Astronautika: misije

Vrlo je malo ostalo kosmičkih misija, pogotovu međuplanetnih, koje su me interesovale a da nisam pisao o njima. Jedna od tih je APL-ov impaktor DART, koji je krajem novembra 2021. lansiran iz vojne baze Vandenberg. DART bi trebalo da se najesen sudari sa majušnim mesecom dvojnog asteroida Didymos i demonstrira nam kako bi mogli da se rešimo bede ako bi našoj planeti zapretila neka slična nebeska neman. Zabavno će biti ispratiti tipično američki način rešavanja neuralgičnih problema: pesnicom u glavu, pa makar glava bila i u kosmosu.

1
U komšiluku je prilično velika gužva... Kako se odbraniti od intrudera?

Ko se seća, u zoru po našem 24. novembra 2021. sa rampe SLC-4E u bazi u Kaliforniji lansiran je 'Falcon 9 Block 5' sa američkom sondom DART. Ona bi trebala da u septembru 2022. tresne u Demorphos, satelit asteroida Didymos, testirajući tako efikasnost tehnike kinetičkog udara u cilju odbijanja od Zemlje opasnih asteroida. Za mene je poseban kuriozitet bio da zajedno s DART-om putuje i mali talijanski satelit 'LICIACube' koji je dobio zadatak da snimi samoubistvo svoje sonda-majke.

To je bilo drugo lansiranje neke kosmičke sonde iz baze Vandenberg nakon Marsove sonde 'InSight' 2018. godine i prvo lansiranje 'SpaceX-a' iz ovog kosmičkog centra na zapadnoj obali (manje energetski povoljnog za ovakav tip misije od rampi s druge obale). Posle obavljenog posla, prvi stepen B1063.3, na svojoj trećoj misiji, uspešno se spustio na splav OCISLY (Of Course I Still Love You), GPS-om stabilizovan u bliziini poluostrva Baja California. Bilo je to ukupno 26. lansiranje 'Falcona 9' u 2021.

Kako je sve počelo?

Elem, prvobitno, Evropska kosmička agencija (ESA) i NASA su nezavisno radile na planovima za misije testiranja strategija skretanja asteroida, a 2015. godine direktori su sklopili ugovor o saradnji pod nazivom AIDA (Asteroid Impact & Deflection Assessment) koji je uključivao dva odvojena lansiranja letilica koje bi radile u sinergiji. Prema predlogu, trebalo je da evropska letlica AIM (Asteroid Impact Mission) bude lansirana u decembru 2020, a DART u julu 2021. AIM bi ušao u orbitu oko većeg, glavnog asteroida, kako bi proučavao njegov sastav i građu njegovog meseca. Potom bi u septembru 2022. DART nanišanio i hrabro udario u mesec, baš tokom bliskog približavanja Zemlji. AIM bi proučavao čvrstinu asteroida, fizička svojstva površine i unutrašnju građu, kao i merio učinak udara sa orbite malog asteroidovog meseca.

A onda je AIM orbiter otkazan[1] i postalo je jasno da neće biti ništa od potpune karakterizacije asteroida, te da će učinci udara DART-a morati da se prate jedino uz pomoć zemaljskih teleskopa i radara.

U junu 2017. NASA je odobrila i dala $ za prelaz sa razvoja koncepta svog dela projekta u fazu idejnog projekta, a u avgustu 2018. NASA je odobrila projekt za početak završne faze konstruisanja i montaže letilice.

Prvobitno je bilo planirano da DART bude sekundarni teret pri nekom komercijalnom lansiranju kako bi se smanjili troškovi; međutim, u ažuriranoj prezentaciji misije u novembru 2018. navedeno je da će misija svakako dobiti sopstvenu raketu 'Falcon 9'.

Naučnici procenjuju da se u Sunčevom sistemu nalazi preko 25000 velikih asteroida, iako su do danas naši teleskopi detektovali svega oko 8000; stoga su Vulin i zvaničnici Nase smatrali da je imperativno važno razviti efikasan plan za praćenje objekata u blizini Zemlje (NEO) koji prete Zemlji.

2
DART
pred sudar sa Dimorphosom.

Očito je da to neće biti prvi put da se neki ljudski artefakt sudari sa malim telom u Sunčevom sistemu – ne zaboravimo 'Deep Impact' i sudar sa kometom Tempel 1 – ali biće to prvi put da se sudari sa jednim NEA asteroidom kako bi se testirale tehnologije koje bi mogle poslužiti za odbranu Zemlje u budućnosti.

Cilj nije nasumično odabran. Osim svoje blizine, (65803) Didymos predstavlja dvojni (binarni) asteroid. Glavno telo, prvobitno nazvano Didymain, ima prečnik od ~780 metara i detaljno je proučavan zemaljskim instrumentima, ali je zanimljivo da poseduje mali mesec od ~170 metara koji je, u naletu originalnosti, kršten kao... Didymoon. Didymoon kruži oko glavnog asteroida na udaljenosti od oko 1,19 kilometara sa periodom od 11,93 sati.

Zapravo, DART će gađati Didymoon a ne Didymain, što će omogućiti precizno merenje učinka pogotka promatranjem varijacija orbitalnih karakteristika sistema. Nije iznenađujuće da većina opasnih asteroida – opasnih i zbog svoje veličine i zbog toga što ne znamo za njihovo postojanje – imaju dimenzije između 50 i 200 metara u prečniku.

3 
DART
će se krajem sledećeg septembra sudariti sa Didymoonom.

4
Zanimljivo poređenje veličina. 

5
Didymos sistem je mnogo manji od Tempela 1. Didymos je grčka reč za 'blizanca'. Pripada ogromnoj porodici Apolo asteroida, od kojih je od 10.485 detektovanih 1409 numerisano (asteroid nije numerisan dok nije makar dvaput posmatran u opoziciji), a čak 1648 je proglašeno za potencijalno opasne asteroide. Onaj asteroid, koji se 2013. raspao iznad Čeljabinska i povredio 1500 ljudi, pripadao je Apolo grupi.

DART je definitivno izuzetno jeftina misija. Prema Nasinoj terminologiji, to je misija Kategorije 3 i Klase D, odn projekat koji je u početku bio vredan manje od 150 miliona dolara. Iz tog razloga nije morao da bude odabran putem javnog licitiranja kao što su Nasime misije tipa 'Discovery'. To znači da je DART konstruisan što jednostavnije, te da nije imao razloga da uključuje sub-sondu koja će se sudariti s asteroidom, poput 'Deep Impacta', te će čitava letilica jednostavno ispariti prilikom udara. Zato je evropski aparat AIM trebao da bude od velike važnosti, ali pronađeno je malo drugačije rešenje… 

6
Faze misije AIDA, sa otkazanom Esinom sondom AIM i Nasinom sondom DART.

DART (Double Asteroid Redirect Test) je Nasina sonda od 676 kg (500 kg bez goriva), sa dimenzijama 1,8 × 1,9 × 2,6 metara i rasponom krila od 19 metara nakon što su solarni paneli otvoreni. Budući da je misija ekstremno jeftina, DART nosi samo jedan glavni instrument, kameru DRACODidymos Reconnaissance and Asteroid Camera for OpNav ), koja će se koristiti za fotografisanje dvojnog asteroida i njegovog meseca i, u isto vreme, služiti kao navigaciona kamera za usmeravanje sonde da se sudari s Dimorphosom[2]. DRACO-ve snimke koristiće vizuelni SMART Nav systemSmall-body Maneuvering Autonomous Real-Time Navigation ) za usmeravanje broda do asteroida. Slike će do trenutka udara biti slate na Zemlju brzinom od jednog frejma u sekundi uz pomoć novog tipa antene visokog pojačanja RLSARadial Line Slot Array ).

Sledeća kritična tehnologija uključena u ovu misiju jeste jonski motor NEXT-CNASA Evolutionary Xenon Thruster – Commertial ), koji je razvio Nasin Glennov centar, kako bi se skratilo vreme leta. Ovo je prvi put da se u cilju uštede kao glavni motor ne koristi hemijski pogon već ovaj napredni solarni električni motor, s promenjivim potiskom između 25 i 235 millinjutna. Za napajanje motora, sonda nosi 60 kg ksenona i dva ogromna fleksibilna panela tipa ROSARoll Out Solar Array ), sa površinom od 22 kvadratna metra i sposobnošću da generiše do 7,4 kilovata snage[3] (na početku projekta sonda je trebala da iskoristi svoj jonski motor za izlazak spiralnom putanjom iz Zemljinog gravitacionog bunara, no kasnije je odlučeno da se koristi direktna trajektorija bega zahvaljujući prednostima 'Falcona 9').

Sonda takođe uključuje 12 monopropelantnih 'Aerojet Rockedtyne' trastera MR-103G za kontrolu položaja koji su sposobni da proizvedu 1 njutn potiska s hidrazinom iz rezervoara od 50 kg.

7
Lansiranje DART-a iz baze Vandenberg. Drugi stepen 'Falcona 9' odneo je sondu i na trajektoriju bega od Zemlje i uveo je u heliocentričnu orbitu. Zato, iako jonski motor ima dovoljno goriva, glavni posao je obavio II stepen rakete, dok je samoj sondi ostalo da izvede samo nekoliko korekcija putanje običnim hemijskim trasterima.

8 
Geometrija misije.

9
Delovi DART-a.

10 
DART
pre lansiranja pri vibracionom testiranju 2021.

Kao što sam već rekao, cilj, do koga će DART stići za narednih osam meseci, jeste dvostruki sinhroni asteroid Didymos, koga je 1996. otkrio jedan češki astronom i koji je velik 780 metara. Didymos se nalazi u orbiti dimenzija 1,01 × 1,64 astronomskih jedinica i nagiba od 3,408º u odnosu na ekliptiku, zbog čega lako može da se presretne u perihelu[4]. 2003. godine otkriveno je da ovaj asteroid poseduje satelit promera 163 metra i masu od milion tona koji kruži oko njega na udaljenosti od 1,28 km sa periodom od 11,9 sati. Svakih 770 dana Didymos pravi jedan krug oko Sunca. Ovaj mesec, izvorno nazvan 'Didymoon', preimenovan je pretprošle godine u Dimorphos.

Dvojni asteroid Didymos ubrzo je identifikovan[5] kao idealni poligon za proveru tehnike skretanja asteroida kinetičkim udarom, budući da će svaki sudar objekta s Dimorphosom rezultirati promenom njegovog orbitnog perioda, veličine koja može relativno lako da se izmeri sa Zemlje.

Planira se da će DART pogoditi Dimorphos negde između 26. septembra i 1. novembra 2022. brzinom od 6,6 km/s, kada će asteroid biti udaljen oko 11 miliona km od Zemlje. Udar – osim što će očito uništiti sondu – prouzročiće smanjivanje orbitnog perioda ovog malog meseca za oko 10 minuta, što je više nego značajna razlika obzirom na malu masu sonde. Uprkos činjenici da je Didymos dugoročno gledano potencijalno opasan asteroid (PHA), važno je napomenuti da misija neće značajno promeniti njegovu orbitu, već samo orbitu meseca (u svakom slučaju, znamo da se Didymos sigurno neće sudariti sa Zemljom u sledećih nekoliko stoleća).

11
DART
-ova trajektorija i Didymosova orbita.

gif 
GIFF prikazuje DART-ovu trajektoriju oko Sunca.
Pink = DART | Green = Didymos | Blue = Earth | Turquoise = 2001 CB21 | Gold = (3361) Orpheus.

13 
Tipične asteroidne orbite se nalaze između Marsa i Jupitera, ali neke eliptične orbite mogu da prođu i pored Zemlje. Asteroid UA 1 je u oktobru 2021. proleteo na samo 3047 km iznad površine Antarktika. Nismo ga ni videli dok nije bilo kasno, jer je došao iz pravca Sunca.

14 
Dimorphos i Koloseum u razmeri. Kad vidim Koloseim setim se: Ko mi se javi, ispričaću mu priču o slavnom trkaču s konjskim zapregama koji je i po današnjim merilima bio najplaženiji sportista u istoriji.

U principu, mogli bi smo da pomislimo da je sudar nekog objekta velike brzine s asteroidom, osim problema navigacije i navođenja, trivijalna stvar koja se svodi na neelastičan sudar, te da je stoga lako izračunati energiju koju će se proizvesti prilikom pogađanja mete. Međutim, postoji nekoliko faktora koji doprinose neodređenosti ovih uticaja. Najvažnija je količina materijala izbačenog prilikom (s)udara. U zavisnosti od ove količine, sudar će biti manje ili više efikasan u pomeranju asteroida (DART će udariti asteroid 'u čelo' u smeru kretanja meseca po njegovoj orbiti). Tačnije, DART će meriti vrednost parametra beta (β). Ako ne dođe do značajnog izbacivanja regolita, β će biti jednak 1. Ako, kako se očekuje, izbačeni materijal poveća transfer momentuma, β će biti veći od 1. Koliko? To je ono što bi DART trebao da odredi.

Sondu je proizneo APL (Applied Physics Laboratory ) sa univerziteta Johns Hopkins, dok misiju zajednički vode Nasin Marshallov centar i Nasina Kancelarija za planetnu odbranu. Misija će na kraju koštati oko $325 miliona, od čega je $69 miliona već otišlo na ugovor sa 'SpaceX-om' oko lansiranja (prvobitno je planirano da misija ne prelazi cenu od $150 miliona).

15
Faze misije – raspored akcije pre sudara.

16
Finale – poslednjih sat vremena pred sudar.

17
Formula za izračunavanje parametra β.

18
Geometrija DART-a i sistema Didymos u trenutku udara. Očekuje se da će se orbita pomeriti možda za oko 1%, što će zemaljski teleskopi detektovati za nekoliko nedelja ili meseci. Iako ne izgleda mnogo, i taj 1% bi obećavao. Kada bi DART udario u neki usamljeni asteroid, njegov orbitni period oko Sunca bi se promenio za samo 0,000006%, za šta bi trebale godine da se uoči.

Ono što je interesantno i novo, to je da DART nosi minijaturni satelit LICIACubeLight Italian CubeSat for Imaging of Asteroids ) pričvršćen za svoj trup. Reč je o 14-kilogramskom 6U CubeSatu koji je za Talijansku svemirsku agenciju (ASI) izgradila torinska kompanija 'Argotec'. LICIACube će se odvojiti od DART-a deset dana pre udara i pokušati da sa daljine oko 55 km snimi pad zahvaljujući dvema optičkim kamerama: širokougaona LEIALICIACcube Explorer Imaging for Asteroid, s maksimalnom rezolucijom od 1,38 metara po pikselu) i LUKELICIACube Unit Key Explorer, kamera u boji); da, primetio si, imena su data po likovima iz 'Ratova zvezda'. Nakon što dobije najmanje 3 slike visoke rezolucije materijala izbačenog udarom DART-a i 3 slike druge hemisfere nasuprot udaru, satelit će nadleteti sam asteroid oko tri minuta nakon udara i ostati u solarnoj orbiti. Spakovani LICIACube ima dimenzije od 36,6 × 23,9 × 11,6 cm a rasklopljen 91,2 × 36,6 × 23,9 cm. Konstruisan je na temelju nanosatelita 'ArgoMoon' koji će putovati u Nasinoj cislunarnoj misiji 'Artemis 1'.

19 
LICIACube
će par nedelja posle obavljenog posla slati podatke na Zemlju, a onda će, ako ostane goriva, biti usmeren ka nekom drugom asteroidu.

 20

Misija talijanskog satelita.

 21

LICIACube u vakuumskoj komori.

U početku, k'o što rekoh ranije, DART je bio deo združene misije AIDA, skromnije verzije superzanimljive misije sa početka veka, 'Don Quixote'. ESA je trebala da isporuči sondu AIM za promatranje uticaja DART-a na Dimorphos i detaljno proučavanje nastalog kratera. Nažalost, ESA je otkazala AIM, a DART je ostao bez sonde koja bi promatra kinetički udar iz prvog reda. Nakon toga, ESA je isplanirala da izvrši misiju 'Hera', koji bi trebao da poleti 2024. Iako logično neće moći da snimi pad DART-a, 'Hera', koja će do Didymosa stići 2027, detaljno će proučiti krater i posledice sudara (sonda od 870 kg takođe će nositi kamere, LIDAR i dva CubeSata: 'Juventas' i 'Milani'). Još nije sigurno, ali vidim da se pominje da će možda nositi i mali impaktor (SCI) koji bi im utadili Japanci, pa čak i mali lender!

DART neće biti prva misija koja će velikom brzinom pogoditi neko malo telo u Sunčevom sistemu – ta čast je pripala subsondi 'Deep Impacta', koja je 4. jula 2005. pogodila kometu Tempel 1 – ali će možda otvoriti put za konačno rešenje naše civilizacije po pitanju obrambene planete.

22
Sonda pred lansiranje.

23
Sonda prilikom rutinskog vakuumskog testiranja.

24
Poslednji pogled na sondu pred zatvaranje u vrh rakete. 

25
'Falcon 9'
u Vandenberg bazi.

26
Ready for Launch
.

27
Lansiranje!

28
Sletanje stepena B1063 na splav OCISLY.

P.S.

Upravo je stigla vest da je 10. decembra DART-ova kamera DRACO načinila prvi snimak i sliku poslala kući. Na njoj se vidi Messier 38 (M38), odn. klaster Starfish, udaljen od Niša 4200 i nešto svetlosnih godina. Bio je to vrlo važan događaj za inženjere misije posle svih vibracija tokom lansiranja u niske temperature od -80ºC koje vlada u sondi. Komponente teleskopske kamere su toliko osetljive na sve pokrete veće od 5 milionitih delova metra, da bi bilo kakvo pomeranje u instrumentu bilo vrlo ozbiljan defekt.

29 
https://phys.org/news/2021-12-eye-nasa-dart-images-space.html

 

[1] O ovome sam svojevremeno napisao priču – šatro Nemci više nisu imali para! Glupost, a svi imaju para za kobasice i kola. I za more po Grčkoj i Hrvatskoj...

[2] DRACO je bazirana na slavnoj kameri LORRI koja se još uvek aktivna vozika na 'New Horizonsu' već evo 16 godina. Inače, i NH i DART su napravili isti inženjeri iz APL-a.

[3] Ovi paneli su 2017. testirani na ISS kao deo Expedition 52, poslate na stanicu komercijalnom teretnom misijom SpaceX CRS-11.

[4] Kada je najbliži, asteroid je udaljen od nas 0,0403 AJ, odn. 15.7 udaljenosti Mesec-Zemlja. Marsu je duplo bliži – 0,02 AJ, odn. 7,8 udaljenosti Mesec-Zemlja.

[5] Po meni, od strane generala. Ko me redovnije čita zna odakle mi to.

 
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