Astronautika: misije

Juno“, ili kako mi kažemo „Junona“, najveća Nasina avantura ka spoljnim planetama nakon „New Horizonsa“, dokazuje da solarna energija može da se meri sa  uklearnom. Da, ali ne u dalekom kosmosu.

se1
Najnovija „Lockheed Martinova“ letilica na solarni pogon, „Junona“, verovatno bi prestala da radi ako bi otišla dalje od gasnog džina.

Simpatična misija. Jeftina, nepretenciozna. Zato sam pre mesec dana napisao storiju o misiji 'Junona'. Ono što je na prvi pogled odvaja od ostalih misija jesu ogromni simetrični solarni paneli – ima ih tri (3× po 2,7×8,9 m) i to su najveći takvi ikad poslati sa nekom međuplanetnom sondom. I na najveću daljinu. Da su na Zemlji, paneli bi davali impozantnih 12-14 KW struje, ali na Jupiteru to iznosi tek nešto jače od 400 W, i vremenom će usled zračenja planete padati sve više.

Mnogi su se pre lansiranja pitali zašto NASA kao izvor energije nije jednostavno montirala neki radioaktivni generator, ali to nije tako jednostavno ...

Ako želiš da odeš van sfere definisane prečnikom Jupiterove orbite, solarna energija će ti jako ograničiti mogućnosti da uradiš ono što si naumio,“ nedavno je izjavio dr Kevin Rudolph, vodeći sistemski inženjer u „Lockheed Martinu“, Nasinom proizvođaču kosmičkih letilica.

Kao što smo ne tako davno naučili od kometnog lendera „Philae“, koga je Evropska agencija bila prinuđena da isključi (o čemu sam napisao sve što je moglo da se pronađe), sonde na solarni pogon vrlo brzo gube snagu bez Sunčeve svetlosti. Obzirom da je „Junona“ prva sonda koja zavisi od Sunčeve energije a treba da ispita jednu spoljnu planetu udaljenu čak 5 AJ[1], nameće se logično pitanje: zašto solarni kolektori?

Kao i u većini slučajeva u životu, odgovor leži u – novcu. NASA je uložila značajne investicije u solarne panele vezane za Zemljinu orbitu, ali pored političkog podsticaja ka zelenim investicijama, tu je bila i Nasina ekonomska vezanost oličena u suočavanju sa Kongresnim finansiranjem. „'Junonu' je sponzorisao Nasin program 'New Frontiers' – koji poseduje striktno financijsko ograničenje. Da smo konstruisali letilicu koja je previše skupa, nikada nam je ne bi odobrili,“ priznaje Rudolph.

U okviri programa „New Frontiers“, osmišljenog za srednje skupa istraživanja Sunčevog sistema, u vreme kada je „Lockheed Martin“ započeo gradnju letilice 2003. godine „Junonina“ gornja granica je bila $700 miliona. Pošto solarni pogon nije zahtevao kupovinu skupog plutonijuma od Ministarstva za energetiku Amerike, „Junonin“ tim se okrenuo ka solarnim panelima kao pogonu za svoju misiju.

se2
„Junonini“
solarni paneli imaju skoro 19.000 solarnih ćelija i ukupnu površinu od 72 m2. uopšteno, u orbiti oko Jupitera sondi treba oko 405 W struje, što nije dovoljno ni da pokreće fen za kosu. Od toga se pola troši na zagrevanje sonde. Druga polovina, nekih 250 W pokreće sve instrumente i kompletnu avioniku.

se3
Solarne ćelije su postavljene na 11 panela, od čega su dva krila imala po 4 panela a treće samo tri, da bi bilo mesta za magnetometar. Sva tri panela su teška skoro 340 kg.

se4
Jedan od aktuatora (motora) koji su poslužili za otvaranje velikih solarnih panela. Funkcija panela nije samo da daju električnu struju, već učestvuju i u stabilizaciji sonde. U tome pomažu ovi aktuatori.

se5
Retka slika solarnih panela s druge strane.

Početkom dvehiljaditih, NASA je odabrala tim naučnika i inženjera da konstruišu instrumente – od specijalizovanog radio-sistema koji meri gravitacione promene do JunoCam, kamere spremne da slika vitalno važne kadrove u visokoj rezoluciji – iz uslov da minimalno troše struje. Želeli su da „dobijaju podatke koji su im potrebni, ali bez ugrožavanja nauke,“ objasnio je Rudolph.

Različiti instrumenti sonde zavise od struje manje ukupne snage od 500 vati, što „Junoninu“ ukupnu potrošnju struje čini manjom od jednog sobnog lustera.

Trenutno trošimo malo ispod 450 W, a trebaće nam oko 480 W kada započnu naučna istraživanja,“ kaže Rudolph. „Više od polovine energije ide u termostatički kontrolisane grejače, potrebne da bi održavali elektroniku toplom i čuvali gorivo od zaleđivanja.

Solar vs. Nuclear

Iako je „Junona“ konstruisana da bude termički efikasna, njeni grejači nisu dizajnirani da konvertuju struju u toplotu sa maksimalnom efikasnošću. Razlog je bio u tome što je inženjerijski tim brzo shvatio da im je „lakše da povećaju solarne panele nego da smanjuju elektro-potrošnju grejača,“ objasnio je dr Rudolph.

Poslednja velika Nasina sonda za istraživanje spoljnih planeta, „New Horizons“, koja radi i danas, 11 godina nakon lansiranja, troši radioizotopski termoelektrični generator (RTG, tj. nuklearnu energiju). Drugim rečima, glavni izvor energije za rad naučne aparature ne zavisi isključivo od izvora svetlosti, čija snaga dramatično opada među spoljnim planetama u poređenju sa Zemljinom orbitom.

Ali proširivši mrežu solarnih panela na preko 70 kvadratnih metara, konstatovano je na opšte čuđenje ja „Junona“ generiše jednako struje kao sonda „Cassini“, koja ima tri nuklearna RTG generatora. Obzirom da se „Cassini“ sada nalazi na samom kraju misije (nakon 20 godina leta, kraj se očekuje u septembru!), nuklearni raspad je znatno smanjio njihovu proizvodnju – do kraja misije svaki RTG će davati samo oko 211 W struje, što će biti ukupno ~633 W. „Junona“, sa svoje strane, nema problema sa nuklearnim raspadom.

To je zadivljujuće dostignuće jer to znači da solarni pogon – stara tehnologija u poređenju sa nuklearnim pogonom – stoji rame uz rame sa tehnologijom koja je smišljena za istraživanja dalekog kosmosa.

Iza Jupitera

Problem je što solarni pogon ne radi dobro „iza“ Jupitera. Iako „Junonine“ napredne galijum-arsenidne solarne ćelije – koje pretvaraju svetlost u struju triput efikasnije nego pređašnji solarni paneli – Rudolph kaže da daju značajno manje struje sada kada su u blizini Jupitera, ali još mnogo manje kada bi odleteli još dalje.

Upravo to bi se dogodilo sa solarnim pogonom ako bi sonda odletela sa Jupiterove orbite – gde dopire samo 1/27 deo one svetlosti koja stiže na Zemljinu orbitu – do Saturna, skoro dvaput daljeg od Jupitera (778 mil. km prema 1430 mil. km od Sunca). Uprkos izuzetnim solarnim panelima, sonda ne bi mogla da stvara dovoljno struje iza Saturna, gde jačina Sunčeve svetlosti opada na jednu trećinu one na Jupiteru. To znači da bi u trci između solarnih i nuklearnih generatora u blizini Jupitera, solarni već imali problem.

se6
„Junona“
tokom faze testiranja i montaže. Ona je druga sonda u orbiti Jupitera, nakon orbitera „Galileo“ koja je bila na nuklearni pogon.

se7
Žena koji kleči montira jedan od tri RTG-a.

Veruje se da na Evropi, poznatom Jupiterovom zaleđenom mesecu, postoji ogroman vodeni okean – koji bi, u slučaju da je jezgro dovoljno toplo, moglo da potencijalno bude gostoljubivo za neke osnovne forme života. Ali da bi došli tamo i saznali istinu, potrebno nam je više od pasivnih instrumenata na koje se „Junona“ oslanja u svojim naučnim studijama; trebaće nam snažni radar za mapiranje površine radi potrage za pogodnim mestom za sletanje – negde gde je tvrdo a opet dovoljno tanko za kopanje – a onda snažan sonar za istraživanje mutnih dubina. Oba ta “aktivna“ instrumenta bi zahtevala znatno jači izvor energije.

NASA razmišlja o Evropi kao cilju budućih misija,“ kaže Rudolph. „Ako im bude potreban radar za mapiranje površine Evrope, naći će se u velikom problemu. Letilica 'Magellan' je sedamdesetih godina posedovala aktivni radar koji je premeravao Venerinu površinu,“ i bio je pokretan solarnom energijom. Međutim, to je bilo moguće jedino zbog izuzetne blizine planete Suncu, objasnio je Rudolph.

Solarni pogon je dovoljan za pasivno istraživanje Jupiterovog sistema, pogotovu sada kada je zbog kvara motora došlo do predizajniranja orbite „Junone“. Iako neće prilaziti planeti na način kako je prvobitno planirano, siguran sam da će biti puno interesantnih podataka sa Jupitera. Nažalost, „Junona“ nikad neće krenuti dalje od mračne granice.

P.S.

Od kada sam poslednji put pisao o „Junoni“, poslala je neke zanimljive slike na Zemlju. Dok ih gledaš seti se da je kamera pridodata misiji u poslednjem trenutku jer je sonda trebala da bude „slepa“, ali su čelnici Nase shvatili da će bez fotografija misija biti potpuno nezanimljiva civilima.

se8

se9

se10

se11

se12

[1] Na toj daljini paneli primaju samo 3,7% one energije koju bi dobilali na Zemlji.

Storija o misiji ’Junona’

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:


Komentari

  • Boris Saksida said More
    Dragane,....baš lepo!A Marino.....baš... 4 sati ranije
  • Boris Saksida said More
    Ko bi sve to (barem malo!)... 4 sati ranije
  • Boris Saksida said More
    R.I.P. 4 sati ranije
  • Neđo said More
    Čovjek na Mjesecu do kraja ove decenije... 15 sati ranije
  • Dragan Tanaskoski said More
    Srbija je u malo boljoj situaciji od... 20 sati ranije

Foto...