și are un consum de energie de 14 wați. Transferă date la o rată de 7 kbit / s .
Radarul Cassini , ca orice radar, folosește reflexia unui fascicul de microunde pentru a determina relieful și conductanța electrică a terenului observat, măsurând timpul de întoarcere al fasciculului indus (relief), precum și atenuarea acestuia (conductanța). Radarul lui Cassini este destinat în primul rând observării lui Titan (pentru a determina existența oceanelor la suprafața sa și, în acest caz, a poziției lor), dar este utilă și pentru observarea lui Saturn, a inelelor și a celorlalte luni ale sale. Utilizarea radarului este triplă: un senzor de percepție sintetic, utilizat pentru a percepe profilul terenului studiat, cu o rezoluție de la 0,35 la 1,7 kilometri, un altimetru, cu o precizie de 90 până la 150 de metri, și un radiometru, cu o precizie de la 7 la 310 kilometri, permițând utilizarea senzorului radar ca senzor pasiv de microunde. Detaliile date se referă la măsurătorile efectuate pe suprafața lui Titan. Radarul funcționează pe banda Ku, la o frecvență de 13,78 GHz . Acest instrument cântărește 41,43 kilograme și consumă 108,4 wați. Transferă date la o rată de 364,8 kbit / s .
Experimentul RPWS este un instrument de măsurare electric și magnetic. Este alcătuit din trei grupuri de senzori (antene electrice, antene magnetice și sondă Langmuir ) la care pot fi conectate patru receptoare: un receptor de înaltă frecvență ( High-Frequency Receiver - HFR), un receptor de bandă largă ( Wideband Receiver - WBR) , un receptor cu frecvență medie (MFR) și un receptor cu frecvență joasă (LFWR). Instrumentul include, de asemenea, o unitate de procesare digitală (DPU) și un convertor de putere . Experimentul acoperă frecvența de la 1 la 16 MHz . Instrumentele de joasă frecvență (MFR, WBR și LFWR) sunt dedicate în principal studiului oscilațiilor plasmatice locale în mediul interplanetar și a magnetosferelor planetare prin care trece Cassini . Receptorul de înaltă frecvență (HFR, fabricat la Observatorul Meudon ) studiază undele radio care se propagă liber în spațiu (radiațiile radio aurorale, de exemplu). Sonda Langmuir măsoară, de asemenea, densitatea și temperatura mediului ambiant. Principalele obiective ale experimentului RPWS sunt studiul mediului magnetizat și ionizat al Saturnului: studiul câmpului magnetic al planetei, măsurarea condițiilor locale in situ , măsurarea la distanță a acestor emisii radio, detectarea fulgerelor. Atmosfera lui Titan). Instrumentul cântărește 6,8 kilograme, consumă în medie 7 wați și produce o rată medie de date de 0,90 kbps .
Acest instrument este un emițător radio a cărui frecvență și putere sunt foarte stabile. Își trimite întotdeauna semnalul către Pământ, unde pierderea semnalului și posibilele schimbări de frecvență sunt măsurate cu precizie. Aceasta oferă informații despre materialele prin care au trecut undele radio, cum ar fi particulele din inelele lui Saturn sau atmosfera planetei. Prin urmare, acest instrument este compus dintr-o parte care face parte din sondă și o parte situată pe Pământ. Instrumentul cântărește 14,38 kilograme și are un consum de energie de 80,7 wați.
Acest instrument constă dintr-un set de patru telescoape capabile să perceapă radiațiile ultraviolete . A fost fabricat de Laboratorul pentru Fizică Atmosferică și Spațială (LASP), Universitatea din Colorado, împreună cu Institutul Max-Planck pentru Cercetarea Sistemului Solar din Lindau , Germania. Razele ultraviolete permit să se vadă gaze care nu pot fi percepute folosind spectrometria luminii vizibile, iar acest instrument a dat deja naștere descoperirii în sistemul lui Saturn a corpurilor precum hidrogenul , oxigenul , apa , acetilena și etanul . Poate fi deosebit de fructuos să privești o stea (în special Soarele) printr-un obiect non-opac, cum ar fi atmosfera unei luni, care a făcut deja posibilă, de exemplu, determinarea precisă a compoziției și structurii atmosferei din Titan. În plus, acest instrument detectează în inelele obiectelor Saturn de zece ori mai mici decât ceea ce este capabil să observe sistemul de camere. Acest instrument cântărește 14,46 kilograme și are un consum de energie de 11,83 wați. Acesta își transmite datele către computer cu o rată de 32.096 kbit / s .
Acest instrument este compus din două camere spectrometrice. Primul descompune lumina vizibilă, iar al doilea descompune radiația infraroșie . Acest instrument poate detecta radiațiile de peste trei octave și capta 99% din spectrul radiației solare reflectate. Captează radiația la 352 lungimi de undă diferite, între 0,35 și 5,1 micrometri. Este conceput pentru a ajuta la determinarea compoziției, structurii și temperaturii obiectelor studiate. A stabilit deja prezența unui vulcan de gheață pe Titan și a unei gheațe proaspete pe Enceladus . În plus, este folosit ca parte a unui proiect pe termen lung pentru a studia evoluția meteorologică a lui Saturn. Acest instrument cântărește 37,14 kilograme și consumă 27,20 wați. Transmite datele colectate cu o rată de 182.784 kbit / s .