Astronautika: misije

Uh, ove godine još nijednom nisam pisao o mojoj omiljenoj interplanetnoj misiji 'New Horizons' i planetnom sistemu kroz koji je penetrirao 2015. godine. Sećam se kako je američki astronom Mike Brown, poznat kao 'Čovek koji je ubio Plutona' jer je pronašao i druge slične objekte u Kajperovom pojasu, pričao da je njegova mala ćerka danima plakala i nije htela da priča s njim jer je ubio sirotu malu planetu. Iako znam da je čovek skoro pa genije, ipak mi je bliža njegova klinka, valjda zato što sam i ja tada imao malu slatku klinku. Od tada, sve što je vezano za Pluton – a pogotovu sonda koja ga je posetila – omiljena su mi tema.

nula
https://twitter.com/i/status/622046522595651584

Lansirana 2006. godine, sonda 'New Horizons' je u julu 2015. ušla u besmrtnu istoriju postavši prvi ljudski objekt koji je proleteo pored najvećeg i najpoznatijeg tela Kajperovog pojasa, patuljaste planete Pluton[1]. U januaru 2019. sonda je proletela na ~1.200.000 km pored još jednog tela u Kajperovom pojasu, Arrokotha – ranije poznatog kao Ultima Thule – ali njena misija nije time bila gotova. Doista, instrumenti sonde, koju su za Nasu osmislili i napravili inženjeri Laboratorije za primenjenu fiziku (APL) i Jugozapadnog istraživačkog instituta (SwRI), još uvek su aktivni, prenoseći sporo ali sigurno (1 kB/s) informacije s gotovo 8 milijardi kilometara (53 astronomske jedinice) dok se neprestano udaljava od Sunca, da se više nikada ne vrati.

Sonda se bliži kraju svog prvog proširenja misije u Kajperovom pojasu (Kuiper Belt Extended Mission, KEM) i već priprema drugo proširenje misije u ovom području Sunčevog sistema (KEM2), koje će početi između 2023. i 2025. (u stvarnosti, između fiskalnih godina 2023. i 2025.). Osim toga, nastavlja se potraga za objektima iz Kajperovog pojasa (KBO) koje će sonda verovatno posetiti tokom ove decenije, iako za sada nijedan nije odabran.

1
Pluton i Arrokoth (vidiš ga desno?) u razmeri.

Trenutno sonda radi savršeno, što ima posebno svoju težinu nakon petnaest godina provedenih u dubokom svemiru. Misija je ograničena samo rezervama hidrazina za motore[2] i, naravno, snagom koju proizvodi radioizotopski termoelektrični generator napunjen plutonijumom-238 (RTG tipa GPHS). Tim misije procenjuje da će sonda moći da se bavi naukom do sredine ili čak do kraja sledeće decenije.

A šta radi usamljena sonda u bespuću međuplanetnog prostora? Pa od svega po malo. 'New Horizons' koristi svoje instrumente za merenje plazme i čestica (SWAP i PEPSSI), kao i detektor prašine, mnogo naprednije od onih koje nose 'Voyageri' ili 'Pioneer 10 i 11', kako bi proučavao međuplanetni medijum i ponašanje heliopauze na toj udaljenosti. Ali, iznad svega, posvetio se korišćenju svoje moćne LORRI kamere za promatranje neba. LORRI ( Long-Range Reconnaissance Imager ) je mali teleskop s otvorom od 20,8 centimetara u prečniku[3] i tim letjelice ga je intenzivno koristio za desetke udaljenih promatranja drugih objekata Kajperovog pojasa osim Plutona, Urana i Neptuna.

2
Trajektorija 'New Horizonsa'. Trenutno je od poslednjeg cilja koji je posetio, čudnog asteroida Arrokotha, udaljen kao Zemlja od Saturna.

3
Posle Plutona trebalo je odabrati sledeći cilj, ali su protekle godine dok nije odabran pravi. Problem je bilo gorivo, jer svako skretanje makar i za 1 stepen zahtevalo je praktično sve što se ima u rezervoaru. Kako u tom mraku i na toj daljini iko išta može da uoči, ne ide mi u glavu.

Moglo bi se pomisliti da mali teleskop od 20 centimetara – vrlo popularna dimenzija među amaterskim teleskopima – nije uporediv sa velikim zemaljskim teleskopima, ali, budući da se nalazi u Kajperovom pojasu, LORRI velikom blizinom ciljeva nadoknađuje svoje ograničene performanse. Osim toga, ugao osvetlenja posmatranih tela vrlo se razlikuje sa pozicije 'New Horizonsa' nego gledano sa Zemlje, pa su se obe vrste studija međusobno dopunjavale. Još jedna prednost NH je bila u tome što je pozadinski mrak neba u Kajperovom pojasu deset puta veći nego gledano sa Zemljine orbite, zahvaljujući odsutnosti zodijačke svetlosti (svetlost raspršena međuplanetnom prašinom koju prave komete i asteroidi). Zahvaljujući ovim prednostima, LORRI je korišćena za traženje binarnih tela Kajperovog pojasa koja 'Hubble' ne može da detektuje. Naprimer, promatranja LORRI-jem otkrila su da 2011 JY31 i 2014 OS393 imaju mesece smeštene na maloj udaljenosti od glavnog tela (sumnja se da mnogi objekti Kajperovog pojasa s vrlo sporim periodima rotacije imaju mesece u blizini). Osim toga, u aprilu 2020. sonda je promatrala dve bliske zvezde, Proximu Centauri i Wolfa 359, u saradnji sa zemaljskim opservatorijama, kako bi iskoristila razmak od 6,4 milijardi km između teleskopa za merenje zvezdane paralakse, prvog s tako velikom udaljenošću između teleskopa.

4
Paralaksa Proxime Centauri.

Pomenute studije su potvrdile da je građa objekata Kajperovog pojasa vrlo raznolika, te da možemo razlikovati tri velike grupe na osnovu materija koje se nalaze na površini. S jedne strane, imamo tela s hiperisparljivim ledovima – tj. onim koji lako sublimiraju – kao što su azot, ugljenikov monoksid ili metan, grupa u kojoj se ističu veliki objekti kao što su Pluton, Triton ili Makemake. Zatim imamo drugu međuskupinu koja ima velike količine vodenog leda, amonijačnog leda ili tolina – organskih materija – kao što su Charon, Haumea ili Quaoar. Konačno, tu je grupa tela prekrivena slabi isparljivim jedinjenjima i tamnim organskim materijama koje podsećaju na kometna jezgra, kao što je Ixion.

5
Magnituda naspram faznog ugla objekata KBO koje je posmatrao NH.

6
Analiza svetlosne krive asteroida 2011 JY31.

S druge strane, naučna zajednica nastavlja da analizira podatke iz preleta Plutonovog sistema i Arrokotha[4]. Možda najznačajnija novost u vezi s Arrokothom je ta da, suprotno onome što se mislilo, na njegovoj površini nije pronađen vodeni led već metanolski led. Nastavlja se i proces krštenja karakterističnih pojava na ovim telima. Naprimer, na Plutonu već postoji kriovulkanski lanac planina Colman Mons i litica Ride Rupes[5], nazvani po Bessie Coleman, prvoj crnkinji koja je dobila pilotsku dozvolu, odn. Sally Ride, prvoj astronautkinji u SAD-u. Slično, najveći krater Arrokotha, koji se nalazi u manjem režnju, nazvan je Sky ( nebo , što je upravo jedno od značenja Arrokotha[6]).

7
Ride Rupes
 (levo) i Coleman Mons, na Plutonu (NASA/Johns Hopkins APL/Southwest Research Institute).

8
Arrokoth
, zvani Ultima Thule (NASA/Johns Hopkins APL/Southwest Research Institute).


9
Hyper Suprime-Cam
 (HSC)
 je džinovska mozaička CCD kamera, koja je okačena u primarnom fokusu 'Subaru' teleskopa. HSC koristi 104 glavna naučna CCD-a koju pokrivaju vidno polje prečnika 1,5º, kao i 4 CCD-a za auto-navođenje i još 8 CCD-a za fokusiranje.

17. aprila 2021. u 12:42 UTC, sonda je prešla simboličnu udaljenost od 50 astronomskih jedinica od Sunca (na kraju proširene misije KEM2 2025, 'NewHorizons'će biti na 65 AJ od Sunca). Ove godine kontrola misije planira da ponovno hibernira sondu radi uštede goriva i energije, nešto što se nije dogodilo od juna 2018. Međutim, u idealnom slučaju, 'New Horizons' bi mogao da poseti još neki objekat Kajperovog pojasa, ali to neće biti lako. Udaljenosti u spoljnoj zoni solarnog sistema su enormne i treba da se setimo da sonda ima vrlo ograničene rezerve goriva koje joj omogućuju da promeni svoju putanju za samo nekoliko stepeni. Havajski teleskop 'Subaru'[7] otkrio je 87 novih KBO-a u pravcu 'New Horizonsa', ali većina ih je ili energetski nepovoljna ili predaleko.

Kako god bilo, 'New Horizons' je peti veštački objekat koji je naša vrsta lansirala na trajektoriju bega iz Sunčevog sistema. Mala letilica će nastaviti da se udaljavati od Sunca brzinom od oko 13,8 km/s, dovoljno brzo da prestigne 'Pioneere 10 i 11', ali ne i 'Voyagere 1 i 2', koji se sve brže udaljuju od solarnog sistema. Mnogo, mnogo godina od danas, kada se niko više ne bude sećao misije ili njenih tvoraca, mala sonda će i dalje lutati međuzvezdanim prostorom, gluva i nema, poput zaboravljenog traga izgubljene civilizacije.

10
Slika nije jako oštra, ali negde u žutom krugu nalazi se 'Voyager 1' kako je viđen iz 'New Horizonsa' 25. decembra 2020. U vrijeme snimanja slike, 'Voyager 1' je bio udaljen 18 milijardi km od NH.
(NASA/Johns Hopkins APL/Southwest Research Institute).

Iako 'New Horizons' dnevno prevaljuje preko 1.400.000 km (~3,4 AJ godišnje) i sve više beži od kuće, još uvek se ne zna u kom pravcu ga treba upraviti da bi nastavio ono za šta je konstruisan, a to je poseta nekom objektu. Svakoj šuši je jasno da novu metu nije lako naći, možda čak i nemoguće. Pre 7-8 godina ista je situacija bila kada je NH napustio Pluton – kako pronaći sledećeg kandidata? Evo kako je to tada teklo, bar koliko je meni poznato.

U to vreme, na datum lansiranja misije, 2006. godine, u Kajperovom pojasu nije bio poznat nijedan trans-neptunski objekt u dometu 'New Horizonsa', obzirom na malo pogonskog goriva koje će po proračunima sonda imati nakon prolaska pored Plutona. No rukovodioci misije su računali na otkrića koja će uslediti tokom decenija koja su trebale da prođu između lansiranja i korekcije kursa potrebne da bi se letilica usmerila na sledeću metu. U to vreme je procenjeno da sonda ima 50% šanse da proleti unutar dometa nebeskog tela prečnika oko 70 km, odn. više od 95% da proleti u blizini objekta od 45 km ili više. Ova verovatnoća je dostizala svoj maksimum na udaljenosti od 42 AJ od Sunca, što odgovara najvećoj koncentraciji objekata u Kajperovom pojasu, regiji kroz koju je trebalo da proleti između 2018. i 2019. godine. Obzirom na do tada gotovo savršenu navigaciju sonde, nakon presecanja Plutonskog sistema ostalo joj je dovoljno pogonskog goriva da modifikuje putanju za 130 m/s, što bi joj omogućilo da odstupi za ugao manji od 1° od rute kojom je letela u vreme fly-bya pored Plutona.

Ali nakon desetak godina pretraživanja koja su poduzimali naučnici, astronomska zajednica nije otkrila nijednu potencijalnu metu u Kajperovom pojasu. Krajnji rok za otkriće je bilo leto 2014. jer je za planiranje susreta potrebno znati orbitu objekta pored koga će se proleteti, za šta je bilo potrebno obaviti dva posmatranja u razmaku od godinu dana. Stoga se prvo posmatranje moralo da obavi najkasnije do leta 2014. kako bi sonda mogla da se usmeri prema drugom cilju nakon fly-bya pored Plutona u julu 2015. godine.

K'o što već rekoh, pronaći jedan trans-neptunski objekt u dometu kosmičke sonde nije lako, budući da objekti Kajperovog pojasa nisu baš mnogobrojni (do prošle godine ih je otkriveno oko 2000 u ogromnoj zapremini prostora), a zbog ogromne udaljenosti (više desetaka AJ) vrlo ih je teško pronaći[8]. Međutim, ubrzo su utrošena značajna sredstva za otkrivanje mete: između 2011. i 2013. godine sprovedena je intenzivna kampanja promatranja (u trajanju od 84 sata) uz pomoć instrumenata 'Subaru''Magellan' i Keck, koji spadaju među najmoćnije zemaljske teleskope: tada su otkrivena 52 nova objekta koji pripadaju Kajperovom pojasu, ali nijedan nije bio u dosegu 'New Horizonsa': najbliži je zahtevao promenu delta-v od 200 m/s, manevar koji bi zahtevao više goriva od količine koja je preostala u tanku.

Nakon neuspešnog rezultata koji su ostvarile zemaljskih opservatorije, tim 'New Horizonsa' je u proleće 2014. zatražio temine za pretraživanje neba na kosmičkom teleskopu 'Hubble', i to tokom 200 orbita (~ 300 sati[9]). Ovaj broj je proizašao iz statističke pretpostavke bazirane na prethodnim otkrićima. Prema ovoj pretpostavci, matematička šansa da će promatranje od ovoliko sati otkriti cilj unutar dometa sonde iznosila je 94%. Menadžeri projekta su najpre dobili suglasnost Naučnog teleskopskog instituta (STScl), koji dodeljuje vreme posmatranja 'Hubblea', da izvrše prvo promatranje od 40 orbita (~60 sati) koje je, prema postavljenoj hipotezi, trebalo da otkrije makar dva nova objekata u Kajperovom pojasu. Obzirom da su otkrića napravljena zahvaljujući ovom vremenu promatranja potvrdila statistički model, zatraženo je dodatnih 160 orbita (~240 sati). Ako potraga ne bi uspela, tim NH je predlagao da se sonda, nakon preleta Plutona, koristi za promatranje brojnih objekata Kajperovog pojasa iz daljine, kako bi se preciznije utvrdio model njihove distribucije.

Prva faza posmatranja započeta je u junu 2014. a na njenom kraju, 1. jula, otkrivena su dva nova objekta u Kajperovom pojasu, kako je i očekivao tim NH. A onda, u oktobru 2014, tim NH je objavio da je otkrio barem jedan cilj za koji je sigurno da će ga sonda moći da poseti, obzirom na zalihe goriva. Ubrzo je utvrđeno da asteroid ima prečnik oko 30-45 km i da će let ka njemu potrošiti samo 35% preostalog goriva. Poseta je bila spektakularna, oboreni su brojni rekordi, a veština inženjera i navigatora ušla je u istoriju...

11

Referenca:

 

[1] Zbrka je nastala kada je dr Braun na 100 AJ pronašao Eris. Tada se učinilo da je veći od Plutona (a nije, samo je malo masivniji) i međunarodna astronomska zajednica se složila da bi to značilo da u solarni sistem treba primiti i Eris, kao i sve buduće slične objekta. Zato su oni svi klasifikovani kao posebni objekti, dwarf planets, a naš sistem je spao na 8 planeta. Ipak, možemo da smatramo Neptun ili ivicu Kajperovog pojasa kao granicu našeg sistema, mada zašto ne heliopauzu (magnetni uticaj) ili gravitacioni uticaj, koji se proteže možda do 50.000 AJ pa čak i 125.000 AJ.

[2] Šestina težine čitave sonde je otpadala na hidrazinsko gorivu. U tanku je pri lansiranju bilo ~77 kg goriva, a posle susreta sa Plutonom u tanku je ostalo još 33 kg. Prema primarnom planu misije, planirano je da je za misiju potrebno ~60 kg hidrazina, a kao rezerva je dodato još 17,5 kg, tako da je sonda mogla da tokom čitave misije promeni brzinu za 400 m/s. Za manevre korigovanja trajektorije planirano je da se upotrebi 22,3 kg goriva, a za kontrolu položaja i održavanje spinovanja sonde još 29,3 kg.

[3] Slike snimljene kamerom LORRI, koja ima CCD senzor od jednog megapiksela, nakon komprimovanja imaju veličinu od približno 2,5 Mb. Vreme prenosa slike prilikom približavanja Plutonu je iznosilo 42 minuta (pri 1000 bita u sekundi). Ovom brzinom, sonda je mogla da šalje samo 11 slika svakih 24 sata (isključujući sve druge podatke): zapravo mogla je da se osloni jedino na Nasine 70-metarske paraboličke antene 8 sati dnevno, jer su one bile zauzete drugim misija raspršenim po solarnom sistemu. Kako bi povećala brzinu prenosa prilikom približavanja Plutonu, NASA je razvila jedinstven metod, dopuštajući istovremenu upotrebu oba 12-vatna TWTA cevna pojačala koja prenose podatke. To je bilo omogućeno činjenicom da druga cev, koja je služila kao rezerva, emitovala na drugoj talasnoj dužini. Ova metoda je omogućila da se brzine prenosa množila sa 1,9, ali je zahtevala dodatnu energiju, zbog čega je bilo potrebno zaustaviti rad druge opreme tokom komunikacionih sesija. Inženjeri su odlučili da gase sistem za kontrole navođenja i orijentacije, a kako bi sonda zadržala svoju antenu savršeno orijentisanu ka Zemlji, NH je spinovao žrtvujući malo hidrazina da bi emitovao signale u ovom režimu rada.

[4] Zbog različitih tehničkih i energetskih limita, slanje podataka je posle svake posete trajalo oko dve godine.

[5] Rupes su na latinskom 'litice' i koriste se u planetnoj geologiji. Do pre desetak godina, u solarnom sistemu je bilo 62 imenovane rupes: na Veneri 17, na Marsu 23, na Mesecu 8, na Veneri 7, na Lutetiji i na Mirandi po 2 i na Titaniji 1.

[6] Ime Arrokoth je reč izumrlog jezika indijanskog plemena Powhatan koji su naseljavali severnu obalu SAD, tj. obale Merilenda. Reč znači 'nebo', ili još bolje, 'oblak'. Ime novom asteroidu 2019. su predložili – šatro 'uz odobrenje Indijanaca' – ljudi uključeni u misiju NH koji rukovode 'Hablovim' teleskopom i laboratorijom APL a koji rade u Merilendu.

[7] 'Subaru' promatra područje veličine 18 punih Meseca (koje njegova kamera HSC može pokriti sa 2 usmeravanja) u sazvežđu Strelca, po kome NH trenutno prividno krstari. Iz promatranja ovog teleskopa, tim očekuje da će otkriti 100 novih objekata Kajperovog pojasa, od kojih bi makar 50 trebalo da bude vidljivo teleskopom sa NH. Promatranje pomoću 'Subarua' i NH važna su za razlučivanje prirode tajanstvenih objekata u spoljnom Sunčevom sistemu.

  Kada se udaljeni objekat u spoljnon Sunčevom sistemu promatra sa Zemlje, on nam se uvek čini kao 'pun Mesec' obasjan Sunčevom svetlošću gotovo direktno. S druge strane, kada NH gleda objekt koji kruži u njegovoj blizini, objekt izgleda kao 'polumesec' sa Sunčevom svetlošću koja ga udara sa strane. Promatranje objekta pod različitim faznim uglovima omogućava nam da upoznamo detaljne karakteristike površine.

[8] Prvi trans-neptunac je pronađen 1930. i nazvan je Pluton. Drugi je otkriven tek 1992. i dobio je ime (15760) Albion.

[9] Tokom godine dana, ukupno dostupno vreme posmatranja teleskopa 'Hubble' je 3400 orbita (~5100 sati), a zahtevi astronoma svake godine premašuju dostupno vrijeme makar šest puta. Stoga je zahtev tima 'New Horizonsa' bio posebno važan.

 

E-knjiga Draga Dragovića

NH najava

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