Astronautika: misije

Dawn-logo169Nastavljam tradiciju obaveštavanja na ovom sajtu o ovoj misiji, koja po meni predstavlja sam vrh planetnog istraživanja. Ideja da se pošalje jedan robot koja će ući u stabilne jednogodišnje orbite oko dva sveta, uz to još asteroida (Ceresa i Veste), prosto je fenomenalna. Uz to, ovaj robot predstavlja prvu Nasinu čisto istraživačku letilicu na jonski pogon. Koliko je on efikasan, pokazuje i podatak da je letilica trenutno udaljena 452 miliona kilometara od Zemlje, i udaljava se od nje relativnom brzinom od preko 178.000 km/h.

Trenutno, „Dawn“ prati stabilan kurs kroz Sunčev sistem, polako se približavajući Vesti. Beskrajnim strpljenjem i istrajnošću, nastavlja da se kreće gonjen ksenonskim jonskim potisnim sistemom, sa ciljem da se sledećeg jula sretne sa drugim najmasivnijim članom Glavnog asteroidnog pojasa. Iako se letilica udaljava od Sunca, Zemljina orbita joj sve više približava našu planetu.

Budući da jonski motori već rade dve trećine vremena provedenog u kosmosu (uvek radi jedan od tri postojeća), „Dawn“ je dostigao brzinu ekvivalentnu 20.000 km/h. To ne znači da mu je STVARNA promena brzine[1] tolika, ali nam to još uvek daje vrlo korisan podatak za prikazivanje efikasnosti potiska. Mada je 5. juna prestigao dotadašnji rekord u propulzivnom priraštaju brzine[2], „Dawn“ se nalazi tek na polovini planiranog korišćenja motora u ovoj ambicioznoj osmogodišnjoj misiji. Dok 2015. godine kompletira misiju posetom planeti patuljku Ceresu (najvećem članu porodice objekata u asteroidnom pojasu), priraštaj (promena) brzine će se dvostruko povećati.

Početkom decembra, kontrolori letenja su instalirali nove softverske parametre za kontrolu orijentacije letilice tokom leta u uslovima nulte gravitacije[3]. Pre nego što nastavim dalje, možda bi bilo pametno da objasnim koje zapravo poslove obavlja sistem za kontrolu orijentacije.

Generalno, ovaj podsistem služi za okretanje letilice u takav položaj da jonski motori budu okrenuti u željenom pravcu neophodnom za dostizanje cilja misije, za orijentaciju glavne antene ka Zemlji, ili za nišanjenje kamera ili drugih instrumenata ka njihovoj meti. Takođe, uvek treba da drži velike panele solarnih kolektora[4] okrenute ka Suncu. Da bi odredio svoj položaj, „Dawn“ koristi „star trackere“, ili tragače zvezda“ (kojih ima dva na brodu, mada je dovoljan i jedan), čije kamere prepoznaju raspored zvezda i potom utvrđuju tačan pravac. Podsistem takođe sadrži i žiroskope koji povećavaju preciznost utvrđenog pravca. U slučaju većih kvarova, kada su tragači zvezda isključeni, u pomoć priskaču solarni senzori, koji mogu približno da utvrde položaj letilice. Uređaji poznati kao reakcioni točkovi (slični žiroskopu) koriste električnu energiju za kompjuterski proračunato rotiranje i služe za brže ili sporije okretanje sonde. Oni će biti od neprocenjive važnosti kada bude bilo potrebno okretati sondu po malo, i održavati teleskope i kamere fiksirane za jedno mesto.

Iz tehničkih razloga, reakcioni točkovi nisu dovoljni za usmeravanje „Dawna“ tokom njegove duge misije, te su potrebna dva dodatna podsistema koja pomažu u neophodnoj orijentaciji. Jedan od njih je reaktivni kontrolni sistem (RCS) koga čini 12 malih trastera koji koriste klasično gorivo poznato kao hidrazin (H2NNH2); za savršen rad je potrebno samo 6 trastera, ali drugi komplet služi da i u slučaju kvara misija ipak može da se nastavi. Čitav podsistem se napaja sa oko 45 kg hidrazina, mada će tokom čitave misije biti utrošeno znatno manje. Videćemo. Možda nakom okončanja primarne misije, menadžeri i inženjeri zaključe da „Dawn“ može da nastavi rad i usmere ga ka još nekom asteroidu, ali to će prvenstveno zavisiti od količine sačuvanog goriva i zdravstvenog stanja sonde.

Dakle, kao što smo videli, sistem za kontrolu položaja poseduje 4 metode za stabilizaciju ili „Dawnovo“ usmeravanje u drugom pravcu. Kada mu nije uključen jonski pogonski sistem, koristi dve tehnike: može da se osloni ili na 3 reakciona točka ili na svoj reaktivni sistem. Točkovi predstavljaju uređaje slične žiroskopu koji čuvaju ugaoni momenat i u zavisnosti da li se okreću brže ili sporije, rotiraju (ili zaustavljaju rotaciju kada je potrebno usmeriti antenu ka Zemlji) samu svemirsku letilicu. Prilikom prošlogodišnjeg manevra oko Marsa, videli smo da reakcioni točkovi nisu bili dovoljni, pa su korišćeni i reaktivni kontrolni „džetovi“ (mlazevi), mada samo povremeno. [Džetovi su poznati i pod nazivom „trasteri“, ali da bi se izbegla konfuzija sa jonskim motorima („ion thrusters“), često se koristi i ovaj termin.] Džetovi konvencionalnog raketnog goriva hidrazina proizvode male sile na letilici, čime stvaraju skretanje ili zaustavljanje skretanja letilice.

Ne zadovoljavajući se jednostavnim jezdenjem kroz solarni sistem, kao što to radi većina međuplanetnih sondi, „Dawn“ provodi većinu vremena koristeći jedan od svojih jonskih trastera za promenu kursa, konstantno dodajući pomalo protiska koji ga dovodi bliže i bliže svojoj budućoj destinaciji. Pored ubrzanja broda, laganim menjanjem ugla potiska[5], jonski motor može da se korisiti i za njegovo rotiranje. Zato podsistem za kontrolu orijentacije koristi ili jonski motor plus točkove (uz povremenu pomoć reaktivnog kontrolnog sistema), ili jonski motor plus češće paljenje džetova.

Interesantan podatak vezan za kontrolu stabilnosti sonde „Dawn“ jeste podatak da su od 23. avgusta namerno isključena sva 4 reakciona točka, što je bio prvi put od lansiranja (Tokom normalnog leta uvek se koriste 3 točka, ali jedan je već ranije pokazivao znakove potencijalnog kvara, pa je njegovu funkciju prihvatio rezervni.) Kontrolori su to uradili da bi što više sačuvali uređaj za korišćenje u orbitama oko Veste i Ceresa, dok će njihovu funkciju u ovoj fazi misije većinu vremena preuzimati jonski propulzioni sistem.

Još pre nego što su odlučili da deaktiviraju točkove tokom ostatka međuplanetne faze misije, inženjeri su započeli sa radom na tehnici što efikasnijeg trošenja hidrazina, ne bi li zalihe potrajale do kraja misije. Kada je pre više od 3 godine napustio Zemlju, „Dawn“ je poneo i 45,6 kg hidrazina. Danas je još uvek u tankovima ostalo preko 38 kg, ali štedljivi operatori i dalje žele da nastave sa štednjom dragocenog goriva. Smislili su način da maksimalno redukuju potrošnju sve dok su trasteri primarni kontrolni metod. (Rashodi hidrazina tokom jonskog pogona su već bila toliko mala da nema potrebe za promenama u kontrolnom modu.)

dawn-shema 

HGA (High Gain Antenna) – glavna antena; LGA (Low Gain Antenna) – pomoćne antene; CSS (Coarse Sun Sensors) – solarni senzori; GRaND – gama i neutronski spektrometar; RCS (Reaction Control System trasters) – trasteri reaktivnog sistema („džetovi“); VIR – vidljivi i infracrveni spektrometar; FC (Framing Camera) – kamera.

Novi kontrolni parametri koji su instalirani na dva brodska kompjutera finalizovani su tek nakon opsežnih analiza i simulacija u laboratorijama Orbital Sciences Corporation iz Virdžinije i JPL. Bez potreba za promenama u softveru, operatori su u oktobru poslali naredbe ka „Dawnu“ i programirali ih tako da se aktiviraju 1. novembra, tokom redovne nedeljne pauze u radu jonskog motora (i kada se kontrola položaja letilice oslanja isključivo na džetove) radi upravljanja glavne antene[6] ka Zemlji. Zahvaljujući uspešnom apgrejdovanju, sistem sada koristi samo osminu hidrazina za održavanje stabilnosti, i u potpunosti odmara jonski potisak.

Možda treba da kažem da se neophodna stabilizacija postiže vrlo kratkom uključivanjima džetova, ali da su ona ipak previše slaba da bi mogla ozbiljnije da utiču na promenu trajektorije oko Sunca. Čak i kada bi se svih 45,6 kg hidrazina odjednom iskoristilo za promenu brzine „Dawna“, efekat bi bio manji od 0,1 kilometar u sekundi (360 km/h), što je potpuno neprimetno u odnosu na daleko značajnijih 5,5 km/s (20.000 km) jonskog pogona, što je tek polovina planiranog ubrzanja do kraja misije. Mada svima nama to izgleda kao strašna jurnjava kroz svemir, treba da kažem da bi letilici (kada bi je sada volšebno zaustavili) trebalo 4 dana da dostigne brzinu od 0 do 100 km/h, a da bi za to vreme bio potrošen samo 1 kg ksenonskog goriva! (Sa 60 litara bi mogao da dostigne brzinu od 8.850 km/h.)

Još o ovoj misiji:
Prvi put je misija otkazana u decembru 2003, da bi ponovo bila aktivirana u februaru 2004. Onda je u januaru 2006. potpuno otkazana, a novinarima je rečeno ...
8 јул 2007 ... „Septembarsko lansiranje neće uticati na realizaciju svih naučnih ciljeva misije 'Dawn' koji su bili u planiranu i za julsko lansiranje,“ 
Jonski motori (Dawn ih ima tri) rade tako što skidaju elektrone iz atoma .... Motori će biti ponovo uključeni u maju 2012, kada će Dawn krenuti ka Ceresu. ...
9 мар 2010 ... Od kako je 27. septembra 2007. NASA lansirala robotizovanu sondu DAWN, pratim njen napredak. To je prva američka međuplanetna misija koja je ...
Godišnja doba na Vesti

Da bi se glavna antena (HGA) nanišanila ka Zemlji, letilice mora da se okrene ka njoj, a to svaki put zahteva uključivanje nekog džeta ovog velikog broda (najveći Nasin ikada poslat na neku međuplanetnu misiju) za početak manevra a onda uključivanje nekog drugog za zaustavljanje. U želji da što više sačuvaju hirdazin, kontrolori su redukovali brzinu kojom„Dawn“ vrši ta okretanja. Do nedavno, standardna brzina je bila 0,1 stepen u sekundi; to je ista brzina kojom se na satu pokreće kazaljka za minute. Od 1. novembra ta brzina je prepolovljena, što znači da je potrebno manje goriva da inicira okretanje i manje da se zaustavi.

8. novembra su ponovo na kratko bila uključena sva četiri reakciona točka. Za točkove 1, 2 i 3 to je bila rutinska kontrola, koja služi za proveru vrhunskog stanja koje se od njih očekuje kada se letilica sledećeg leta približi Vesti. Točak №4, koji je od 17. juna na „poštedi jer je softverski otkriveno određeno unutrašnje trenje, takođe je poslao izveštaj o svom stanju, tako da će inženjeri moći dodatno da odrede njegovu dalju sudbinu.

Dawn“ je trenutno na 0,06663 AJ (9.968.000 km) od Veste, svoje sledeće destinacije, i približava joj se relativnom brzinom (brzinom u odnosu na nju) od 1,25 km/s. On je takođe i 3,017 AJ (451.337.000 km) udaljen od Zemlje, što je 1.125 puta dalje od Meseca, i 2,095 AJ udaljen od Sunca. Da bi radio-signal, koji putuje brzinom svetlosti, napravio tzv. round trip (odleteo do letilice i vratio se na Zemlju), potrebno mu je 50 minuta.

 Orbite

Ko iole razume engleski, jasno mu je šta ovaj grafik prikazuje. Prekidi u označenim trajektorijama pokazuju kada su jonski motori bili isključeni. Da bi ušao u sve enciklopedije i u asteroidni pojas, „Dawnovi“ jonski motori će morati da rade ukupno 620 dana. Predviđa se da će za više od 8 operativnih godina, motori ukupno raditi oko 2.000 radnih dana – 5,5 godina. Postignuto „delta V“ iznosiće oko 38.650 km/h (10,5 km/s).

 whereisVesta

Iako je 10.000.000 km daleko od Veste, njeni detektori već znaju gde je ona. (Prečnik Veste je kao odavde od mora.) Dok dođe do nje, motori će potrošiti 275 kg od 425 kg ksenonskog goriva, a do sledećeg cilja, Ceresa, trebaće još 110 kg.

 



[1] Delta V (ΔV) –veličina koja predstavlja "napor" za izvođenje nekog orbitalnog manevra, kao što je recimo promena orbite u svemiru korišćenjem samo sopstvenih motora. Promena brzine može da se meri tek nakon odvajanja od poslednjeg stepena rakete za lansiranje. Na nju utiče sila gravitacije, težina letilice, efikasnost rada motora, potrošnja goriva, itd. Poslednji stepen rakete-nosača dao je „Dawnu“ početno ubrzanje od 11,46 km/s (41.260 km/h).

[2] Prethodni rekord je držala sonda „Deep Space 1“ (4,3 km/s), prva međuplanetna letilica na jonski pogon.

[3] Inženjeri to na engleskom nazivaju „attitude“, orijentacija letilice u odnosu na zadati pravac kretanja.

[4] Fotovoltski galijum-arsenidni paneli su deo drugog podsistema, elektičnog, i zbog velikih potreba za strujom zbog jonskog pogona, svaki panel je dugačak skoro 8,3 m, tako da je s kraja na kraj krila čitav „Dawn“ dugačak 19,7 m. Paneli stvaraju 10 kW enegrije na udaljenosti od 1 AJ od Sunca (1,4 kW na max. udaljenosti kod Ceresa), ali obzirom da na letilici ima preko 140 samo grejača, jasno je da će na dalekim orbitama biti potreban svaki vat energije.

[5] Mlaznice svakog motora mogu da se pomeraju za samo par stepeni. Ugao nije veliki; ukupan raspon je manji od pokreta velike kazaljke na satu u roku od 3 minuta.

[6] Glavna usmerena antena ima prečnik od samo 1,52 m, dok 3 manje služe za razmenu telemetrije kada nije moguće ili ne odgovara programu da se glavna antena okreće ka velikim 34- i 70-metarskim Nasinim DSN antenama na Zemlji.

Kada „Dawn“ bude najudaljeniji (Ceres), njegov signal snage 100 vati će na Zemlju stizati kao deseti deo milionitog dela milijarditog dela jednog vata! Da smo tu energiju sakupljali od postanka kosmosa, ona bi mogla da 1 sijalicu od frižidera upali na 1 sekundu, ali i to će biti dovoljno da nam se prenesu sve slike i svi podaci sa Ceresa.

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


Sigurnosni kod
Osveži