Misja DAWN (NASA)

Qvo vadis?

Misja DAWN jest kolejną bezzałogową misją zaprojektowaną dla NASA w ramach programu Discovery, przez Jet Propulsion Laboratory. W swoim ogromnym dorobku JPL ma między innymi kultowe już misje Voyager, Gallileo czy Cassini.

Głównym celem misji Dawn, jest badanie dwóch obiektów pasa głównego czyli asteroidy Westa i planety karłowatej Ceres. Na podstawie danych uzyskanych przez sondę, zrozumienie wczesnych etapów formowania się naszego Układu Słonecznego ma stać się mniej mgliste. Misja ta w swym głównym założeniu jest zbliżona do misji Rosetta o której TU pisałem. Różnica polega na obiektach jakie zostały wybrane, oraz sposobie przeprowadzenia badań. W Rozecie za cel została obrana kometa krótkookresowa 67P/C-G, gdzie po dotarciu do komety, na jej powierzchnię został wysłany lądownik przeprowadzający eksperymenty tuż po lądowaniu. Sonda wszystkie badania będzie przeprowadzać z orbit obiektów które odwiedzi.

Za cele główne wyprawy posłużą protoplanety Westa i Ceres. Są jednymi z największych obiektów pasa planetoid, co więcej znacząco różnią się od siebie. Westa jest skalistą, przekształconą, suchą planetoidą w przeciwieństwie do Ceres’a, który posiada wodę pod postacią lodu oraz prymitywną, niezmienioną budowę. Dalsza ewolucja tych ciał została przerwana przez uformowanie się gazowego giganta – Jowisza.

Całe przedsięwzięcie pod nazwą Dawn, było wielokrotnie zagrożone wskutek anulowania czy zawieszania projektu. Ostatecznie w marcu 2006 roku podjęto decyzje o kontynuowaniu misji. Ostatecznie koszt całkowity misji ma się zamknąć w sumie 446 milionów dolarów. Skąd wzięła się nazwa Dawn (Świt)? Otóż misja ma rozjaśnić początek, świt naszego Układu Słonecznego a w szczególności prawa jakimi rządzą się planety w czasie ich formowania.

Zasadnicze cele badawcze:

  1. Poznanie warunków w początkowych momentach formowania się Układu Słonecznego oraz ich wpływu na formowanie się takich obiektów jak Westa i Ceres;

  2. Lepsze zrozumienie etapów ewolucji i materiału (z naciskiem na wodę) z jakiego zostały uformowane protoplanety;

  3. Zrozumienie czynników jakie miały wpływ na zasadniczo różne ścieżki ewolucyjne Westy i Ceresa.

Cele te mają być osiągnięte dzięki:

  • Zbadanie struktury wewnętrznej i rozkładu gęstości protoplanet;

  • Określenie ich kształtu, rozmiarów, masy i składu;
  • Zbadanie morfologii powierzchni, gęstości kraterów;
  • Określenie historii termicznej i rozmiarów jądra tych planetoid;
  • Zrozumienie roli wody w przebiegu ewolucji planetoid;
  • Sprawdzenie pochodzenia źródła meteorytów howardytów, eukrytów i diogenitów (meteorytów HED) oraz sprawdzenie czy istnieją meteoryty pochodzące z Ceres’a;
  • Dostarczenie kontekstu geologicznego dla meteorytów HED.

Misja Dawn jest określana jako pomost do zrozumienia praw, jakie determinują powstawanie skalistych planet wewnętrznej części naszego układu a lodowymi tworami zewnętrznej części Układu Słonecznego rozpoczynającymi się poza pasem planetoid. Misja ma też dodatkowy wymiar poznawczy, albowiem właśnie teraz przypadł czas odkrywania setek odległych układów planetarnych dzięki teleskopowi Keplera. Być może dzięki połączonym wysiłkom naukowców dowiemy się czy nasz Układ słoneczny jest wyjątkowy, czy też jest typowym układem stworzonym według ogólnie panujących we Wszechświecie praw.

Pas planetoid.

Gdzie dokładnie znajdują się protoplanety do których zmierzał Dawn? Zlokalizowane są w pasie planetoid, który tworzy pierścień gruzu pomiędzy Marsem i Jowiszem. Najprawdopodobniej powstała by tam planeta, gdyby nie ogromny Jowisz. Zahamował on formowanie się hipotetycznej planety dzięki swojej ogromnej grawitacji. Gdyby Jowisz powstał później, być może niedoszła planeta zakończyła by proces formowania się. Zgodnie z regułą Titusa-Bodego w miejscu pasa planetoid przewidziane jest miejsce w którym powinna znajdować się takowa planeta. Obecnie pas planetoid posiada jedynie nikły ułamek swojej początkowej masy. Większość materiału na przestrzeni milionów lat, została wyrzucona ze swoich orbit na skutek grawitacyjnego oddziaływania Jowisza. Spora część spadła na wewnętrzne planety w tym Ziemię. Westa i Ceres są obiektami na które przypada większość masy całego pasa.

 

Rodzina_Hildy

Pas planetoid znajduje się pomiędzy orbitami Marsa i Jowisza.

 

Trajektoria lotu sondy.

Trajektoria lotu sondy.

 

Rewolucyjny napęd.

Co takiego wyróżnia tą misje od innych? Wszak statki kosmiczne wszelkiego rodzaju wysyła się od dziesięcioleci, więc o co tyle hałasu? Cóż, dla zwykłego zjadacza chleba to tylko wydarzenie w wieczornych wiadomościach raz na kilka miesięcy czy nawet lat biorąc pod uwagę czas trwania misji. Dla osób bardziej zainteresowanych tematem to już całkiem ciekawa misja ze względu na cel oraz specyfikację techniczną samej sondy a dokładniej na jej napęd. Dawn jest pierwszą sondą, która weszła na orbity dwóch ciał niebieskich podczas jednego lotu. Pierwszy raz kiedy badała Westę przez okres od lipca 2011 do września 2012. Drugim etapem było wejście na orbitę Ceres,a w marcu 2015 gdzie przebywa do chwili obecnej i pozostanie po zakończeniu misji. Po drodze do Westy sonda wykonała manewr asysty grawitacyjnej, który opisałem już w innym artykule. Wszystkie te manewry nie były by możliwe bez użycia napędu nowego typu jakim jest silnik jonowy. To wyjątkowo wydajny, elektryczny napęd do którego jako paliwo użyto ksenonu. Pierwszy raz ten typ napędu zastosowano w misji Deep Space 1. Napęd jonowy jest o wiele bardziej efektywny, niż chemiczne, odrzutowe odpowiedniki, ale kosztem znacznie mniejszego ciągu. Innymi słowy, potrzeba znacznie mniej paliwa, aby zmienić swoją prędkość o określoną wartość niż miałoby to miejsce, jeżeli zastosowano by standardowy napęd. Skutkiem takiego rozwiązania, jest znacznie większy czas potrzebny do wykonania manewru. Przytoczę przykład który pomoże zilustrować różnicę, pomiędzy użyciem standardowego napędu odrzutowego i jonowego. Silnik typowego statku kosmicznego może spalić około 300 kilogramów materiałów pędnych w około 20 minut pracy, osiągając przy tym przyśpieszenie rzędu 1000 m/s. Przy maksymalnym ciągu, silnik jonowy sondy Dawn’a może spalić tylko około 0,25 kg ksenonu dziennie, zmieniając wielkość przyśpieszenia statku o 10 m/s. Aby napęd jonowy osiągnął przyśpieszenie rzędu 1000 m/s, musiałby zużyć tylko 25 kg ksenonu ale zajęło by to aż 100 dni! Przy maksymalnym ciągu, każdy silnik pracuje z siłą 91 milinewtonów co jest ekwiwalentem nacisku kartki papieru na dłoń człowieka czyli… tyle ile nic a jednak! Zatem jak widać, są to ogromne oszczędności w masie sondy, które bezpośrednio przekładają się na koszt wyniesienia aparatury w przestrzeń kosmiczną. Silniki Dawn’a są w stanie zwiększyć prędkość sondy do ponad 10 km/s, ale łączny czas pracy silników wynosiłby wtedy 6 lat! Być może to sporo czasu, ale osiągnięcie tego samego celu przy zastosowaniu standardowego, chemicznego napędu spowodowało by zwiększenie kosztów misji o setki milionów dolarów a to automatycznie oznaczało by anulowanie tego projektu.

nasa.gov

Zasada działania silnika jonowego.

Co już wiadomo?

Obecnie sonda przebywa na orbicie docelowej Ceres’a, gdzie w przyszłym roku planowane jest zakończenie misji. Czego zdołaliśmy się dowiedzieć do tej pory? Duża ilość informacji jaką udało się zebrać podczas pobytu na orbicie Westy obecnie poddana jest analizie. Coraz więcej można powiedzieć o budowie geologicznej asteroidy, ale na ostateczną historię jej ewolucji jeszcze musimy poczekać. Tymczasem po bliższej analizie zdjęć Westy, naukowcy wysnuli hipotezę o  możliwej obecności wody we wczesnej młodości Westy. Jest to wielkie zaskoczenie, albowiem początkowo zakładano, że planetoida była i jest sucha, niemniej jednak zastrzegają, że twory na powierzchni choć tak podobne do ziemskich utworzonych przez wodę, mogą być zupełnie innego pochodzenia. Tymczasem na Ceres’ie sonda rozpoczęła zbieranie danych, tak więc na szczegóły poczekamy zapewne dłużej, niż opracowania na temat Westy. Na obecną chwilę możemy podziwiać zdjęcia obu ciał niebieskich. Z większych ciekawostek mamy dwa białe punkty na powierzchni planety karłowatej niewiadomego pochodzenia.

 

nasa.gov

Cornelia Krater znajdujący się na Weście.

 

nasa.gov

Dwie tajemnicze palmy na Ceres’ie.

 

 

Artykuł zostawiam otwarty. W miarę pojawiania się istotnych wiadomości na temat misji, będę dokonywać aktualizacji wpisu.

Aktualizacja 25.05.2015

Nadal pozostają tajemnicą białe punkty na powierzchni Ceres’a. W miarę obniżania orbity przez sondę, otrzymujemy coraz to dokładniejsze zdjęcia. Najnowsze zrobione 16 maja ukazują nam tajemniczą grupę (największą z kilku na Ceresie) obiektów w większej rozdzielczości. Na obecna chwilę dysponujemy zdjęciami wykonanymi z odległości 7200 kilometrów, które ujawniają więcej szczegółów tajemniczych obiektów znajdujących się na dnie krateru. Są to jasno świecące odbitym światłem słonecznym punkty, które spędzają sen z powiek wielu uczonym, którzy się ich w zupełności nie spodziewali. Według głównodowodzącego misją Christopher Russell jest to najprawdopodobniej lód ale to tylko najprawdopodobniejsza wersja. Na stronie http://www.jpl.nasa.gov/dawn/world_ceres/# udostępniono ankietę, gdzie każdy może zagłosować na jedną z sześciu opcji wśród których pod uwagę są brane między innymi gejzery czy sól. Osobiście obstawiłem ostatnią czyli – inne. Sprawa robi się naprawdę coraz ciekawsza!

nasa.gov

Reklamy

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s