Astronautika: misije

Generalno, NASA ima tri klase misija, koje se razlikuju u lovi koju su glavešine spremne da odvoje za svaku od njih. Srednja od njih košta oko milijardu, i do sada su lansirane tri sonde ove klase: 'New Horizons', 'Juno' i 'OSIRIS-REx'. Trebalo je odabrati sledeću misiju, ali kako? Šta bi ti odabrao da si ministar Branislav Nedimović? Šta je NASA uradila? Čitaj dalje pa ćeš videti...

t1

Posle dugih analiza i većanja, NASA je prošle godine stigla do finala, u koje su ušla dva predloga budućih misija programa 'New Frontiers'. Ta dva koncepta su posedovala dve zajedničke stvari:

  • Oba bi učinila uverljiva naučna istraživanja.
  • Oba ne bi započela svoje naučne misije sve do sredine 2030-ih.

Ne računajući navedeno, dve misije ne mogu biti različitije.

Misija 'CAESAR' (Comet Astrobiology Exploration Sample Return) bi se vratila na kometu 67P/Čurjumov-Gerasimenko koju su prethodno proučavali Esina robotska sonda 'Rosetta'i njen 99-kilogramski lender 'Philae'. Kosmička letilica CAESAR bi bila high-techkamion koji bi imao zadatak da pokupi malu količinu leda i prašine s površine i zatim se vrati na Zemlju. Osim nekih usputnih promatranja koja bi izvele njene inženjerske kamere, nauka bi počela tek kada bi uzorci bili dostavljeni direktno sofistikovanim instrumentima u zemaljskim laboratorijima, gde bi bili analizirani zrna po zrnu i izotop po izotop.

Misija 'Dragonfly' bi se vratila na površinu Saturnovog meseca Titana, koji je istovremeno i zemaljski i krajnje vanzemaljski svet. Letilica bi menjala svoju namenu leteći s vremena na vreme na nove lokacije, ali i ostajući u mnogo dužim razdobljima u vidu stacionarne površinske stanice. Svaki let bi predstavljao istraživačko putovanje iznad jedva poznate površine. Svako sletanje bi značilo novu lokaciju za široka istraživanja. Svaki minut svog potencijalno višegodišnjeg boravka na Titanu potrošiće se na nauku.

Kao što sam nabacio, obe misije su bile finalisti u konkurenciji za Nasinu četvrtu misiju klase 'New Frontiers'. (Prethodni pobednici su bile sonde za istraživanje Plutona i Kajperovog pojasa 'New Horizons', Jupiterov orbiter 'Juno'i misija za uzimanje uzoraka sa asteroida 'OSIRIS-REx'.) Biće to misija srednje klase Nasinog programa za istraživanje solarnog sistema, koje se lansiraju jednom u dve decenije. Nasini menadžeri su na kraju odabrali navedena dva koncepta iz grupe od dvanaest predloga (i ovde).

Misije 'CAESAR' i 'Dragonfly' se toliko razlikuju jer predstavljaju različite faze u napredovanju istraživanja. Komete su već imale nekoliko misija proletanja pored njih i jednu orbiter-lander misiju. Kao rezultat toga, najveći prioritet među stručnjacima za komete jeste prelazak na sledeći korak, a to je uzimanje uzoraka. Dalje istraživanje nije prioritet. Misija s najmanjim rizikom koja uzima i donosi uzorak je najbolja misija.

Titan je, s druge strane, proučavan od strane sonde 'Cassini'zahvaljujući mnoštvu proletanja, kumulativno mapirajući površinu u maloj do umerenoj rezoluciji. (Titanovu atmosferu je takođe istraživala sonda 'Huygens'koja se spustila na površinu, ali je izvršila samo najjednostavnija merenja fizičkih svojstava površine nakon što je sletela.) Sledeći korak je da se površina detaljno prouči. Titan nudi jedinstvenu priliku u Sunčevom sistemu gde gusta atmosfera u kombinaciji s niskom gravitacijom omogućava naučnoj stanici da se seli tako što će leteti sa jedne na novu lokaciju. Za ovaj svet, istraživanje je prioritet.

'CAESAR'

Već i vrapci na grani znaju da komete predstavljaju duboko zamrznute ostatke iz vremena rođenja solarnog sistema. Oni sadrže relativno nepromenjene ledove i prašinu još iz međuzvezdanog oblaka od kojeg je nastao naš solarni sistem, kao i obrađeni materijal koji je nastao u najranijim fazama formiranja tela veličine kometa. Donoseći uzorke na Zemlju, naučnici će moći da odrede koji su materijali bili dostupni u procesu formiranja planeta. Oni će takođe moći da proučavaju najranije hemijske procese koji su doveli do stvaranja složenijih molekula i fizičkih procesa koji su akumulirali međuzvezdani materijal u veća tela. Kao što je jedan nedavni naučni rad istakao, 'komete beleže hemijsku evoluciju u protoplanetarnom disku i omogućavaju nam da otkrijemo istoriju nastanka organskih i isparljivih materija', dok drugi izvor napominje da je letilica 'Rosetta' utvrdila da je kometa 67P 'otkrila veću raznolikost molekula nego što je prethodno bilo identifikovano'.

t2
Kometa u boji. Slika je napravljena 'Rozetinom' kamerom OSIRIS 13. marta 2015. sa udaljenosti od 70 km. Ova slika je nastala preklapanjem slika snimljenih kroz tri filtera. Sjajna mesta su verovatno naslage ledova.

Međutim, instrumenti koji mogu da se uklope u uske težinske, gabaritne i financijske margine da bi poleteli na kosmičkoj letilici ograničeni su u svojoj sposobnosti da istraže sastav takvih materijala. Daleko sofistikovaniji instrumenti u laboratorijima na Zemlji – koji mogu da budu veći od čitavih kosmičkih letilica pa čak i raketa – mogu da proučavaju uzorke zrno po zrno i izotop po izotop. Krajnji cilj istraživanja, gde je to tehnički izvodljivo, za svaki svet je doneti uzorke na Zemlju kako bi detaljno istražili njihovu nastanak i evoluciju.

Tim koji je predložio misiju 'CAESAR' postavio je niz hipoteza koje bi se mogle potvrditi ili odbaciti ispitivanjem uzoraka u laboratorijima na Zemlji. Podeljene na tri teme, hipoteze se bave različitim razdobljima formiranja Sunčevog sistema počevši od prelaza iz međuzvezdanog oblaka iz kojeg je nastao Sunčev sistem. Hipoteze na ovu temu obrađuju pitanja o tome koje su vrste nepromenjenih međuzvezdanih materijala sačuvane (ili ne) u 67P. Sledeća tema govori o prirodi materijala u protoplanetarnom disku, a time i o materijalu koji je bio dostupan za izgradnju najranijih malih tela. Ovde se ključna pitanja fokusiraju na to da li je 67P direktni potomak međuzvezdanog medija ili sadrži silikate i organske materije koji su se formirali blizu ranog Sunca, a zatim izbačeni u spoljnji Sunčev sistem i bili zarobljeni unutar materijala od koga je nastao 67P. Poslednja tema govori o tome kako je sadašnje telo koje čini 67P formirano od čestica leda i kamenja dostupnih u najranijem solarnom sistemu, i kakvu ulogu su tela kao što je ovo igrala u slanju materijala, posebno isparljivih materija poput vode, na planete.

Misija 'CAESAR' bi bila misija koja bi pratila prethodno odabranu, a sada u toku, 'New Frontiers'misiju 'OSIRIS-REx'. I dok su komete smatraju najstarijim zamrznutim ostacima nastanka Sunčevog sistema, nekoliko klasa asteroida se smatra primitivnim ostacima iz vremena najranijeg formiranja čvrstih tela bliže Suncu. Letilica 'OSIRIS-REx' je stigla do svog cilja, asteroida Bennu, za prošlu 2019. Novu godinu. Nakon temeljnog istraživanja ovog malog tela promera ~245 metara pomoću grupe instrumenata za daljinsko ispitivanje, letjelica će se spustiti, a robotska ruka će uhvatiti uzorak s površine koji treba da donese na Zemlju u jesen 2023. godine.

t3
Misija 'CAESAR' bi trajala oko 14 godina.

t4
Sistem za čuvanje uzoraka.

t5
Delovi sistema za uzimanje uzoraka.

t6
Šematski prikaz 'CAESAR-ove' kapsule za prikupljanje uzoraka (SRC) koji će projektovati Japanci. SRC bi bio otvoren čitavo vreme putovanja do Zemlje kako bi uzorak ostao hladan. Tek pred ulazak u atmosferu, SRC bi se zatvorio.

t7
Sistem za prikupljanje uzoraka
 buduće Nasine sonde.

Prikupljanje uzoraka sa vrlo malih tela predstavlja veliki inženjerski izazov, jer je gravitacija premala da bi se izvelo konvencionalno sletanje i površinske operacije. Poput misija za uzimanje uzoraka sa asteroida kao što su dve japanske 'Hayabuse' i američki 'OSIRIS-REx', kosmički brod 'CAESAR' bi koristio 'touch-and-go' mehanizam za uzorke. Letilica bi se polako spuštala na površinu sa sistemom zaprikupljanje uzoraka na kraju duge 'ruke' ispod sonde. Tokom 5 sekundi, u kojima će sistem za prikupljanja biti u kontaktu s površinom, materijal kometinog tla će se uz pomoć mlaza azota ubaciti u kontejner za čuvanje materijala. Budući da komete sadrže ledove koji mogu da svore čvrstu koru na površini, 'CAESAR-ov' sistem za prikupljanje uzoraka (za razliku od 'OSIRIS-REx-ovog' sistema, jer se na njegovom asteroidu ne očekuje led) bi imao specijalne zupce sa oprugom za razbijanje kore. Cilj misije je da pokuša da prikupi najmanje 80 grama prašine i leda (mada svi očekuju oko 300 grama); sistem za prikupljanje može da se upotrebi nekoliko puta, ako na raspolaganju bude dovoljno materijala. Nakon tog kratkog kontakta, 'ruka' će delovati poput pogo-štapa koji će odgurnuti kosmičku letilicu sa površine i odbaciti je natrag u svemir.

Slično kao i kod 'OSIRIS-RExa', nakon potvrde instrumenata da je uzorak uspešno prikupljen, kontejner sa uzorkom će biti smešten unutar povratne kapsule koja će na kraju odneti uzorak na Zemlju nakon vatrenog ronjenja kroz našu atmosferu. Međutim, ova kapsula i njezin ugrađeni sistem za čuvanje uzorka imaju dvije glavne inovacije koje nisu bile potrebne u misiji 'OSIRIS-REx'.

U 'CAESAR' misiji, ključni cilj je doneti i prašnu i minimalno izmenjene uzorke zaleđenog isparljivog materijala. Kada se uzorak nađe u povratnoj kapsuli, biće lagano zagrijan do približno -30° Celzijusa da došlo do sublimacije isparljivih tvari iz uzorka. (Ako ti -30° zvuči hladno, seti se da su komete duboko zamrznuti objekti bili i ostali čak i nakon Sunčevog zagrevanja za vreme prolaska kroz unutrašnji Sunčev sistem.) Sublimirani gasovi će poteći u sistem za zadržavanje gasova koji će ih čuvati na -60°C, gde će oni biti ili ponovo zamrznuti (naprimjer, voda) ili će ostati kao gasovi (npr. metan i ugljenikov dioksid), uzavisnosti od njihovih tačaka zamrzavanja. Uklanjanjem isparljivih materija iz uzorka osiguravaće se da kemijski ne modificiraju kruti uzorak tijekom povratnog leta na Zemlju. Takođe, njihovo čuvanje u ohlađenom stanju u sistemu za čuvanje gasova maksimalno bi umanjilo hemijske interakcije između isparljivih materija.

Potreba da se sačuvaju zaleđeni uzorci pokreće drugu razliku u odnosu na povratni sistem 'OSIRIS-REX-a'. Tokom poniranja kroz Zemljinu atmosferu na kraju misije, termoštit će apsorbovati znatnu količinu toplote koja će na kraju sigurno podići temperaturu uzorka. Za kameniti materijal koji će nositi misija 'OSIRIS-REx', to neće biti problem. Međutim, misija 'CAESAR' će odbaciti toplotni štit povratne kapsule čim se otvori padobran, minimizujući zagrijavanje uzorka. (Ovo je tehnologija koju su razvili Japanci za svoje misije 'Hayabusa', a njihova kosmička agencija bi osigurala povratnu kapsulu za 'CAESAR'.)

Postoji još jedna važna razlika između misija 'OSIRIS-RExa' i 'CAESAR-a'. Da bi inteligentno odabrali a kasnije interpretirali uzorke, naučnici moraju da razumeju objekat: Kakav je njegov oblik i unutrašnja građa? Koji su to procesi oblikovali površinu? Na koji način se sastav komete razlikuje duž površine? Misija 'OSIRIS-REx' je usmerena na objekat koji nikada ranije nije posećen. Kao rezultat toga, ta letilica nosi bogat teret kamera i spektrometara za mapiranje fizičkih svojstava površine i njenog sastava. Čak i ako misija samo uspe da kompletira istraživanje asteroida Bennu ali iz nekog razloga ne uspe da pokupi uzorke i donese ih na Zemlju, i to bi nam mnogo reklo o tome kako je nastao taj mali primitivni asteroid.

Cilj misije 'CAESAR', kometu 67P, prethodno su proučavali 'Rosetta' i njen delomično uspešan lander 'Philae'. Kao posledica toga, sonda 'CASEAR' ne bi trebala da nosi neke posebne naučne instrumente. Nosiće usko- i širokougaone inženjerske kamere koji bi se koristile za ponovno slikane površine 67P, koja se verovatno promenila tokom prethodnog perihelskog prolaska kroz solarno grejanje. (Identifikovanje promena bi bio koristan naučni nusprodukt.) Prema ovim slikama, naučni i inženjerski timovi bi procenili koliko sonda sme da priđe površini, da li materijal površine ima fizičke karakteristike kompatibilne s mehanizmom za uzimanje uzoraka, može li ruka da upotrebi mehanizam za uzorke na površini, itd.

Na temelju mapa izvedenih iz 'Rosettinih' slika, 'CAESAR-ov' tim trenutno očekuje da uzme svoje uzorke s jednog od glatkih terena koji se, izgleda, sastoji od materijala koji je tamo skliznuo s hrapavih terena koji bi bili nesigurni za direktno uzimanje uzoraka. Glatki tereni takođe verojatno sadrže materijal koji su izbacili džetovi koji ispuštaju oblake isparljivih materija i prašine u prostor oko 67P svaki put kada se približi Suncu. Kako se čini da su stenoviti i organski materijali gotovo ravnomerno raspoređeni po površini, ključni odlučujući faktor za konačno mestu uzimanje uzoraka će se verojatno bazirati na bogatstvu prisutnih isparljivih materija.

Nakon što letilica 'CAESAR' pokupi uzorak, brzo će se odmaknuti od komete i pričekati početak putovanja nazad na Zemlju. Ako sve prođe kako treba, uzorak će biti isporučen na Zemljinu površinu 20. novembra 2038., četrnaest godina nakon pokretanja misije. Nakon što pokupe kapsulu sa uzorcima, dragoceni gasovi, ledovi i čvrsti uzorci biće pažljivo sačuvani. Početne analize na delu uzoraka izvele bi se pomoću laboratorijskih instrumenata koji će biti 20 godina napredniji od ovih dostupnih danas. Očekuje se da će se uzorci analizirati decenijama nakon dolaska na Zemlju. jer će naučnici razvijati sve rafiniranije uređaje i instrumente.

'DRAGONFLY'

Na žalost jednog tima a na sreću drugog, dok sam pisao ovo gore, osvanule je vest da je od dvojice finalista pobedio ovaj drugi – 'Dragonfly', ili što bi mi rekli 'Vilin konjic' – dron koji će istraživati Titan, najveći Saturnov satelit. Čitava prethodna priča o Cezaru, znači, ide ad acta.

To predstavlja svojevrsno iznenađenje, jer kad je ušla u uži izbor kao finalista sa 'CAESAR-om', niko nije davao ni pet para za nju. 'Dragonfly' je uzbudljiva misija, ali i izuzetno rizična. Govorimo o slanji vazduhoplova opremljenog radiotopskim generatorom na ledeni svet koji se nalazi 1,5 milijardi kilometara od Sunca. 'Dragonfly' će morati da preživi ulazak u Titanovu atmosferu brzinom od 7,4 km/s nakon što je proveo 9 godina u kosmosu. Potom će brod morati da otvori dva padobrana i odbaci termoštit pre nego što izvede let po Titanovoj atmosferi uz pomoć svojih 8 rotora. Kao da to nije dovoljno, ogromna udaljenost između Titana i Zemlje znači da će 'Dragonfly' morati da leti potpuno samostalno i suoči se s nepredvidivim okolnostima koje će ga tamo dočekati.

t8
'Dragonfly' se priprema za novi let iznad dina Titana.

S druge strane – videli smo i sami – drugi finalista je imao sve što je potrebno za pobedu. 'CAESAR' je 'samo' trebalo da donese uzorke sa komete Čurjumov-Gerasimenko. Za razliku od Titana, donošenje uzoraka sa kometnog jezgra je predstavljao prioritet za naučnu zajednicu. Meta je već bila detaljno studirana uz pomoć evropske sonde 'Rosetta', o čemu smo imali priliku da čitamo na ovom sajtu. Tehnološki, misija je trebalo da koristi proverene elemente sa sondi 'OSIRIS-REx' i 'Hayabusa 1 i 2'. Konačno, očekivana je saradnja Nase i japanske agencije JAXA a glavni istraživač je trebalo da bude slavni prof. Steve Squyres. Ali ništa od navedenog nije impresioniralo Nasu, koja se opredelila za mnogo smioniju i fascinantniju misiju za široku javnost, kojoj nauka i nije neki prioritet.

t9
Elementi sonde 'Dragonfly'.

t10
Sekvence ulaska 'Dragonflya' u Titanovu atmosferu.

t11
Polja dina na Titanu sa sondom 'AVIATR', koja je otkazana (Saturno bi se mogao da vidi na nebu jedino ako bi imali infracrveni vid).

'Dragonfly' će poleteti 2025. a na Titan će stići 2023. Nažalost, neće biti u mogućnosti da poseti jezera i mora severne polulopte jer će tada biti sredina zime na Titanu, i oni će se nalaziti u mraku. Iako će 'Dragonfly' nositi MMRTG, jako niske temperature na Titanovom Arktiku bi mogle da oštete njegovu avioniku. Zato će 'Dragonflyov' prioritet biti ekvatorijalna polja dina Titana, najveća u Sunčevom sistemu. Osim dina koje su načinjene od organskih materija, 'Dragonfly' će analizirati Titanovu atmosferu i tražiti udarne kratere za proučavanje odnosa između ledene kore i vodenog plašta sa površinom. U tu će svrhu nositi nekoliko kamera, spektrometar gama i neutrona (DraGNS), meteorološku stanicu (DragMET), pokretni seizmometar i maseni spektrometar (DragMS). DragMS će proučavati uzorke dobijene bušilicom CryoSADS, a konstrukcija će se baziratii na instrumentu SAM rovera 'Curiosity'.

t12
'Dragonfly'.

t13
Plan istraživanja 'Dragonflya'.

t14

t15
Dron odozdo.

'Dragonfly' će putovati do Titana unutar termoštita prečnika 3,7 metara, sličnog kao i 'Curiosity' samo manjeg. Mada se reklamira kao dron, 'Dragonfly' će iznad svega biti statična laboratorija koja će 99% svoje misije obavljati sa površine. 'Dragonfly' će biti druga sonda koja je posetila Titan posle evropske misije 'Huygens' 2005. i biće tek treći uređaj koji će leteti po drugom svetu, nakon Venerinih balona sovjetskih sondi 'VeGa' iz 80-ih i budućeg Marsovog mini-helikoptera koji će poneti rover 'Mars 2020', o čemu sam već pisao. Istina je da niko danas nema pojma šta bi 'Dragonfly' mogao da pronađe kad sleti na Titan. 'Dragonfly' će predstavljati istraživanje u najčistijem obliku, zato što se kaže vežite pojaseve. Idemo na Titan!

t16
Jedan od nosioca projekta, Elisabeth Turtle, sa 4x manjim modelom sonde.

t17
Naša najbolja slika Titana.

t18
Amblem misije.


https://youtu.be/YXqc4Ph-UMI

t19

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


 


leksikon 190


 

stranica posmatraci2019


 

CURRENT MOON


tvastronomija18