Zašto će 2015. biti upamćena u oblasti kosmičkog istraživanja? Nesumnjivo zato što ćemo sledeće godine prvi put videti dve patuljaste planete. Prva je Ceres, koju će posetiti sonda „Dawn“, ali da ne bude zabune: prava zvezda 2015. godine biće Pluton. Napokon ćemo ugledati pravo lice donedavno devete i poslednje planete Sunčevog sistem, a sve zahvaljujući misiji „New Horizons“. Od letos sonda je bila u hibernaciji, ali je probuđena 6. decembra, ovog puta poslednji put, dok se nalazila 261 milion km od svog cilja. NH ja time započela finalnu fazu misije, koja će kulminirati proletanjem pored Plutona i njegovih pet satelita 14. jula 2015, u 10:50 po našem vremenu.
Mala sonda, teška samo 478 kg[1], lansirana je 19. januara 2006. radi istraživanja poslednje planete koju nije do sada posetila neka letilica. Lansirni prozor je bio otvoren od 11. januara do 14. februara, ali je brod trebalo lansirati pre 2. februara da bi mogao na vreme da uhvati Jupiter i izvede manevar gravitacionog asistiranja. Da nije poleteo do tog datuma, brod bi stigao do Plutonovog sistema tek između 2018. i 2020. godine. U isto vreme, zahvaljujući raketi “Atlas V“ (konfiguracija 551) i dodatnom stepenu ”Centaur”, “New Horizons” je poslat direktno na trajektoriju bega od Zemlje i Sunca. Sa brzinom od 16,26 m/s (58.536 km/h), postao je svetski rekorder po brzini bega jednog ljudskog objekta od Zemljine gravitacije. Poređenja radi, “Voyageri” su prvo ušli u solarnu orbitu i postigli brzinu bega od Sunca tek nakon gravitacionih asistencija spoljnjih planeta. Ipak, NH nikad neće prestići nekog od “Voyagera”, ali će zato postati peti ljudski artefakt koji je napustio Sunčev sistem posle “Pioneera 10”, “Pioneera 11”, “Voyagera 1” i “Voyagera 2”. Krajem februara 2007, NH je proleteo pored Jupitera, čime je brod ubrzan za dodatnih 3,83 km/s (14.000 km/h). Nova brzina od 83.000 km/h , skratila je putovanje NH do Plutona za tri godine.
Trajektorija “New Horizonsa”, sa podacima od 8. 12. 2014. (NASA)
Međuplanetna trajektorija “New Horizonsa”. Od Zemlje do Jupitera put je trajao samo 404 dana – nijedna letilica nikad nije odletela tako daleko tako brzo. Trenutno, brzina polako opada (zbog privlačenja Sunca) i u blizini Plutona iznosiće oko 50.000 km/h. Zbog prilaska Planeti brzina će porasti za nekoliko m/s, ali će posle toga konstantno opadati.
“New Horizons” je postigao toliku brzinu zahvaljujući gravitacionim uticajima planeta, budući da on sâm nema nikakav pogonski sistem. Da, poseduje samo 16 hidrazinskih trustera kompanije “Aerojet”: četiri MR-111C[2] sa potiskom od 4,4 N (450 grama) za korekcije trajektorije, i dvanaest MR-103H[3]od 0,8 N (80 gram) za podešavanje položaja i manevre spinovanja sonde (zapravo, koristi se samo 8 trastera, dok se ostali nalaze u rezervi). Za napajanje tih motorčića, na brodu se nalazi titanijumski rezervoar sa 78,8 kg hidrazina[4] (pod pritiskom helijuma[5]). Nažalost, iste godine kada je brod lansiran, Međunarodno astronomsko udruženje (IAU) je rešilo da promeni definiciju planete, pa je Pluton od “gospodina planete” spao na “običnu” planetu patuljka. Odluka svakako nije naišla na dobar prijem kod glavnog rukovodioca misije dr S. Alena Šterna, koji se od tada zdušno zalaže da se Plutonu vrati nekadašnja titula. A to nije bila jedina promena sa kojom se suočila misija. Dva od pet Plutonovih meseci, Stiks i Kerber, otkriveni su nakon lansiranja sonde (ostala tri meseca su Haron, Niks i Hidra).
|
|
 |
Ovo su jedini motori za pogon “New Horizonsa”. Prvi je MR-111C a drugi je MR-103H. Prvi ima potisak od 450 grama a drugi samo 80 grama. Svaki od motora na brodu ima par malih grejača od 2,2 W, koji, grejući se do 250° C, imaju zadatak da razgrađuju hidrazin. Prilikom rada motora, grejači se greju do 950°!
Hidrazin je jedina potrošna “roba” na brodu. Analiza potrošnje pre lansiranja uključivala je 35 manevara tokom puta do Plutona koji će zahtevati trošenje goriva. Veliki skokovi odgovaraju “fly-byu” oko Jupitera i početku snimanja Plutona. Tada se smatralo da ako ostane 20 kg goriva, biće dobro. Danas se svi nadaju da će ostati preko 40 kg, što daje dobre izglede za kasniju posetu nekom još udaljenijem svetu u Kajperovom pojasu.
Pogonski sistem NH je organizovan u 8 setova (6 takvih klastera vidljivo je na slici). Setovi su raspoređeni tako da uključivanjem parova trastera snage 0,8 N smeštenih na suprotnim stranama sonde dolazi do stvaranja obrtnog momenta i kontrolisane rotacije u odnosu na jednu od 3 ose. Trasteri snage 4,4 N su upareni u dva seta na -Y/+Z ivici letilice (prikazano kao F1 i D4) i na –Y/-Z ivici (nije prikazano), a koriste se kada je potreban manevar sa većim ΔV.
Distribucija goriva “New Horizonsa” pred lansiranje.
Datumi koji prikazuju napredovanje sonde i misije.
Plutonovi prirodni sateliti. Mnogi veruju da će biti toga još kada se sonda još više približi Plutonu. Nije isključeno da se otkrije i tanani prsten.
Hablov teleskop je 2011. načinio divan snimak Plutonovog sistema.
“New Horizons” je bila poslednja u seriji misija za proučavanje Plutona koje su predlagane tokom 70-ih godina prošlog veka. Prethodni predlozi, kao što su bili “Pluto Fast Flyby” (2000.) ili “Pluto Kuiper Express” (2001.) (tada poznat kao “Pluto-Charon Flyby”), otkazani su zbog visokih ekonomskih zahteva. Vreme je radilo protiv kosmičke agencije, jer je naučna zajednica očekivala da se sonda pošalje na Pluton pre 2020. ne bi li stigla da prouči slabačku atmosferu (sastavljenu od azota, metana i ugljen-monoksida) pre nego što se ponovo zaledi (Pluton se trenutno lagano udaljava od Sunca[6]). U tom momentu NASA je imala samo dva tipa misija: jako skupe – nazvane “Flagship” – sa rasponom koštanja od milijardu do 3 milijarde dolara, i jeftine – nazvane “Discovery” – sa cenama oko \(500 miliona.
Delovi sonde i njeni instrumenti. Sonda je veličine oko 2.5 metra i težine oko pola tone. (NASA)
Još jedan prikaz instrumenata. (NASA)
NH koristi energiju nuklearnog raspada 72 tablete nuklearnog izotopa u vidu plutonovog dioksida. Na početku misije, generator GPHS-RTG tipa “F-8” davao je 245,7 W struje, a kad stigne do Plutona davaće minimalno oko 180 W. Konvertor toplotne u elektro-energiju napravljen je u “Lockheed Martinu”, a sastavljanje i punjenje RTG-a obavljeno je u Nacionalnoj laboratoriji Ajdaho.
Sonda pred lansiranje. Zlatna folija predstavlja termički pokrivač. Temperatura unutar letilice je varirala od malo ispod 40° C (na početku operacije, kada je donja paluba bila izložena Suncu) pa do nekih 20° C, koliko je trenutno.
Misija ka Plutonu nije mogla da se smesti u okvire “Discovery” budžeta, pa je NASA kreirala potpuno novu kategoriju, nazvavši je “New Frontiers”, za sonde do milijardu dolara[7] koliko je NH imao na raspolaganju. Konačno, NASA je odobrila misiju 2001. godine. Nasuprot većini Nasinih kosmičkih letova, “New Horizonsom” ne upravlja JPL već Laboratorija za primenjenu fiziku Univerziteta Džons Hopkins (JHU/APL), dok je SwRI (Jugozapadni istraživački institut iz Teksasa), na čelu sa dr S. Alenom Šternom, odgovoran za naučne operacije.
“New Horizons” koristi radioizotopski generator (RTG) tipa “F-8” sa 18 modularnih izvora toplote GPHS (General Purpose Heat Source), koji je proizvelo američko Ministarstvo energetike. Generator je bio poslednji iz serije RTG-ova istog dizajna proizvedenih za Nasine misije koje su trebale da polete krajem 80-ih: “Cassini”, “Galileo” i “Ulysses”. Da bi proizvodio struju na periferiji Sunčevog sistema generator je prvobitno trebalo da sadrži 10,9 kg oksida plutonijuma-238, ali problemi sa snabdevanjem plutonijuma u SAD[8] uzrokovali su da na kraju bude ugrađeno samo 9,75 kg izotopa, što je redukovalo snagu RTG-a za nekih 15%. Efikasnost konvertovanja toplote u elektricitet kod RTG-a je samo 6,4%, tako da će kad stigne do Plutona sonda trošiti manje struje od jedne sijalice od 200 vati. Odmah po lansiranju RTG je proizvodio nešto više od 240 W, ali je tokom godina leta njegova snaga zbog radioaktivnog raspada postepeno slabila[9] (po stopi od ~3,5 W godišnje). U svakom slučaju, brodski instrumenti će tokom susreta sa Plutonom biti suočeni sa zračenjem od svega 5 krada[10].
 |
 |
Sondu je dizajnirao i izgradio i njome upravlja Institut JHU/APLiz Kolorada, dok operacije naučnih instrumenata i obradu podataka vodi A. Štern i SwRI. APL je strogo vojna ustanova, kojoj je primarni posao odbrana zemlje, pa joj je Mornarica glavni sponzor.
Izotopski termogenerator RTG tipa GPHS. Ima dužinu od 114 cm, prečnik 42 cm i težinu od 57 kg. korišćenje solarnih panela nije ni razmatrano jer jeu bliziini Plutona zračenje Sunca 1000 puta manje nego na Zemlji-
Naučni instrumenti na “New Horizonsu”. (NASA)
Vidno polje pojedinih instrumenata. (NASA)
Sonda ne poseduje akumulator(e) koji bi bio posrednik između RTG-a i brodskih sistema (karakteristika koju poseduje “Curiosity”), tako da je bilo potrebno pažljivo upravljati potrošnjom tokom proletanja pored Jupitera i kasnije pored Plutona. Zato će svih sedam instrumenata sonde trošiti zajedno manje od 30 W struje, uz težinu od samo 30,2 kg. Radi štednje struje, sonda je u različitim fazama misije bila slata u stanje kontrolisane hibernacije[11]. To nije bio “duboki san” kao kod evropske sonde “Rozeta”, nego ipak malo mekši. Čak i u stanju hibernacije brod je jednom nedeljno slao brzinom od 10 bita u sekundi[12] telemetriju o stanju vitalnih sistema.
Hibernacione faze sonde i kapacitet prenošenja podataka. (NASA)
Geometrija susreta sonde sa Plutonom. NASA smatra da je i dalje šansa za uspešan ishod misije oko 85%.(NASA)
Detalji najboljih slika koje će snimiti “New Hotizons” tokom susreta. (NASA)
Detaljan plan rada i obaveza tokom ključne faze leta NH. (NASA)
Analiza verovatnoće uspešnog rada sistema “New Horizonsa” radi isunjenja svih naučnih zahteva. Verovatnoća uspeha je daleko iznad očekivanja. Prikazani su i slučajevi minimalnih zahteva, što znači da bi u tom slučaju, recimo, samo neki od instrumenata obavio zadatak, ili da sonda promaši planetu, i sl.
Od lansiranja do danas, NH je proveo dve trećine vremena u hibernaciji. Time je znatno sačuvana elektronika a smanjeni su i troškovi misije. Pored navedenog, svake godine brod je prolazio kroz temeljni godišnji servis, odn. ACO (Annual Checkouts), od kojih je poslednji započeo prošlog 15. jula. Taj ACO je završen pripremama za poslednju hibernaviju započetu 29. avgusta a okončanu 6. decembra[13]. Signalu o uspešnom buđenju “New Horizonsa” trebalo je 4 sata i 26 minuta da prevali 4,7 milijardi kilometara koliko je delilo aparat od naše planete i antene DSS-43 u Kamberi (Australija), dela Nasine deep-space mreže DSN.
Sonda više neće ići na spavanje sve dok se ne sretne sa Plutonom. Faza prilaska planeti patuljku zvanično počinje 15. januara 2015. a završava se 14. jula. Tog dana u 10:50 po našem vremenu sonda će brzinom od tričavih 43.000 km/h proleteti na udaljenosti od 13.700 km od Plutona i 29.500 km od Harona, i prvi put ispitati njihove svetove[14]. Čekanje do jula izgleda mi odjednom vrlo dugo.
 |
 |
Dva različita pogleda na nove horizonte. Možda se oni negde u velikoj daljini seku? Nadajmo se svi.
[1] Poslednje letilice o kojima sam pisao, japanske „Hajabuse 1 & 2“ za istraživanje asteroida, teže su od NH skoro sto kg! Nasina misija „Dawn“, koja ima za cilj Vestu i Ceres, ima preko 1.200 kg, a evropska „Rosetta“, koja istražuje kometu, ima 2.900 kg! Čak i indijski orbiter MOM za istraživanje Mars, koji je trenutno na putu, ima težinu od preko 1.300 kg.
[2] Ovi mikromotori su korišćeni u misijama THEMIS (4 kom.), STEREO (12 kom.), „Coriolis“ (4 kom.), ACE (10 kom.) itd.
[3] Isti trasteri su se dokazali u misijama „Voyager“ (za njih su i pravljeni) i „Cassini“. Korišćeni su i u misijama EO-1, MSTI-3, CONTOUR, i sl. Ovi trasteri rade u kratkim pulsevima od nekoliko milisekundi.
[4] Hidrazin je jedina potrošna stvar na „Horizonsu“. Njegova potrošnja je bezbroj puta proračunavana i smatrano je da će na kraju misije u tanku ostati >20 kg za eventualni nastavak misije. Međutim, zbog izuzetno precizno odabrane trajektorije (bez potrebe za dodatnim manevrisnjem) proračuni pokazuju da će ostati preko 40 kg hidrazina. Inače, za jedan manevar tipa promene brzine spinovanja za 5 okreta u min. (tj. da se normalna brzina spinovanja zaustavi na nulu) treba oko 125 grama hidrazina. Očekuje se da će tokom misije trasteri biti uključivani ~200.000 puta, što je 35-40% manje od njihovih mogućnosti.
[5] Rezervoar je kapaciteta 90 kg, a goriva je pred lansiranje sipano onoliko koliko su dozvoljavala težinska ograničenja broda. Za stvaranje neophodnog pritiska u rezervoaru odabran je helijum umesto uočičajenog azota zato da bi se omogućio dodatni kilogram hidrazina. Merenja pritiska u tanku i temperature u različitim tačkama sistema omogućavaju kontrolorima da odrede koliko još ima goriva.
Inače, tank je tako postavljen da je dodatno štitio osetlivu elektroniku od zračenja RTG-a.
[6] Pluton se od 5. septembra 1989. polako udaljava od Sunca. Tada se nalazio na 29,657 AJ (4.437.000.000 km) od Sunca. Kada bude najdalji, biće na 48,871 AJ (7.311.000.000 km). Za 247,68 godina, koliko traje jedna orbita, Pluton će po orbiti prevaliti put od oko 36.889.000.000 km.
[7] Pored NH, u ovu klasu spadaju i misija „Juno“ (lansirana 2011) i „OSIRIS-REx“, koja će ako Bog da poleteti 2016. Mislim da NH košta oko \)700 miliona.
[8] U to vreme, plutonijum je dobijan u Nacionalnoj laboratoriji Oak Ridge a pročišćavan u Nacionalnoj laboratoriji Los Alamos. Prema prvobitnim planovima, RTG je trebalo da bude napunjen pročišćenim plutonijumom kupljenim od Rusa. Postrojenja u Los Alamosu su zatvorena u leto 2004. pa je čitav proces pročišćavanja goriva za Pluton jako kasnio. Tako je pripremljemo samo 9,76 kg plutonijuma, koji je bio mešavima preostalog goriva iz jednog od RTG-ova tipa „F-5“ predviđenih za misije „Galileo“ (2 kom.), „Cassini“ (3 kom.) i „Ulysses“ (1 kom.) i nedavno pročišćenog.
[9] Predlog je bio da „Pluto Express“ nosi RTG početne snage 290 W. Računalo se da bi do Plutona električna snaga pala na 231 W.
[10] Jedinica za apsorbovanje zračenja. 1 rad = 0,01 J/kg. Prilikom lekarske radioterapije, prosečna doza zračenja iznosi 4-8 kilorada. Vojna elektronika može da izdrži milion puta jače zračenje.
[11] Odmah po lansiranju brod je poslat u stanje tzv. pasivne spinovane hibernacije (PS-H). To stanje isključuje bilo kakvu autonomnu kontrolu leta a na minimum smanjuje potrošnju struje. tada se samo emituje prost modulisani signal radio-fara.
Od početka misije, NH je proveo 1.873 dana – oko 2/3 vremena – u hibernaciji. Tokom 18 hibernacijskih perioda, od sredine 2007. do kraja 2014, njihova dužina je varirala od 36 do 202 dana.
[12] Zbog velike udaljenosti a i manjka energije prenos podataka će se posle susreta sa Plutonom obavljati brzinom od oko 500-1000 b/s.
[13] Astronauti na misijama spejs-šatla „buđeni su“ svako jutro pesmom „Where My Heart Will Take Me“ tenora R. Watsona. Sada je on snimio novu verziju i ona je puštena zaposlenima kada je stigao potvrdni signal o buđenju sonde.
[14] Znam da bi svi mi voleli da je sonda nekako mogla da uđe u orbitu i istražuje makar godinu dana. Ali za tako nešto trebala bi da smanji brzinu za makar 90%, za šta bi joj trebalo preko 1000 puta više goriva nego što je NH ikada imao.
Još o letelici New Horizons
U okviru mog redovnog izveštavanja o statusu misije „New Horizons“ obaveštavam čitaoce da se sonda nalazi u odličnom stanju i na pravom kursu, 23 puta i više dalja od Sunca od Zemlje. Kada za tri godine doleti do Plutona ta udaljenost će porasti na 32,9 puta, što znači da je uspešno prevaljeno već 70% puta.
„New Horizons" najbliža letilica Plutonu
Početkom decembra, Nasina misija za istraživanje Plutonovog sistema „New Horizons“ našla se u specifičnoj situaciji, prišavši bliže Plutonu od bilo koje svemirske sonde u istoriji.
„Ledeni lovci“ traže cilj za „New Horizons“
Još jedna stepenica je preskočena! Pre tačno nedelju dana „New Horizons" se nalazio 2,39 milijardi kilometara (15,96 AJ) od Sunca, što znači da je prešao polovinu rastojanja između Zemljog položaja na dan lansiranja u januaru 2006. i Plutonovog položaja u vreme sretanja sonda sa njim u julu 2015.
New Horizons“ na četiri godine od cilja
U ovom momentu, najbrža svemirska sonda ikada lansirana – Nasin „New Horizons" – jezdi kroz svemirski bezdan skoro milion milja dnevno. Lansirana 2006, leti duže nego što su mnoge misije trajale, a pred njom su još više od 4 godine putovanja.
Pluton na horizontu
Još jedna stepenica je preskočena! Pre tačno nedelju dana „New Horizons" se nalazio 2,39 milijardi kilometara (15,96 AJ) od Sunca,
New Horizons u društvu Kentaura
„New Horizons" se trenutno nalazi na 14,43 AJ od Sunca (2,16 milijardi kilometara[2]) i pre tri dana je prešao polovinu rastojanja između orbita Saturna i Urana, duboko zašavši u „region ...
NH spreman za novu dremku
Iako do susreta sa Plutonom i njegovim satelitima ima još podosta vremena i miliona kilometara, redovno čitam i pratim šta se dešava sa misijom „New Horizons". Čim ima nešto novo, trudim se da napišem ponešto i upoznam i vas sa time.
O New Horizons od početka do danas (20-tak prethodnih članaka)
New Horizons - Letnji radovi
Tačno je da rad oplemenjuje, ali njemu nikad kraja kada se radi o ovoj misiji - posebno preko leta, kada po rasporedu sleduje redovan godišnji servisni pregled letilice. Tačno je da rad oplemenjuje, ...
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
