Kada je 5. jula sonda “Juno” ušla u orbitu oko Jupitera, mnogi ljudi su bili iznenađeni brzinom koju je tokom tog manevra dostigla letilica. Ni manje ni više nego 265.540 km/h, ili što mu dođe isto, 0,02% brzine svetlosti! NASA je požurila i objavila (a i ja s njima) da je to najveća brzima koju je ikad dostigao neki ljudski artefakt. Da li je to baš tako? U stvarnosti, stvari su komplikovanije nego što izgledaju na prvi pogled.
„Juno“ je najrža sonda oko neke planete. (NASA).
Navođenje brzina letilica je često izvor priličnih nesporazuma kod „običnih“ čitalaca uglavnom iz dva razloga: referentnog sistema i svojstava trajektorije. Ako uzmemo naprimer američkog bespilotnog robota „Galilea“, videćemo da je njegova brzina zavisila od referentnog sistema i da takve sonde mogu da se smeste u tri referentna sistema. Prvi je heliocentrični, u kome se vektori izražavaju u odnosu na Sunce. Drugi je planetocentrični, koji izražava vektore u odnosu na planetu koja je krajnja destinacija, u ovom slučaju Jupitera. Konačno, imamo i geocentrični sistem, koji je na prvi pogled najbeskorisniji od sva tri ali je uz pomoć telemetrije sa broda najlakši za izračunavanje i, ustvari, služi za održavanje komunikacije.
Šta se od svega ovoga odnosi na brzinu „Juna“? Pa, objavljena brojka od 265.540 km/h nije precizna. Tokom prilaznog manevra, nekih 4.400 km iznad ekvatora Jupitera maksimalna dostignuta brzina u odnosu na Zemlju je bila nešto niža, 222.120 km/h (61,7 km/s, brojka koja ostaje približno 0,02% brzine svetlosti), dok je u odnosu na centar planete iznosila 208.620 km/h (57,95 m/s), a u odnosu na Sunce 213.480 km/h (59,3 km/s).
Tokom sledećeg koraka, prolaska kroz orbitnu tačku najbližu Jupiteru – zvanu periastron, periapsis ili perijovio – planetocentrična brzina je ostala skoro ista, 59 km/s, dok je geocentrična brzina iznosila 265.320 km/h (79,7 km/s). Alki koja je najveća brzina ikad dostignuta oko neke planete?
Ove kalkulacije nije lako izvesti jer su brojne kosmičke misije lansiranje prethodnih decenija često beležile svoje maksimalne brzine ne navodeći referentni sistem ili, neretko, brkajući ih. Međutim,Jonathan McDowell je to pokušao i zaključio da je stvarno 5. jula “Juno” tokom ulaska u orbitu dostigao najveću planetocentričnu orbitu (oko 59 km/s). Drugim rečima, nijedan ljudski objekat se do tada nije kretao tako brzo oko neke planete solarnog sistema.
Međutim, šta je sa geocentričnim i heliocentričnim brzinama? Obe, i 61,7 km/s koju je „Juno“ postigao prilikom ulaska u orbitu i 73,7 km/s koju je dostigao 27. avgusta u odnosu na Zemlju, blede u odnosu na 98,9 km/s (356.040 km/h) koju je 1989. godine postigla nemačka sonda „Helios“ tokom putovanja oko Sunca. Obzirom da sonda tada više nije bila u funkciji rekord se možda ne važi, ali onda je pobednik njegov dvojnik „Helios 1“, koji je 5. decembra 1980. dostigao geocentričnu brzinu od 96,2 km/s (346.320 km/h) u odnosu na Zemlju. Što se tiče heliocentrične brzine, dignuti palac ponoovo ide „Heliosu 2“[1], jer je 16. aprila 1976. godine leteo brzinom od 68,6 km/s.
Zapadnonemačka sonda „Helios“.
Orbite sonde „Helios 2“ u geocentričnom referentnom sistemu. (NASA/DLR).
Orbite sondi „Helios“ u heliocentričnom referentnom sistemu. (NASA).
Takođe, brzinu „Juna“ na Jupiteru su dostizale i prevazilaze neke druge misije koje su letele ka drugim telima solarnog sistema a koja nisu planete. Recimo, sovjetska sonda „ВеГа 1“proletela je 1986. godine na samo 8.890 km od glave Halejeve komete brzinom od 295.120 km/h (79,2 km/s) u odnosu na nju. To je najveća brzina kojom je neko ljudsko delo proletelo pored nekog tela Sunčevog sistema. Njena sestra „ВеГа 2“ nije mnogo zaostajala, pa je pored iste kometa proletela na 8.090 km brzinom od 76,8 km/s.
No u stvarnosti ti brojevi prilično zbunjuju zbog zakona orbitne mehanike. Kada se priča o brzinama letilica, kosmičke agencije najčešće ne vode računa koliko je eregije potrebno za manevrisanje (delta-V; ΔV) radi postizanja cilja. Velika brzina „Juna“ je postignuta zato što će sonda morati da proleti vrlo blizu Jupitera da bi ga detaljno ispitala iz blizine. „Galileo“, druga sonda koja se sve do 2003. nalazila u orbiti oko Jupitera, nije zahtevala tako niske orbite da bi proučavala satelite pa je početna orbita imala perijovio od 215.000 km umesto „Junovih“ 44.000 km.
U svakom slučaju, „Juno“ je dostigao ogromnu brzinu zaranjajući u Jupiterov gravitacioni bunar. Ali vratimo se našoj temi. Verovatno je najinteresantniji rezultat saznati kojom je brzinom neki brod dospeo u kontakt sa atmosferom – to je bio „Galileo“, koji je 7. decembra 1995. uleteo u atmosferu džina brzinom od 172.800 km/h (40 km/s). Sonda je tada bila izložena ubrzanju od 228 g a temperatura termičkog štita je bila izložena temperaturi od 16.000° C (!). Interesantno je da rekord u ulasku u Zemljinu atmosferu drži kapsula misije „Stardust“, koja se vratila na Zemlju sa uzorcima komete Wild 2 brzinom od 46.400 km. Najbrži brod sa posadom bio je „Apollo 10“ koji je 1969. ušao u atmosferu brzinom od 39.900 km/h (mada je verovatno razlika sa ostalim brodovima koji su se vraćali sa Meseca bila minimalna.)
Atmosferska sonda „Galileo“ ulazi u atmosferu Jupitera. Bio je to najbrži ulazak u atmosferu nekog tela koju je izvela ljudska letilica.
Kapsula „Apolla 10“, najbrži brod s posadom koji je uleteo u našu atmosferu.
Sve do sada pričali smo o „slobodnom“ gravitacionom ubrzanju. Najbrži uređaj koji je napustio Zemlju gonjen ljudskom tehnologijom bio je „New Horizons“. 2006. godine, raketa „Atlas V 551“ uspešno je odneo sondu na trajektoriju bega brzinom od 58.536 km/h (16,26 km/s) u odnosu na Zemlju i 162.000 km/h (45 km/s) u odnosu na Sunce. Tih 45 km/s je godinu dana kasnije palo na samo 19 km/s, jer se brzina bega po hiperboličnoj orbiti smanjuje kako se udaljavamo od Sunca. Zato je kod putanja ovog tipa tako važna ne početna brzina ili ona dostignuta tokom manevara gravitacionih asistencija, već brzina koja će se postići na velikoj udaljenosti od Sunca. Zato je „New Horizons“ proleteo pored Plutona brzinom od 14 km/s, brzinom vrlo bliskom onoj koju omogućava hiperbolična putanja.
„Voyager 1“ je brod koji se najvećom brzinom udaljava od Sunca.
Brzina „Voyagera 2“ u odnosu na Sunca. Brzina se povremeno povećavala zbog gravitacionih asistencija planeta.
Ali „New Horizons“ nije brod sa najvećom brzinom bega iz solarnog sistema već „Voyager 1“, koji se udaljava od Sunca brzinom od 17 km/h iako je poleteo sa Zemlje manjom brzinom. To je postignuto primenom gravitacionih manevara sa Jupiterom i Saturnom („Voyager 2“ je izveo više planetnih preletanja, ali je zbog geometrije njegova putanja od 15,4 km/h sporija od „Voyagera 1“, ali još uvek brža od „New Horizonsa“). „Voyager 1“ će još drgo držati ovaj rekord (ne planira se neka misija koja će napuštati solarni sistem u sledećim decenijama), ali u budućnosti geocentrični i heliocentrični brzinski rekordi „Juna“ i „Heliosa“ biće prevaziđeni, jer će Nasina sonda „Solar Probe Plus“ proleteti pored Sunca brzinom od 720.000 km/h (200 km/s).
P.S.
O ovoj temi sam davno već pisao, aliizvori su bili drugačiji (malo). Suština se nije promenila (puno). “Ko je Karl Lewis u kosmosu?“
[1]Letilica je uz pomoć američke vojne rakete lansirana u Sunčevu orbitu 15. januara 1976. godine. Perihel orbite je iznosio 0,29 A. J., a afel 0,982 A. J. Satelit se okretao ~1 put u sekundi, a pravio je krug oko Sunca svakih 190 dana. Misija je trajala do 1981. god. ali su neki podaci stizali sve do 1985. Obe sonde su odavno "mrtve", ali su obe još uvek u orbiti oko Sunca.
Da bi shvatio o kakvoj se izduženoj eliptičnoj orbiti radi, samo da kažem da je u njenoj najdaljoj tački od Sunca brzina iznosila svega 20,3 km/s (72.985 km/h).
