Astronautika: misije

U nastavku serije tekstova o problemima sa kojima se susreo “File” prilikom sletanja na kometu Čuri, pokušaću da prenesem ono što su naučnici otkrili na osnovu podataka instrumenata na lenderu. I pored svega, ni danas se ne zna gde je tačno sleteo “File”.

Četvrtina težine “Rozetinog” lendera nazvanog “File” činili su naučni instrumenti – ukupno 26,7 kg. Na osnovu predloga različitih naučnika, predvođenih Helmutom Rosenbauerom iz MPS (Max Planck Institute for Solar System Research) iz Katlenburg-Lindaua (Nemačka), aeronautičke agencije i istraživački instituti 6 evropskih zemalja i ESA proizveli su 10 naučnih instrumenata i različitih brodskih podsistema. Jedan od njih je ROMAP (Rosetta Lander Magnetometer and Plasma Monitor), kojim rukovode Hans-Ulrich Auster sa Tehničkog univerziteta iz Braunšvajga i Istvan Apathy sa Atomskog istraživačkog instututa KFKI iz Budimpešte (Mađarska).

ROMAP je instrument koji je služio za osmatranje magnetnog polja i plazmenog okruženja jezgra komete 67P/Čurjumov-Gerasimenko. Sastoji se od kombinacije digitalnog magnetometra (ROMAG) i merača plazme (SPM) visokih rezolucija, i to je prvi takav instrument koji je stigao na jednu kometu.

romap1 romap2

Instrument ROMAP je težak 0,7 kg. Oba senzora su se zbog naučnih potreba nalazila na kraju 60 cm dugom rasklopivom nosaču.

Ono što je interesantno jeste da su 12. novembra 2014. instrumenti za merenje magnetnog polja na orbiteru “Rozeta” i na lenderu “File” bili ti koji su imali zadatak da prate spuštanje lendera na površinu komete.

To je bilo moguće zato što su i lender i orbiter generisali sopstvena mala magnetna polja, nastala usled rada električnih kola unutar letilice[1]. Ta magnetna polja su stvarala perturbacije koje su tehničari normalno uklanjali iz podataka da bi mogli lakše da analiziraju čista prirodna magnetna polja koje stvaraju kometa i solarni vetar. Međutim, 12. novembra, te perturbacije su trebale da budu analizirane da bi se pratilo sporo spuštanje lendera ka površini komete 67P.

Čim se lender u 08:35 UTC SCETodbojio od matične letilice, kako se “File” udaljavala tako je registrovano postepeno smanjivanje magnetne perturbacije u blizini orbitera. Osam minuta kasnije, kada je lender otvorio nosač koji drži ROMAP instrumet[2], detektovan je kratak poremećaj u perturbacijama, a slični poremećaji su registrovani i kada sedam časova kasnije tri nogara stajnog trapa dotakla površinu i odbacila ledner nazad u kosmos.

senzori
Raspored ROMAP senzora i glavni električni izvori perturbacija (udaljenost u zagradama u metrima u odnosu na letilicu).

Perturbacije su bile previše slabe da bi ih registrovali RPC instrumenti[3], koji su se nalazili na “Rozeti” na izvesnoj udaljenosti od “File”, ali su ROMAP senzori na lenderu mogli brzo i lako da ih očitavaju.

Bili smo u stanju da kažemo šta se dešava sa lenderom samo na osnovu promena u njegovom magnetnom polju,” priča danas rukovodilac ROMAP-a, dr Hans-Ulrich Auster.

Naravno, da je sve proteklo kako treba, glavni zadatak ROMAP-a tokom sletanja bio bi strogo naučni, a ogledao bi se prvenstveno u potrazi za “fosilnim” magnetizmom kometnog jezgra u poslednjih nekoliko stotina metara sletanja. Nakon sletanja, ROMAP bi ponovo igrao operativnu ulogu, jer bi pomagao naučnicima da utvrde ugao pod kojim se lender prizemljio. To je od vitalne važnosti jer bi omogućilo orijentaciju lendera tako da njegovi solarni paneli prime maksimalnu količinu svetlosti.

lender
Položaj glavnih instrumenata na “Fili”. Gore desno na nosaču vidi se ROMAP. Telemetrija je pokazala da je prvi “tačdaun” bio mekši nego što se očekivalo. te da se zato harpuni nisu aktivirali.

Rentgenski pogled
“Rendgenski” pogled kroz lender “File”. Pored naučnih instrumenata, vidi se reakcioni točak (crveni “Flywheel”) i rezervoar sa 3 l azota gasnog trastera (ADSActive Descent System holandske proizvodnje) pod pritiskom od 70 bara.

rozeta
12. novembra 2014. u 08:35 UTC evropski orbiter “Rozeta” je odbacio malog robota teškog 98 kg ka površini komete 67P. Usledilo je 7-časovno spuštanje. Treba znati da je “File” bila projektovana za sletanje na 46P/Wirtanen, mnogo manju kometu, brzinom od 1 m/s. Zbog kvara na raketi “Ariane 5”, misija je otkazana, Wirtanen je otpao, a novi izbor je postala Čurjumov-Gerasimenko. Zbog većih dimenzija nove komete, i brzina sletanja je trebala da bude 2-3 puta veća, pa je stajni trap trebalo promeniti. Uz to, sletanje je trebalo izvesti autonomno, bez pomoći sa Zemlje. “Filin” softver je koristio samo jedan prosti računarski čip sličan onom u ručnom kalkulatoru, koji su razvili i testirali Nemci i Mađari.

ROMAP timeline

Da bi rekonstruisali trajektoriju lendera i utvrdili mesto njegovog konačnog sletanja, od velikog značaja su podaci koje je poslao magnetometar ROMAP. Na osnovu njih, naučnici su rekonstruisali lanac događaja koji su se dešavali kritičnog 12. novembra na sledeći način:

-       Odvajanje od matičnog broda (08:35 UTC) potvrđeno je na osnovu slabljenja perturbacija magnetnog polja uočenog prilikom povećavanja rastojanja između “File” i orbitera; u tom trenutku lender se okretao oko svoje Z-ose brzinom od jednog kruga za 5 minuta. Lender je izbačen relativnom brzinom od 21 cm/s, a u tom trenutku nalazio se na udaljenosti od 22,54 km od centra komete

-       Kada se lenderu udaljio ~100 m od orbitera, uspešno je obavljeno otvaranje stajnog trapa, što je dovelo do promene brzine okretanja od jednog kruga za 8,5 minuta.

-       Uspešno je otvoren nosač ROMAP-a, a izmereni pad u magnetnom polju odgovarao je povećanju udaljenosti ROMAP-ovih senzora u odnosu na njihovu originalnu poziviju na lenderu;

-       Tokom sedmočasovnog putovanja ka odabranoj sletnoj lokaciji Agilkia sva merenja su bila normalna, a prvi “tačdaun” ROMAP beleži u 15:34:04 UTC (signal je stigao na Zemlju 28 minuta kasnije i potvrđen je u 16:03 UTC). Od odvajanja od “Rozete” do prvog kontakta sa tlom proteklo je 7 sati manje nepun minut.

-       Nakon prvog udarca, povećala se brzina okretanja lendera. Kada se lender odbio od površine, kontrolna elektronika reakcionog točka automatski je isključena[4] i tokom sledećih 40 minuta leta točak je svoj ugaoni momenat prenosio na “Filu”. Nakon toga, lender se okretao jednom svakih 13 sekundi;

-       Lender se odbio od površine brzinom od 1,37 km/h (38 cm/s) i odleteo kilometar nazad u kosmos[5]. Međutim, 46 minuta kasnije, u 16:20 UTC izgleda da se lender ponovo očešao o površinu, možda o ivicu nekog kratera ili neku izbočinu, što je usporilo njegovu rotaciju na jednom u 24 sekunde i dovelo do tumbanja lendera.

gustina energije
Plan dinamičke gustine energije opisuje kontakt koji je „File“ imala između prvog i drugog „tačdauna“. (ESA/Rosetta/ROMAP/IGeP_TU/Braunscheig/Hungarian Academy of Sciences/Centre for Energy Research/ Space Research Institute Graz).
Ovde je redak ZVUČNI snimak prvog dodira lendera sa kometom koji su snimili senzori instrumenta SESAME-CASSE (Comet Acoustic Surface Sounding Experiment) u stopama. Snimljene su zapravo mehaničke vibracije u akustičkoj frekvenciji.

To nije bio tačdaun kao onaj prvi, zato što nije bilo znakova smanjenja vertikalne brzine usled malog savijanja držača našeg magnetometra kao što je bio slučaj prilikom prvog i kasnije finalnog tačdauna,” objasnio je Hans-Hlrich. “Smatramo da je ‘File’ verovatno samo jednim nogarom dotakla površinu – nakon čega je lender počeo da se tumba. Više nismo mogli da pratimo rotaciju lendera oko Z-ose, jer je to kretanje postalo mnogo složenije sa snažnim signalima u merenju magnetnog polja.”

-       Nakon tog događaja, glavni period rotacije se malo smanjio na 1 rotaciju na 24 sekunde;

-       U 17:25:26 UTC “File” je dotakla površinu još jednom, prvo samo jednom stopom ali ubrzo sa sve tri, šaljući karakterističan “tačdaun” signal:

-       U 17:31:17, preletevši brzinom od samo 0,11 km/h (3 cm/s) verovatno još nakoliko metara, “File” se konačno smirila ležeći na sva tri nogara;

Tumačenje plana dinamičke gustine energije

Plan izložen gore prikazuje privremeni “kontakt” koji je “File” ostvario između prvog i drugog “tačdauna”. Tri panela predstavljaju, odozgo na dole, komponente X, Y i Z lendera. Boje označavaju energiju koju nosi frekvencija. Naprimer, crveno je “energetskije” od plave.

Tanka crvena linija u komponentama X i Y prikazuje povećanje frekvencije rotacije (prikazano kao narandžaste mrlje) kako je smanjivanje brzine okretanja reakcionog točka uzrokovalo povećavanje rotacije lendera, zbog očuvanja momenta. Da nije bilo nikakvog kontakta sa tlom taj momenat bi bio večno očuvan (tamo nema atmosfere koja bi izazvala značajno trenje) a frekvenvije bi ostale skoro nepromenjene nakon što točak prenese svu energiju na lender. (Primećuje se da zato što je točak isključen a momenat inercije “File” se ne poklapa u potpunosti sa lenderovim osama X. Y i Z, primećuje se da je oko 16:15 malo opala frekvencija rotacije, što možda znači malu nakrenutost ose rotacije).

Ali oko 16:20 dolazi do iznenadne proneme u frekvenciji rotaije, vidljive u sve tri komponente, što se na planu vidi kao debela vertikalna crvena linija. Vidljivo je da je rotaciona frekvencija u X i Y komponentama značajno opala, ali da je sada vidljiva rotacija u Z komponenti (žite i narandžaste mrlje). To označava naglu i dramatičnu promenu ose rotacije koja se može jedino objasniti sudarom sa tlom i promenom ose rotacije.

polje
Merenja magnetnog polja (B) koja je obavio “Filin” instrument ROMAP prikazuje tri “tačdauna”. Vreme je dato prema brodskom časovniku

Loš početak, ali srećan kraj

Uprkos lošem početku boravka na kometi, ipak su svi instrumenti uspeli da odrade svoje u sledeća dva dana. Podaci instrumenta SESAMEpokazuju da se “File” nije prvo spustila na mekano i rastresito tlo kako se očekivalo, već na tlo koje sadrži čvrst led ispod sloja prašine. Utvrđeno je da je mehanička čvrstina leda velika, a da je kometna aktivnost na tom mestu bila slaba. Na trećem mestu sletanja, instrument MUPUSnije uspeo da uđe previše duboko u tlo (samo par mm), iako je snaga “hiltija” postepeno povećavana. I na toj lokaciji je konstatovano prisustvo leda. MUPUS je na finalnoj lokaciji izmerio temperaturu od -153° C, s tim što je nakon otvaranja “balkona” temperatura pala za još 10°, vrovatno usled direktnog uranjanja u led.

U atmosferi komete, instrument COSAC je registrovao prisustvo organskih molekula, uključujući ugljenik i vodonik. Međutim, nije bilo moguće utvrdidi elemente tla jer lender nije uspeo da probuši kometinu površinu, verovatno zbog tvrdog leda. Bušilica SD2 (Sampling, Drilling and Distribution) izvršila je sve neophodne korake da uzorke tla ubaci u instrument COSAC, ali je utvrđeno da ništa nije ušlo u COSAC-ovu “rernu”[6]. SD2 je trebalo da bude poslednji od 10 instrumenata koji će biti pušten u rad.

I dok se “File” od 15. novembra 2014. nalazi u stanju hibernacije, naučnici ESA se nadaju da da će sonda (sa kometom) od polovine ove godine ipak doći u položaj u kome će dobijati više solarne energije i kada će moći da nastavi istraživanje komete 67P/Čurjumov-Gerasimenko. Za to vreme, “Rozeta” nastavlja da prati kometu iz orbite – udaljena je od Zemlje 458.360.000 km a od Sunca 317.430.000 km, nastavljajući da je proučava dok putuju ka avgustu i mestu najbližeg prilaska Suncu.

Trenutno, orbiter je na maloj visini iznad komete, a rukovodilac projekta “File”, Stephan Ulames iz Nemačkog aeronautičkog centra (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR) se nada da bi možda mogli da čuju, ili makar uoče lender.

Da bi lender ponovo počeo da radi, moraju da se sklope određeni uslovi. Prvo, unutrašnjost lendera mora da se popne na makar -45° C da bi ovaj izašao iz zimskog sna. Pošto na novoj lokaciji – Abidos – samo malo sunčeve svetlosti dopire do “File”, i temperatura je znatno niža nego na originalno planiranoj sletnoj lokaciji. Pored toga, lenderovi paneli moraju da stvaraju najmanje 5,5 vati da bi se lender probudio. Čim lender bude primao više od 5,5 W a njegova temperatura se podigne iznad -45° on će se probuditi, nastaviti da se greje i pokušati da napuni akumilatore.

zona
Zona potrage za lenderom. Slika je nastala kao mozaik 4 slike slikane uskougaonom kamerom OSIRIS 13. decembra 2014. sa visine od 20 km od centra komete.

Kontakt tokom kometinog dana

Kada se (i ako se) “File” probudi, uključivaće svoj prijemnik svakih pola sata osluškujući signale sa “Rozete”. To će biti u stanju da uradi čak i sa vrlo malo energije.

U ovom trenutku ne znamo da li je lender ipak budan,” kaže Koen Geurts iz kontrolnog centra DLR. “Da bi nam poslao odgovor, ‘File’ mora da uključi i svoj predajnik – a to zahteva dodatnu struju.” Da bi se uspostavila dvosmerna komunikacija, “File” treba da raspolaže sa ukupno 19 W struje.

U periodu od 12. do 20. marta “Rozeta” će izvesti 11 preleta na maloj visini koji će dovoditi orbiter u posebno povoljan položaj u odnosu na moguću lenderovu lokaciju tokom kometinog “dana” – kada je “File” obasjana Suncem i kada su njeni solarni paneli izloženi svetlosti. Pokušaji komunikacije će se nastavljati i posle toga, jer su se uslovi “Filinog” okruženja znatno promenili od novembra 2014.

Čekanje na proveru zdravlja

Čim se “File” probudi, prvo što će uraditi biće da pošalje na Zemlju zdravstveni bilten.

Mi ćemo odmah da procenimo stanje. U kakvom su stanju punjivi akumulatori? Da li sve radi na lenderu? Kolika je temperatura? Koliko energije stvara?” priča Geurts.

Od tih rezultata zavisi i maučni rad 10 instrumenata na “Fili”. Ako ne bude moguće dovoljo energije smestiti u akumulatore, solarna enegrija raspoloživa tokom kometinog dana određivaće da li će biti primenjena redukovana verzija merenja. Trenutno, veruje se da je “File” izložena Suncu samo 1,3 sata tokom 12,4-časovnog dana komete. Ako bi se baterije punile kako je planirano, merenja bi mogla da se obavljaju i tokom kometnih noći, omogućavajući, recimo, dugotrajna merenja.

Ako se veza ne bude uspostavila tokom marta, pokušaćemo ponovo sledeći put,” kaže Ulamec. “Čim se komunikacija sa ‘Filom’ uspostavi, nauči radovi će moći da se nastave.”

instrumenti
Naučni instrumenti na “Fili”.

 


[1] Ta magnetna polja su jako mala i mere se u nano- ili pikoteslama. Radi poređenja, mali magneti na frižiderima imaju u proseku snagu od 5 mT, što znači da stvaraju milion ili milijardu puta jače magnetno polje.

[2] U tom trenutku započeto je širenje nogara stajnog trapa i dve žičane antene eksperimenta CONSERT. Ta aktivnost je trajala 15 minuta.

[3] RPC-MAG – misli se na 6 senzora orbiterovog magnetometra.

[4] Točak, koji se nalazio u težištu letilice, uključen je 12 sati pre odvajanja lendera (20:24 UTC 11. novembra), a zadatak mu je bio da obezbeđuje pasivnu stabilizaciju tokom dugog padanja ka jezgru. Točak se okretao brzinom od 8.000 puta u minutu.

[5] O kolikoj brzini se radilo, i koliko je sve bilo kritično, samo da kažem da je brzina bega sa komete iznosila ~1,6 km/h (44 cm/s). Radi poređenja, brzina bega sa Zemlje iznosi oko 40.230 km/h.

[6] Lender je imao na raspolaganju 10 rerni srednje temperatrure (max 180° C), i 16 rerni visoke temperature (max 800° C).

 

'Rosetta' blog 1: sve je spremno za susret

Zašto „Philae“ nije imala sreće?

Gde je „Philae“? Kada će da se probudi?


Jjoš neki linkovi:

Rozeta - Rigorozne pripreme za randevu sa kometom • SVEMIRSKA SONDA "ROSETTA" Odloženo lansiranje • Roseta lansirana • Program • Poseta centru ESA • Plan susreta sa asteroidimaProlaz pored Zemlje i takmičenje • Pisma: O Rozeti • Rosetta uspela da snimi "Pariz"! • "Rosetta" spremna za kritični manevar • "Rosetta" proletele pored Marsa • "Rosetta" spremna za kritični manevar • Rosetta - Podaci o manevru u toku dana • Rosetta - snimak Marsa • O poreklu naziva misije • "Rosetta" poslala fotografije • Rosetta - skoro ubila Mars ESA i NASA sarađuju • ROZETA PROLEĆE PORED ZEMLJE • Probuđena sonda se približava asteroidu • MISIJA ROSETTA - RANDEVU SA ŠTEINSOM


 

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