Astronautika: misije

... možda hoće breg Mesecu?

Na osnovu nekih prethodnih textova, vidimo da je Mars za ljudske posade još uvek šargarepa na dugom štapu. Zato se NASA zalaže da glavni zadatak njihovog programa sa posadama u sledećoj deceniji bude jedan mal'tene SF zadatak: da uhvate jedan mali asteroid i dovuku ga do Meseca (zapravo, u Lagranžovu tačku L2 sistema Zemlja-Mesec). Potom bi putnički brod 'Orion' prišao sondi 'ARM' ('Asteroid Redirect Mission') sa asteroidom i, uzevši uzorke, vratio se na Zemlju! Zapravo, to je bio plan do pre koju godinu. Prošle godine NASA je promenila originalnu ideju i, umesto malog asteroida, sada bi 'ARM' trebalo da uzme poveću stenu sa povećeg asteroida. Ima li kraja glupim idejama?

a1
Nasina sonda 'ARM' bi trebalo da pokupi kamen sa asteroida i donese ga u blizinu Zemlje.

Promena plana je nastala zbog nemoći Nase da pronađe neki zgodan obližnji asteroid (NEO) dovoljno malen da bude uhvaćen mrežom[1] – ili parom štipaljki – i donešen do Meseca pre 2025. godine. Stoga se nametnula Opcija B, koja je zamenila Opciju A, kako se izvorno nazivalo hvatanje čitavog asteroida.

a2
Opcija A
, sada napuštena, predviđala je hvatanje čitavog asteroida. 2015. napuštena jeideja hvatanja uz pomoć mreže, a prednost je data štipaljkama. Desno se vidi brod 'Orion' koji je doneo putnike.

Ni na taj način izbor asteroida ne bi procvetao, ali bi bar omogućavao usmeravanje sonde ka većim objektima – pa time i lakšim za detektovanje – te bi i broj kandidata značajno porastao. Ustvari, već je identifikovano četiri, a taj broj će samo rasti u narednim godinama zahvaljujući kampanji i osmatranjima NEA zemaljskim teleskopima koje finansira NASA. Trenutni kandidati su Itokawa (koga je već posetila japanska sonda 'Hayabusa'), Bennu (koji će u avgustu 2018. posetiti sonda 'OSIRIS-REx'), Ryugu (koga će posetiti 'Hayabusa 2' u junu 2018.) i 2008 EV5. Ovaj poslednji, asteroid C-tipa prečnika 410 metara, za sada je favorit. Posmatranja zemaljskih radara će biti fundamentalna za otkrivanje stena odgovarajućih dimenzija na površini asteroida-kandidata.

a3
(341843) 2008 EV5
je favorit među kandidatima za misiju 'ARM'.

a4
Putanja asteroida 2008 EV5 pokazuje da doći do njega neće biti preteško stići.

a5700
Stenje na površini pojedinih asteroida.

Ali Opcija B ima i druge prednosti. Osim što će doneti deo asteroida, sonda 'ARM' će moći da testira jednu od tehnika za skretanje asteroida koja najviše obećava. Govorim, naravno, o gravitacionom traktoru. Na taj način, 'ARM' će preko noći postati planetno odbrambeno oružje, čime mu neće porasti samo naučni interes već i politički. S druge strane, Opcija B će imati manje tehničke zahteve. Sonda će kupiti stene veličine od jednog do pet metara i težine do 50 tona, što je mnogo lakši zadatak nego boriti se sa 1000-tonskim asteroidima. I, usput, neće više biti potrebe za gubljenjem energije potrebne za zaustavljanje rotacije asteroida. Zauzvrat, nova misija će imati svoje rizike: šta ako na odabranom asteroidu ne bude odgovarajućeg kamenja, ili ako se stena zdrobi prilikom procesa hvatanja.

a6
Gravitacioni 'traktor' sa nuklearnim reaktorom i jonskim motorima koji je predložila ruska agencija Roskosmos za skretanje asteroida sa orbite opasne po Zemlju.

a7
Delovi sonde 'ARM'.

U zavisnosti od odabranog asteroida, sonda 'ARM' će uzleteti između 2019. i 2021. uz pomoć raketa 'Delta IV' ili 'Atlas V', mada nije isključena ni raketa 'SLS'. Brod će koristiti efikasni solarni električni pogonski sistem (SEP) baziran na jonskim motorima za putovanje do asteroida i povratak na Zemlju. SEP sistem je zapravo jedan od ciljeva misije, jer će poslužiti za testiranje snažnih jonskih letilica čija tehnologija bi mogla da se iskoristi za sve vrste budućih kosmičkih sondi ili misija sa ljudskom posadom. 'ARM' bi trebalo da ima četiri jonska motora Hallovog tipa bazirana na ksenonu (mada bi mogao i kripton, argon, bizmut, jod, magnezijum i cink), a struju bi obezbeđivala dva ogromna solarna panela koja bi proizvodila oko 40 KW.

Nakon što stigne na cilj, sonda će detaljno proučiti dati asteroid u pokušaju da pronađe odgovarajuću stenu, u procesu koji će trajati nekih 70 dana. Promenjen je i sistem za hvatanje. Umesto korišćenja mreže ili štipaljki, sonda će koristiti šest rasklopivih nogara (ili ruku, u zavisnosti od toga kako gledaš). Tri nogara bi u isto vreme poslužila kao 'stajni trap' sonde (mada će pri bednoj gravitaciji asteroida hvatanje pre biti neko spajanje nego nešto drugo). Ostali nogari bi obuhvatili kamen u manevru koji bi trajao oko pola sata. Nakon toga, sonda bi uzletela sa površine a onda bi bila započeta faza gravitacionog traktora, koja bi koristila dodatnu masu stene sa asteroida, i koja bi trajala oko pola godine. Sonda će koristiti jonske motore da bi ostala na istoj udaljenosti od asteroida, tako da će, uz dovoljno vremena, orbita asteroida pomalo da se promeni (u ovoj misiji se ni ne očekuje veliko skretanje). Ukupno, sonda će provesti oko 400 dana u blizini asteroida.

a8
Sistem za hvatanje asteroida sonde 'ARM'.

a9
Sonda 'ARM' Opcija B sa rasklopivim hvataljkama za asteroidno kamenje.

a10
Sonda se sa stenom vraća ka Zemlji.

Izbor Opcije B ostavlja otvorenu mogućnost da donesemo kamenje sa površine Fobosa i Dejmosa, što se podudara sa Nasinim planovima za slanje ljudi na Mars – indirektno, naravno – do kraja sledeće dekade.

a11
Kamenje na površini Fobosa i Dejmosa koje bi moglo da bude donešeno sa budućim sondama.

a12
Primena tehnologije 'ARM' u misiji na Marsove mesece.

Jednom kada sonda bude donela stenu sa asteroida do Meseca, što se sigurno neće dogoditi pre 2025, biće u jednomesečnu misiju lansiran brod 'Orion' sa dva astronauta. Broda će se zakačiti za zadnji deo sonde 'ARM' a astronauti će izlazaći u nekoliko šetnji da bi uzeli uzorke sa asteroida ukupne težine od nekoliko desetaka kilograma. Astronauti će verovatno nositi skafandere MACES (Modified Advanced Crew Escape Suit), odela proizašla iz poznatih narandžastih skafandera ACES (Advanced Crew Escape Suit, tzv. 'pumpkin suit') korišćenih u šatl misijama. MACES će koristiti ranac za održavanje života (PLSS) i biće principijelno sličan polutvrdom skafanderu za izlazak u kosmos EMU koji se upotrebljava na ISS, iako će dužina šetnji sa MACES biti samo četiri sata umesto šest ili osam sati sa EMU.

a13
Astronauto će izlaziti u kosmos da bi uzimali uzorke sa asteroida.

a14

a15

U misiiji će se koristiti odela MACES. U unutrašnjoj konfiguraciji koja će biti korišćena tokom lansiranja i sletanja (levo) i konfiguracija EVA za prekupljanje uzoraka.

a16
Šema misije sa posadom za pribavljanje uzoraka sa asteroida.

Ono što mene lično posebno nervira to je saznanje da je misija 'ARM' rođena kao potpuno nategnuto opravdanje Nasinog programa 'SLS'/'Orion'. Pošto američka agencija nema adekvatan budžet za slanje broda sa putnicima na Mars ili na površinu Meseca, predloženo je da buduća raketa 'SLS' pošalje 'Orion' ka nekom obližnjem asteroidu. Međutim, čak i takva misija bi bila nemoguća bez velikih modifikacija (posebni moduli, napredni sistemi za održavanje života, itd.), što bi samo povećalo koštanje misije. Zato je i odlučeno da se asteroid dovuče u blizinu Meseca a ne da se 'Orion' šalje u duboki kosmos.

Naučna zajednica je izrazila svoje sumnje, ako ne i otvoreno suprotstavljanje, prema misiiji 'ARM'. Iako bi bespilotna sonda koštala 'svega' $1250 miliona, deo sa posadom bi koštao neuporedivo više (tačna cifra se još uvek ne zna, što je možda i bolje). Po mišljenju mnogih naučnika, za te pare bi moglo da se pošalje nekoliko sondi za donošenje uzoraka asterioda i kometa, i još da ostane para. S druge strane, oni koji navijaju za misiju podsećaju da, iako se radi o automatskoj sondi, 'ARM' će se finansirati iz Nasinog programa sa ljudskim posadama, te ako se stopira, ništa ne garantuje da će taj novac biti preusmeren na neke druge naučne misije[2]. Uostalom, ni bespilotne misije za donošenje uzoraka na Zemlju nisu jeftine: sonda 'OSIRIS-REx', koja treba da donese komadić asteroida Bennu, košta oko $800 miliona, što svakako nije malo...


https://youtu.be/DWATKE7VxTc

Tako je bilo sve do pred kraj Obaminog mandata, a onda su ponovo usledile promene! Predlog 'ARM' od pre par godina je u poslednjih godinu dana uznapredovao. Da vidimo kakve su mu sadašnje karakteristike:

a17
'ARM' na putu ka Zemlji.

Videli smo da je NASA, pošto nije uspela da pronađe dovoljno mali asteroid – od 4 do 10 metara – da bi ga čitavog dovukla u cirkumlunarni prostor, odlučila da malo promeni čitavu misiju. Izrazili su želju da slete na neki asteroid prečnika par stotina metara i sa njega donesu poveću stenu! Naziv izmenjene inicijative je od 'Asteroid Return Mission' promenjen u 'Asteroid Redirect Mission', pa je skraćenica ostala ista. Nova misija 'ARM' je podeljena na dva dela, sondu koja bi pokupila deo asteroida, 'ARRM' (Asteroid Redirect Robotic Mission), i deo misije sa posadom, koja bi brodom 'Orion' donela uzorke na Zemlju, nazvan 'ARCM' (Arsteroid Redirect Crewed Mission).

a18
Kalendar misije 'ARM'.

a19
Delovi sonde 'ARRM'

a20
Još jedan pogled na kosmičku sondu. (Ovaj što čeka lansiranje, ali na pogrešnom mestu, je Zorkić.)

Prema najnovijim planovima, 'ARRM' bi trebalo da poleti do 2020. uz pomoć nosača 'Delta IV-H', 'Falcon 9' ili 'SLS', dok bi 'ARCM' poleteo u decembru 2025. godine. Pored putovanja na asteroid, 'ARRM' će koristiti napredni pogonski sistem SEP, tehnologiju koju NASA razmatra kao moguću za eventualnu misiju ljudi na Mars. Sonda 'ARRM' se ponegde naziva i 'ARV' ('Asteroid Redirect Vehicle') i podeljena je na SEP modul veličine 5,5 metara i spravu (mehanizam) za hvatanje veličine 6 metara. SEP modul će posedovati jonske motore i 5 tona goriva (ksenona), dok će mehanizam imati 3 fleksibilne hvataljke dužine 5 metara – ili CRS (Contact and Restraint Subsystem) – za nošenje velikog kamenja od dvadesetak tona, u čemu bi pomagali mali 'manipulatori', odn. robotske ruke. Ruke će mogle da prikupljaju kamenje dimenzija 3×4×5 metara.

a21
SEP modul.

a22
Detalji štipaljki za hvatanje tereta.


a23
Dedalj jednog uda, kako to ovde nazivaju.

a24
Testiranje! ovako gledano, super izgleda

a25
Sonda ARRM za donošenje kamena sa asteroida.

Pomenuo sam da je za sada glavni kandidat za posetu ARRM-a asteroid 2008 EV5, ugljenični objekat (C-tipa) prečnika ~400 metara, ali da mu konkurišu asteroidi Itokawa, Bennu i Ryugu. Pošto će poslednja dva biti ispitana za godinu ipo dana od danas (sonde već lete ka njima!) a Itokawa je već istražena[3], bilo bi normalno da se 'ARRM' pozabavi 'taze' metom. U svakom slučaju, finalna destinacija 'ARRM-a' biće odabrana godinu dana pred lansiranje. Ne idući dalje, ove godine su otkrivena četiri nova asteroida koja bi mogla da uđu u igru za uzimanje kamenja s njih.

a26
Računarski model asteroida 2008 EV5. Prema osmatranjima koja su sprovele radarske opservatorije Arecibo, Goldstone i VLBA, žute zone su bogate velikim stenama zgodnim za nošenje ka Zemlji.

a27
Moguće velike stene na površini EV5.

a28
Mapa nagiba (levo) i mapa gravitavionog polja asteroida.

No pitanje je da li na EV5 ima dovoljno velikih stena koje će zadovoljiti potrebe 'ARRM-a'. Radarsko osmatranje asteroida pokazuje da ima najmanje šest stena veličine desetak metara. Indirektni proračuni sugerišu da bi moglo imati oko 1300 stema veličine od 2 do 3 metra. Nažalost, njihov oblik i čvrstina su nepoznati i potrebno je više osmatranja do 2020. kako bi se potvrdila prikladnost EV5. Brodski računar je imati softver koji će omogućavati pet pokušaja za podizanje kamena sa površine uz preciznost u 'sletanju' od samo 50 santimetra.

Ali ARRM neće samo pokupiti uzorak asteroida, već će ući u halo orbitu oko njega da bi demonstrirao izvodljivost promene njegove orbite metodom gravitacionog 'traktora', fundamentalne tehnike planirane za izbegavanje rizika od sudara sa nekima asteroidom. Taj deo misije je nedavno predstavljen da bi pojačao interesovanje naučnika za ARRM, koji su sve donedavno žestoko kritikovali misiju smatrajući je (pre)skupom i nepotrebnom. Nakon mapiranja površine asteroida koje bi trajalo 150 dana i uzimanja uzoraka, faza gravitacionog traktora bi potrajala oko 300 dana.

a29
Faze misije ARRM.

a30
Faze misije.

a31
Halo orbita oko asteroida testiraće tehniku gravitacionog traktorisanja[4].

a32
Misija će pokušati da gravitacionom silom traktora polako 'iskrivi' trajektoriju opasnog asteroida po Zemlju. http://www.nasa.gov/content/asteroid-redirect-mission-planetary-defense-demonstration/ (image link)

Sonda sa uzorkom asteroida teškim do 20-ak tona vratiće se u blizinu Zemlje i ući u lunarnu udaljenu retrogradnu orbitu (LDRO), relativno stabilan tip putanje, koja prolazi kroz prve dve Lagranžove tačke sistema Zemlja-Mesec. Tamo će ih čekati astronauti u misiji EM-3 (Exploration Mission 3). U brodu će biti samo dvojica putnika umesto četvorice, da bi se napravilo mesta za uzorke i opremu za izlazak u kosmos. EM-3 će trajati 11 dana, od čega će 5 proteći u lunarnoj orbiti a 2 u otvorenom kosmosu.

a33
Sistem za spajanje 'ARRM-a' sa brodom 'Orion' tokom misije EM-3.

'ARRM' bi trebalo da bude formalno odobren 2016. i koštaće oko $1250 miliona, čemu treba dodati pare za razvoj kapsule 'Orion'. Kao što sam pomenuo, sonda za uzorke 'OSIRIS-REx' košta oko $800 miliona. Još jednom se pitam vredi li to? Bojim se da odgovor ide u račun 'ARRM-a', jer je očito da je njegov značaj više lobistički odn. politički, a manje naučni. Pošto mu je svrha da opravda megalomanski projekat 'SLS'/'Orion', čini mi se da je cena skoro i nebitna.

a34
Brod 'Orion EM-3' spojen sa sondom 'ARRM'.

a35
Astronaut bi trebalo da uzima uzorke u misiji EM-2 do 2025. godine.

a36
Ne slažu se svi sa Nasom o opravdanosti misije. Jedan sam i ja, a vidim da nas ima još. Ovo sam pronašao vršljajući po relevantnim sajtovima. Smešni su.


https://youtu.be/3UkEximY6lc

Reference:

  • http://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/fast-final-report-draft-for-public-comment.pdf
  • https://svs.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/details.cgi?aid=12023

 

[1] Metod sa mrežom je izgleda trajno napušten, jer ga više niko ne pominje.

[2] O ovome sam nekoliko puta pisao (poslednji put kada sam obrađivao Marsovu misiju 'Viking') – jednostavno, takva je Nasina politika!

[3] Ne samo istražena već su na Zemlju donešeni i uzorci – dve čestice veličine 10 mikrona i preko hiljadu manjih od toga. Nama izgleda bedno, ali Japanci su bili oduševljeni, jer je Dr Majkl Zolenski, koji je radio u timu misije „Stardast“ za uzimanje uzoraka sa komete, izjavio da je njihova sonda donela uzorke komete reda veličine par hiljada nanograma – hiljade čestica teških oko 1 ng, ali da će za izučavanje svake od njih trebati godine teškog rada.

  O japanskoj misiji sam napisao po meni jednu od mojih najzanimljivijih e-knjiga do sada: 'HAYABUSA - lovac za uzoke asteroida'. Makar prelistaj, jer su čak i slike zanimljive. Inače, potrudio sam se da sve japanske međuplanetne misije pojedinačno obradim, jer su neverovatno zanimljive jer nijedna nije protekla glatko negu se se naučnici i inženjeri dovijali kako da isplivaju iz naizgled bezizlaznih situacija tipa eksplozija motora, gubitak sistema za upravljanje, kvarovi računara i svašta u tom fazonu...

[4] Moram da kažem da je tehnika teorijski lepa (kao i većina teorija), ali da bi u praksi bila vrlo problematična. Proračuni pokazuju da ako bi neki asteroid od 100 metara i težine 1 mil. tona zapretio Zemlji, trebalo 10 godina da ga jonskim traktorom skrećemo brzinom od 1 cm/s.

Draško Dragović
Author: Draško Dragović
Dipl inž. Drago (Draško) I. Dragović, napisao je više naučno popularnih knjiga, te više stotina članaka za Astronomski magazin i Astronomiju, a učestvovao je i u nekoliko radio i TV emisija i intervjua. Interesuje ga pre svega astronautika i fizika, ali i sve teme savremenih tehnologija XXI veka, čiji detalji i problematika često nisu poznati široj čitalačkoj publici. Izgradio je svoj stil, lak i neformalan, često duhovit i lucidan. Uvek je spreman na saradnju sa svojim čitaocima i otvoren za sve vidove komunikacije i pomoći. Dragovićeve najpoznatije knjige su "KALENDAR KROZ ISTORIJU", "MOLIM TE OBJASNI MI" i nova enciklopedija "NEKA VELIKA OTKRIĆA I PRONALASCI KOJA SU PROMENILA ISTORIJU ČOVEČANSTVA"

Zadnji tekstovi:


Dodaj komentar


Sigurnosni kod
Osveži