…uz (možda) malu pomoć ’Curiosityja’
’MAVEN’ je međuplanetna sonda predviđena da iz atmosfere proučava Marsovu atmosferu. Jedan od ciljeva misije je utvrđivanje mehanizama koji su vremenom doveli do gubitka atmosfere i vode na Marsu.
Planovi za misiju su započeli da se prave još 2008. godine, a “Lockheed Martin” je ubrzo počeo da pravi sondu tešku 2,5 tone. Misija spada u klasu “Mars Scout”, koje bez rakete koštaju ispod $485 miliona. Ime sonde treba da asocira na reč “maven”, osobu koja poseduje posebna znanja ili iskustvo, ekspert.
“MAVEN” (Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN mission) je sa uspehom lansiran 18. novembra 2013. nosačem “Atlas V 401”. Nakon što je II stepen “Centaur” uveo sondu u nisku orbitu oko Zemlje, posle samo 27 minuta usledilo je i drugo paljenje “Centaurovog” motora (u trajanju od samo 5 minuta!), nakon čega je “MAVEN” ušao u heliocentričnu tranzitnu orbitu ka Marsu.
Posle leta od 10 meseci i pređenih 711 miliona km, sonda je 22. septembra 2014. stigla na Marsovu orbitu, bez problema ušavši u areocentričnu eliptičnu orbitu dimenzija 6200×150 km. Zanimljivo je da je otprilike u isto vreme u orbitu ušla i indijska sonda „MOM“.
Dva meseca kasnije „MAVEN“ je otkrio da se Marsova atmosfera značajno smanjuje tokom solarnih oluja. Taj mehanizam je igrao glavnu ulogu u zameni Marsa sa atmosferom bogatom ugljen-dioksidom – koja je održavala Mars na relativno visokoj temperaturi i omogućavala postojanje tečne vode na površini – sa hladnom, bezvodnom planetom kakvu imamo danas. Ta zamena se dogodila negde između 4,2 i 3,7 milijardi godina.
„MAVEN“ je danas u orbiti perioda 4,5 sati. Dve trećine težine sonde činilo je gorivo, jer je od početka planirano da će sonda biti dugo u orbiti i raditi kao relej signala.
„MAVEN“ je mogao da bude tako jeftin jer je koristio delove prethodnih Marsovih sondi „Mars Reconnaissance Orbiter” i “Mars Odyssey”. Orbiter je kockastog oblika dimenzija 2,3×2,3×2,0 m, sa dva solarna “krila” raspona 11,4 metra. Iako je radni vek trebalo da bude samo oko godinu dana, naučna istraživanja su produžena, a “MAVEN” redovno obavlja funkciju telekom orbitera za sadašnje i buduće površinske rovere.
Iako ovaj kratki osvrt na misiju izgleda rutiniran a sama misija pomalo dosadna, to ne znači da se „MAVEN-u“ ništa ne događa. Evo npr. početkom meseca zamalo da se sudari sa Fobosom!
Naime, 28. februara 2017. sonda je uključila raketne motore da bi povećala brzinu za samo 40 santimetra u sekundi! (~1,44 km/h). Iako je korekcija jako mala, bila je dovoljna da sonda nedelju dana kasnije promaši nepravilni mesec, izbrazdan kraterima, za oko 2,5 minuta ...
Prema proračunima, kontrolori misije iz Kalifornije su uočili da 6. marta postoje velike šanse da u roku od 7 sekundi „MAVEN“ i Fobos prolete kroz istu tačku. Ispostavilo se na osnovu Fobosove veličine (modelirane radi pojednostavljenja u vidu lopte prečnika 30 km, malo veće od stvarnog meseca radi sigurnosti), da postoji velika šansa za sudar ako se nešto hitno ne preduzme.
Fobos po obimu orbite prelazi oko 30.000 km, prelazeći taj put češće nego triput dnevno, tako da prelazi oko 100.000 km dnevno, odn. oko 4000 km na sat, odn. oko 1 km u sekundi. Pošto ima oko 30 km u prečniku, znači da Fobosu treba oko 30 sekundi da pređe preko bilo koje tačke na svojoj orbiti. Ako „MAVEN“ preseca ravan Fobosove orbite u bilo kojoj tački tokom tih 30 sekundi – tras! Razmišljajući o tome, činjenica da su ljudi uspeli da izbegnu sudar za samo 150 sekundi je zapanjujuća. Dva tela su prošla vrlo, vrlo blizu jedno drugom.
U stanju smo da predvidimo Fobosov položaj tako dobro zahvaljujući dugoj istoriji posmatranja sa Zemlje, ali predviđanja orbita su u poslednje vreme doživela preporod zahvaljujući donekle neočekivanim astronomima: Marsovim roverima. Na YouTubeu mogu da se nađu lepi video snimci sa Marsove površine, na kojima se vidi kako jedan ili drugi mesec prolazi preko Sunčevog diska. Roveri snimaju kako Marsovi meseci prolaze jedan pored drugog, ili prolaze preko sjajnih zvezda poput Regulusa ili Aldebarana. Takva osmatranja su dobra sama za sebe, ali takođe omogućavaju naučnicima da vrlo precizno odrede pozicije svakog meseca.
Fobos, veći od dva Marsova meseca, prolazi ispred Sunca u sekvencama od 89 slika koje je snimio „Curiosity“ 20. avgusta 2013. Za prolazak Fobosa treba oko 32 sekunde.
Uzajamni položaj Fobosa i Dejmosa koji je snimio „Curiosity“ 351. sola. Ovaj klip pokazuje kako veći mesec Fobos prolazi ispred Dejmosa 1. avgusta 2013. iz perspektive Nasinog rovera „Curiosity“. MastCam je pravio slike svakih 1,4 sec.
Na pitanje upućeno Marku Lemmonu (istraživaču 'Texasa A&M' koji je iza skoro svih roverovih astronomskih posmatranja) da li su snimci sa „Curiosityja“ pomogli u predviđanju sudara i podešavanju „MAVEN-ove“ orbite, odgovorio je da nije baš siguran, ali zna da su ranija roverova merenja pomogla da se preciznost određivanja Fobosa popravila za nekoliko desetinki sekunde.
Posmatranja sa rovera ne mogu da dovedu do izbegavanja manevara za izbegavanje sudara, ali mogu da dovedu do toga da se manevri ne dešavaju često.
Slika kombinuje jedan kadar Mastcama Fobosa iznad planine Mt. Sharp snimljen 613. sola (27. aprila 2014.). sa tri slike iz mozaika od 360 stepeni koje prikazuju popodne 610. sola (24. aprila 2014.) da bi je proširio horizont slike i izbalansirala kompozicija slike.
Pošto o ovoj misiji nisam nikad ništa napisao (koliko se sećam), a ovde se pominju raketni motori sonde, hajde da napišem nešto o pogonskom sistemu „MAVEN-a“. Jedino što znam to je da je baziran na sistemu koji je upotrebljen na orbiteru MRO.
Pogonski sistem je proizvela kompanija „Aerojet“ i čini ga ukupno 20 trastera koji su podeljeni u tri grupe – blok od 6 glavnih trastera, 6 motora srednje snage i 8 trastera za kontrolu položaja. Svi motori su katalitički trasteri koji koriste monopropelantno hidrazinsko (N2H4) gorivo[1].
„MAVEN“ je opremljan sa šest trastera MR-107N montiranih u osnovi letilice. Svaki od tih motora stvara normalan potisak od 170 njutna, ali sa mogućnošću podešavanja od 109 do 296 N. Sa 6 motora pri normalnom potisku, „MAVEN“ ima ukupan potisak od 1020 N – 104 kg.
MR-107N.
Gorivo se ubrizgava u motore MR-107N pod pritiskom od 8,2 do 27,8 bara a pritisak u komori od 4,2 do 11,2 bara stvara specifični impuls od 229 do 232 sekunde. Motor troši 49 do 131 gram goriva u sekundi, što zavisi od jačine potiska. MR-107N teži 740 grama, ima dužinu od 22 cm i prečnik mlaznice 6,6 cm. Svaki motor može da izdrži preko 1500 radnih ciklusa.
„MAVEM-ov“ glavni pogonski sistem je korišćen za manevre korigovanja trajektorije do Marsa i krucijalni manevar kočenja radi ulaska u orbitu oko Marsa, ali i za ostale velike manevre koji zahtevaju veliki delta-v. Za pritisak u tanku koristi se helijum.
Pored glavnog pogonskog sistema, „MAVEN“ je opremljen i sa šest trastera MR-106E koji se koriste za male korekcije trajektorije, manevre podešavanja orbite i radi kontrole položaja tokom uključivanja glavnih motora prilikom ulaska u orbitu.
MR-106E.
MR-106E stvara potisak od 22 N sa operativnim rasponom od 11,6 do 30,7 N. Gorivo se upumpava pod pritiskom od 6,9 do 24,1 bar a pritisak u komorama je 4,5 do 12,4 bara.
Trasteri stvaraju speciifični impuls od 229 do 235 sekundi. Troše od 5,0 do 13,1 gram goriva u sekundi. Motor teži 635 grama, dužinu 18,2 cm i prečnik mlaznice 3,4 cm. Motor može da obezbedi više od 50.000 radnih ciklusa i produženi rad od 2000 sekundi, tj. kumulativno vreme rada od 4670 sekundi.
Za manje manevre kontrole položaja, „MAVEN“ ima osam trastera MR-103D od kojih svaki stvara potisak od 1 N i operativnim rasponom od 0,22 do 1,02 N. MR-103D troši samo 0,09 do 0,5 grama hidrazina u sekundi.
MR-103D.
Svaki traster ima težinu od 330 grama, dužinu 14,6 cm i prečnik mlaznice 3,4 cm. MR-103D može da izdrži 275.000 radnih ciklusa i da sakupi ukupno vreme rada od 111 sati i jedno paljenje motora u trajanju od 5000 sekundi.
[1] Najpoznatije monopropelantno gorivo je hidrazin (znači da motor koristi samo jednu vrstu goriva). Hidrazin je snažan redukcioni agens (jedinjenje koje lako gubi elektrone, tj. oksidira). Kao katalizator koristi se granulisani aluminijum-oksid (Al2O3) pokriven iridijumom. Granule su poznate pod komercijalnim nazivom “Aerojet S-405” ili “W.C. Hereaus H-KC 12 GA”. Za hidrazin nema upaljač ili svećica. S-405 je spontani katalizator, što znači da se hidrazin spontano raspada u kontaktu sa katalizatorom. Tom prilikom se stvara temperatura od 1000° C i smeša gasova (azota, vodonika i amonijaka)
