Astronautika: misije

Neka se niko ne loži: Uprkos onome šta govore holivudski filmovi, ako sjutra otkrijemo opasan asteroid koji će se za nekoliko meseci zabiti u Zemlju, ništa nećemo moći da učinimo. Ne, neće nas spasiti ni nuklearno oružje lansirano u kosmos u poslednjem času niti Bruce Willis. Međutim, ako nam daju dovoljno vremena, moći ćemo da isprobamo neke od (bez)brojnih metoda koje postoje za skretanje ili uništavanje asteroida... što bi teoretski trebalo da funkcioniše. Kažem 'u teoriji', jer nijednu metodu niko nikad do sada nije isprobao. Možda se to promeni ove godine, ali to nije tema ove priče već jedne prethodne...

 1

Jedna od najpopularnijih metoda jeste gruba sila (zar nismo najnapredniji na planeti!), odnosno baciti paradajz na asteroid i nadati se – ili se moliti – da će se njegova orbita dovoljno promeniti da bi se izbegao nokaut naše planete. Ova metoda se tehnički zove kinetičko presretanje i – sa ili bez nuklearnog oružja – jedna je od najperspektivnijih metoda. Ali još uvek nismo sigurni da li je ovo rešenje korisno protiv većine opasnih asteroida (ili PHA, Potentially Hazardous Asteroids) i bar do danas nemamo dovoljno podataka koji bi nam rekli kakvi su presretači najprikladniji.

2
Evropska sonda kako američki kinetički presretač udara u asteroid ne bi li mu promenio orbitu.

3
Poznati asteroidi. Svaki poremećaj u orbiti nekog od njih izaziva domino efekat.

4
Svi poznati NEA (Near Earth Objects) i PHA (Potentially Hazardeous Asteroids)
u solarnom sistemu.

5
11. decembra 2021, opasni asteroid (4660) Nereus prečnika 330 m proleteo je brzinom od 6,58 km/s pored Zemlje na samo 4 mil. km. NASA ga je označila kao potencijalno opasan, jer će svaki sledeći prolaz biti sve bliži. Od skoro 27.500 opasnih asteroida, oko 10.000 je veće od 140 metara a 890 je veće od kilometra.

6
Verovatnoća udara NEO asteroida u funkciji njegove veličine.

Da bi Zemljani demonstrirali održivost ove metode, logično je bilo da prvo razviju probnu misiju koje će im omogućiti da budu spremni ako se pretnja konačno materijalizuje. Do danas, NASA je bila jedina kosmička agencija koja je uspešno izvela impaktnu misiju protiv nekog manjeg objekta. Godine 2005, sonda 'Deep Impact' se planirano sudarila s kometom Tempel 1 kako bi proučila njenu prirodu, ali uprkos tome ni u jednom trenutku nije učinjen pokušaj modifikovanja njene orbite. Od tada niko nije ponovio sličan podvig. Zanimljivo je da je misija zaštite od opasnijih asteroida, koja je do pre desetak godina bila najbliža ostvarenju, bio nama potpuno nepoznat evropski projekat: 'Don Quijote' (vidi prvu sliku). Nažalost, misija je usled poliitičkih mahinacija otišla u fioku, tako da ti je ovo poslednja prilika da se upoznaš s nečim što zapravo ne postoji a moglo je da uđe u istoriju...

7

8
Sonda 'Sancho' nadzire sudar 'Hidalgoa' sa asteroidim iz grupe Amor ne većim od 500 metara.

Cilj misije 'Don Quijote', koje je analizirana godinama a trebalo je da poleti 2015, bio je izuzetno ambiciozan i privlačan: Promeniti orbitu obližnjeg asteroida (NEA) udarom velikom brzinom. Niko do tada nije želeo da pokuša da skrene neki opasan asteroid, uglavnom zato što tada nismo znali ni za jedan objekat koji će se potpuno sigurno sudariti sa Zemljom, ali je 'Quijote' trebao da posluži kao platforma za testiranje tehnologija za misije ovog tipa. Odabrani asteroid je morao da bude kamenica maksimalne veličine oko 500 metara, budući da veliki deo takvih objekata još nismo detektovali te predstavljaju glavnu kosmičku pretnju našoj civilizaciji. 'Don Quijote' je takođe imao dodatnu privlačnost kao misija sa snažnim sudelovanjem Španije preko kompanija 'Deimos' (danas 'Elecnor Deimos') i 'CASA Espacio'[1], koja je imala odeljenja i u Portugaliji i Rumuniji.

Prvi predlog 'Don Quijotea' datira iz 2003. i u njemu je 'Deimos' imao vodeću ulogu u početnom dizajnu. Projekat je predložen Esi 2004. u okviru predloga NEOMAP (Near-Earth Object Mission Advisory Panel) u kome je učestvovalo ukupno šest misija za proučavanje obližnjih asteroida[2]. Činilo se da sve ide po planu, korak po korak, i 2005. godine započeta je faza A projekta, sa 'Astriumom' kao glavnim izvođačem. Nažalost, na kraju se 'Don Quijote' nije našao na spisku misija koje je odabrala Evropska kosmička agencija, ali misija je odlična, predlog na mestu i treba ga upoznati, te zato i pišem o njemu.

Dakle, trebalo je da 'Don Quijote' bude misija sastavljena od dve odvojene sonde, orbitera i 'impaktora'. Orbiter, koga su Španci krstili kao 'Sancho', kružio bi oko asteroida i proučavao njegove karakteristike iz daljine. Drugi brod, po imenu 'Hidalgo', udario bi u asteroid praćen budnim okom 'Sancha', koji bi analizirao oblak krhotina i krater koji bi nastao. Primarni cilj misije je bio skretanje orbite asteroida udarcem. Promena bi bila minimalna, od možda samo stotinjak metara, ali više nego dovoljna da se izbegne sudar sa Zemljom ako se to učinilo na vreme. Naravno, u slučaju stvarne pretnje, mogla bi se poslati sonda veće mase koja bi izazvala veći pomak orbite.

9
Faze misije 'Don Quijote'.

Prema izvornom projektu iz 2003. godine, obe sonde su trebale da budu gotovo identične i zajedno bi ih lansirala jedna raketa (verovatno ruski 'Dnjepar'). Kako bi uštedeli troškove, 'Hidalgo' i 'Sancho' bi se bazirali na dizajnu sonde 'BepiColombo' za proučavanje Merkura. Nakon što je prošao kroz nekoliko faza u svom razvoju, 'Don Quijote' je evoluirao ka sve ambicioznijem zadatku. U kasnijim verzijama, dve sonde su trebale da budu lansirane odvojenim raketama – indijskim PSLV ili 'Sajuzima-2' (orbiter) i 'Dnjeprom' (impaktor). U to vreme se baratalo sa dve moguće mete za misiju, asteroidima (10302)1989 ML[3] i 2002 AT4[4]. Nije bilo moguće odabrati konačan cilj: Bilo je mnogo lakše putovati do 1989 ML-a, ali je njegova masa bila znatno veća od one kod 2002 AT4, pa bi pomeranje sa orbite bilo teže.

Posle par telefonskih poziva 'tamo gde treba' onih koji brinu o tome, čelnici Ese su odustali od 'neprijateljskih' raketa, pa su za lansiranje odabrali svoju skuplju raketu 'Vega' i gle – američki dodatni stepen 'Star 48'. Kroz dalji oblik saradnje, ESA je počela da razmatra dve konstruktorske opcije: 'jeftiniju' sa hemijskim motorima, i 'fleksibilnu' sa gle opet – američkim jonskim motorima. Kao meta za prvu opciju odabran je asteroid 2003 SM84, a za drugu (99942) Apophis, jedan od potencijalno najopasnijih asteroida za Zemlju u sledećem veku.

10
Originalni španski dizajn sondi 'Don Quijotea': 'Hidalgo' i 'Sancho' u lansirnoj konfiguraciji.

            

11
Kasniji koncept sa različitom konstrukcijom orbitera i impaktora.

Orbiter je imao težinu od jedne tone (700 kg bez goriva) i bazirao se na (švedsko)evropskoj jonskoj sondi 'SMART-1'. To je uključivalo nekoliko instrumenata razvijenih za druge misije, kao što je recimo nemačka kamera na Nasinoj sondi 'Dawn'. Pogonski sistem je bio električni (jonski), s tri ili četiri ksenonska trastera PPS-1350, uz hemijski sistem za kontrolu položaja i manevre u blizini asteroida. Ostati u orbiti oko malog asteroida vrlo je zahtevan zadatak[5]. Slaba gravitacija malog tela uključuje potrebu da se imaju na umu učinci pritiska zračenja i efekata Yarkovskog i YORP-a.

12

13
Finalna konstrukcija orbitera 'Don Quijotea'. Vidi se pokretna glavna antena (HGA) prečnika 70 cm i UHF antena za vezu sa impaktorom i mali autonomni uređaj ASP-DeX (Autonomous Surface Package Deployment engineering eXperiment) koji je orbiter trebao da izbaci i da se ovaj u slobodnom padu spusti u novonastali krater na asteroidu.

Sa svoje strane, impaktor bi imao lansirnu masu od oko 2070 kg (i 'suvu' masu od 530 kg) i u početku se mislilo da će svoj dizajn bazirati na misiji 'LISA Pathfinder'. Koristio bi hemijski pogon za manevriranje prema asteroidu i udar brzinom od oko 10 km/s (36.000 km/h). Redundantna navigaciona kamera bila bi slična onoj korišćenoj na sondi 'Rosetta'. Sudariti se autonomno s asteroidom bio bi pravi izazov. Na prvi pogled, ovo može da izgleda kao trivijalna stvar, pogotovo ako se uzme u obzir da je sonda 'Deep Impact' uspela da se sudari s kometom Tempel 1 bez većih problema. Ali 'Don Quijoteov' cilj bi bio deset puta manji od Tempela 1. Navigacija ne bi mogla da se osloni isključivo na radio-komunikaciju te bi morao da se koristi autonomni optički navigacioni sistem. Sonda bi pogodila najosvetljeniju tačku na asteroidu – koju je najlakše identifikovati na slikama – s preciznošću od ~50 metara. Orbiter bi nakon sudara detaljno proučio krater i omogućio nam da proverimo promene u njegovoj orbiti, potvrđujući (ili ne!) tehniku kinetičkog udara za obranu od asteroida. Prema početnom planu Evropljana, orbiter je trebao da poleti 2011.-2012., a impaktor 2017.-2018.

14
Prvobitni 'Don Quijoteov' impaktor baziran na 'LISA Pathfinderu'.

15

16

Finalna 'Astriumova' konstrukcija impaktora

17
Impaktor cilja svoju sudbinu dok orbiter sa bezbedne udaljenosti posmatra.

Obzirom na budžetske poteškoće u sprovođenju ove misije, 2007. godine pokrenuta je mogućnost razvoja osnovne misije pod nazivom 'Don Quijote Light' (DQ Light), za razliku od složenije 'Don Quijote Plus' (DQ+). Potonja je uključivala zanimljivu malu sondu nazvanu ASP-DeX (Autonomous Surface Package Deployment engineering eXperiment) za istraživanje kratera uzrokovanog udarom. Težina ASP-DEX-a bila bi 10 kg i spustila bi se na površinu sa visine od jednog kilometra. Godine 2009. pokušano je sa lansiranjem smanjene i jeftine verzije 'Don Quijotea' samo s orbiterom pod nazivom 'PROBA-IP', na čelu s kompanijom 'Deimos', ali ni to nije uspelo jer ESA nije htela da da pare.

18
Površinska sonda ASP-DeX iz neuspele misije DP+.

19
Faze misije 'Don Quijote'.

Nakon što je više puta odgađana, budućnost 'Don Quijotea' počela je da bledi. No ESA je ostala zainteresovana za takvu misiju, uprkos činjenici da su mnogi naučnici kritični prema izvodljivosti misija kinetičkog udara i preferiraju opciju gravitacionog tegljača (taj sam) ili korišćenje nuklearnih eksplozija za skretanje asteroida. 

Nova inkarnacija 'Don Quijotea' privremeno se pojavila 2005. u kombinaciji s Nasom nazvanom AIDA (Asteroid Impact and Deflection Assessment), o čemi neću ovde ništa da dalje pišem jer sam o tome prošle nedelje napisao posebniu priču. Trenutna meta AIDA-e je binarni asteroid (65803) Didymos, koji će 2022. biti gađan brzinom od 6,1 km/s. Zanimljiva stvar u vezi s ovim predlogom je da bi konfiguracija binarnog sistema učinila korišćenje orbitalne sonde nepotrebnim, budući da bi se orbitne promene mete mogle precizno izmeriti jednostavnim merenjem perioda rotacije meseca sa Zemlje. Didymosova relativna blizina Zemlji omogućila bi kompenzaciju nedostatka instrumenata letilice, budući da bi zemaljske opservatorije mogle da prate sudar pomoću radara i optičkih sredstava. 

20
Orbiter 'Sancho'. Šteta što misija nije uspela...

 

[1] Velika španska kompanija koja je 2003. postala deo evropskog konzorcijuma 'EADS Astrium'. Posle reorganizacije 2010, kompaniju je apsorbovao 'Airbus Defence and Space SAU' (posle 'Boeinga', druga najveća kosmička kompanija na svetu i jedna od 10 vojnih kompanija na svetu), ali je ona sačuvala svoje aktivnosti vezane za razvoj i konstruisanje raketa, razvoj termokontrolnih sistema za primenu u kosmosu i konstruisanje reflektivnih antena za komunikacione satelite

[2] 'Don Quijote' je bio jedan od 6 predloga studije koju je trebalo da finansira ESA. Ostale misije su bile: 'EUNEOS' (European NEO Survey), 'Earthguard-I', 'NERO' (NEO Remote Observations), 'SIMONE' (Smallsat Intercept Missions to Objects Near Earth) i 'ISHTAR' (Internal Structure High-resolution Tomography by Asteroid Rendezvous).[

[3] Neimenovani asteroid prečnika oko 600 m, jedan od pet oblekata do koga nam je sa Zemlje najlakše i najjeftinije stići (zahteva delta-v od samo 4,8 km/s). Trebalo je da ga poseti japanska 'Hayabusa', ali je cilj promenjen zbog tehničkih razloga. Kada nam je najbliži, nalazi se na samo 0,08 AJ od nas.

[4] Potencijalno opasan asteroid prečnika oko 350 m. I do njega je lako doći (delta-v samo 5,5 km/s). Kada nam je najbliži (orbita mi je jako eliptična), nalazi se na samo 0,04 AJ od nas.
  Podsećam da 1 kg hemijskog gorivadaje delta-v od otprilike 45 m/s

[5] Vrlo. Ko je čitao moje e-knjige ili serijale o japanskim misijama 'Hayabusa' ili o Esinoj misiji 'Rosetta' na kometu setiće se da su te 'orbite' samo uslovno tako nazivane jer sonde nisu u stanju da bukvalno kruže oko domaćina jer je njihova gravitacija preslaba da drže sonde u onome što mi zamišljamo kao orbite.

 
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