Astronautika: misije

Nedavno je bio 27. septembar, i omanja grupa mladih naučnika iz Nasine Laboratorije za mlazni pogon u San Gabrielu za ručak je imala tortu u obliku svemirske sonde – slavila se četvorogodišnjica lansiranja međuplanetne sonde „Dawn“. Ali ova proslava je bila drugačija od prethodnih. Dok su se ranijih godina brojali pređeni kilometri, ovog puta slavlje je bilo opuštenije jer se „Dawn“ već nalazio u orbiti oko zemljolikog nebeskog tela, prastare protoplanete Veste.

Naš avanturista, čije putešestvije pratim evo već četvrtu godinu, proveo je čitav avgust na obalama Veste, i sada je konačno spreman da zaroni. Većinu tog vremena proveo je spuštajući se sa istraživačke orbite visoke 2.700 km na sadašnju visinu od 680 km, i menjajući orijentaciju svoje orbite. Senzacionalno uspešna osmatračka kampanja sa istraživačke orbite otkrila nam je zadivljujuće pejzaže. Sada kada je skoro 4 puta bliži površini nego ranije, aparat je spreman za još složenije istraživanje sa tzv. HAMO orbite (High Altitude Mapping Orbit). Planovi za radove sa HAMO bezmalo su isti kao onda kada su finalizovani prošle godine u ovo vreme.

„Dawnovo“ spiralno spuštanje proteklo je izuzetno dobro. Već smo ranije govorili da sva tela putuju većom brzinom ako se nalaze na nižoj orbiti, gde je gravitacija jača. Recimo, Merkur mora da hita oko Sunca brže nego Zemlja da bi pobedio jaču gravitaciju, a Zemljina brzina je veća nego još sporije Veste. Slično tome, satelit u orbiti koja je blizu Zemlji, kao što je Međunarodna orbitna stanica, mnogo se brže okreće nego što to čini mnogo dalji Mesec. Kada je 31. avgusta započeto „Dawnovo“ spiralno spuštanje, njegova orbitna brzina tamo gore daleko iznad Veste iznosila je 76 metara u sekundi[1] a svaka revolucija je trajala bezmalo 69 sati. Uz blagi ali konstantni potisak jonskih motora, letilica je kompletirala 18 revolucija oko Veste (neprestano praveći sve uže i brže petlje kako se visina postepeno smanjivala), pre nego što je 18. septembra ušla u novu orbitu. U HAMO orbiti, „Dawn“ se kreće brzinom od 135 m/s, praveći krug jednom na svaka 12,3 sata.

Kada je „Dawnov“ raspored zahtevao zaustavljanje rada motora, sonda je bila blizu HAMO ali ne baš tačno tamo. Kao što su planeri misije mnogo pre toga i predviđali, male razlike između planiranog i stvarnog položaja su bile neizbežne. Zato su u poslednjih par godina izvršene su obimne i sofistikovane analize da bi se procenila veličina tih neslaganja i da bi komplikovani planovi za obimne zadatke na Vesti mogli da budu izvršeni na vreme i na pravoj visini. Da bi obavila intenzivni program osmatranja svim naučnim instrumentima, sonda je morala da prati orbitnu putanju koja će se pažljivo poklapati sa već pripremljenim sekvencama komandi, urađenih sa skoro patološkom pažnjom za najsitnije detalje. Lepota „Dawnove“ umetničke plesne koreografije „pas de deux“ sa Vestom zavisi od muzike i vrhunske sinhronizacije pokreta.

Tokom spuštanja, „Dawn“ je često pauzirao da bi omogućio kontrolorima da ažuriraju profil leta i proračunaju varijante u kursu tokom samog leta. Nakon prekida pogona, navigatori su pratili svoj brod mnogo intenzivnije nego dok je jedrio oko Veste, proračunavajući njegovu orbitu sa mnogo većom preciznošću. To je otkrilo ne samo detalje orbitnih parametara (kao što su veličina, oblik i orijentacija), već je pružilo bolji uvid u karakter Vestinog gravitacionog polja nego što je to bilo moguće sa većih visina. Sa novim informacijama, tehnički tim je bio primoran da izvede dva kratka manevra podešavanja orbite. Prvi, koji je trajao četiri sata, izveden je 26. septembra, a drugi, pola sata kraći, izvršen je dan kasnije. Nakon naknadnih merenja koja su potvrdila konačnu orbitu, mesec HAMO osmatranja konačno je započeo u septembru.

Kada je 18. septembra okončan glavni potisak motora, pred „Dawnom“ je bilo mnogo više od toga da navigatori utvrde postojeću orbitu. Trebalo je „trenirati“ senzore na Vesti, prikupljajući uzbudljive i dragocene podatke. Iako ta osmatranja nisu predstavljala deo pažljivo orkestriranog i sistematskog mapiranja sa HAMO orbite, bila su doprinos ukupnim naporima da se što je moguće više istisne iz dragocenog vremena posvećenog Vesti. Inženjeri su takođe obavili više testova sa vidljivim i infracrvenim mapirajućim spektrometrom (VIR), inače talijanske proizvodnje. Pored toga, obavili su fotografisanje pomoćnom (rezervnom[2]) naučnom frejming-kamerom, potvrdivši da je ona i dalje u funkciji i spremna za akciju ako bi ikada njen blizanac postao nemoćan.

Sledeći ranije učitane instrukcije, sonda je 21. septembra rekonfigurisala svoju memoriju da bi se pripremila za prijem velikog obima podataka koji će pristizati sa HAMO. Pošto je jedna od softverskih funkcija trajala duže nego što je očekivano, glavni kompjuter se sam resetovao. Svemirski robot je konstruisan tako da se nakon ponovnog podizanja sistema sam prebacuje u tzv. bezbedni režim (tzv. save mode), tako da se, prethodno savesno isključivši sve vitalno nevažne sisteme, okrenuo ka Suncu (jedinom nebeskom reperu lako uočljivom tokom čitavog „Dawnovog“ dugog puta kroz solarni sistem), i strpljivo sačekao dalje instrukcije. Kontrolori su problem uočili kasno uveče i brzo identifikovali uzrok. Hladno i profesionalno, brzo su izvršili sve potrebne korake i dva dana kasnije vratili „Dawn“ u normalnu letnu konfiguraciju, nastavljajući glatko sve operacije.

Leteći oko Veste, visina letilice se neprestano menja. Zapravo, ona varira čak i kada bi orbita bila savršeno kružna, zbog toga što Vesta nije savršena lopta. To je slično letenju aviona iznad Zemlje. Ako avion konstantno održava istu nadmorsku visinu, udaljenost od tla varira jer se avion čas nalazi iznad planina a čas leti iznad klanaca i dolina. Topografija na Vesti je još izraženija, odražavajući mučnu istoriju burnog i razuđenog asteroidnog pojasa tokom poslednje 4,5 milijarde godina.

Tamna strana 4 Veste koju je 23. jula 2011. snimio „Dawn“ sa razdaljine od 5.200 km. Korišćena je frejming kamera nemačke proizvodnje, otvora 20 mm, f/7,5 refraktivnog optičkog sistema žižine daljine 150 mm.

Događaj koji je stvorio duboki ožiljak[3] u blizini južnog pola, sada zvanično poznat kao Rheasilvia (po vestalskoj devici koja je bila mitska majka Romula i Rema. Mnogi očekuju da će i ovu čudnu priču razjasniti „Dawnova“ misija), ostavio nam je Vestu ne samo kao jedan zapanjujući i zbrkani teren, već i oblika koji je jako osoben. I zaista, mada je ovaj svet manji od Zemlje, poseduje jednu od najekstremnijih topografija u solarnom sistemu. Ogromna planina (peak) u središtu Rheasilvie uzdiže se iznad okoline skoro dvaput više od Mont Everesta. Uprkos velikoj odvojenosti, visinska razlika između najviše tačke u blizini ekvatora i najniže tačke u dubini Rheasilvie iznosi više od 60 kilometara.

Čak i ako zamislimo da je „Dawn“ stacionaran a da se Vesta okreće ispod njega, nadmorska visina će se menjati kako se menja izobličena površina ispod njega. Pored toga, putanja letilice nije savršeno kružna, već što je niža to će biti devijantnija, jer će nepravilno gravitacijono polje jačom ili spabijom snagom privlačiti sondu u zavisnosti od terena iznad kojeg je. Kako se „Dawn“ bude spuštao ka nižim orbitama, češće ćemo govoriti o stvarnoj visini iznad tla. U međuvremenu, zbog jednostavnosti, nastaviću da prezentujem visinu kao prosečnu vrednost, merenu u odnosu na prosečnu udaljenost Vestinog centra od stenovite površine. To je isto kao korišćenje nivoa mora na Zemlji da bi se predstavila visina aviona ili satelita. Na taj način je i određeno da je visina na HAMO iznosi 680 km.

Tokom četiri godine svog međuplanetnog putovanja, svemirska sonda je ostvarivala jonski pogon ukupno 988 dana, odn. 68% ukupnog vremena (oko 0,00000002% vremena proteklog od Velikog praska). Dok je za većinu kosmičkih letilica paljenje motora radi promene kursa poseban događaj, za „Dawn“ to nije slučaj. Sva ta paljenja su do sada koštale sondu samo 254 kilograma ksenonskog goriva, od onih 425 kg koliko je ukrcano 27. septembra 2007. godine.

Do sada je potisak tokom misije doneo sondi ubrzanje ekvivalentno 6,85 kilometara u sekundi (24.700 km/h). Kako sam u prethodnim izveštajima već pokušao da objasnim (ovde je to možda malo šire objašnjeno), radi se o principima orbitnog kretanja, bilo oko Sunca bilo oko nekog drugog gravitacionog tela. Zapravo, „Dawn“ se nikada nije kretao mnogo brže nego kada je bio lansiran. Ali efektivna promena brzine se uzima kao korisna mera potisne snage bilo koje svemirske letilice. Pošto je već ispunio skoro polovinu vremena predviđenog za potiskivanje za čitavu misiju, „Dawn“ je već davno prevazišao promenu brzine bilo koje drugu letilicu na sopstveni pogon[4].

Od lansiranja, Zemlja je kompletirala četiri revolucije oko Sunca, prevalivši ukupno oko 25,1 AJ (3,76 milijardi kilometara). Okrećući se na većoj udaljenosti od Sunca, dakle, leteći ležernijim tempom, „Dawn“ je za to vreme prevalio 19,4 AJ (2,91 milijardi kilometara). Udaljujući se sve više od Sunca i usklađujući svoju orbitu sa Vestinom, morao je da usporava da bi se uskladio sa njenom brzinom. Od kako je „Dawn“ lansiran, asteroid je prevalio samo 16,4 AJ (2,46 milijardi kilometara).

Drugi način da se ispita napredak misije jeste grafikon koji nam prikazuje kako se ustvari menjala „Dawnova“ orbita oko Sunca. Koga više interesuje numeriči aspekt ove teme neka pročta ovaj link, a ja ću pokušati da na malo prostiji način kažem nešto o prirodi orbita.

Orbite su elipse (kao spljošteni krugovi, ili ovali čiji su krajeni jednake veličine). Dakle, kada članovi solarnog sistema slede svoje putanje oko Sunca, oni se ponekad približavaju a ponekad udaljuju od njega.

Pored toga što orbite karakterišu oblik, odn. stepen spljoštenosti (to je odstupanje od savršenog kruga) i veličina, možemo da ih opišemo delom i prema tome na koji način su orijentisane u kosmosu. Zloupotrebljavajući prednost zemaljskih astronoma, ravan Zemljine orbite oko Sunca (poznata kao ekliptika) izabrana je kao referenca. Ostale planete i međuplanetne letilice putuju po orbitama koje su nagnute pod nekim uglovima u odnosu na nju. Ugao između ekliptike i ravni orbite nekog drugog tela koje se kreće oko Sunca naziva se inklinacijom te orbite. Pošto se Vesta i Ceres ne okreću oko Sunca u istoj ravni kao Zemlja, „Dawn“ mora da podesi svoju orbitu sa svojim ciljevima. [Orbite velikih planeta su bliže ekliptici, tako da svemirske sonde ne moraju mnogo da rizikuju da bi dospele u nečiju orbitu kao što je to morao „Dawn”.]

Da pogledamo sada veličine i oblike (izražene maksimalnom i minimalnom udaljenošću od Sunca) kao i inklinacije „Dawnovih“ orbita svake od prethodnih godišnjica lansiranja.

Donja tabela pokazuje kakva bi svaka orbita bila da je sonda prestala sa jonskim potiskom za tu godišnjicu; orbite njegovih krajnjih destinacija, Veste i Ceresa, prikazane su radi upoređenja. Naravno, kada je 27. septembra 2007. „Dawn“ bio na lansirnoj rampi, njegova orbita oko Sunca je bila jednaka Zemljinoj orbiti. Nakon lansiranja, nalazio se na sopstvenoj orbiti oko Sunca.

Čitaocima koji nisu (preterano) opterećeni brojevima, tabela može da pomogne u prikazu transformisanja „Dawnove“ orbite tokom misije. Imajte u vidu da je sadašnja orbita sonde oko Sunca ista kao Vestina. To je, naravno, i bio cilj dugog putovanja koje je započelo na istoj solarnoj orbiti na kojoj je bila i Zemlja. Dok je Vestino jednostavno putovanje mnogo lakše, usklađivanje orbite s njom je zahtevalo vrhunske sposobnosti jonskog pogonskog sistema. Bez njega, Nasin „Discovery Program“[5] ne bi mogao da priušti sebi istraživanje ovoj fascinirajućeg sveta, a misije na Vestu i Ceres ne bi bile ni moguće.

Neverovatno i inspirativno putovanje, ostvareno na plavo-zelenom stubu ksenonskih jona, nežno menjajući pravac sa osećajem vajara koji pravi svoje kosmičko remek-delo, putujući daleko od rodne planete kroz zabranjene i puste dubine međuplanetnog prostora, ipak nije ono što je donelo glavnu nagradu – to je destinacija. Više od dva stoleća pre „Dawnove“ posete, Vesta nam je bila poznata jedino kao mala tačkica svetlosti među zvezdama. Oštro fokusirane slike koje sada dobijamo o ovom složenom i nepoznatom svetu, dramatične istorije i zaista jedinstvenog karaktera, prava je nagrada za duge godine i milijarde pređenih kilometara. Kako ekspedicija bude napredovala, da li će iko moći da ostane ravnodušan nad činjenicom da će nam Vesta istovremeno postati poznata ali i ostati još tajanstvenija?

Trenutno se operativni tim priprema za sledeću fazu istraživanja Veste, a „Dawn“ za petu godinu napornog rada. Na samoj granici ljudske genijalnosti, pokretana entuzijazmom onih koji žele da vide i shvate lepotu kosmosa oko nas, sonda odvažno nastavlja lov za reliktima iz doba nastanka solarnog sistema.

„Dawn“ se nalazi na visini od 680 km iznad Veste. Takođe je 1,59 AJ (238 milijardi km) daleko od Zemlje, odn. 665 puta je dalji od nas nego Mesec. Radio-signal, a sa njim i slike koje nam redovno stižu, putuju do nas 13 minuta.

Na slici je trenutak od 21. juna 2007. kada su tehničari završavali pakovanje kosmičke letilice „Dawn“ u treći stepen raketnog nosača „Delta 7925-H“. Bila su još samo 2 meseca do lansiranja.

Ovaj ćale na slici je 19. juna 2007. dobio tu čast da montira zaštitu „Dawnove“ glavne antene protiv Sunca. Folija je napravljena od germanijumskog kaptona koja je „providna“ za radio-talase. Ona je imala zadatak da u prvim godinama štiti antenu od intenzivnog zagrevanja.

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:

• 2016-02-17 - Eratosten iz Kirene (oko 276-194 p.n.e.)
• 2020-01-17 - Izdvoj svoj DNK u maminoj kuhinji
• 2021-03-08 - 10 stvari koje ne znaš o Zemlji
• 2024-02-01 - MESEC - kako je nastao
• 2017-12-01 - Kako popušiti sopstveni život?