Astronautika: misije

Tehnički, naučna misija “New Horizonsa” krenula je 15. januara ove godine, ali brod je započeo seriju fotografisanja Plutona i Harona još u julu prošle godine. Zašto je to radio ako cilj nije strogo naučni? Koja je svrha slikanja Plutona i Harona ako su oni bili samo sićušne tačkice, praktično neprepoznatljive naspram zvezda? Odgovor je sledeći: slikani su da bi navigatori odredili kako da upravljaju brodom!

Ko čita moj veliki serijal na sajtu o zanimljivim kosmičkim misijama, recino o “Hayabusi 1 i 2”, “Dawnu”, “Galileu” ili “Voyagerima”, seća se da sam tamo često pominjao “optičku navigaciju”. Elem, danas praktično svaka deep-space misija koristi metode optičke navigacije koji kontrolorima na Zemlji pomažu da precizno podese putanje svojih letilica ka cilju. Zahvaljujući dvosmernoj radio-komunikaciji vrlo precizno (zahvaljujući Dopleru) određujemo položaje letilica u odnosu na Zemlju. Ono što manje precizno određujemo to je tačan položaj mesta ka kojima letimo. To je posebno izraženo ako jurimo male ili udaljene objekte, kao što su asteroidi, komete ili Kajperovi objekti. Potrebni su nam veliki teleskopi da bi ih videli, tako da o njihovom položaju možemo da sudimo samo na osnovu njihovog relativnog položaja naspram pozadinskih zvezda, i na osnovu naših proračuna (sa relativno velikom greškom) o tome gde će se u budućnosti nalaziti.

Brodske kamere nikada ne mogu da imaju rezoluciju[1] bolju od teleskopa sa Zemlje, tako da na početku istraživanja nekog objekta uvek okrećemo naše sonde prema onome što smo uspeli da uočimo sa Zemlje. Ali u jednom trenutku tokom svake misije sonde prilaze dovoljno blizu svom cilju da i relativno male kamere[2] bivaju bolje od onih najvećih kod kuće.

To će se dogoditi tek ovog meseca, kada će “New Horizonsova” kamera najveće rezolucije, LORRI, uspeti da uslika Pluton u boljoj rezoluciji od “Hablovog” teleskopa[3]. Ali zato LORRI je već mesecima u stanju da pruža podatke vezane za optičku navigaciju koji su pomogli (i dalje pomažu) da se Plutonov položaj odredi znatno preciznije nego što bi to bilo moguće uz pomoć samo zemaljskih teleskopa ili prpračuna. Ti napori su započeti 20. jula, a tokom 2015. biće još tri slične kampanje. Čitav poduhvat detaljno je objašnjen uovom radu koji su 2012. objavili William Owen, Philip Dumont i Coralie Jackman.

Ovde ću pokušati da napravim, kako Hrvati kažu “izvadak”, iz tog rada. Kampanje će obuhvatiti dve vrste opservacija kamerom LORRI: Opservacije u visokoj rezoluciji pružaju fotografije onakve kako ih vidi oko kamere. Ali u tom režimu kamera nije u stanju da pravi slike u produženoj ekspoziciji jer bi one bile zamrljane zbog kretanja letilice. LORRI ipak može da slika i u tzv. “četvrtinskom modu”, gde je moguće na čipu kamere formirati blokove od 4×4 piksela; u tom modu je moguće slikati sa mnogo dužom ekspozicijom. Ponekad se čini nelogičnim, ali mračni mali sateliti Niks i Hidra će pre biti vidljivi na LORRI-jevim slikama niske nego na onima visoke rezolucije; NH će ih ugledati početkom 2015. tokom druge kampanje optičke navigacije. Tokom druge i treće kampanje, tehničari će upotrebiti jedan drugi instrument, MVIC (Multi-spectral Visual Imaging Camera), koji će služiti kao rezerva za LORRI, u slučaju da LORRI.jeve opservacije iz nekog razloga omanu. MVIC[4] ima 5 puta nižu rezoluciju od LORRI.

Kampanja Datumi Dana do Plutona LORRI 1x1 LORRI 4x4 MVIC Pan
1 20.7.14 -
27.7.14
−359 do −352 5 slika /
12 časova
Ne Ne
2 25.1.15 -
1.2.’15
−170 do −163 5 slika /
12 časova
5 slika /
48 časova
Ne
1.2.’15 -
6.3.’15
−163 do −130 Ne 5 slika /
48 časova
Ne
3 5.4.’15 -
15.4.’15
−100 do −90 Ne 5 slika /
48 časova
Ne
15.4.’15 -
22.4.’15
−90 do −83 4 slika /
12 časova
5 slika /
48 časova
2 slike /
24 časa
22,4.’15 -
15.4.’15
−82 do −60 Ne 5 slika /
48 časova
Ne
4 28.5.’15 -
23.6.’15
−47 to −21 4 slike /
24 časa
6 slika /
24 časa
2 slike /
24 časa
23.6.’15 -
16.7.’15
−21 to +1 5 slika /
24 časa
Ne Ne

Sledi više detalja o tome šta se očekuje od opservacija optičke navigacije u svakoj kampanji.

Kampanja 1: od 20. do 27. jula 2014.

  • dve opsedvacije dnevno tokom osam dana;
  • svaka opservacija je uključivala 5 slika LORRI velike rezolucije;
  • jedno slikanje Harona oko Plutona u visokoj rezoluciji;
  • manji sateliti nisu bili vidljivi;
  • Haron jedini odvojen od Plutona za nekoliko LORRI piksela;

nh1
Slika Plutona i Harona napravljena 21. jula 2014. tokom prve kampanje. Pozadinske fleke su nastale usled dugačke ekspozicije. U trenutku snimanja objekti su bili udaljeni 426,51 milion km i nalazili su se ispred zvezda sazvežđa Ophiuchus, ka kojima već leti Nasina sonda “Voyager 1”.

Sledi prikaz simulacije vidnog polja kamere LORRI i Plutonovog sistema u tom trenutku, uz pomoć softvera GeoViz. Plavi kvadrat predstavlja vidno polje LORRI-ja, a frejmovi su napravljeni kao da su snimani svakih 12 sati. Čitav Plutonov sistem, sem Hidre, stao je u kocku visine samo 60 piksela. (Hidra se ne može da vidi sa te udaljenosti).

nh2
Kampanja
1 optičke navigacije “New Horizonsa” (simulacija).

Kampanja 2: od 25. januara do 6. marta 2015.

  • jedna opservacija svakog drugog dana tokom 6 nedelja;
  • svaka opservacija uključuje 5 slika sa LORRI u četvrtinskom režimu;
  • snimanje jedne pune revolucije hidre oko Plutona;
  • dodatno, tokom prve nedelje (25. jan. – 1. feb.), još jedno snimanje Haronove revolucije kao u Kampanji 1.

Sledi simulacija LORRI-jevih frejmova prvonedeljne pune revolucije Harona – kao i ranije, sniman je jedan frejm svakih 12 sati. Iako je od prethodne animacije prošlo šest meseci, sistem jedva da je nešto veći!

nh3
Kampanja
2 optičke navigacije “New Horizonsa”, Haronova revolucija (simulacija).

A sad sledi simulacija pune kampanje Hidrine revolucije, gde je LORRI pravio jedan frejm svakih 48 sati. Svaki frejm ima samo 256 kvadratnih piksela.


20140718 nh opnav2 hydra
Kampanja
2 optičke navigacije “New Horizonsa”, Hidrina revolucija (simulacija).

Kampanja 3: od 5. aprila do 15. maja 2015.

  • kao Kampanja 2 (svakodnevna opservacija u četvrtinskoj rezoluciji tokom 6 nedelja, jedna Hidrina orbita);
  • tokom nedelje od 15. do 22. aprila, još jedna kampanja Haronove revolucije kao Kampanja 1; Pluton će biti približne veličine 5 piksela;
  • Umesto 5 LORRI-jevih slika svakih 12 sati, sledi 4 LORRI-jeve slike plus jedna MVIC-ova slika kao rezervna.

Sledi simulacija Haronove kampanje:

nh5
Kampanja
3 optičke navigacije “New Horizonsa”, Haronova revolucija (simulacija).

Sledi simulacija Hidrine kampanje – to će biti još jedna igra tačkica, ali biće uzbudljivo gledati kako prečnici orbita rastu tokom šest nedelja:

20140718 nh opnav3 hydra
Kampanja
3 optičke navigacije “New Horizonsa”, Hidrina revolucija (simulacija).

Od 16. maja do 27. maja, “New Horizons” će prekinuti posmatranje Plutona i u spin-stabilizujućem režimu okrenuti se ka Zemlji radi kompletnog slanja svih podataka snimljenih tokom priprema za “fly-by”.

Kampanja 4: od 27. maj do 16. jula 2015.

  • svakodnevne opservacije tokom sedam nedelja;
  • posle prvih 26 dana (21 dan do najbližeg preleta), svaka opservacija će uključivati 4 slike LORRI u punoj rezoluciji, 6 slika LORRI u četvrtinskoj rezoluciji, i 2 MVIC slike.
  • tokom finalna 23 dana (od 21. dana pre do 1 dana posle najbližeg proleta), svaka opservacija će obuhvatiti 5 slika LORRI-jem u visokoj rezoluciji.

Sledi simulacija opservacija LORRI-jem u visokoj rezoluciji tokom 7 nedelja. Na animaciji je prikazan baricentar Pluton-Haron, ali to neće biti baš ono što će snimiti LORRI, jer je prave slike biti napravljene u drugačijem trenutku. Ovo je dobra prilika da na ovom šematskom primeru vidimo na koji način će kampanja optičke navigacije igrati ulogu tokom leta sonde kroz sistem. Takođe se može videti i na kojoj blizine će “Horizons” proleteti pored Plutona i koliki će biti u vidnom polju kamera!

nh7
Kampanja
№4 optičke navigacije “New Horizonsa” (simulacija).

Proces u kome tim za opričku navigaciju pretače sve ove slike u podatke o položaju Plutona i njegovih satelita fascinantan je, a uključuje nekoliko vrlo složenih poslova; npr. tim je morao da odredi geometrijsku distorziju kamera, primenjujući posmatranja zvezdanih jata M6 i M7 tokom leta (oni tu distorziju nazivaju “značajnom”, iako se radi o 1,73 +/- 0,01 u ćoškovima vidnog polja). U stvarnosti, postoje dva nezavisna tima za potičku navigaciju, jedan je “KinetX, Inc.“, a drugi je Laboratorija za mlazni pogon (JPL), od kojih je svaki razvio sopstveni softver („KinetX“ koristi „MATLAB“, a JPL koristi „Fortran“ i „C“). Sve ovo je lepo objašnjeno u radu Owena, Dumonta i Jackmana.

Ono što je najinteresantnije sa ovim slikama jeste to što će svaki set slika za optičku navigaciju biti najbolje slike Plutonovog sistema koje će “New Horizons” praviti i prvo slati na Zemlju. Zato što će biti kritične za navigaciju, uvek će imati najviši prioritet u slanju, tako da će čak i tokom prikupljanja naučnih podataka one biti prve slate na Zemlju, iako neće sadržavati mnogo detalja površine makar do jula.

nh poster

nh tabela

 


[1] Tzv. „resolving power“ predstavlja mogućnost optičkog uređaja da odvoji, tj. da vidi posebno, tačke na nekom udaljenom objektu. Kažu da je za ljudsko oko ta snaga 120 lučnih sekundi

[2] Najveća poznata kamera poslata u kosmos je ona na evropskoj sondi „Gaia (milijardu pixela).

[3]Hablova“ ugaona rezolucija – širina jednog piksela kamere WFC3 projektovana na nebo – iznosi 0,04 arc sec, ili 0,19 mikroradijana. LORRI – oko 5 mikroradijana. Znači da NH ima oko 25 puta manje oštar vid od „Habla“, te mora da bude makar 25 puta bliži Plutonu da bi mu slike bile oštrije od „Hablovih“. Na snimcima „Hablove“ kamere WFC3 Pluton zauzima 3 piksela, pa će i u kameri LORRI zauzeti 3 piksela kada NH bude na oko 160 miliona km. Kako sam to izračunao? Pluton ima prečnik 2.400 km, tako da svaki piksel „pokriva“ 800 km. Podelio sam to sa 5 mikroradijana – što je isto kao da sam podelio sa 5 a onda dodao reč „milion“ na kraju – i dobio 160 miliona km.

[4] MVIC je deo teleskopa „Ralph“ otvora 60 mm, koji radi na dva kanala (jedan je MVIC a drugi spektrometas LEISA). „Ralph“ i ultraljubičasti spektrometar „Alice“ čine delove naučnog programa PERSI (Pluto Exploration Remote Sensing Investigation).


’New Horizons’ započinje prve korake faze približavanja Plutonu

Počinje godina Plutona i „Novih Horizonata“

'New Horizons': nišanjenje Plutona uz pomoć ALMA

'New Horizons' pred presecanjem Neptunove orbite


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

  • Miki said More
    @Sveta
    Pa nije potrebna nikakva sila da... 14 sati ranije
  • Aleksandar Stanišev said More
    U američkom jeziku koristi se brojevni... 14 sati ranije
  • Dragan Tanaskoski said More
    Siniša, ovaj sajt nije moj, ja sam samo... 2 dana ranije
  • Aleksandar Zorkić said More
    Dobijate besplatno već četvrt veka... 2 dana ranije
  • Sveta said More
    Pa i nije dat odgovor na pitanje. Tačno... 4 dana ranije

Foto...