Astronautika: misije

Priznajem da imam antropomofan prilaz međuplanetnim kosmičkim sondama, te su mi stoga neke draže od drugih. 'New Horizons' je od 2010. u samom vrhu... Zašto je to tako prepustimo nekom psihijatru a do tada pogledajmo šta se dešava sa letilicom koja je najveći deo svog postojanja provela – u hibernaciji!

Negde u gustoj zvezdanoj pozadini sazvežđa Strelca, naspram koje leti kosmički robot 'New Horizons', krije se jedan do juče nevidljiv objekat. Čitave 2018. godine, NH će leteti ka asteroidu 2014 MU₆₉, pored koga će brzinom od 57.980 km/h proleteti u 07:33 po kragujevačkom vremenu 1. januara 2019. godine. Mali timnaučnika i inženjera koji u Merilendu još uvek rade na produžetku misije 'New Horizonsa'('Kuiper Belt Extended Mission') već poseduje okvirni plan za taj neverovatni susret. Fina doterivanja plana obavljaće se u hodu ('u letu') kako tim bude apdejtovao i unapređivao saznanja o veličini, obliku i lokaciji MU₆₉i nekog eventualnog satelita, mada je kostur već fiksiran.

Na sastanku koji je tim upriličio zimus na proslavi 12-godišnjice lansiranja, menadžment misije i inženjeri su izneli izveštaje o statusu letilice, a naučnici sumirali svoja trenutna znanja o njihovoj meti i planovima za ovu godinu. 

Neki podaci indirektno govore da se možda radi o binarnom telu koje možda ima čak i mali mesec! Kakva bi to vest bila!

Trenutni položaj sonde. Signal do Zemlje putuje bezmalo 6 sati!Prema časovniku laboratorije APL, do susreta sa MU₆₉treba još 119 dana, dok je od lansiranja je prošlo 4610 dana!

Kalendarsku godinu NH je dočekao nesvestan našeg veselja[1], krstareći mirno kroz srce Kajperovog pojasa. Sve na letilici još uvek radi bez većih problema. Vreme između Plutona i MU₆₉sonda je provela u nesvesti, samo povremeno se budeći da bi poslala kratak izveštaj na Zemlju. Čak i u hibernaciji, neki od instrumenata sakupljali su podatke o magnetnom polju i međuplanetnoj prašini i plazmi. Jednom nedeljno slao je kratak zvučni signal koji je omogućavao kontrolorima na Zemlji da znaju da li je sve OK. (Može da se dogodi i da ne bude sve OK, ali do sada se to nikad nije dogodilo.) Hibernacija je primenjivana da bi se očuvali resurski letilice i da bi cena višegodišnjih misija bila što manja...

Mnogi od objekata koje je 'New Horizons'osmatrao tokom perioda budnosti otkriveni su u okviru opsežne potrage za objektom koji bi mogao da u budućnosti bude posećen, a koji je dovoljno blizu trajektoriji letilice. Nekoliko njih je dovoljno blizu da će glavna brodska kamera LORRI moći da ih vidi kao objekat veći od jednog piksela svega dan ili dva nakon preletanja pored MU₆₉! Astronom Simon Porterje bio posebno zadovoljan LORRI-jevim pogledom na objekat 2012 HE₈₅, koji je bio dovoljno jak da se čak videla i promena u svetlosnoj krivoj. Bila je to prva svetlosna kriva koju je NH posmatrao kod nekog Kajperovog objekta van Plutonovog sistema, ali ne i poslednja. Posmatranjem sa NH dovela su do znatnih poboljšanja u preciznom određivanju orbita velikih Kajperovih objekata poput Quoaorai 2002 MS₄.

Sonda je poslednji put upalila svoje motore[2]9. decembra prošle godine[3]. Manevar za korigovanje trajektorije je bio mali: promenio je brzinu za samo 151 cm u sekundi, tj. 5,43 km/h. Primarni cilj je bio da se vreme susreta sa MU₆₉pomeri na malo ranije, da bi se omogućila bolja pokrivenost događaja velikim zemaljskim radio-antenama. (Posebno, da bi se unapredila antenska pokrivenost eksperimenta sa instrumentom REXza radio-nauku, u kome će velike antene poslati signal ka MU₆₉a REX će pokušati da posmatra odbijeni signal.) Sedeći manevar trajektorije će se izvesti 3. oktobra. Od 77 kg hidrazinskog goriva koliko je bilo na lansiranju, preostalo je 21. Još 12 kg će biti potrošeno tokom ovog produžetka misije, nakon čega će ostati još 9 za mogući drugi produžetak...

Jedna od najlepših vesti na pomenutom sastanku timova bila je vezana za poboljšanje LORRI-ja, kamere najveće rezolucije na brodu[4]. Od lansiranja pa i tokom susreta sa Plutonom, LORRI-jeva najduža moguća ekspozicija bila je 10 sekundi. To je bilo dovoljno za otkrivanje Plutonovih satelita i mogućih prstenova tokom pripremnog vremena za proletanje pored Plutona. Ali osmatranja znatno daljeg, tamnijeg i manjeg objekta 2014 MU₆₉zahtevaju dužu ekspoziciju. Zato je posle Plutona tim počeo da radi na dužoj ekspoziciji LORRI-ja. (Vrlo slično je bilo i sa herojskim 'Voyagerom 2', jer su tokom leta između Saturna i Urana i njemu morali da preprojektuju softver za stabilizaciju da bi mu povećali vreme ekspozicije.)

Long Range Reconnaissance Imager(LORRI) na 'New Horizonsu'je napravio ove slike Plutona u razmaku od 3 dana krajem septembra 2006. LORRI je načinio ova tri kadra sa ekspozicijom od 1 sekunde. Slika je zrnasta zbog moda u kome je pravljenja da bi se kompenzovalo kretanje letilice tokom duge ekspozicije.

Tim 'New Horizonsa' je uspeo da 'nagovori' LORRI da pravi fotografije sa vremenom ekspozicije od čak 30 sekundi! Duža ekspozicija će dramatično povećati kvalitet osmatranja najtamnijih objekata Kajperovog pojasa i učiniti mogućim osmatranja budućih meta koji će imati još manje magnitude. Do sada, najtamniji objekti koji su mogli da budu detektovani imali su vizuelnu magnitudu 20, ali će sa dužom ekspozicijom to pasti na 21. Takođe, pošto je uobičajeno da se zbog poboljšanja kvaliteta pravi veći broj slika a onda se preklapaju, duža ekspozicija će značiti da više neće biti potrebe za većim brojem slika i da će moći da se ekonomiše sa talasnim dužinama.

Talasne dužine su bile i ostale najbolnija tačka 'New Horizonsa'. Što je dalji od Zemlje slabiji mu je signal i sporiji je daunlink(link sa sonde ka Zemlji; u suprotnom pravcu je aplink). Takođe, Nasina telekomunikaciona mreža Deep Space Networktrenutno prolazi kroz dug period servisiranja, što će da ograniči broj aktivnih stanica raspoloživih u svakom trenutku[5]. Na NH je naročito uticalo servisiranje velikog 70-metarskog tanjira antene u Kamberi koja je bila van upotrene u prvom kvartalu godine. (Taj period održavanja je posebno bio odabran da bi pao posle završetka misije 'Cassini'[6]a pre početka prilazne faze 'New Horizonsa').

Jedan od Tweetovamenadžeru misije Šternu u kome se lepo vidi da je prilikom izlaska iz hibernacije sonda bila na vezi preko madridske 54-metarske antene (uokvirene crvenim).

Rukovodilac operacija misije Alice Bowmanje izjavila da broj naučnih osmatranja udaljenih objekata Kajperovog pojasa koja će biti obavljena ove jeseni možda biti povremeno 'ugrožen' zbog sve sporijeg vremena za daunlink, ali da je sada u dobrom stanju, sa samo 300 megabajta preostalih podataka na brodskom magnetofonu[7]. Slanje podataka nije do sada bilo moguće jer je sonda bila u hibernaciji, tako da je potrebno 'očistiti' memoriju pre nego što se stigne do MU₆₉. NH se probudio, kako je i planirano, 5. juna, o čemu sam već pisao, i ostaće budan tokom čitavog susreta sa MU₆₉i najmanje godinu dana posle toga, sve do 2020. godine.

Da bi se što bolje pripremili za susret, astronomi sa Zemlje moraju da snimaju MU₆₉što je moguće češće. To se radi iz dva glavna razloga. Jedan je da se poveća preciznost buduće putanje i time olakša upravljanje 'Horizonsovim' osmatranjima. Drugi je da saznamo što je moguće više o karakteru objekta – njegovom obliku, veličini i sjaju.

Snimanja MU₆₉sa Zemlje su podeljena: jedno uključuje 'Habl', jedini teleskop kojim je moguće snimiti MU₆₉sa Zemlje. (I drugi veliki teleskopi mogu u principu da detektuju svetlost sa MU₆₉, ali samo pod apsolutno savršenim posmatračkim uslovima.) Astronom Marc Buieje javio da će ove godine 'Habl' posmatrati asteroid pet puta: u martu, maju, julu, avgustu i oktobru. Buie je objasnio da će to biti povezano sa misijom 'Gaia'[8]i njenim naučnim timom, jer će oni dati najpreciznije podatke o MU. Buie je podsetio da iako su Hablova osmatranja primarna za astometriju (poziciona merenja), takođe mogu da se iskoriste i za fotometriju (merenja sjaja).

17. jula 2017.članovi tima NH su uspešno posmatrali okultaciju objekta 2014 MU₆₉, tj. njegovog prolaska preko pozadinskih zvezda sazvežđa Strelca. 24 kadra ove animacije razdvaja vreme od 0,2 sec. Svake 0,2 sekunde, senka MU₆₉prevali 4 km preko Zemljine površine. Takva osmatranja omogućavaju timu da utvrdi veličinu i poziciju asteroida.

Drugo osmatranje okultacije izvršeno je sa južne polulopte 3. juna i 17. jula 2017, a poznati teleskop SOFIAsmešten u avionu, posmatrao je okultaciju MU₆₉10. jula.

Osmatranje 3. juna nije zabeležilo nikakvu okultaciju; kasnije je utvrđeno da su naučnici bili postavljeni suviše severno. SOFIA je zabeležila jedan skok u okultacionoj svetlosnoj krivoj. Okultacija 17. jula je utvrdila da je MU₆₉nepravilnog oblika (poput Erosa), kontaktni binarni (slično Čurjumov-Gerasimenku), pa čak i možda binarni par (slično kao Pluton i Haron, samo bliži).

Bilo je vesti da je u avgustu bila još jedna prilika za posmatranje okultacije, ali za sada nema rezultata tih osmatranja...

Tokom tri okultacije u junu i julu 2017, tim misije je pokušao da prati mali, udaljeni Kajperov objekat koji prolazi preko pozadinskih zvezda. Obojene linije prikazuju putanje zvezda kako su ih svakog dana videli pojedini teleskopi, 

Raspored operacija NH koje će biti izvršene oko Nove godine 2019. 

Slika Hablovog teleskopa na kojoj se vidi 2014 MU⁶⁹. Od avgusta 2015. to je meta sledećeg istraživanja naše sonde.

RASPORED NH ZA 2018...

Posle dugog spavanja, sonda se probudila 4. juna posle ponoći po kragujevačkom, ali motori nisu paljeni sledeća 2 dana, već su ka Zemlji slati signali radi potreba Doplerovog praćenja letilice. Vrlo precizni poračuni praćenja rekli su navigatorima koliko je zračenje iz nuklearnih RTG generatora uticalo na trajektoriju. tokom sledeća 2 dana aplinkovan je softver koji će da vodi sledeću komandnu sekvencu[9]. Odmah nakon toga sonda se vratila na krstareće operacije, kousirajuće se na daunlink. Letilica je sve vreme bila u spin-režimu, što omogućava da oba TWTApredajnika[10]daunlinkuju podatke.

13. avgusta, 'New Horizons' je prebačen u troosni stabilišući režim[11], koji je malo 'skuplji' po pitanju potrošnje goriva i smanjuje brzinu daunlinka, ali zato, između ostalog, omogućava sondi da prikuplja optičke podatke i izvodi različite manevre. NH će ostati u 3-osnom režimu sve do fly-bya, a vratiće se u spin-režim 9. januara radi početka prenošenja podataka.

Zvanično, prilazna faza, odn. 'Aproach Phase', kako kažu oni koji ne znaju srpski, započeta je 16. avgusta 2018. i trajaće do 24. decembra, od 138. do 7 dana pre randevua sa objektom. Glavni zadaci prilazne faze ogledaju se u optičkoj navigaciji, potrazi za preprekama[12], merenjem optičk krive MU₆₉radi određivanja perioda rotacije, i nastavkom lova na ostale objekte Kajperovog pojasa. Već sam pisao o tome kako je prvi snimak MU₆₉napravljen kamerom LORRI 16. avgusta 2018, upravo zahvaljujući dužem vremenu ekspozicije kamere. U vreme slikanja, MU₆₉je bio 172 miliona km daleko i oko 6,5 milijardi km daleko od Sunca.

Očekuje se da će kampanja optičke navigacije početi sredinom septembra. Ona će obavljati dugačke ekspozicije u potrazi za tamnim metama i pratiti njihova kretanja naspram pozadinskih zvezda. To će biti ekstremno teško jer se objekat neće mnogo pomeratu u odnosu na pozadinu jer se sonda kreće direktno ka njemu. Navigacioni tim će morati da radi vrlo brzo da bi odredio da li utvrđena pozicija MU₆₉zahteva dodatne popravke trajektorije. Postoj već pripremljen program mogućih korekcija trajektorije radi finog podešavanja – 3. oktobar sa bekapom 23. oktobra, i 20. novembra sa bekapom 2. decembra).

Zatim će uslediti finalni set mogućnosti za manevar dizajniran za odabir udaljenosti preleta od asteroida. Kao i kod Plutona, deo opervacija prilikom prilaska služi za pretragu potencijalnih opasnosti – prstenova prašine i satelita premalih da budu otkriveni sa Zemlje. Navigatori će da sprovode dve moguće sekvence sve do nekoliko dana pred susret. Glavna razlika između njih su različite visine susreta: 3500 odn. 10.000 kilometara. Logično, manja visina bi donela bolju posmatračku rezoluciju. Ali ako postoji makar i potencijalna opasnost, da bi održali verovatnoću preživljavanja NH na oko 99%, biće odabrana trajektorija koja će skrenuti na veću visinu. Za razliku od Plutona, podaci koje bi dobili i preletanjem na većoj visini skoro jednako će biti dobri kao i oni sa manje, jer je i 10.000 km još uvek prilično blizu.

Ključna faza će da započne nedelju dana pre susreta i trajaće 2 dana posle toga. Tokom prilaska, NH će snimiti i poslati slike za optičku navigaciju samo par dana pred randevu. Praktično svi naučni podaci o MU₆₉biće prikupljeni u 48 časova oko preleta, u fazi koja će se zvati 'Inner Core'.

Sledi lepa sumarna tabela koju je John Spencerkoristi da ilustruje kvalitet podataka koji treba da očekujemo od preleta pored MU₆₉.

... I 2019. I POSLE TOGA

Kada ćemo moći da vidimo sve te dragocene podatke? Kao što je bio slučaj i s Plutonom, trebaće najmanje godinu dana da se pošalju svi podaci, ali plan je da se prioritetno daunlinkuju neke od najboljih stvari. Dva 'sigurna' daunlinka pre preleta poslaće najvrednije podatke na Zemlju, za svaki slučaj ako bi NH naleteo na neku nama nevidljivu stenu. Uspešno 'telefoniranje kući' četiri sata posle susreta biće nam znak da se nikakav sudar nije dogodio. A tri kratka daunlinka planirana za 1. i 2. januar sadržavaće najvažnije naučne informacije, bar se tome svi nadamo...

Skoro odmah posle susreta i završetka najranijih daunlinkova, NH je se naći u solarnoj konjunkciji od 4. do 7. januara. Na pitanje kako će to uticati na misiju, Alice Bowman kaže: ' Tokom solarne konjunkcije, brzina daunlinka će se smanjiti zbog smetnji sa Sunca. Generalno, budući da će NH biti u kratkoj konjunkciji, moraćemo da prekinemo reprodukovanje naučnih podataka (jer će šanse da se podaci izgube velike); takođe ćemo da pazimo da ne preduzimamo nikakav kritični aplink ili prenos sekvenci, a brodski tajmer ćemo podesiti da ima više vremena za prijem komandi.'

Većina 2019. biće usredsređena na spinovani daunlink. Biće samo dva perioda u troosnom režimu radi daljinskog osmatranja meta u Kajperovom pojasu. Sem toga, osmatranja Kajperovih objekata će se smenjivati sa periodima hibernacije sve do 30. aprila 2021, kada je planiran kraj Kajperovog produžetka misije...

Šta će se dogoditi nakon svega? Jedna mogućnost je dalji produžetak misije, tokom kojeg bi možda mogli da satađujku sa 'Voyagerovim' timom radi heliosfernih osmatranja. Dva tima su već imala određenih kontakata početkom godine. Zaključeno je da bi zajednički rad mogao da donese nova otkrića kakva nijedna misija sama za sebe ne bi mogla da obavi. Čak bi i neki instrumenti mogli da se dopunjavaju. Npr, ultraljubičasti spektrometar NH može da detektuje lyman-apfazračenje međuplanetnog vodonika, dok su 'Voyagerovi' ultraljubičasti instrumenti isključeni već godinama. 'Voyagerima' nasuprot tome, rade megnetometri, dok relativno mali NH nikad nije ni imao u planu da nosi jedan.

'Voyageri' bi trebalo da rade još najmanje 5 godina... Posle toga, energija će kritično pasti ispod kritične granice. Inženjeri kažu da će pokušati da drže upaljeno svetlo do 2027, do 50-godišnjice od lansiranja. Biće teško ali dostižno... I na 'New Horizonsu' struja će vremenom opasti. Kao i 'Voyageri' i 'Curiosity', i NH koristi raspad ograničenog broja plutonijumskih atoma u radioizotopskom termoelektričnom generatoru (RTG). Kako se plutonijum raspada, opada i količina struje koja se proizvodi. Možda misliš da je to opadanje logaritamsko (recimo, to znači da je protokom vremena raspadanje sve manje) jer je i plutonijumski raspad logaritamski. Ali opadanje snage RTG-a je zapravo skoro linearno, jer je sporiji raspad plutonijuma balansiran sa opadanjem performansi ostarelog bimetala koji pretvara toplotu u struju. Na taj način, snaga RTG-a opada za oko 3,5 W godišnje. Trenutno iznosi oko 193 W, u vreme proletanja biće oko 190, a pašće na 150 W do 2032, kada će letilica biti 82 AJ daleko od kuće. Smatra se da je 150 W minimum za rad letilice, ali sistemski inženjer misije Chris Hersmankaže da će uz pomoć nekih trikova uspeti da znatno prebače tih 82 AJ. Ako je verovati čoveku, on kaže da će kraj biti negde između 80 i 120 AJ!

http://www.astronomija.org.rs/misije/12428-new-horizons-se-probudio

[1]Kada je sonda u stanju elektronske hibernacije, to generalno znači da su praktično svi instrumenti i računari u autu, a da samo jedan kratki zvučni signal jednom nedeljno stiže na Zemlju. Samo na osnovu njega, tehničari prate stanje letilice.

[2]NH ima 4 trastera snage po 4,4 N pomoću kojih se koriguje putanja. Uz to, ima i 12 manjih, snage 0,8 N, koji služe za pozicioniranje i spinovanje sonde.

[3]Impuls je trajao samo 152 sekunde. Od oktobra do novembra 2015. NH je izveo 4 korigujuća manevra, a 2017. jošdva...

[4]To je zapravo teleskop Ø20,8 cm, bez filtera u boji i bez pokretnih delova. Kad je bila najbliža Plutonu, kamera je snimala površinu veličine futbalskog terena sa rezolucijom od 50 m po pikselu.

[5]Ovde se u svakom trenutku može da pratiaktivnost svake od antena Nasine mreže.

[6]Misija je završena 15. oktobra 2017. posle 19 godina i 335 dana boravka u kosmosu.

[7]Ukratko, sprava na koji se čitava nauka i podaci po potrebi snimaju, a onda se polako šalju ka Zemlji malom brzinom kada letilica i njen računar imaju više vremena i struje za to...
  Sonda je toliko daleko da informacije sa nje 'cure' vrlo sporo: dok je bila u blizini Jupitera, brzina komunikacije je bila oko 38 Kb/s, kod Plutona samo 1 Kb/s (1 Kb = 125 b), a danas, kad je daljina porasla za još 10 AJ, ta brzina je stvarno mala. Da podsetim da je računaru trebalo 42 minuta da pošalje samo 1 LORRI fotku.

[8]Esina misija koja ima zadatak da napravi najjači i najprecizniji 3D zvezdani katalog, koji će sadržavati najmanje milijardu objekata (1% populacije Mlečnog puta), uglavnom zvezda, ali i planeta, kometa, asteroida, kvazara, itd. Letilica to radi tako što svaki objekat slika makar 70 puta u periodu od 5 godina!

[9]Pošto je memorija računara vrlo ograničena (a i zbog mnogih drugih razloga), rukobođenje sondom je izdeljeno u puno komandnih sekvenci, već u zavisnosti od predstojećih radova. Znači, a svakom trenutku u računaru je samo mali deo programa misije, koji se posle obavljenog posla briše i instalira se sledeći korak. svaka sekvenca se beskonačno puta proverava i dorađuje, a u tome im pomaže maketa NH na Zemlji, na kojoj se kontroliše svaka sitnica i svaki bajt programa.

[10]Predajnici imaju snagu od samo 12 W, zrak je širine 1°, a tanjir antene ima prečnik od 2,1 metar! Čak i da čovek sedi u sondi, ubio bi se od posla da pronađe, nanišani i uspostavi vezu sa Zemljom.

[11]To sam stoput objasnio: NH ima spin-stabilišući (krstareći) i troosni stabilišući (naučni) režim, u potpunosti kontrolisani hidrazinskim trasterima.

[12]Još uvek se cvika od nekog nevidljivog satelita u koji bi sonda mogla da se zakuca. Zbog straha od sudara, i susret s Plutonom je napravljen sa pristojne distance (12.500 km, a mogli su da ga provuku na samo par hiljada km!) da bi se izbegao sudar s nekim nebidljivim telom ili čak i prstenom prašine! Kasnije su snimci pokazali da je strah bio bezrazložan...

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:

• 2011-06-12 - Pluton, poslednja oaza za život
• 2010-03-10 - CIVILIZACIJE
• 2024-08-15 - Koliko ima čestica u kosmosu?
• 2018-01-24 - Bor na ispitu
• 2021-08-15 - Može li da se čita uz zvezde?