KOSMONAUTIKA
Dragan Lazarević
Misija sonde DART
Udar u satelit asteroida Didimos
Šest decenija duga istorija istraživanja Sunčevog sistema kosmičkim sondama započeta je udarom sonde „Luna1“ o površinu Meseca, 2. januara 1959. Udarom o Mesec završavale su se i misije sondi serije „Ranger“ koje su slale tv snimke Mesečeve površine. U brojnim kasnijim misijama, udar o površinu nebeskog tela bez atmosfere je predstavaljao način za ispitivanje njenog sastava. Sonda „Deep Impact“ je 2005. poslala masivan udarni blok na kometu Tempel 1 i izazvala izbijanja materije iz unutrašnjosti komete, što je omogućilo spektroskopsku analizu. Sličan poduhvat je izveden i sondom LCROSS 2009, kada je na krater u blizini Mesečevog južnog pola bačena sonda-impaktor u cilju detektovanja podpovršinskog vodenog leda. Misija sonde „Messenger“ je 2015. takođe završena obrušavanjem na površinu Merkura i veštačkim stvaranjem novog kratera.
Projekt sonde DART znatno se razlikuje od prethodnih udara sondi o razna tela Sunčevog sistema jer je jedini cilj njene misije bio udar i promena kretanja tela koje je izloženo udaru (asteroida-satelita većeg asteroida) u granicama koje se mogu registrovati.
Svrha ove misije je testiranje metoda promene putanje asteroida sa mogućom primenom na neki asteroid koji predstavalja pretnju Zemlji.
Realna pretnja Zemlji znači da proračun na osnovu kretanja asteroida ukazuje da bi, u nekom trenutku u budućnosti, on dospeo u blizinu Zemlje i, zahvaćen njenim gravitacionim poljem, pao na nju.
Asteroidi NEA (Near Earth Asteroides) koji prilaze relativno blizu Zemlje podeljeni su u grupu „Apola“ - perihel je udaljeniji od udaljenosti Zemlje od Sunca i nisu pretnja i, u daljoj budućnosti, grupu „Amora“ koji seku Zemljinu putanju. Do sada je registrovano preko dvesta većih takvih objekata. Na sreću, ravan orbite im se ne poklapa sa Zemljinom ekliptikom a i vreme obilaska je sinhronizovano sa Zemljinim. Od poznatih objekata, u doglednoj budućnosti, nijedan ne predstavlja realnu pretnju.
Broj objekata manjih od 100 m u prečniku, koji seku Zemljinu putanju, procenjuje se na preko 200.000. Njih je vrlo teško otkriti pa se dešavalo da iznenade ulaskom u Zemljinu atmosferu. Tako je bilo 2013. kada je asteroid veličine oko 30-50 m eksplodirao nad Čeljabinskom, u Rusiji. Pad tela veličine oko 100 m mogao bi da izazove katastrofu na području od oko 1000 km2; još gore bi bilo ako bi takav asteroid pao u okean pošto bi nastao cunami talas uništio priobalne gradove u mnogo širem području. Realna opasnost od pada manjeg asteroida postoji a postupak najbliži primeni za promenu njegove putanje je direktan udar kosmičke letelice u njega što je i bio polazni motiv za projekt sonde DART.
Asteroid Didimos i njegov satelit Dimorfos
Izbor objekta pogodnog za eksperiment promene putanje je sužen na Dimorfos, satelit asteroida Didimos. Ovaj neobičan, gotovo egzotičan par asteroida je gotovo idealan izbor za ovu misiju. Asteriod Didimos je otkriven 1996. od strane grupe astronoma zaduženih za osmatranje i nadzor asteroida iz Apolo grupe na opservatoriji „Kit Pik“. Tada je dobio oznaku 1996GT. Na osnovu promene albeda, ustanovljene su njegove približne dimenzije od 832x838x786 km, kreće se eliptičnom putanjom na udaljenosti 151x340 miliona km od Sunca, sa periodom obilaska 2,11 zemaljske godine. Ravan putanje odstupa od Zemljine ekliptike za 3,4º. Obrće se oko svoje ose u retrogradnom smeru za samo 2,25 časa. Fotometrijskim merenjima i radio-astronomskim snimanjima opservatorije „Aresibo“ ustanovljano je 2003. da oko asteroida 1996GT kruži, u retrogradnom smeru, asteroid-satelit sa periodom obilaska od 11,92 časa, na rastojanju od baricentra 1,2 km. Potom je glavni asteroid 1996GT dobio oznaku 65803Didymos (na grčkom: blizanac) a kasnije je i asteroid-satelit nazvan Dimorphos (na grčkom: dvoobličan). Veličina Dimorfusa je 208x160x133km a period rotacije je isti kao i period obilaska oko Didimosa - 11,92 časa, što znači da mu uvek okreće jednu svoju stranu. Ustanovljena je da masa Didimosa iznosi oko 528 miliona tona a Dimorfosa oko 4,8 miliona tona. To znači da je centralni asteroid oko 110 puta masivniji od pratioca. Na osnovu toga može se smatrati da taj sistem nije binarni jer se centar mase (baricentar) nalazi unutar zapremine većeg tela. Gustina Didimosa je oko 2,2g/cm3 klase je Xk, gustina Dimorfusa je oko 2 g/cm3, pripada S tipu asteroida. Oba su silikatnog sastava.
Misija kosmičke sonde DART
 NASA je, u saradnji sa laboratorijim za primenjenu fiziku „John Hopkins“ projektovala i izradila sondu nazvanu DART (Double Asteroid Redirection Test) što ukazuje na cilj misije - promenu pravca kretanja dvostrukog asteroida (na engleskom: „dart“ znači i „strelica“). Na osnovu već korišćenih tehničkih dostignuća napravljena je jednostavna kosmička sonda mase 610 kg prizmatičnog oblika, veličine 1,9x1,8x2,6 m. Glavni i jedini složen instrument je kamera nazvana DRACO (Didimos Reconaistance and Asteroid Camera for Optical navigation) čiji optički deo čini teleskop otvora 20 cm. Snimanje se obavlja u vidljivom i bliskom IC području sa oštrinom slike od od 5,53 megapiksela. Sistem za navigaciju čine senzori za Sunce i zvezde sa odgovarajućim računarom nazvan SMART (Small-body Maneuvring Autonomous Real Time Navigation) i on upravlja sistemom mikroraketnih motora sa pogonom na hidrazin (sa oko 40 kg ukupne mase tog goriva). To održava položaj sonde i precizno je usmerava ka cilju. Nije tajna da je taj sistem razvijem na osnovi sistema navođenja projektila takozvanog anti-balističkog štita.
Sonda je imala i rezervni jonski pogon NEXT, sa oko 60 kg radne materije gasa ksenona, koji je, u slučaju neuspeha i promašaja Dimorfosa, trebalo da odgovarajućim manevrom usmeri sondu na ponovni susret i sudar kroz dve godine. Solarni paneli ROSA su najveća tehnoška novina. Efikasniji su tri puta od postojećih, uvijeni su u vidu rolne i, kada se razviju, imaju veličinu 2x (8,5x2,4m). Daju električnu struju 6,6 kW snage. Na sondi DART je i mala sonda mase 14 kg – LICIACube, italijanske kosmičke agencije, sa dve kamere koje treba da snime udar sonde DART.
Misija je započeta lansiranjem sonde 24. novembra 2021, raketom „falkon 9“ kompanije „Space X“ sa vojnog kosmodroma Vandeberg. Drugi stepen rakete je uspešno izveo sondu na heliocentričnu putanju ka asteroidu Didimos, što je kamera na sondi registrovala 27. jula 2022. Mala sonda LICIACube je odvojena 11. septembra 2022. Navigacioni sistem je fiksiran na Dimorfos 26. septembra, na rastojanju 7500km od njegove površine. Manevarski sistem je usmeravao sondu DART na putanju centralnog sudara sa njim. Asteroidi su tada bili udaljeni od Zemlje oko 11 miliona km.
Tokom približavanja usledio je prenos slika. Prvo su se videla oba asteroida: izrazito veći Didimos prašnjavo-stenovite površine a potom i Dimorfos koji je ličio da grudvu prašine i izlomljenih stena. Snimci su stizasli svake sekunde i, pred sam udar, sa rastojanja od 12 km, videle su se stene oštrih ivica na snimku sa rezolucijom od 20cm. Prenos poslednjeg snimka je prekinut udarom brzinom od 6,6 km/sek, tj. uništenjem sonde, koja je time i obavila svoju namenu. Mala sonda LICIACube je proletela pored Didimosa na rastojanju od 56,7 km i snimila bljesak nastao udarom sonde DART o Dimorfos.
Neočekivano uspešan rezultat misije
Blesak nastao udarom o asteroid pratili su mreža ATLAS teleskopa na Zemlji, kosmički teleskopi Habl i JWST i mala sonda LICIACube. Na osnovu snimka opservatorije SOAR, iz asteroida Dimorfos je usledila, posle udara sonde, erupcija materije iz njegove unutrašnjosti koja se raširila u kosmos vidu repa komete dužine 10 km. Udar sonde mase 610 kg pri brzini od 6,6 km/s u telo gotovo 8 miliona puta veće mase treba da smanji brzinu Dimorfusa oko Didimosa (koja iznosi 0,174 m/sek) za oko 1-2 mm/sek. Dimorfus je trebalo da pada ka Didimosu, tj.prešao bi na eliptičnu putanju sa manjim srednjom udaljenošću ali većom srednjom brzinom, što bi moralo da smanji period obilaska za veličinu koja se može izmeriti - očekivano je da to bude oko 73 sekunde. Fotometrijskim snimanjima opservatorija sa Zemlje i analizom krivulja promene sjaja prilikom međusobnih zaklanjanja i ulazaka u senke između oba asteroida, izmereno je skraćenje perioda obilaska za čak 32 minuta. To je daleko više nego što bi moglo da se objasni prenosom impusa sile sa sonde na asteriod prilikom udara.
S obzirom na količinu materijala izbačenog iz dubine Dimorfusa kroz krater koji je udar sonde napravio na njegovoj površini, u njemu je iniciran neki proces izbacivanja materije, kao da je aktiviran raketni pogon. Možda je došlo do isparavanja leda u njegovoj unutrašnjosti pretvaranjem kinetičke energije sonde DART u toplotnu?
Misija je uspešno okončana i u svetskim medijima je pomalo senzacionalistički prikazana kao prvi korak ka odbrani Zemlje od pada asteroida na nju. Što se tiče preciznosti navođenja sonde, uspeh je potvrđen ali energija udara je nekoliko reda veličine manja od dovoljne da asteroid skrene sa putanje - čak i za asteroid veličine od oko 200m (koliki je približno Dimorfos) a koji se za sada ne može registrovati na udaljenosti preko 10 miliona km.
Budući orbiter Didimosa
Prema prvobitno zamišljenom planu saradnje NASA-e i ESA-e evropska sonda je trebalo da uđe u orbitu oko Didmosa pre udara sonde DART i iz neposredne blizine snimi udar a potom i njegov učinak na asteroid. ESA je prethodno otkazala tu misiju, ali je odlučeno da se ipak pošalje sonda nazvana „Hera“ koja bi postala orbiter Didimosa i tokom bar 6 meseci vršila opsežna istraživanja oba asteroida. Sonda mase 870 kg sa brojnim naučnim instrumentima za radarska osmatranja, spektroskopiju u raznim područjima spektra i više kamera za snimanje treba da bude lansirana oktobra 2024. raketom „Ariane 6“. Na cilj bi trebalo da stigne 2026. Zahvaljujući velikoj količini goriva (oko 500kg) postigla bi istu putanju oko Sunca kao i Didimos i ušla u orbitu oko njega. Proletala bi i pored Dimorfosa i snimala ga. Tada će se videti krater nastao udarom sonde DART i stručnjaci će moći da procene posledice udara i odgovore na pitanja: koliki je deo impulsa (količine kretanja) kao i kinetičke energije prenesen sa sonde na asteroid kao i koliko je te energije transformisano u toplotu?
Sonda treba da spusti na Dimorfos dve male sonde „Milani“ i „Juventas“, mase od po 12 kg (možda baš u krater nastao udarom sonde DART). Sonda Hera treba da se spusti na Didimos.
Po okončanju misije sonde Hera, misija sonde DART biće realno procenjena, što bi moglo da posluži kao osnova za buduće misije većih sondi, sa znatno masivnijim udarnim telima-impaktorima koji bi mogli da znatnije promene orbitu asteroida oko Sunca - što bi bila osnova za eventualnu misiju promene putanje asteroida koji zaista predstavlja pretnju Zemlji.
Dragan Lazarević
Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"
|
