Astronautika: misije

Rover 'Mars 2020' treba da sleti u februaru 2021. Kao i njegovim prethodnicima, 'Curiosityju''Opportunityju' i 'Spiritu', za slanje podataka će trebati orbitni releji. Trenutni problem je u tome što NASA trenutno nema nijedan novi orbiter u planu. Poslednji orbiter koji je postavljen je bio 'MAVEN', i od njega se očekuje da će biti glavni prenosilac podataka sa 'Marsa 2020'. Ali njegova orbita neće omogućavati neophodne sesije popodnevne komunikacije[1].

Roveri 'Opportunity' i 'Curiosity' šalju svoje naučne podatke i telemetriju na Zemlju preko orbitera 'Odyssey'[2] i 'Mars Reconnaissance Orbitera'. Obe ove letilice su daleko prevazišle svoje garantne rokove (kao i 'Opportunity' i još jedan orbiter koji može da preusmerava podatke, Esin 'Mars Express'). Početkom svake kalendarske godine inženjeri predviđaju da će to biti poslednja godina za makar jednu od tih letilica, ali na kraju svake od njih sa oduševljenjem javljaju da nisu bili u pravu. Samo zahvaljujući velikoj brizi zemaljskih servisnih timova ove u svakom pogledu zastarele letilice nastavljaju svoje šaranje po nebu.

9. februara NASA je objavila vest da će njihovi inženjeri promeniti nešto u načinu rukovanja 'Mars Reconnaissance Orbitera' ne bi li mu što više produžili radni vek, verovatno dovoljno dugo da podrži operacije 'Mars 2020' 'do sredine dvadesetih godina'. U planu su dve promene, jadna navigaciona a druga orbitna. Navigaciona promena – prebacivanje sa upotrebe već ostarelih inercionih merne jedinica (IMU) koje su zadužene za orijentaciju – biće implementirana u martu. Promena orbite neće biti preduzimana sve dok ne sleti rover 'Mars 2020'.

m1
'Lockheed Martinov' MRO je koštao $720 miliona.
U vreme kada je došao na Mars, tamo je već bilo 5 letilica! Iako je 2006. za ulazak u orbitu potrošio 70% hidrazina, još uvek ima dovoljno goriva da idržava položaj sledećih 15 i više godina.

U tekstu 'Mars Reconnaissance Orbiter Preparing for Years Ahead' detaljno su objašnjene planirane promene, tako da ću ih ja samo ukratko navesti i reći još nešto o implikacijama svega toga na MRO:

Nasin orbiter MRO je započeo dodatna osmatranja kako bi pomogao kosmičkoj agenciji da nastavi napredna istraživanja na Marsu i tokom sledeće dekade...

Početkom februara, MRO je završio poslednje testove snimanja koristeći isključivo stelarnu navigaciju[3] za uspostavljanje i održavanje orijentacije letilice, bez žiroskopa ili akcelerometara. Plan je bio da se kroz te testove izvrše sve provere, te da se u martu u potpunosti pređe na taj tzv. 'all-star' režim.

Od kako je MRO lansiran 2005. pa do prošle godine kada je 'all-star' sposobnost aploudovana u vidu softverske zakrpe ('patch'), orbiter je sve vreme koristio 'Honeywellovu' minijaturnu inercionu mernu jedinicu – povezanu sa 3 laserska žiroskopa i 3 akcelerometra – za kontrolu položaja. Na Marsu, položaj letilice se parktično konstantno menja u odnosu na Sunce i druge zvezde, jer mora da rotira jednom u svakoj orbiti da bi održao naučne instrumente[4] uperene na dole, ka površini Marsa.

Orbiter poseduje i rezervnu inercionu jedinicu. Misija je prebačena sa primarne na rezervnu jedinicu tek nakon oko 58.000 sati rada, kada je pre nekoliko godina jedinica počela da pokazuje znake zamora. Rezerva danas radi normalno nakon 52.000 sati, ali je ipak treba sačuvati za period kada bude zbilja potrebna, dok će određivanje položaja tokom rutinskih operacija preuzeti na sebe zvezdani tragač.

Zvezdani tragač, koji takođe ima bekap na sondi, koristi minijaturne kamere za snimanje neba, i softver za prepoznavanje rasporeda zvezda u vidnom polju kamere. To omogućava sistemu da u svakom momentu identifikuje orijentaciju satelita. Ponavljajući snimanje desetak puta svake sekunde omogućeno je jako precizno određivanje brzine i pravca promene položaja.

'Mi možemo da se u all-stelar režimu normalno bavimo naukom i normalno preusmeravamo podatke sa Marsa na Zemlju,' priča rukovodilac projekta Dan Johnson. 'Inerciona jedinica će se uključivati jedino ako bude potrebno, recimo u slučaju prebacivanja u sigurnosni režim rada ('Safe mode'), trimovano orbitno manevrisanje[5], ili komunikaciono pokrivanje tokom kritičnih faza prilikom sletanja na Mars.' Sigurnosni režim je zapravo preventivni status u koji se letilica sama prebacuje kada zaključi da joj predstoje neočekivani uslovi[6]. Tada je precizna kontrola položaja esencijalna za održavanje kontakta sa Zemljom i održavanje idealne usmerenosti solarnih panela ka Suncu radi proizvodnje struje.

Da bi produžili život akumulatora, projekat priprema dva nikl-vodonična akumulatora od po 50 Ah da bi čuvali više struje, smanjujući njihovo trošenje, a planira se i redukovanje vremena koje će orbitar provoditi u Marsovoj senci, kada Sunce ne može da greje solarne kolektore. Kosmička letilica koristi akumulatore jedino kada je u senci, trenutno oko 40 minuta tokom svake dvosatne orbite.

Akumulatore puni par velikih solarnih panela. Misija trenutno puni akumulatore više nego pre, da bi povećala njihov kapacitet i radni vek. To smanjuje njihovo pražnjenje, delom i smanjivanjem temperature grejača pre nego što letilica uđe u senku. Preduzimaće se pred-zagrevanje vitalnih delova dok su solarni paneli aktivni i izloženi Suncu, tako da će se trošenje akumulatora, dok je orbiter u senci, biti smanjeno.

m2
Raspored instrumenata na Marsovom orbiteru MRO.

m3
Svaki solarni panel može da se pomera gore-dole i levo-desno. Svaki od njih ima površinu od 9,5 m2 i 3.744 fotovoltnih ćelija. Svaki od njih daje više od 1000 W struje.

m4
Ugljenični tanjir glavne komunikacione antene Ø3 m.

m5
Raspored glavnih instrumenata na MRO.

Bezmalo savršeno kružna orbira MRO-a zaklapa praktično isti ugao sa Suncem dok se Mars okreće oko Sunca i rotira oko svoje ose ispod letilice. Prema dizajnu, dok sonda tokom svake robite prelazi iznad osunčane strane planete, tlo se ispod nje nalazi otprilike na polovini puta između podneva i zalaska Sunca. Pomeranjem orbite menadžeri misije su u stnu da smanje iznos vremena koje će sonda provoditi u Marsovoj senci tokom svake orbite. Nasin 'Mars Odyssey', stariji od MRO, uspešno je to isprobao pre nekoliko godina. Ova opcija za produžetak radnog veka akumulatora će da se koristi tek kada bude potrebna podrška novim misijama koje će sleteti 2018. i 2021.

Promena orbite će imati jako povoljan uticaj na nauku koju sprovodi kamera HiRISE jer kada se solarno-sinhrona orbita bude pomerila ka kasnijim satima tokom dana, senke koje stvara topografija biće izduženije i davaće zanimljivije i sadržajnije fotografije.

Zato je veliki deo HiRISE nauke ovih dana usmeren ka ponovnom snimanju mesta na Marsovoj površini gde će promene biti najveće: useci i padine, polarni ledovi i sl. Ljudi koji prate polarne procese biće naročito pogođeni promenom orbite jer će pomeranje orbite na jedan sat kasnije dramatično smanjiti period tokom Marsove godine u kome će neki delovi polova biti vidljivi. To znači da ako se orbita pomeri na dovoljno kasko u toku dana (za sada se pominje 4:30), moguće je da će HiRISE prvi put moći da tokom polarnog leta vidi neke delove te oblasti vrlo rano ujutro kao i poslepodne.

Neke slike napravljene 2017. i početkom 2018. otkrile su laganu zamagljenost ('blurring') kakva nije registrovana ranije tokom misije. Uzrok se još uvek istražuje. Procenat zamagljenih slika u punoj rezoluciji dostigao je u oktobru čak 70%, u trenutku kada je Mars bio najudaljeniji od Sunca. Od tada, procenat je pao na ispod 20%. Čak i pre prvih blurovanih slika, osmatranja sa HiRISE su uglavnom koristila tehniku koja je pokrivala veliki seo površine sa polovičnom rezolucijom. To još uvek daje veću rezoluciju nego bilo koja druga kamera koja se vrti oko Marsa – oko 60 cm po pikselu.

m6
Neočekivana zamagljenost slika sa orbitera. Početkom 2017. tim HiRISE je primetio neočekivanu zamagljenost na nekim slikama. Poređenje dve slike dela kratera Gusev napravljene su 16. marta 2016. i 9. januara 2018. pokazuju da je poslednja slika zamagljena.

m7
Glavni instrument na MRO je kamera HiRISE, tj teleskop Ø500 mm, najveći koji je odleteo u duboki kosmos.

m8
Jedna od najnovijih slika kamere HiRISE. Niko za sada nema pojma o čemu se radi. U neformalnom šaljivom razgovoru sam čuo da ako bi Amerikanci našli naftu na Marsu, astronauti bi se nacrtali tamo za 2 godine.

O ovom problemu je na nedavnoj konferenciji raspravljao jedan od najvećih stručnjaka za HiRISE, Alphred McEwan (PDF). Iz više razloga, HiRISE je počela da pravi slike ujedinjujući po 4 piksela zajedno, proizvodeći slike sa rezolucijom od 60 umesto 30 cm po pikselu. Ipak, i to je bolje od bilo kojeg drugog orbitera. Pozitivna strana toga je da su slike mnogo manje zaprenine i može više da ih se smesti u memoriju. Najnovije vesti javljaju da je problem sa zamagljivanjem uspešno rešen.

Ali uskoro je zabrujala vest da se pokvario još jedan instrument:

Koristeći dva vidljiva/infracvena spektrometra, CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars) je u stanju da detektuje širok spektar minerala na Marsu. Spektrometar sa većim talasnim dužinama zahteva hlađenje da bi mogao da registruje različite minerale, uključujući i one koji se vezuju za vodu, kao što su karbonati. Radi toga, tokom dvogodišnje priimarne misije, CRISM je koristio tri kriokulera koji su držali detektore na -148°C ili niže. Deceniju kasnije, dva kriokulera više ne rade. Bez hladnjaka, CRISM bi ipak mogao da vrši osmatranja talasnih dužina gvožđevog oksida i sulfatnih minerala koji nagoveštavaju vlažnu prošlost Marsa.

Kontekst kamera (CTX) nastavlja svoj posao u miisiji, pokrivajući skoro čitavu površinu i istražujući promene na površini. Plitki radar (SHARAD) nastavlja da pretražuje ispod površine, tražeći različite slojeve i led. Dva instrumenta za proučavanje atmosfere – Marsova kamera u boji (MARCI) i  Marsov klimatski saunder – nastavljaju da skupljaju podatke o vremenu i klimi, kao što je radio poslednjih 6 Marsovih godina (oko 12 naših).

I baš kada je izgledalo da će MRO ipak nastaviti svoj posao, 15. februara se uključio alarm! – brodski računar je naredio padanje u nesvest jer je došlo do neočekivanog i neobjašnjivog pada napona u akumulatorima.

Sonda je ostala u kontaktu sa Kalifornijom a uredno je održavana stabilna unutrašnja temperatura i napajanje strujom, ali su zato suspendovani svi naučni eksperimenti i prekinuta relejna veza sa Marsovim roverima. Ubrzo je ponovo uspostavljen normalan napon u mreži, ali je sonda ostala pod stalnim nadzorom stručnjaka. Očekuje se da će već sledeće nedelje ponovo biti uspostavljena veza sa roverima, a onda će početi uključivanje jednog po jednog instrimenta. Do sada, tokom 5 produžetaka misije, MRO je poslao na Zemlju više od 317 terabajta podataka.

m9
Pre lansiranja, očekivalo se da će MRO slati 3 puta više podataka nego 5 misija zajedno!

[1] Ovo je na neki način nastavaj texta 'Problemi Nasinog Programa za istraživanje Marsa'.

[2] '2001 Mars Odyssey' je rekorder po dužini rada na Marsu – 17 godina! Ima dovoljno goriva da radi do 2025. Odmah iza njega je evropski 'Mars Express' sa 16,3 godina.

[3] Podsećan da satelit ima 16 solarnih senzora – 8 promarnih i 8 rezervnih – postavljenih oko letilice radi utvrđivanja pravca Sunca u odnosu na definisane ose orbitera. Dva zvezdana tragača ('star tracker'), pametne digitalne kamere, koriste se za stvaranje mape položaja određenih zvezda iz kataloga u brodskoj memoriji, što Nasi omogućava potpunu procenu 3-osne orijentacije i položaja.

[4] MRO ima 3 kamere (najpoznatija je kolor-teleskopska HiRISE), 2 spektrometra i radar SHARAD. Svake godine MRO šalje najmanje po 5000 slika.

[5] Male promene u orbiti broda oko planete, najčešće zarad povećanja visine da bi se izbegao pad sa orbite. Neophodna promena se proračunava na sličan način kao i manevri korekcije trajetorije i uvek moraju da budu male da bi se čuvalo gorivo.

[6] Fenomenalna stvar! Kao što se čovek onesvesti kad se iznenada nađe u bezizlaznoj situaciji! Brodski sofver sve što je vredno i sklono kritičnom kvarenju isključuje i ostavlja samo najosnovnije sisteme da rade, čekajući naredbu sa Zemlje. Često se isključuje čak i glavna i usmerena HGA antena a komunikacija se čeka na daleko sporijoj pomoćnoj anteni, ali koja zato ne mora biti usmerena ka našoj planeti.

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