Astronomija : Robot za 'Duboki Svemir'

Ideja da se pošalje jedan robot koja će ući u stabilne jednogodišnje orbite oko dva sveta, uz to još asteroida (Ceresa i Veste), prosto je fenomenalna. Uz to, ovaj robot predstavlja prvu Nasinu čisto istraživačku letilicu na jonski pogon. Koliko je on efikasan, pokazuje i podatak da je letilica trenutno udaljena 452 miliona kilometara od Zemlje, i udaljava se od nje relativnom brzinom od preko 178.000 km/h.

Trenutno, „Dawn“ prati stabilan kurs kroz Sunčev sistem, polako se približavajući Vesti. Beskrajnim strpljenjem i istrajnošću, nastavlja da se kreće gonjen ksenonskim jonskim potisnim sistemom, sa ciljem da se sledećeg jula sretne sa drugim najmasivnijim članom Glavnog asteroidnog pojasa. Iako se letilica udaljava od Sunca, Zemljina orbita joj sve više približava našu planetu.

Budući da jonski motori već rade dve trećine vremena provedenog u kosmosu (uvek radi jedan od tri postojeća), „Dawn“ je dostigao brzinu ekvivalentnu 20.000 km/h. To ne znači da mu je STVARNA promena brzine[1] tolika, ali nam to još uvek daje vrlo korisan podatak za prikazivanje efikasnosti potiska. Mada je 5. juna prestigao dotadašnji rekord u propulzivnom priraštaju brzine[2], „Dawn“ se nalazi tek na polovini planiranog korišćenja motora u ovoj ambicioznoj osmogodišnjoj misiji. Dok 2015. godine kompletira misiju posetom planeti patuljku Ceresu (najvećem članu porodice objekata u asteroidnom pojasu), priraštaj (promena) brzine će se dvostruko povećati.

Početkom decembra, kontrolori letenja su instalirali nove softverske parametre za kontrolu orijentacije letilice tokom leta u uslovima nulte gravitacije[3]. Pre nego što nastavim dalje, možda bi bilo pametno da objasnim koje zapravo poslove obavlja sistem za kontrolu orijentacije.

Generalno, ovaj podsistem služi za okretanje letilice u takav položaj da jonski motori budu okrenuti u željenom pravcu neophodnom za dostizanje cilja misije, za orijentaciju glavne antene ka Zemlji, ili za nišanjenje kamera ili drugih instrumenata ka njihovoj meti. Takođe, uvek treba da drži velike panele solarnih kolektora[4] okrenute ka Suncu. Da bi odredio svoj položaj, „Dawn“ koristi „star trackere“, ili tragače zvezda“ (kojih ima dva na brodu, mada je dovoljan i jedan), čije kamere prepoznaju raspored zvezda i potom utvrđuju tačan pravac. Podsistem takođe sadrži i žiroskope koji povećavaju preciznost utvrđenog pravca. U slučaju većih kvarova, kada su tragači zvezda isključeni, u pomoć priskaču solarni senzori, koji mogu približno da utvrde položaj letilice. Uređaji poznati kao reakcioni točkovi (slični žiroskopu) koriste električnu energiju za kompjuterski proračunato rotiranje i služe za brže ili sporije okretanje sonde. Oni će biti od neprocenjive važnosti kada bude bilo potrebno okretati sondu po malo, i održavati teleskope i kamere fiksirane za jedno mesto.

Iz tehničkih razloga, reakcioni točkovi nisu dovoljni za usmeravanje „Dawna“ tokom njegove duge misije, te su potrebna dva dodatna podsistema koja pomažu u neophodnoj orijentaciji. Jedan od njih je reaktivni kontrolni sistem (RCS) koga čini 12 malih trastera koji koriste klasično gorivo poznato kao hidrazin (H2NNH2); za savršen rad je potrebno samo 6 trastera, ali drugi komplet služi da i u slučaju kvara misija ipak može da se nastavi. Čitav podsistem se napaja sa oko 45 kg hidrazina, mada će tokom čitave misije biti utrošeno znatno manje. Videćemo. Možda nakom okončanja primarne misije, menadžeri i inženjeri zaključe da „Dawn“ može da nastavi rad i usmere ga ka još nekom asteroidu, ali to će prvenstveno zavisiti od količine sačuvanog goriva i zdravstvenog stanja sonde.

Dakle, kao što smo videli, sistem za kontrolu položaja poseduje 4 metode za stabilizaciju ili „Dawnovo“ usmeravanje u drugom pravcu. Kada mu nije uključen jonski pogonski sistem, koristi dve tehnike: može da se osloni ili na 3 reakciona točka ili na svoj reaktivni sistem. Točkovi predstavljaju uređaje slične žiroskopu koji čuvaju ugaoni momenat i u zavisnosti da li se okreću brže ili sporije, rotiraju (ili zaustavljaju rotaciju kada je potrebno usmeriti antenu ka Zemlji) samu svemirsku letilicu. Prilikom prošlogodišnjeg manevra oko Marsa, videli smo da reakcioni točkovi nisu bili dovoljni, pa su korišćeni i reaktivni kontrolni „džetovi“ (mlazevi), mada samo povremeno. [Džetovi su poznati i pod nazivom „trasteri“, ali da bi se izbegla konfuzija sa jonskim motorima („ion thrusters“), često se koristi i ovaj termin.] Džetovi konvencionalnog raketnog goriva hidrazina proizvode male sile na letilici, čime stvaraju skretanje ili zaustavljanje skretanja letilice.

Ne zadovoljavajući se jednostavnim jezdenjem kroz solarni sistem, kao što to radi većina međuplanetnih sondi, „Dawn“ provodi većinu vremena koristeći jedan od svojih jonskih trastera za promenu kursa, konstantno dodajući pomalo protiska koji ga dovodi bliže i bliže svojoj budućoj destinaciji. Pored ubrzanja broda, laganim menjanjem ugla potiska[5], jonski motor može da se korisiti i za njegovo rotiranje. Zato podsistem za kontrolu orijentacije koristi ili jonski motor plus točkove (uz povremenu pomoć reaktivnog kontrolnog sistema), ili jonski motor plus češće paljenje džetova.

Interesantan podatak vezan za kontrolu stabilnosti sonde „Dawn“ jeste podatak da su od 23. avgusta namerno isključena sva 4 reakciona točka, što je bio prvi put od lansiranja (Tokom normalnog leta uvek se koriste 3 točka, ali jedan je već ranije pokazivao znakove potencijalnog kvara, pa je njegovu funkciju prihvatio rezervni.) Kontrolori su to uradili da bi što više sačuvali uređaj za korišćenje u orbitama oko Veste i Ceresa, dok će njihovu funkciju u ovoj fazi misije većinu vremena preuzimati jonski propulzioni sistem.

Još pre nego što su odlučili da deaktiviraju točkove tokom ostatka međuplanetne faze misije, inženjeri su započeli sa radom na tehnici što efikasnijeg trošenja hidrazina, ne bi li zalihe potrajale do kraja misije. Kada je pre više od 3 godine napustio Zemlju, „Dawn“ je poneo i 45,6 kg hidrazina. Danas je još uvek u tankovima ostalo preko 38 kg, ali štedljivi operatori i dalje žele da nastave sa štednjom dragocenog goriva. Smislili su način da maksimalno redukuju potrošnju sve dok su trasteri primarni kontrolni metod. (Rashodi hidrazina tokom jonskog pogona su već bila toliko mala da nema potrebe za promenama u kontrolnom modu.




Novi kontrolni parametri koji su instalirani na dva brodska kompjutera finalizovani su tek nakon opsežnih analiza i simulacija u laboratorijama Orbital Sciences Corporation iz Virdžinije i JPL. Bez potreba za promenama u softveru, operatori su u oktobru poslali naredbe ka „Dawnu“ i programirali ih tako da se aktiviraju 1. novembra, tokom redovne nedeljne pauze u radu jonskog motora (i kada se kontrola položaja letilice oslanja isključivo na džetove) radi upravljanja glavne antene[6] ka Zemlji. Zahvaljujući uspešnom apgrejdovanju, sistem sada koristi samo osminu hidrazina za održavanje stabilnosti, i u potpunosti odmara jonski potisak.

Možda treba da kažem da se neophodna stabilizacija postiže vrlo kratkom uključivanjima džetova, ali da su ona ipak previše slaba da bi mogla ozbiljnije da utiču na promenu trajektorije oko Sunca. Čak i kada bi se svih 45,6 kg hidrazina odjednom iskoristilo za promenu brzine „Dawna“, efekat bi bio manji od 0,1 kilometar u sekundi (360 km/h), što je potpuno neprimetno u odnosu na daleko značajnijih 5,5 km/s (20.000 km) jonskog pogona, što je tek polovina planiranog ubrzanja do kraja misije. Mada svima nama to izgleda kao strašna jurnjava kroz svemir, treba da kažem da bi letilici (kada bi je sada volšebno zaustavili) trebalo 4 dana da dostigne brzinu od 0 do 100 km/h, a da bi za to vreme bio potrošen samo 1 kg ksenonskog goriva! (Sa 60 litara bi mogao da dostigne brzinu od 8.850 km/h.)