Za nekoliko dana se očekuje lansiranje 'Parker Solar Probe' iz vojne baze Kejp Kanaverala, sonde koja će prići ni manje ni više nego na 6 mil. km od Sunca. Možda je ta svetla kugla koju svakodnevno vidimo na nebu samo jedna od mnogih zvezda klase G2V, ali nam je najbliža i opstanak naše tehnološke civilizacije uveliko zavisi od našeg poznavanja svih njenih tajni. 'Parkerova sonda' će prići Suncu kako bi ga detaljno proučila ali, paradoksalno, ne zbog razloga koji većini prvo padaju na pamet. Sem toga, približavanje Suncu uopšte nije jednostavno i zapravo je najsloženiji deo misije.
Sunce nije samo izvor života na ovoj maloj stenovitoj planeti zbog zračenja na različitim talasnim dužinama elektromagnetnog spektra, već ono proizvodi konstantnu reku naelektrisanih čestica poznatih pod imenom solarni vetarkoji domonira magnetosferom Zemlja. S vremena na vreme, naša zvezda iznenada počinje da emituje više čestica nego što je uobičajeno, stvarajući u interakciji sa našim magnetnim poljem snažne geomagnetne oluje. One izazivaju ozbiljna oštećenja svih tipova satelita, pa čak ostavljaju strujnu mrežu regiona ili čitavih nacija van igre. Niko danas ne bi voleo da doživi 'Karingtonov događaj'koji je 1859. zadesio Zemlju[1]. Ali još uvek imamo mnogo toga da naučimo o Suncu... Recimo, nismo baš sigurni kakvi mehanizmi leže iza jedne od najvećih misterija naše zvezde: Kako je moguće da je plazma solarne koronevrelija od vidljive površine Sunca (5500° naspram miliona stepeni)?
Abnormalno zagrevanje solarne korone.
Magnetna rekonekcijai magneto-hidrodinamički talasisu dva fenomena koja igraju ključnu ulogu u zagrevanju korone i ubrzavanju solarnog vetra u zoni koja je debela svega oko 500 km, ali njihovo detaljno studiranje bilo bi najlakše in situ, ili makar što je bliže moguće. Dakle, imamo interes da pošaljemo kosmičku sondu u blizinu Sunca, ali ne radi dobijanja divnih fotografija naše zvezde, već radi analiza čestica koje ona emituje. Svaki solarni teleskop lociran u orbiti ili na površini Zemlje u mogućnosti je da ponudi slike Sunca visoke rezolucije. Za dobijanje fotografija bolje rezolucije nego što nam šalju ti instrumenti trebalo bi prići mnogo bliže, što nam se, za sada, jednostavno ne isplati. Međutim, ako želimo da razumemo poreklo solarnog vetra i nenormalno zagrevanje korone, nema potrebe da uranjamo u Sunce. Dovoljno je prići mu na nekoliko miliona kilometara, iako je to samo po sebi tehnološki izazov prve klase. Sada je i taj problem rešen...
Negativni efekti solarnog besa na Zemlji.
Suprotno onom što većina misli, put na Sunce nije prost. Nije dovoljno 'sići' sa Zemljine orbite i to je to... U astronautici, ono što se računa jeste energija koju moramo da potrošimo da bi stigli do našeg odredišta, što je proporcionalno sa Delta-V, bez obzira da li treba da ubrzavamo ili da kočimo. Svaki objekat smešten u Zemljinoj orbiti oko Sunca već poseduje znatnu količinu energije koje mora da se rešimo da bi se približili našoj zvezde. Mada nam to izgleda neverovatno, danas nemamo tako moćnu raketu koja bi direktno poslala brod u blizinu Sunca. Zapravo, energija potrebna da se priđe našoj zvezdi na manje od 10 solarnih poluprečnika je oko 6 puta veća od one potrebne da se stigne na Mars! Jedino rešenje je da se primeni gravitacionih manevara da bi uz pomoć drugih planeta redukovali orbitnu energiju i približili se Suncu.
Konstrukcija prve solarne sonde sa početka veka...
Zato, iako NASA priča o potrebi slanja sonde u blizinu Sunca još od 1958, nikom do sada to nije pošlo za rukom. S druge strane, do sada smo savladali neke tehničke složenosti potrebne za stizanje u blizinu Sunca. Rekord u blizini prilaska našoj zvezdi operativnom letilicom drži zapadnonemački 'Helios-B'[2], koji je1976. proleteo kroz perihel – najbližu tačku na orbiti oko Sunca – na samo 43,4 miliona km(oko 65 solarnih poluprečnika), što je unutar Merkurove orbite (koji se najviše približava Suncu na 47 mil. km). Ali ako želimo da razrešimo tajne zagrevanja korone, moraćemo a priđemo mnogo bliže, manje od 7 miliona km(10 solarnih poluprečnika) od vidljive površine (fotosfere). Od početka stoleća, NASA je smatrala misiju 'Solarne Sonde' jednim od svojih prioriteta. Ta sonda je trebalo da bude vrlo skupa i ambiciozna misija Nasine najskuplje klase, tipa Flagship. Sonda bi prišla na 2,1 milion km (3 poluprečnika) od površine, ali orbita ne bi bila kružna već jako eliptična. Tako bi pomirila potrebu približavanja Suncu sa tehnološkim problemima povezanim sa takvom odlukom. Da bi se zaštitila od visokih temperatura, 'Solarna Sonda' je trebalo da poseduje termoštit preko potreban prilikom prolaska kroz perihel. I pored blizine Sunca, nikom nije padalo na pamet da sonda koristi solarnu energiju jer bi užasno zračenje katastrofalno uticalo na svaki materijal panela, već je odlučeno da sonda nosi radioizotopske generatore (MMRTG).
Konstrukcija 'Solarne Sonde'sa RTG-om iz 2005.
Zapravo, ironija je bila više nego očigledna. Sonda koja će biti najbliža Suncu koristiće istu tehologiju kao i brodovi koji istražuju spoljnji solarni sistem. Zapravo, upotreba RTG-ova omogućila bi brodu da iskoristi Jupiter za sprovođenje gravitacionog manevra da bi stigao do Sunca (seti se kako je teško doći do kralja Sunca). Bila bi to manje-više ista (ali ekstremnija) verzija manevra koji je izveo evropski 'Ulysses'tokom 90-ih. Sonda bi izvela najmanje dva leta iznad Sunca na visini od 2,1 mil. km sa razmakom od 4,6 godina, omogućacajući da se proučavaju solarni vetar i korona u različitim fazama 11-godišnjeg solarnog ciklusa. Sonda bi proletela kroz perihel brzinom od 1.100.000 km/h (308 km/sec), tako da bi svako proletanje trajalo svega 14 sati. Termoštit je činio jedan ugljenični konus prečnika 2,7 metara, a materijal je bio isti kao onaj od koga su pravljene zaštitne pločice na spejs-šatlovima.
 |
 |
 |
| Solarna sonda iz 2005. | Konstrukcija sonde iz 2005. | Gravitaciona asistencija Jupitera za posetu Suncu. |
Nepotrebno je reći da je ovaj projekat bio preskup da bi bio odobren, tako da je 2007. radikalno promenjen i postao poznat kao 'Solar Probe Plus'('Solar Probe +'). Uprkos imenu, sonda je trebalo da bude manja – samo 481 kg– i prišla bi na 'samo' 6,6 mil. km umesto izvorno planiranih na 2,1 mil. km. Uz to, više nije bilo potrebe za gravitacionim manevrom sa Jupiterom, ali ni za RTG-om (koji je vrlo skup). Energiju bi osigurali napredni solarni paneli zasnovani na tehnologiji koju je koristila sonda 'MESSENGER'prilikom pročavanja Mrkura. Paneli su podeljeni na dva segmenta, primarne i sekundarne, a ove drugi će biti hlađene specijalnom tečnošću. Paneli bi se sklapali tokom leta kroz perihel da bi se izbela njihova degradacija, ostavljajući samo sekundarne panele izložene Suncu. Imali bi površinu od samo 1,55 m2, ali bi generisali 388 W tokom svakog perihela.
Dizajn sonde 'Solar Probe +'iz 2007.
Dizajn sonde 'Solar Probe +'iz 2010.
Brod, visok 3 metra, biće lansiran raketom 'Atlas V 551'sa dodatnim stepenom na čvrsto gorivo 'Star-48BV'sličnom tehnikom kao što je bio lansiran i 'New Horizons'ka Plutonu, samo u ovom slučaju u suprotnom pravcu. Interesantno je da će ovom prilikom 'Solar Probe Plus'izvesti čak 7 gravitacionih asistencijakoristeći planetu Veneru, prateći trajektoriju poz imenom V7GA. Uvođenje ove trajektorije je novost za ovu misiju, jer više nije bilo potrebno leteti do Jupitera da bi se stiglo do Sunca. Bez V7GA misija 'Solar Probe +' ne bi bila moguća. Prema novom planu, termička zaštita neće trebati da se bori protiv jako visoke temperature – 'samo' 1440° - i biće jednostavna kružna ploča prečnika 2,3 metra. Pored štita, na brodu će se nalaziti i dva tečna radijatora površine 4,4 m2koja će hladiti brod. Brod će imati 9 instrumenata za studiranje čestica i magletnih polja u blizini Sunca.
Nova trajektorija V7GA podrazumeva 7 nadletanja Venere.
Od 2008. godine, za projekat je zadužena loboratorija APL univerziteta Džons Hopkins. Dizajn je unapređen 2010. kada je projekat odobren i kada je donešena odluka o lansiranju 2018. Kružni oblik termoštita je napušten, a usvojen je pravougaoni dimenzija 2,4×3,1 metar, debljine 11,43 cm i težine 70 kg. Težina čitave sonde je povećana na 685 kg, jer je na brzinu odlučeno da se za lansiranje upotrebi 'Delta IV Heavy', druga najsnažnija raketa u Americi posle 'Falcon Heavy'. Konačno, misija je preimenovana u 'Parker Solar Probe'(PSP) u čast Judžina Parkera, američkog astrofizičara koji se bavio problemom zagrevanja korone i solarnim vetrom (spiralni oblik solarnog vetra nosi njegovoime).
Trenutna konstrukcija sonde sa naučnim instrumentima.
Tremoštit Parkerove sonde.
Krilo solarnog panela PSP-a.
Misija bi trebalo da traje 6 godina i 11 meseci, tokom kojih će sonda napraviti 24 orbite oko Sunca. Lansirni prozor će biti otvoren 20 dana i, ako lansiranje bude u avgustu 2018. kako se svi nadaju, stićiće se u prvi perihel u novembru 2018. na 25 mil. km. Dalje smanjivanje distance od Sunca zahtevaće 7 preletanja iznad Venere, a prvo će biti u decembru 2019. Prvi od zadovoljavajućih perihela, na oko 7 miliona km (9,86 solarnih poluprečnika), biće dostignut u decembru 2024. i tada će započeti naučna faza projekta. Finalna orbita će imati period od 88 dana, sa afelom od 110 mil. km (0,73 AJ) a perihemom od 6,2 mil. km od fotosfere. Perihelska faza u svakoj orbiti će trajati oko 11 dana. Poslednji od tih 14 perihela dogodiće se 2025, mada je moguće da misija bude produžena...
Parkerova solarna sonda.
Promene perihela i afela na svakoj orbiti PSP-a prema trajektoriji V7GA.
Udaljenost i brzina sonde u odnosu na Sunce u svakom perihelu.
Konfiguracija sonde tokom preletanja.
Geometrija sedam nadletanja Venere.
Različite konfiguracije PSP-a.
Maksimalna brzina koju će dostići 'Parker Solar Probe'tokom prolaska kroz perihel iznosiće oko 687.000 km/h(190,8 km/sec), što će biti rekordna brzina u odnosu na Sunce. Zapravo biće toliko velika da će moći da se uoče efekti relativnosti. Na sondi će biti 4 instrumenta: FIELDS(dizajniran za proučavanje elektromagnetnih polja, Poyntingovog fluksa i gustine plazme), SWEAP(za merenje broja čestica u solarnom vetru i njihove brzine), ISIS(za proučavanje najnaelektrisanijih čestica od 10 keV do 100 MeV) i WISPR(za snimanje solarne korone i unutrašnjosti feliosfere). Pogonski motori će trošiti monopropelant, uglavnom baziran na hidrazinu, a činiće ih 12 trastera snage po 4,4 njutna. Glavna antena prečnika 60 cm slaće podatke ka Zemlji tokom afel-faze.
Instrumenti Parkerove sonde.
Elementi instrumenta FIELDS.
Provera otvaranja jedne od antena PSP-a.
Sa ukupnom cenom od oko 1100 miliona evra, 'Parker Solar Probe' će biti prvi ljudski aparat koji će ući u privatno carstvo Sunca. Prikupljeni podaci će biti dopunjeni onima koje će prikupljati zemaljske opservatorije i trenutne kosmičke misije – SOHO, STEREO, SDO, 'Hinode' itd. – i buduće – posebno Esin 'Solar Orbiter' – i tako dobiti najtačniji model naše zvezde. Kao što smo rekli na početku, ne radi se samo o znatiželji: niko ne želi da naša civilizacija nestane jer nije uspela da shvati kako radi njena zvezda.
 |
 |
Sonda spremna za lansiranje.
[1]Zanimljiva priča, kada je planetu pogodila najjača ikad zabeležena magnetna bura. Tada je pogođena Amerika, Kanada, Kina, Kuba, Kolumbija, Meksiko, Havaji i sl. Plazma sa Sunca je doletela do nas za samo 17,6 sati, umesto prosečnih 3-4 dana. I 2012. je bila slična eksplozija, ali je promašila Zemlju...
[2]Davno sam napisao odličan text o brzinskim rekordima naših kosmičkih letilicai tu sam pisao o'Heliosima'. Tada sam napisao sledeće:
'...Leteći veoma izduženom eliptičnom putanjom, prilikom najvećeg približavanja Suncu, 'Helios-B' je dostigao rekordnih 70,22 km/s(252.792 km/h), tako da ta letilica još uvek drži rekord ne samo u klasi najbližih svemirskih letilica, već i u klasi najbržih objekata koji je čovek ikada napravio.'
Letilica je uz pomoć američke vojne rakete lansirana u Sunčevu orbitu 15. januara 1976. godine. Perihel orbite je iznosio 0,29 astronomskih jedinica, a afel 0,982 A.J. Satelit se okretao ~1 put u sekundi, a pravio je krug oko Sunca svakih 190 dana. Misija je trajala do 1981. god. ali su neki podaci pristizali sve do 1985. Obe sonde su odavno 'mrtve', ali su obe još uvek u orbiti oko Sunca.
Da bi shvatio o kakvoj se izduženoj eliptičnoj orbiti radilo, samo da kažem da je u njenoj najdaljoj tački od Sunca brzina iznosila svega 20,3 km/s(72.985 km/h).
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
