Astronautika: misije

Dawn-logo

Kao što sam i obećao, nastavljam da pišem o (po meni) drugoj najvećoj svemirskoj misiji koja je u trenutno toku (prva je svakako „New Horizons“) – radi se o međuplanetnoj misiji „Dawn“[1].

Sonda se trenutno nalazi na samom pragu novog sveta. Posle više od tri ipo godine međuplanetnog putovanja i prevaljenih 2,6 milijardi kilometara, nalazi se pred svojom prvom destinacijom. „Dawn“ započinje svoj prilazak asteroidu Vesta.

Faza međuplanetnog krstarenja završena je pre dva dana (3. maja), čime je označen početak 15-mesečne Vestine faze. Prva tri meseca će predstavljati „prilazna fazu“, tokom koje će letilica izvesti seriju manevara za ulazak u svoju prvu naučnu orbitu. Sve aktivnosti koje će sonda preduzimati tokom ove faze već su odavno isplanirane (kao npr. kočenje jonskim motorima i optička navigacija), i sada nam samo predstoji da dozvolimo tim planovima da se realizuju.

Početak faze označiće prva fotografija vanzemaljskog sveta koju će „Dawn“ napraviti od kako je napustio Zemlju. Na tim prvim slikama načinjenim naučnim kamerama, Vesta će se činiti tek kao nešto veća mrljica. Ali na osnovu uhvaćenih pozadinskih zvezda na slikama, navigatori će veoma precizno utvrditi relativni položaj svoje svemirske letilice u odnosu na njen cilj. Da bi zamislili kako se to radi, pretpostavimo da se tamo negde u daljini kroz prozor naše sobe vide vrhovi nekog drveća. Ako bi vam neko pokazao fotografiju načinjenu kroz taj prozor, vi bi, poravnavajući ivicu prozora (Vesata) sa obrisima udaljenog drveća (zvezde), tačno mogli da procenite gde se fotograf („Dawn“) u tom trenutku nalazio. Budući da navigatori znaju poziciju svake zvezde, oni mogu neverovatno precizno da izračunaju gde se „Dawn“ i Vesta nalaze u odnosu jedan na drugog. Taj proces će se neprestano ponavljati tokom prilaska sonde asteroidu, sve dok nam se širom ne otvori prozor ka praskozorju solarnog sistema.

dawn2 

Dawnovuframing kameru (FC) napravili su nemački stručnjaci iz Max Planckovog instituta za solarna istraživanja. Ima rezoluciju od 12 m/pixelu (62 m/px kod Ceresa) i ugonu rezoluciju od 93,7 µrad/px. Na letilici postoje 2 identične kamere, svaka težine 5,5 kg. Nalaze se jedna pored druge, na čeonoj strani letilice (+Z).

Na prvoj slici je prikazana kamera spremna za let, a na drugoj bez višeslojneg zaštitnog sloje (MLI). Kamera je visoka 422 mm, sa osnovom 196 × 215 mm, uključujući prednje konektore i radijatore pozadi. Elektronika troši samo 17 W struje. Žižina daljina je 150 mm, a vidno polje 5,5° × 5,5°.

 

 dawn3

Na vrhu kamere se nalazi poklopac koji čuva optiku od zračenja i prašine. On takođe čuva CCD od neželjenog direktnog izlaganja Suncu, a ima ulogu i prilikom kalibracije uređaja. Mehanizam za otvaranje je testiran na 800 ciklusa otvaranja-zatvaranja.

[Ove slike mi je na moj zahtev lično poslao jedan od glavnih inženjera, dr Horst Uwe Keller. Rekao je da su slike exkluzivne i da će tek biti objavljene u njegovoj knjizi, ali da će mi ih rado ustupiti za čitaoce AM – prim. prev.]

 

Iako će tajanstveni svet tada da bude još uvek predaleko da bi nam otkrio nove pojedinosti, biće jako interesantno primiti te slike. Tokom više od dva veka proučavanja Veste, ona je bila tek nešto više od svetle tačkice na nebu. Tokom ovog meseca, prekidajući jednom nedeljno jonski potisak radi bacanja pogleda na svoju protoplanetnu destinaciju, „Dawn“ će pratiti njen rast sa 5 piksela na 12. Do juna, slika će moći da se uporedi sa onom koju danas šalje Hablov svemirski teleskop. Kako se prilazna faza bude dalje odvijala a distanca smanjivala, fokus će biti sve oštriji i sa svakim setom novih slika pojavljivaće se sve više detalja. Tokom prilazne faze, fotografije će biti objavljivane periodično, prema prioritetima za stanovnike Zemlje. Kasnije, njihovo objavljivanje će biti mnogo češće.

U špijuniranju Veste, kamerama će se 10. maja priključiti i vidljivi i infracrveni spektrometar za mapiranje (VIR), a to će se ponoviti i kasnije tokom trajanja prilazne faze. Od kraja juna, „Dawn“ će posmatrati površinu asteroida čitavog Vestinog dana od 5 sati i 20 minuta. U to vreme, sonda će napraviti dve klasične piruete – 9. i 10. jula kamere će pokušati da otkriju nema li možda Vesta sopstvene mesece. Treći i poslednji put sonda će napraviti kompletan okret oko svoje ose tokom seta osmatranja od 23. do 25. jula, kada će se „Dawn“ već nalaziti u orbiti oko Veste.

dawn4

Spektrometar za mapiranje VIR davaće slike u spektralnom rasponu od 0,25-1 µm i od 1-5 µm. Vrlo sličan uređaj (VIRTIS) montiran je na Esine sonde „Rosetta“ i „Venus Express“, kao i na Nasin „Cassini“ (VIMS), koji se trenutno nalazi oko Saturna.

Uređaj ima 3 modula: optički sistem (5 kg), elektroniku (3 kg) i krio-hladnjak (1,3 kg). VIR je napravljen u Italiji.

 

16. jula, dokle brod bude na visini od oko 15.500 km i dok bude teran svojim jonskim pogonom na isti način kao što se to dešavalo više od 900 dana njegovog međuplanetnog putovanja, Vesta će ga konačno nežno prigrliti. Prvi put od 27. septembra 2007. godine, od kada je „Dawn“ drugim i trećim stepenom „Delte II 7925H“ na kratko vreme odnešen u Zemljinu orbitu, naćiće se zarobljen silom jedne planete.

Tačno vreme i udaljenost na kojoj će Vesta preuzeti kontrolu nad svojim posetiocem ne zavisi samo od suprilnosti potiska motora do tog trenutka, već i od snage gravitacije džinovskog asteroida-domaćina. Među brojnim Vestinim karakteristikama koje naučnici tek treba da utvrde nalazi se i njegova masa. Astronomi imaju procene koje se zasnivaju na malim promenama u orbitama koje Vesta uzrokuje kod drugih asteroida pa čak i Marsa, ali ta merenja su dala samo približne vrednosti[2]. Jedan od zadataka „Dawna“ je da konačno utvrdi Vestinu masu i mapira njeno zanimljivo gravitaciono polje.

Prilazna faza će se završiti kada u drugoj nedelji avgusta „Dawn“ bude spreman da uđe u svoju naučnu orbitu. Kao što sam već ranije pisao, ta orbita će biti skoro polarna[3] i na visini od 2.700 km iznad površine Veste.

Iako kažemo da će prilazna faza započeti navigacionim fotografisanjima, mnoge procedure koje su planirali u operativnom timu već su u toku. Razmotiću samo jedan od podsistema: kontrolu položaja letilice, ili kako se to na engleskom kaže, attitude control (ACS). (Da bi valjda održali određenu mistiku oko svog rada, inženjeri uvek koriste taj izraz „stav“ da bi opisali tačan položaj svemirskih letilica u bestežinskim uslovima leta.) Od avgusta, „Dawn“ će kontrolisati svoj položaj uz pomoć tzv. reaktivnog kontrolnog sistema, 12 malih trastera (potinika) koji rade na konvencionalno raketno gorivo poznatije pod nazivom hidrazin[4]. (Za vreme dok sonda koristi jonski pogonski sistem, što znači tokom najdužeg perioda vremena, uvek jedan od 3 aktivna jonska motora pomaže kontrolisanju položaja broda.)

Na početku pristupne faze, brod će se vratiti na korišćenje reakcionih točkova, uređaja sličnih žiroskopu pokretanih na električni pogon, čije će brže ili sporije vrtenje (ili potpuno zaustavljanje) okretati svemirsku letilicu. Tokom operacija na Vesti, „Dawn“ će se okrenuti mnogo puta, upravljajući svoje senzore ka nepoznatom svetu koji istražuje, okrećući glavnu antenu radi slanja dragocenih otkrića[5], i radi praćenja složenih profila leta dok bude prelazila sa jedne naučne orbite na drugu. Reakcioni točkovi će biti aktuelni sve dok „Dawn“ u julu 2012. godine ne krene da napušta Vestu, pružajući mnogo precizniju kontrolu položaja i orijentacije letilice i čuvajući dragoceni hidrazin.

 dawn5

Američki model jednog momentno/reakcionog točka, „T-ScanWheel“, koji već ima ugrađen senzor za Zemlju radi što preciznijeg pozicioniranja satelita. Umesto njega, „Dawn“ ima solarni senzor. Točkovi Hablovog teleskopa imaju mnogo veću masu i rotiraju brzinom od 6.000 okretaja u minuti.

 

Da bi omogućili da se kamere i VIR usmere što preciznije, biće uključeni i brodski žiroskopi. Njih ne treba mešati sa reakcionim točkovima; ovi uređaji će pomagati da se tačno utvrdi kakav je položaj sonde, te će slati komande ka točkovima da bi ovi doterali određeni položaj. Žiroskopi nisu korišćeni tokom najvećeg dela „Dawnovih“ aktivnosti u međuplanetnoj krstarećoj fazi misije, te su praktično sve vreme do sada bili isključeni.

Žiroskopi će na Vesti da služe i u druge svrhe. Za određivanje svog položaja, sonda se obično oslanja na svoje „zvezdane tragače“. Svaki tragač pravi svoju sliku zvezda. Da bi utvrdio svoj položaj, kompjuterskim procesiranjem slike otkrivaju se poznate skupine zvezda, baš kao što mi koristimo neka sazvežđa da se orijentišemo na našoj planeti. Kada se bude ukazala potreba da neka od komponenti (kao što je glavna antena ili jonski potisnik) budu okrenuti tako da zvezdani tragači budu okrenuti ka Vesti, žiroskopi će preuzeti kontrolu tako da letilica ne izgubi svoju orijentaciju. Mnoge stvari će biti otkrivene na 530 km velikom kamenitom svetu, ali njegova sposobnost da blokira svetlost zvezda neće biti dovedena u pitanje.

 

Dawn“ obično koristi jedan ili svoja oba „zvezdana tragača“ („star tracker“). Uprkos krajnje zbunjujućoj etimologiji, ti uređaji prate zvezde da bi pomogli kontrolnom sistemu za orijentaciju da utvrdi tačan položaj broda. Kamere tragača slikaju zvezde pet puta u sekundi, nakon čega brodski računar prepoznaje njihove međusobne položaje.

Dawn“ ima montirana dva tragača, postavljena tako da dok su instrumenti upravljeni ka Vesti, svaki ima drugačiji ali jasan pogled na poznato im nebo. Ali tokom nekih okreta i dok glavni tanjir antene bude okrenut ka Zemlji, biće trenutaka kada će novi svet zaklanjati njihov vidik.

Tada, kada oba tragača budu okrenuta ka Vesti, te samim tim ne  budu u stanju da obezbede podatke kontrolnom sistemu, sonda će da se osloni na žiroskope. Zahvaljujući njihovoj rotirajućoj masi, kontrolni sistem polčožaja može da oseti zaokrete i nastavi sa putovanjem čak iako zvezdani tragači ne mogu da šalju korisne informacije sistemu.

Dokle će naučne kamere i VIR da budu prema potrebi uključivani i isključivani tokom Vestine faze, gama-zračni i neutronski detektor (GRaND) je aktiviran pre dva dana (3. maja), i ostaće tako sve do odlaska sa Vestine orbite sledeće godine. Veći deo tog vremena, signali koje bude detektovao ovaj uređaj poticaće od kosmičkog zračenja poznatog kao kosmički zraci. Ali kako se bude približio Vesti, sve više gama zraka i neutrona poticaće sa površine, postepeno dopuštajući naučnicima da sastave spisak atoma od kojih je sačinjena površina. GRaND-ova velika osetljivost na zračenje najviše će doći do izražaja kada sonda bude letela na niskoj orbiti za mapiranje površine (LAMO – oko 180 km iznad tla.)

 

Svi instrumenti na „Dawnu“ testirani su tokom planiranog martovskog pregleda, i svi su se nalazili u fenomenalnoj kondiciji. „Dawn“ je po rasporedu imao jedan prekid u jonskom pogonu između 11. i 19. aprila, ali on nije bio namenjen kalibraciji ili testiranju. Iskorišćen je za apgrejdovanje softvera glavnog brodskog kompjutera.

Kada je prošle godine instalirana softverska verzija 9.0[6], svi su mislili da će ona biti korišćena tokom čitave posete Vesti. Koincidencijom, već sutradan nakon što je brodski kompjuter rebutovan da bi startovao 9.0, operativni tim je počeo da razmišlja o dodavanju novih mogućnosti svom softveru. Razlog za to je bilo otkriće povećanog trenja u reakcionom točku №4. Iako je „Dawn“ perfektno radio sa preostala 3 točka, kvar jednog on njih značio je da više nema rezervi. Od tada, tri testiranja točka №4 pokazala su da na njega neće moći da se računa pre Veste, a verovatno ni tokom ostatka misije. Dakle, da bi povratili otpornost robota na gubitak skoro svake komponente, inženjeri u JPL-u i virdžinijskom „Orbital Sciences Corp.“ (OSC) odmah su započeli radove na novom softveru koji bi omogućio sigurnu i stabilnu kontrolu položaja uz pomoć korišćenja samo dva točka. (Naravno, svemirski brod može da funkcioniše i sa isključena sva tri točka, oslanjajući se na reaktivni kontrolni sistem, ali uvek oprezni naučnici želeli su da opcijom sa dva točka sačuvaju potrošnju hidrazina za buduće složene operacije oko Veste i Ceresa.)

 dawn6

Presek instrumenta GRaND prikazuje gama i neutronske senzore sa elektronskim kopmponentama. Kombinujući spektroskopske podatke, otkriće se prisustvo glavnih elemenata, kao što su kiseonik, silicijum, aluminijum, gvožđe, kalcijum, titan i magnezijum. BGO označava kristalni scintilationi detektor (bizmut-germanijum-kiseonik), BC454 je borski plastični scintilator, 6Li (litijum) materijal će apsorbovati termalne neutrone, itd.

Uređaj je napravljen u Nacionalnoj laboratotiji u Los Alamosu (LANL).

 

 dawn7

Instrument GRaND je napravljen na osnovu neutronskog spektrometra „Mars Odyssey“ (2001) i sličnog uređaja „Lunar Prospectora“. Na slici je prikazana distribucija torijuma na lunarnoj površini kako je to snimio „Lunar Prospector“.

 

Na svom putu od Zemlje do Veste, „Dawn“ leti po spiralnoj putanji oko Sunca. Prvu punu petlju napravio je u junu 2009. a do Veste će stići pre nego što završi drugu. Tada će letni profil biti prilagođen tako da sonda leti spiralno oko Veste dok se budu zajedno okretali oko Sunca. Za prvu petlju oko Veste „Dawnu“ će trebati oko 10 dana, a za drugu samo 4. Jonski potisak će biti stopiran kada sonda uđe u tzv. „istraživačku orbitu“, i kada revolucija bude pala na ispod 3 dana. Ta orbita će imati visinu od oko 2.700 km. Nakon obavljenih istraživanja, jonski motori će se ponovo uključiti i započeti spiralno spuštanje još niže. Za to će biti potrebno stotine revolucija.

2012. spirale će postepeno početi da se povećavaju, i sonda će početi da se penje i postepeno udaljava od Sunca. „Dawn“ će početi da leti sve brže i dalje, i da se u spirali približava sledećoj destinaciji – Ceresu.

 

Instaliranje softvera na sondi koja leti u dubokom svemiru delikatan je zadatak. Da bi započeo da radi sa novom verzijom, računar mora da bude restartovan (rebutovan). Taj isti računar konstantno obavlja mnoge značajne poslove, kao što su održavanje stabilne putanje i prihvatljive temperature, i sl. Kontrolori su sledili iste komplikovane procedure koje su uspešno primenjivane kada su novi softveri instalirani u novembru 2007, aprilu 2009. i junu 2010. Priprema sonde, radio-slanje softvera ka njemu, restartovanje računara, i komandovanje sondi da se vrati u normalnu konfiguraciju leta, prošli su po planu. Mada je za to bilo odvojeno nedelju dana, sve je bilo gotovo za samo tri dana.

Dawn“ sada radi po programskoj verziji nazvanoj „10.0“ (čita se „ten-ou“), i uz njenu kontrolu sonda započinje pristupnu fazu. Njen put jeste bio dug, ali nagrada je skoro na vidiku. Od kako je „Dawn“ krajem septembra 2007. napustio Zemlju, u složenom spiralnom kretanju napravio je jedan i tri četvrtine kruga oko Sunca. Za to vreme, Zemlja je (zajedno sa piscem ovih redova i nekim od čitocima) kompletirala tri ipo orbite. Ali 14. maja Vesta će dovršiti tek prvu revoluciju oko Sunca od kako je „Dawn“ krenuo u svoju misiju; tada ćemo moći da kažemo da naša ekspedicija traje tačno jednu Vestinu godinu.

Od ranije znamo (znamo li?) da se objekti kreću sporije po udaljenijim orbitama, gde su gravitacione sile koje ih drže slabije. „Dawn“ se kreće uz brdo solarnog sistema, putujući sve dalje i dalje od Sunca koje je u podnožju. Putovanje je započeto na Zemlji, negde na polovini puta do vrha. Sada daleko iznad Marsa, sonda se polako približava Vesti. Dok avanturista i misteriozni svet putuju oko Sunca približnom brzinom od 21 kilometar u sekundi (75.600 km/h), „Dawn“ se postupno približava svom randevuu. Pre dva meseca, kurs sonde je bio takav da je sonda približavala Vesti brzinom od 0,7 kilometara u sekundi (2.500 km/h). Danas, nakon što je potrošio dosta vremena i potiska da bi doveo svoju orbitu sve bliže Vesti, brod se približava cilju brzinom od oko 0,37 km/s (1.350 km/h). Kako „Dawn“ bude postepeno usklađivao svoju putanju sa Vestinom, brzina će nastaviti da se smanjuje sve više. Uskoro, oni će početi zajedno da lete oko Sunca.

U međuvremenu, udaljenost između njih nastavlja da se smanjuje. Sve do sredine marta, Vesta je bila nevidljiva na „Dawnovom“ nebu. Ali od sredine aprila, neki putnik oštrog oka mogao je da uoči da se Vesta konačno vidi kao nešto što je veće od planeta ili okolnih zvezda; izgledala je kao mali svetli disk, nagoveštavajući uzbudljivu avanturu. (Taj putnik bi takođe mogao da primeti da mu je kofer ostao na Zemlji, udaljenoj preko 320 miliona kilometara.) Sada, kada je „Dawnovo“ međuplanetno krstarenje okončano a započeto približavanje, Vesta ispunjava njegov vidik, kao kada se brod priprema da uplovi u luku nakon izuzetno dugačkog puta kroz prazninu ogromnog međuplanetnog mora.

Dawn“ se trenutno nalazi na 1,2 miliona kilometara od Veste, ili 3,2 puta dalje nego Mesec od Zemlje. Udaljen je 1,835 AJ (274 miliona kilometara) od Zemlje, ili 714 puta dalje od Meseca. Radio-signalu, koji putuje brzinom svetlosti, treba 32 minuta da ode do sonde i vrati se. Ceres je udaljen 2,08 AJ.

dawn8 

Ovako bi naš putnik na sondi „Dawn“ video Sunce i svoj topli dom u Guči (kvadratić u plavom kvadratiću).



[1] U ovoj seriji tekstova o „Dawnu“ ima puno stručnih izraza karakterističnih samo za ovu misiju, koje je nemoguće svaki put ponovo objašnjavati, tako da ako nekoga to baš jako kopka, treba da se potrudi i pronađe ranija pisanja o ovoj misiji.

[2] Vesta je drugi najmasivniji asteroid, sa procenjenom masom od (2,67 ± 0,02) × 1020 kg.

[3] Trajektorija će ići iznad severnog pola (koji će biti u tami jer će u to vreme na severnoj polulopti Veste da bude zima), zatim duž terminatora (granica između osvetljene i neosvetljene strane), preko polutara, ka južnom polu, a onda duž terminatora ponovo iznad Vestine tamne strane. Takva orbita će omogućiti sondi da snimi zapravo sve delove površine u isto vreme. Za svaku takvu kompletnu revoluciju „Dawnu“ će trebati 2,5-3 dana. Tokom tog puta sonda će neprestano raditi punom parom, jer se asteroid okreće mnogo brže nego letilica. Dok ona polako bude letela sa severa na jug, Vesta ispod nje će napraviti nekoliko kompletnih okreta oko svoje ose.

[4] Podsistem je opremljen sa 100 kg goriva, ali će ga utrošiti mnogo manje tokom misije.

[5] Gl. antena ima prečnik od samo 1,52 m (ima i 3 manje, za komunikaciju kada nije moguće ili nije zgodno okretati veliki tanjir ka Zemlji). Slabi signali snage svega 100 W na Zemlji primaju 34-m i 70-m antene Nasine deep-space mreže, smeštene Španiji, Australiji i Kaliforniji.

Da je energija koja stiže do antena sakupljana od Big Benga do danas, bila bi dovoljna da na 1 sekundu upali sijalicu u Zorkićevom frižideru!

[6] To je bilo treće apgrejdovanje softvera od lansiranja u septembru 2007. Njih uvek rade inženjeri iz JPL i „Orbital Sciences Corporation“. Zvanični naziv nove verzije bio je „OBC flight softwere version 9.0“, ali svi koriste hipokorizam „9.0“. Imao je 23 prepravke „bagova“ otkrivenih u prethodnoj verziji 8.0 koja je instalirana u aprilu 2009.

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