ASTRONAUTIKA

Pripremio: Dragan Lazarević

Misija sonde rosseta i lendera philae

Istorijsko sletanje obavljeno, na rezultate se čeka

Misije kosmičkih sondi po Sunčevom sistemu su sada deo astronautike koji se najbrže razvija. Sonde kruže oko Meseca, Merkura, Venere, Marsa i Saturna a nove idu ka Ceresu, Jupiteru i Plutonu sa ciljem da dosegnu svaku planetu ili manje telo u Sunčevom sistemu.

Misija sonde rosseta je pokazala da komete nisu nedostižni ciljevi za robotizovane kosmičke aparate koji, podacima poslatim na Zemlju, uklanjaju jednu po jednu nepoznanicu o našem kosmičkom susedstvu. Spuštanjem lendera philae na površinu jezgra komete Čurjumov - Gerasimenko astronautika je 2014. napravila još jedan poduhvat; posle spuštanja sondi na Mesec, Veneru, Mars, Titan i asteroide Eros i Itokava, ova kometa je sedmo telo Sunčevog sistema koje je postalo oblast delovanja tehnike koju je stvorio čovek. Sa gledišta kosmičke mehanike, komete su teže dostupni ciljevi od planeta jer su im putanje oko Sunca izrazito elipti čne . Da bi se poslala kosmička letelica u blizinu komete, potrebno je da se postavi u putanju susreta, koja je takođe izrazita elipsa. Problem je što u tački susreta, presečnoj tački dve eliptične putanje, kosmička letelica ima veliku relativnu brzinu u odnosu na kometu. Ta brzina se može poništiti samo radom raketnih motora, a to zahteva utrošak znatne količine goriva, posle čega sledi prilaz kometi i ulazak u njenu orbitu.

Ranije obavljene misije ka kometama su se svodile na proletanja kraj njih a misija Deep impact je obavila i sudar posebnog dela sonde, tzv.impaktora sa jezgrom komete Tempel 1 .

Let kroz komu

Približavanjem komete Suncu, vodeni led i sleđeni gasovi počinju da isparavaju usled zagrevanja. Oko njenog jezgra se formira oblak prašine i gasova tzv. koma, a pod dejstvom sunčevog vetra oslobađa se i milionima km dug rep komete. Da bi se sonda kretala kroz komu u cilju spuštanja na jezgro, potrebna je posebna zaštita od čestica sa komete u vidu štita, što dodatno komplikuje njenu konstrukciju.

Izbor komete, cilja prvog spuštanja sonde je obavljen tako da ona bude pogodna za ostvarenje misije. Eliptiča putanja komete ne sme da bude previše ekscentrična niti da kometa prilazi previše blizu Sunca - da isparavanja sa jezgra ne oštete sondu.

Tri oblasti isparavanja

Izbor ESA-e je kometa 67P/Churyumov-Gerasimenko . Ova kometa, iz tzv. Jupiterove grupe kometa, obilazi oko Sunca za 6,44 Zemljinih godina, najveća udaljenost je 850,15 miliona km a najmanja, tzv. perihel je 185,98 miliona km. Pri svojim obilascima seče putanje Jupitera i Marsa.

Otkrivena je 1969. od strane sovjetskih astronoma Klima Ivanoviča Čurjumova i Svetlane Ivanovne Gerasimenko i od tada je redovno osmatrana od strane svetskih astronoma. Analizom njene putanje ustanovljeno je da se ona neprekidno menja.

Kometa potiče iz Kjuiperovog pojasa ledenih asteroida i planetoida, koji je napustila u dalekoj prošlosti zahvaćena gravitacijom Neptuna. Bliskim prolazom pored njega bila je izbačena prema prostorima bližim Suncu. Pre 1840. perihel je bio na oko 600 miliona km od Sunca; delovanjem gravitacije Jupitera ona se polako približavala Suncu, do 400 miliona km. Prolaskom pored Jupitera 1959. perihel se spustio na 193,5 miliona km a potom i na sadašnju veličinu. Pri prolasku kroz perihel 1982/83. i isparavanjem usled zagrevanja gubila je deo mase u vidu gasova i prašine intenzitetom 220 kg/sec.

Osmatranja pri prolasku kroz perihel 2002/03. su otkrila da postoje tri oblasti isparavanja sa intenzivnim mlazevima a izbacivanje materijala je oko 60 kg/sec.

U njenoj komi su spektroskopski otkriveni, pored vodene pare, ugljenmonoksid i ugljendioksid, amonijak, metan, metil alkohol, natrijum i magnezijum. Posle 2009. njena rotacija, usled gubitka dela mase, usporava i sada iznosi 12,4 časa. Temperatura na njenoj površini se kreće od 30K do 160K.

Ova kometa spada u prašnjave komete; prekrivena je slojem prašine od 20-30 cm ispod koje je prašnjavi led. Zbog prašnjavog sloja, boja komete je crnja od uglja. Srednja gustina je samo 0,4 g/cm3, što ukazuje da u njenoj unutrašnjosi ima i šupljina.

Cilj misije sonde je da se ispita sastav komete i ustanovi prisustvo složenijih organskih jedinjenja za koja se smatra da postoje na kometama i u njihovoj unutrašnjosti. Da li su komete donele složene organske molekule, osnove života aminokiseline i segmente DNK na Zemlju? Da li su donele vodu pre 4 milijarde godina? To su pitanja na koja bi trebalo da odgovori misija sonde Rozeta.

Dug put do komete

Sonda rossete je nazvana po imenu kamena na kojem su uklesana i upoređena različita pisma, grčki alfabet i staroegipatski hijeroglifi, što je omogućilo arheolozima da dešifruju hijeroglife i tako upoznaju egipatsku istoriju.

Od rezutata istraživanja ove sonde se očekuje da omogući saznanja o nastanku organskih jedinjenja na kometana, uvid u ranu istoriju Sunčevog sistema i naše planete Zemlje i nastanka života na njoj.

Ukupna masa sonde je 2900 kg a na hipergolično gorivo otpada 1719 kg. Radom osam malih raketnih motora sonda bi mogla da izmeni brzinu za 2300 m/s. Energiju dobija iz solarnih panela snage 850 W na udaljenosti 510 miliona km od Sunca.

Sonda sa lenderom philae (nazvanim po obelisku na kome su takođe bila dva pisma) svoj dugi put je započela lansiranjem rakete arian 5 , iz baze Kuru, u Francuskoj Gvajani, 2.marta 2004. Posle ulaska u Zemljinu orbitu, treći stepen rakete izbacio je sondu u putanju oko Sunca koja se seče sa Zemljinom.

Pri prvom susretu sa Zemljom 2005. sonda je bila zahvaćena njenom gravitacijom i, metodom tzv.“gravitacione praćke“, njena putanja je usmerena ka Marsu, kraj kojeg je prošla 25. februara 2007, što joj je još više izdužilo putanju da bi, drugim prolaskom pored Zemlje 13. novembra 2007, bila izdužena sve do pojasa asteroida.

Prolazi pored asteroida 2867 Šteins 5. septembra 2008. opet se vratila bliže Suncu i treći put prošla pored Zemlje 13. novembra 2009. što ju je konačno usmerilo ka kometi. Usput 10. juna 2010. Prošla je pored asteroida 21 Lutetia , snimila ga i poslala podatke na Zemlju. Potom je sonda prešla u režim tzv. Hibernacije, kada je prekinula da vezu sa centrom na Zemlji. Iz tog režima se probudila januara 2014. i maja 2014. Prišla cilju, kometi 67P/Čurjumov-Gerasimenko , na udaljenosti 580 miliona km od Sunca. Aktiviranjem raketnih motora, sonda je napravila tzv. „delta v“ manevar i postepeno smanjila brzinu za 780 m/s. Brzina je smanjena na samo 1m/s 6. avgusta 2014. Zahvaćena slabom gravitacijom komete, ušla je u njenu orbitu 10. septembra 2014. na udaljenosti 30 km od jezgra komete.

Satelit komete iznenađujućeg oblika

Približavanjem sonde kometi i slanjem prvih jasnijih snimaka usledilo je iznenađenje jer je oblik jezgra znatno drugačiji od elipsoidnog modela koji je napravljen na osnovu snimaka sa teleskopa habl 2003. Jezgro komete je složenog oblika sa dve izdvojene celine spojene užom prevlakom pa su i uslovno nazvane „strana glava“ veličine 2,5x2,5x 2km i „strana trup“ veličine 4,1x3,2x1,3km.

Poreklo takvog oblika je možda rezultat razdvajanja delova komete i kasnijeg spajanja dva dela, kao u slučaju kontaktnih binarnih asteroida ali je moguće da je i rezultat isparavanja i napuštanja gasova i prašine sa suženog dela komete. Sonda je registrovala vodenu paru nastalu sublimacijom leda komete intenzitetom od 1 l/sec. Instrument rosina je analizom te vodene pare ustanovio da je odnos deuterijuma prema vodoniku daleko veći nego što je to na Zemlji. Iz toga je izveden zaključak da komete nisu donele vodu na Zemlju već da ona ima drugačije poreklo, sa asteroida ili iz primodijalne magline itd.

Iako je spuštanje lendera philae bilo najspektakularniji deo misije, glavni deo podataka koji se očekuje treba da stigne sa orbitera sonde rozeta . Deset instrumenata je namenjeno pr ? učavanju komete, njene površine i unutrašnjosti, gasova i čestica prašine njene kome. Optičke i infracrvene kamere su snimile kometu u celini a moći će da snime i detalje njene površine; ultraljubičasti, infracrveni i optički spektrometri će analizirati gasove kome a mikrotalasni detektor će detektovati vodu i amonijak.

Maseni spektroskop je detektovao odnos deuterijuma prema vodoniku a na sondi svoj zadatak treba da ispuni i jonski masspektroskop. Radarski sistem uređaja treba da šalje radio-talase do lendera philae kroz kometu i tako skenira njenu unutrašnjost a mikroskopi i uređaji za analizu prašine kome treba da prouče njen sastav i fizičke karakteristike.

Kada kometa bude najbliža Suncu 13. avgusta 2015. pojačano isparavanje u vidu pravih mlazeva gasova i prašine iz njene unutrašnjosti može da ugrozi sondu, njene instrumente i solarne panele pa će ona verovatno morati da se pomeri na bezbedniju udaljenost. Rozeta će do kraja 2015. biti veoma zaposlena radom svih instrumenata i slanjem podataka na Zemlju i realno je očekivati da će se dobiti odgovori na sva postavljena pitanja sa početka misije.

Phile skače po kometi

Na osnovu snimaka komete kamerama rozete napravljeno je njeno detaljno 3D mapiranje i počelo se sa izborom mesta na koje bi trebalo da se spusti lender philae . Izabrana je jedna zaravan na „glava strani“ komete, nazvana Agilkia, po ostrvu gde je nađen obelisk philae . Lender mase 100 kg odbačen je sa orbitera rozeta 12. novembra 2014. sa udaljenosti od 22,5 km.

Ubrzavajući pod dejstvom vrlo slabe gravitacije komete, sto hiljada puta slabije od Zemljine, posle sedam časova udario je o nju brzinom od oko 1m/sec. U trenutku udara, sistemi gasnih reaktivnih potiskivača koji su trebalo da lender pritisnu uz površinu komete nisu proradili kao što ni harpuni sidra nisu bili ispaljeni. Philae je odskočio brzinom od 38 cm/sec i ponovo se podigao oko 1 km iznad površine komete a potom, u lučnoj putanji, prešao približno isto rastojanje i, posle sedam minuta, udario ponovo o tle. Opet je odskočio brzinom od 3 cm/sec i zaustavio se na mestu koje nije moglo da se odredi. Orbiter je snimio njegova dva odskoka ali ne i završno zaustavljanje. Na osnovu snimaka okoline koje je lender emitovao, u pitanju je krševit predeo sa vertikalnim liticama. Verovatno je upao u neku pukotinu. Na jednom snimku se vidi da mu jedna stajna noga nije na tlu i da se spustio na svoju bočnu stranu.

Stručnjaci ESA-e sada analiziraju zašto se zaustavljanje nije odvijalo po planu. Moguće je da, iako je prašnjavi sloj amortizovao deo udara, sloj leda koji je ispod njega a tvrđi je od očekivanog doveo je do odskoka lendera. Možda je i obrtanje lendera oko ose jednom u 13 sekundi dovelo do toga da se senzori ubrzanja zbune, što je dovelo do zastoja u ispaljivanju harpuna sidra.

Lender je dospeo u položaj da, u toku jednog dana na kometi, samo 90 minuta Sunčevi zraci padaju na solarne panele tako da su se akumulatori predviđeni za 60 sati rada sve intenzivnije praznili?

Telo lendera je zarotirano u odnosu na stajne noge za 35 ugaonih stepeni ali ni to nije dovelo do boljeg položaja. Doneta je odluka da se lender stavi u stanje hibernacije dok se položaj komete prema Suncu na promeni toliko da solarni paneli lendera počnu da pune akumulatore.

Pitanje struje za rad

Prema nezvaničnim informacijama, instrumenti lendera su ipak registrovali organske molekule. Zasad brojni instrumenti na lenderu čekaju trenutak da ispune svoj zadatak. Spektometri na osnovu alfa i X zraka kao i gasni spektrometri i masspektroskopi treba da analiziraju sastav komete. Sedam kamera treba da u vidljivoj i IC svetlosti snimaju okolinu. Radio-detektor treba da hvata signale kroz kometu koje šalje rozeta . Uređaji za analizu fizičkih osobina tla treba da ustanove brzinu zvučnih talasa. Burgije treba da prodru do sloja 20 cm ispod površine, izvuku uzorke i izlože ih zagrevanju u pećima od platine. Philae poseduje i mikroskop za proučavanje prašine.

Svi ovi uređaji zahtevaju električnu energiju koje za sada nema, ali vremena ima dovoljno da se nađe neko rešenje.

Bilo je dosta misija kosmičkih sondi koje su izgledale otpisane ali su ih stručnjaci iz centara za upravljanje preprogramirali i spasili. Možda će, kada kometa bude najbliža Suncu i kada iz njene unutrašnjosti počnu da izbijaju mlazevi pare i prašine, neki takav gejzir podići lender iz pukotine u koju je upao. Bilo bi mnogo bolje kada bi se, pošto dopuni baterije, sam probudio iz hibernacije i javio radio-signalima sondi. U svakom slučaju, samo spuštanje na kometu je bilo istorijski čin a za sada ne treba gubiti nadu da će misija nastaviti kako je planirano.

Dragan Lazarević

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"