Jedna od najvažnijih faza mnogih međuplanetarnih misija jeste ulaženje u orbitu. Sve mora da krene ispravno iz prvog pokušaja, ili sonda neće uspeti da uđe u orbitu oko svog cilja. Često se dešava da praktično nema popravki i druge šanse, pa se neuspeh u ulaženju u orbitu obično pretvara u neuspeh čitave misije. Sa toliko letlica koje su lansirane u orbite raznih objekata širom Sunčevog sistema, ovo je prilika da pregledamo neuspele ulaske u orbite u poslednjih pola veka planetnog istraživanja kako bi smo videli šta može i šta polazi po zlu. U ovom prikazu razmotrićemo samo misije koje su bile namenjene orbitiranju oko drugih tela solarnog sistema van Zemlje a preživele su lansiranje, ali su podlegle problemima dok su senalazile u tranzitu ili stigle do svojih ciljeva.
<< prethodni deo. 2/2
'NEAR' – 1998.
Američka misija 'NEAR'[1] (Near Earth Asteroid Rendezvous), koja je bila prva Nasina sonda klase 'Discovery' malih (i jeftinih) planetnih naučnih misija koje je lansirala, doživela je kvar pogonskog sistema koji je umalo ugrozio njenu misiju jednogodišnjeg orbitiranja oko asteroida (433) Eros. 800-kilogramski 'NEAR' lansiran raketom 'Delta II 7925' 17. februara 1996. [na slici dole (1)], kasnije je preimenovan u 'NEAR Shoemaker' u čast pokojnog američkog planetnog naučnika Eugena Shoemakera (1928-1997). 27. juna 1997. godine 'NEAR' je proletio na 1212 km od asteroida (253) Mathilde (2), prikupljajući u tom procesu nove vitalne podatke o asteroidima. 3. jula (3), 'NEAR' je izveo dvodelni deep-space manevar uz pomoć glavnog motora snage 450 njutna, da bi 23. januara 1998. krenuo u pravcu proletanja pored Zemlje na visini od ~540 km (4), a potom 3. januara 1999. krenuo na put ka Erosu.
Sonda se zatvara i vrh rakete pred lansiranje.
Plan je bio da se tokom tri nedelje izvede serija od četiri propulzivna manevra. Prvi i najveći, 20. decembra 1998. u 22:00 UTC, zahtevao je da se glavni motor uključi na 15 minuta kako bi promenio brzinu 'NEAR-a' za 650 m/s, čime su se orbite sonde i Erosa otprilike podudarile. Tri sledeća manevra su trebala da prilagode prilaznu trajektoriju i konačno uspostave orbitu oko cilja niske gravitacije. Međutim, 'NEAR-ov' glavni motor se ugasio samo delić sekunde nakon što se uključio, a komunikacija s 'NEAR-om' je prekinuta čim je sonda počela da se tumba. Nakon što su kontrolori konačno ponovo uspostavili komunikaciju 27 sati kasnije, otkrili su da su se njegovi hidrazinski trasteri uključivali i isključivali više hiljada puta dok je sonda uzaludno pokušala da povrati kontrolu nad svojom orijentacijom, potrošivši pritom 29 kg goriva i svodeći svoje rezerve na nulu. Istražitelji nikada nisu konačno utvrdili uzrok problema, ali je sigurno da su softver i operativne pogreške očito samo pogoršali problem.
Putanja 'NEAR-a' kako si se sastao sa (433) Erosom.
Zemaljska kontrolori je odmah smislila novi plan sa ciljem da po svaku cenu spašavaju misiju. Već je bilo prekasno za randevu s Erosom, pa su naučnici morali privremeno da se zadovolje posmatranjem Erosa na brzinu dok ga je 23. decembra 'NEAR' nadleteo na 3827 kilometara visine (5). Prema novom planu, 'NEAR' je 3. januara 1999. godine (6) izvršio veliko paljenje glavnog motora kako bi mu se trajektorija približno podudarila sa Erosovom orbitom. Nakon sledećih 13 meseci boravka u solarnoj orbiti, 'NEAR' je konačno završio svoj randevu poslednjim malim manevarom 14. februara 2000. 'NEAR' je uspeo da uspešno izvršiti svoju jednogodišnju misiju na Erosu, završavajući je uspešnim sletanjem na površinu asteroida (ovaj završni zadatak nije bio izvorno planiran osmišljen) 12. februara 2001, gdje je ostao sve dok nije bio isključen 16 dana kasnije. Za razliku od većine neuspešnih ulazaka u orbitu, 'NEAR' je imao sreću da se oporavi i spasi svoju misiju.
Levo: Slika Erosa snimljena 28. februara 2000. sa orbite oko asteroida.
Desno je poslednja slika asteroida snimljena pred spuštanje na površinu. Donji deo slike je izgubljen zbog gubitka telemetrije usled udara u površinu. Fotka je načinjena sa visine od 130 m i ima vidno polje od 6 m. Sitno kamenje je veličine ljudske šake.
'MARS CLIMATE ORBITER' – 1999.
Verovatno najpoznatiji neuspešni ulazak u orbitu bio je gubitak 'Mars Climate Orbitera' (MCO), čiji je neuspeh Amerika mogla da izbegne samo da nije tvrdoglavo odbijala da pređe na metrički merni sistem kao ostatak sveta. 'MCO' je bila jedna od Nasinih robotskih misija iz 90-ih za koju se vezuje geslo 'brže, bolje, jeftinije'[2]. Nažalost, jedan od načina da se misija učini jeftinijom jeste smanjivanje broja testiranja i nadzora izvođača. 'MCO' težak 638 kg nosio je nekoliko instrumenata za proučavanje atmosfere Marsa sa kružne orbite visine 421 km, uključujući kopije onih koje je izvorno nosila nesretna sonda 'Mars Observer' izgubljena 1993. Bilo je planirano da u početku 'MCO' uđe u eliptičnu orbitu oko Marsa s nominalnim periapsisom od 210 km i periodom od oko 15 sati. Nakon ulaska u orbitu, 'MCO' bi koristio 'aerobraking' tehniku, koju je prvi primenio jedan od njegovih prethodnika, 'Mars Global Surveyor', lansiran 1996, da bi tokom nekoliko meseci postupno spuštao svoju orbitu. Poslednjim propulzivnim manevrom bi tada podigao periapsis iz Marsove gornje atmosfere i cirkularizirao orbitu radi naučnih operacija.
'Mars Climate Orbiter' prilikom predlansirnih aktivnosti.
'MCO' je uspešno lansiran raketom 'Delta II 7425' 11. decembra 1998, a svoju prvu korekciju kursa (TCM-1) izveo je deset dana kasnije. Druga, manja korekcija putanje dogodila se 4. marta 1999. No, tokom treće korekcije, 25. jula, samo 60 dana pre dolaska na Mars, navigacioni tim misije je počeo da sumnja da nešto nije u redu sa dizajnom i izvršenjem manevara za korekciju budući da su njihovi proračuni neprestano pokazivali da se 'MCO' nalazi bliže Marsu od njihovih predviđanja. 19. septembra usledila je četvrta korekcija trajektorije (TCM-4), ali Doplerovo praćenje je pokazalo da će 'MCO' proći na 173 kilometra od Marsa umesto nominalnih 210 kilometara. Budući da je 'MCO' mogao da se približi na maksimalno 85 km od Marsa i preživi, kontrolori su odlučili da ne vrše petu korekciju.
Ali samo nekoliko sati pre ulaska u orbitu 23. septembra 1999. godine, JPL-ovi navigatori su objavili da će 'MCO' proleteti na samo 110 kilometara od Marsa. To bi bilo održivo, ali je 'MCO' trebao da poveća visinu periapsisa tokom svoje prve orbite. Potpuna veličina navigacione pogreške nije postala očigledna sve dok nije bilo prekasno. Otprilike pet minuta nakon paljenja kočionog motora u trajanju od 16 minuta i 23 sekunde radi ulaska u orbitu, kontakt s 'MCO-om' je izgubljen dok je proletao iza Marsa 39 sekundi ranije nego što je bilo predviđeno. 'MCO' se više nikad nije javio. Navodno, navigaciona greška je nastavila da raste i 'MCO' je prošao na gotovo 57 km iznad površine Marsa, usled čega je bio ili uništen u atmosferi ili izbačen nazad u heliocentrični kosmos.
Dijagram prikazuje stvarnu i planiranu prilaznu trajektoriju nesrećnog orbitera.
Kasnije je istraga o gubitku 'MCO-a' otkrila da je problem bio sramotno trivijalan. Da bi precizno predvideli trajektoriju 'MCO-a', JPL-ovi navigatori su morali da uzmu u obzir sve sile koje deluju na kosmičku letilicu, uključujući i male impulse trastera za kontrolu orijentacije. Umesto da budu snabdeveni tablicama impulsa trastera u metričkim jedinicama (njutn-sekundama) koje su zahtevali navigacioni programi JPL-a, proizvođač letilice, 'Lockheed Martin', poslao je tablice sa vrednostima u funta-sekundama. Kao rezultat, snaga navigacionih korekcija trastera je bila umanjena za faktor 4,5. Ova pogreška, u kombinaciji s većim brojem uključivanja trastera od prvobitno planiranih zbog asimetričnog rasporeda solarnih panela i ostalih dodataka, uzrokovala je kobnu navigacionu grešku. Gubitak 'MCO-a' i Nasinog 'Marsa Polar Landera' dva meseca kasnije iz nepovezanih uzroka rezultirao je velikom analizom inženjerskih praksi za takve manje misije i dvogodišnjim kašnjenjem daljnjih misija na Mars.
'NOZOMI' – 2003.
Ali SSSR i SAD nisu bile jedine zemlje koje su doživele neuspehe u planetnim misijama. Japanska 259-kilogramska sonda 'Nozomi'[3] (jap. 'nada', 'želja', のぞ; poznata i kao 'Planet-B') lansirana je iz kosmičkog centra Kagošima raketom 'M-V' (svi stepeni su bili na čvrsto gorivo!) 4. jula 1998, s namerom da uđe u orbitu oko Marsa 11. oktobra 1999. radi proučavanja Marsove atmosfere i, s periapsisom od svega 150 kilometara, dodatno istraži magnetne anomalije koje je svojevremeno primetio 'Mars Global Surveyor' u Marsovoj kori. Umesto da direktno pošalju sondu u transfernu orbitu za Mars, inženjeri su osmislili komplikovanu seriju manevara u sistemu Zemlja-Mesec tokom pet ipo meseci, koji su uključivali par proletanja kraj Meseca kako bi se korisni teret ubrzao i poslao na Mars.
'Nozomi' se priprema za start. Bila je to prva japanska sonda za proučavanje Marsa.
Kako često Amerikanci kažu za raketu, lansirno vozilo ('launch vehicle') 'M-V' uspešno je smestilo'Nozomi' u izduženu eliptičnu orbitu dimenzija 703×489.382 km oko Zemlje. 'Nozomi' je zatim izveo par lunarnih fly-bya 24. septembra i 18. decembra 1998. godine. Plan je bio da 20. decembra preleti na 1003 kilometara iznad Tihog oceana, zajedno sa 7-minutnim paljenjem glavnog bipropelantnog motora, da bi sonda konačno bila poslata na put ka Marsu. Neispravni ventil je rezultirao potrošnjom više goriva nego što je planirano i 'Nozomi' je dobio nedovoljnu brzinu za stizanje do Marsa. Kako bi problem bio rešen, nekoliko uključivanja motora radi korigovanja kursa izvedenih sledećeg dana takođe je potrošilo više goriva nego što je bilo planirano, te je ostavilo 'Nozomi' sa nedovoljno pogonskog goriva za dovršavanje predviđene misije.
Fotografija Zemlje i Meseca koju je napravio 'Nozomi' tokom manevrisanja kroz sistem Zemlja-Mesec pre odlaska ka Marsu.
Inženjeri su se odmah bacili da razvijanje alternativnog plana za spašavanje misije. Smišljeno je da se 'Nozomi' zadrži na solarnoj orbiti dodatnih četiri godine i napravi par proletanja pored Zemlje u decembru 2002. i junu 2003. koji bi sondi omogućili da se približava Marsu znatno sporijom brzinom u decembru 2003, omogućujući joj da uđe u orbitu s preostalim gorivom. Nažalost, rezervni plan je počeo da se topi 21. aprila 2002. kada su snažne solarne baklje oštetile 'Nozomijeve' komunikacione i elektroenergetske sisteme. Dok su tehničari smišljali zaobilaziti način za održavanje kontakta sa sondom, kratki spoj u električnom sistemu koji se koristio za kontrolu temperature hidrazina značio je da će se gorivo zalediti čim temperatura padne ispod 2°C, što će se dogoditi čim brod otputuje izvan Zemljine orbite.
'Nozomijeva' trajektorija za put do Marsa.
Iako se hidrazin otopio tokom prvog fly-bya pored Zemlje na visini od 29.510 km 21. decembra 2002, i drugog fly-bya na 11.023 km 19. juna 2003, ponovo se zaledio na putu prema Marsu, sprečavajući rad pogonskog sistema. Ti su se problemi još više pogoršavali kada je 8. jula 2003. izgubljen svaki kontakt s 'Nozomijem' i nikad nije uspostavljen, usled oštećenja komunikacionog sistema. 'Nozomi' je 10. decembra 2003. godine nečujno preletio na 894 kilometara iznad površine Marsa i nastavio ka dvogodišnjog solarnoj orbiti.
'AKATSUKI' – 2010.
Misija 'Nozomi' na Mars nije bila jedina japanska međuplanetna misija koja se susrela s problemima pri ulasku u orbitu. 'Akatsuki'[4] (na japanskom 'zora' ili 'jutarnja zvezda, あかつき), poznat i kao 'Planet-C' ili 'Venus Climate Orbiter' (VCO), japanska je misija koja je prvobitno trebala da tokom dve godine proučava atmosferu Venere sa orbite dimenzija 300×80.000 km i perioda od 30 sati pomoću svite od pola tuceta instrumente za promatranje Venere na talasnim dužinama od infracrvenog do ultraljubičastog. Lansiran 20. maja 2010. pomoću japanske rakete 'H-IIA', 518-kilogramski orbiter je dosegao svoj cilj 7. decembra. Plan je bio da 'Akatsuki' uključi svoj glavni motor snage 500 N u trajanju od 12 minuta radi kočenja i ulaska u početnu četvorodnevnu orbitu s periapsisom od 550 km i apoapsisom između 180.000 i 200.000 km. Naredni manevari bi na kraju postavili svemirsku letilicu u željenu 30-satnu orbitu za svoju primarnu misiju.
Posle dva dana čekanja zbog vremenskih uslova, japanska raketa 'H-IIA' №17 je 20. maja 2010. bila spremna za start iz kosmičkog centra Tanegašima.
'Akatsukijev' motor se uključio prema rasporedu i poneo sondu iza Venere, kako je i bilo planirano, što je rezultiralo očekivanim prestankom prijema radio-signala. Nažalost, kada se ponovo pojavila iza Venere i kada je uspostavljena komunikacija, sonda je zatečena u sigurnosnom režimu rada (safe mode). Zbog spore komunikacije preko brodske neusmerene antene, kontrolori su tek sledećeg dana utvrdili uzrok sigurnosnog režima i potvrdili da 'Akatsuki' nije uspeo da uđe u orbitu oko Venere. Kasnija istraga je pokazala da je glavni motor 'Akatsukija' prestao da radi samo tri minuta pre planiranog isključivanja. Veruje se da naslage nastale u ventilu koji se nalazio između tankova za helijumsku presurizaciju i hidrazin, smanjujući protok goriva u glavni motor u radu. Visoke temperature usled izgaranja smeše bogate oksidantom oštetile su motor, prisiljavajući ga na se ranije ugasi.
Foto montaža nekoliko JAXA-inih slika prikazuje keramički motor i mlaznicu (gore), i intenzivno zagrevanje (dole levo) grla tokom rada motora na zemaljskim testiranjima, posebno u uslovima kada je u mešavini za sagorevanje bio manjak goriva. Porast temperature je izazvao pucanje keramike, najčešće u regionu 'grla' (dole desno).
Nakon što su 7. i 14. septembra 2011. pokušli sa probnim uključivanjima glavnog motora i konstatovali da je previše oštećen te da nije za ponovno korišćenje, inženjeri su razvili rezervni plan za upotrebu manjih monopropelantnih trastera (koji su delili hidrazinsko gorivo s glavnim motorom) za ulazak u orbitu, ali tek kada letilica ponovno dospe u blizinu Venere u novembru 2015. Nažalost, zbog manje efikasnosti njegovih trastera, 'Akatsuki' je mogao da uđe samo u orbitu s apoapsisom između 300.000 i 400.000 kilometara i orbitalnim periodom od 9 dana, što je kompromitovalo njegovu znanstvenu misiju. Drugo važno pitanje je bilo kako će ovo petogodišnje kašnjenje dolaska do Venere uticati na ostale sisteme sonde, budući da je bila projektovna za četvero(ipo)godišnji radni vek, koji je još dodatno bio umanjen visokim temperaturama kojima je 'Akatsuki' bio izložen neplaniranim zadržavanjem na 203-dnevnoj solarnoj orbiti, uglavnom unutar one Venerine.
Umetnikov prikaz 'Akatsukija' koji ulazi u orbitu oko Venere koristeći svoje monopropelantske potisnike.
Uprkos bezbrojnih problema, 'Akatsuki' je preživeo svoj produženi tranzit do Venere, i 7. decembra 2015. uključio je svoje trastere na 20 minuta kako bi ušao u početnu orbitu od 400×440.000 km oko Venere, s periodom od 13,6 dana. Kočioni manevar izveden 26. marta 2016. snizio je apoapsis na 330.000 km i skratio orbitalni period na 9 dana. 'Akatsuki' je okončao svoju glavnu misiju u aprilu 2018. i trenutno je u produženoj fazi rada da, ako ništa, postane redak primer misije koja se oporavila od neuspešnog ulaska u orbitu.
UV izgled Venere koji je napravila Damia Bouic koristeći podatke 'Akatsukija'.
[1] Takođe jako zanimljiva misija, o kojoj sam takođe napisao e-knjigu. U predgovoru piše: '... Krajem prošlog veka NASA je smislila da bi neke kosmičke zadatke mogle da obavljaju letilice čije bi misije trajale do 3 godine a koštale bi manje od \(150 miliona. Prva letilica tog programa, nazvanog 'Discovery', bila je misija 'NEAR', čija je konstrukcija, lansiranje i prvih mesec dana rada koštalo \)122 miliona. Do kraja, ta cifra se duplirala. Zadatak misije je bilo proučavanje asteroida Eros, te je on postao prvi koji je ikad proučavan sa orbite. Kako je sonda završila na kraju?'
[2] 1992. direktor Nase D. Goldin je naredio smanjivanje troškova agencije ali bez žrtvovanja performansi. On je došao iz aeronautičke industrije i imao je iskustva sa jeftiinim projektima. Iako se često princip FBC (faster, better, cheaper) pripisuje Goldinu, njegov koren je još 40-ih posadila grupa vazduhoplovnih inženjera iz nevidljive kompanije 'Skunk Works'. U zavisnosti od kriterijuma, bilo je od 16 do 28 misija. 'NEAR' je bio prvi.
[3] Prva sonda koja je lansirana ka Marsu a da nije bila sovjetska ili američka, bila je japanska sonda koja je stoga zaslužila da o njoj napišem zanimljivu knjigu. U predgovoru piše: ' ...Sonda, koja je posle lansiranja 4. jula 1998. putovala više od 5 godina međuzvezdanim prostorom, nije uspela iz nekog misterioznog razloga da uđe u Marsovu orbitu, uprkos ogromnom trudu kontrolora misije. Na kraju je poslata naredba za promenu kursa da bi se izbegao sudar s planetom. Tako je 14. decembra 2003. sonda proletela na manje 1000 km od površine i nastavila nemo putovanje po heliocentričnoj orbiti.'
[4] I o ovoj misiji sam pre 5 godina napisao e-knjigu. U predgovoru piše: ' ...U nastavku serijala o japanskim međuplanetnim letilicama, upoznajmo se sa drugom po redu japanskom planetnom misijom, nazvanom 'Akacsuki'. Iako je trebalo da ova misija na Veneru traje 2 godine, letilica se, evo, nalazi u kosmosu već 5,5 godina a da još nije stigla do cilja. Šta je pošlo naopako? Ako znamo da do sada nijedna japanska deep-space ekspedicija nije protekla glatko a da Japanci ipak uspevaju da izguraju svoje naučne zadatke, vrlo je zanimljivo videti kako im to polazi za rukom.'
