Dlouhá cesta k novým horizontům

29. srpna uvedla letová kontrola NASA naposledy do hibernace sondu New Horizons. Poslední období jejího odpočinku končí 6. prosince po 99 dnech. Za dalších šest týdnů pak začne samotná fáze průletu kolem trpasličí planety Pluto. Vyvrcholit by měla 14. července 2015 ve 13:49:59 SELČ, kdy sonda po devíti a půl letech proletí 10 000 km od trpasličí planety a 27 000 km od měsíce Charon relativní rychlostí 13,78 km/s (49 600 km/h). Pojďme si u příležitosti zahájení plného provozu v dnešním článku připomenout, co se kolem mise New Horizons dělo letos, abychom si v dalším textu přiblížili, co se bude se sondou dít v roce následujícím.

Na úvod si připomeňme, že New Horizons se vydal na svou dlouhou pouť vesmírem 19. ledna 2006.  Z floridské základny Cape Canaveral jej na oběžnou dráhu vynesl silný stroj skládající se ze tří stupňů. Prvním byl Atlas V 551 společnosti Lockheed Martin. Druhý stupeň Centaur udělil sondě třetí kosmickou rychlost – oběžnou dráhu Měsíce sonda překonala za pouhých devět hodin! Třetí stupeň ATK Star 48B jí udělil ještě větší únikovou rychlost ze spárů sluneční gravitace. Po Voyageru 1 šlo tenkrát o druhou nejrychlejší meziplanetární sondu (pokud nepočítáme sondy Helios urychlené v podstatě volným pádem do Slunce), jež se po akceleraci chemickou pohonnou jednotkou pohybovala rychlostí 16.5 km/s (59,000 km/h).

VIDEO: Historický start New Horizons z Cape Canaveral

Velká generálka s planetárním kapitánem

Z dnes už historických událostí si připomeňme jen jednu, neboť ovlivnila vývoj událostí budoucích. Byl jím průlet v blízkosti Jupiteru. Plynný král naší planetární soustavy byl pro další vývoj mise důležitý hned ze dvou hledisek: udělil sondě větší rychlost a zároveň mohla pozemní obsluha poprvé otestovat možnosti palubních vědeckých detektorů a rychlost oboustranné komunikace.

Nejtěsnější přiblížení nastalo rok a měsíc po startu 28. února 2007 v 06:44 SEČ. V tu dobu byla sonda 2,27 milionů kilometrů od povrchu planety. Blízký průlet urychlil New Horizons o 4 km/s (14,000 km/h), takže její rychlost se zvýšila na 23 km/s (83,000 km/h) relativně ke Slunci – tím byl rychlostní rekord Voyageru 1 překonán. Rovněž došlo ke zkrácení cesty k primárnímu cíli programu o tři roky.

Montáž snímků New Horizons Jupiteru a měsíce Io

Montáž snímků New Horizons Jupiteru a měsíce Io
Zdroj: http://www.nasa.gov/

Důležitou součástí tehdejších událostí byly testy kamerových zařízení a dalších senzorů a zároveň spolehlivost datového spojení se Zemí. Kromě pořizování záběrů ve viditelném a infračerveném oboru byl úkolem palubních přístrojů i výzkum atmosféry plynného obra, především chemické složení vnějších oblačných vrstev. Probíhala opětovná měření silných joviánských bouří, došlo i na průzkum malé rudé skvrny. Do hledáčku detektorů se dostala i tamní magnetosféra. V paměti palubních digitálních rekordérů se nashromáždila data více než sedmiset pozorování.

Po joviánském průletu už následoval cyklus hibernací přerušovaný jen pravidelným dvouměsíčním probuzením s přibližně ročním intervalem. Poprvé byla sonda s Jupiterem v zádech deaktivována 28. června 2007. Předposlední hibernace skončila v létě letošního roku.  Po sedmi letech putování prázdnými a chladnými oblastmi vnějšího slunečního systému se ozval budíček, a nastal čas na předposlední důležitou prověrku. A do toho okamžiku se teď přesuneme i my.

Poslední ACO – 8 (Active Check Out)

Od června do konce srpna provedl tým APL poslední (v pořadí osmé) každoroční testování a kalibraci každého ze sedmi vědeckých přístrojů. Došlo k oživení procesorů palubních počítačů, testování naváděcího zařízení, kterým sonda určuje svou polohu, či k nahrání finální verze softwaru, jenž bude aktivní v době průletu. Primární i záložní operační systém prošel rovněž sérií zkoušek.

Letoví inženýři Mike Conner a Josh Albers (vlevo) v operačním centru mise NH čekají 29. 8. 2014 na potvrzení signálu, že sonda přešla do režimu hibernace. Vedoucí technických operací Alice Bowman (vpravo) kontroluje v tom čase telemetrii a komunikační kanál mezi sondou a stanicí DSN.

Letoví inženýři Mike Conner a Josh Albers (vlevo) v operačním centru mise NH čekají 29. 8. 2014 na potvrzení signálu, že sonda přešla do režimu hibernace. Vedoucí technických operací Alice Bowman (vpravo) kontroluje v tom čase telemetrii a komunikační kanál mezi sondou a stanicí DSN.
Zdroj: http://pluto.jhuapl.edu/

Kromě pravidelných testů odebral vědecký tým vzorek helioplazmatu a meziplanetárního prachu pomocí zařízení PEPSSI, SWAP a SDC. Všechny zkoušky proběhly na výbornou, jedinou anomálií bylo selhání při jednom pozorování UV spektrometru Alice, při kterém chtěli vědci změřit množství meziplanetárního vodíku v místech oběžné dráhy Neptunu. Přístroj nenaběhl ve stanoveném čase, zřejmě z toho důvodu, že měl nižší teplotu než kdy předtím. Interní software uvedl přístroj do bezpečného módu a vypnul elektrické napájení, když se delší dobu nedařilo dosáhnout požadovaného napětí.

Zde však platí dvojnásob, že všechno zlé je k něčemu dobré. Při zpětném pohledu byla tato chyba doslova požehnáním pro tým letové kontroly. V budoucnu už budou s časovou prodlevou při aktivaci spektrometru počítat, což je konkrétně u této mise stěžejní, neboť průlet kolem Pluta bude krátký, a vzhledem ke zpoždění signálů nebude moc času na druhý pokus.

15. července rovněž proběhl po plných čtyřech letech v pořadí šestý drobný korekční manévr TCM (trajectory correction maneuver), jehož cílem bylo zpřesnění doby průletu kolem planetky. O stabilizaci sondy a dráhové korekce se stará systém 16 malých trysek umístěných po obvodu sondy na osmi místech. Čtyři větší trysky pro dráhové korekce mají výkon 4,4 N. Dalších 12 menších trysek o výkonu 0,8 N se stará o drobné korekce sondy vůči hvězdnému pozadí. Osm trysek tvoří primární set, dalších osm nezbytnou zálohu. Jako takřka všechna zařízení jsou i ony zdvojeny v případě poruchy některého z primárních komponent. Krátké korekční zážehy znamenají pouze drobný úbytek paliva. 99litrová nádrž obsahovala v době startu 77 litrů hydrazinu (plus inertní hélium jako tlakovací médium) z důvodů snížení hmotnosti. Samotná nádrž poskytuje navíc stínění centrální procesorové jednotky vůči kosmické radiaci (osvědčila se třeba při blízkém průletu kolem Jupiteru).

Korekční systém trysek je organizován do osmi sad (na obrázku je jich 6 vyobrazených). Silnější trysky o výkonu 4.4 N jsou spárovány do dvou skupin (zobrazených jako F1 a D4 plus dalších dvou na druhé straně sondy z tohoto pohledu). Ty jsou zažehnuty při manévrech, kdy je vyžadována větší změna ΔV).

Korekční systém trysek je organizován do osmi sad (na obrázku je jich 6 vyobrazených). Silnější trysky o výkonu 4.4 N jsou spárovány do dvou skupin (zobrazených jako F1 a D4 plus dalších dvou na druhé straně sondy z tohoto pohledu). Ty jsou zažehnuty při manévrech, kdy je vyžadována větší změna ΔV).
Zdroj: http://arxiv.org/ftp/

První optická navigace směrem k Plutu

O správnou prostorovou orientaci sondy se stará dvojice kamer a polohovacích zařízení. Jde o pokročilý naváděcí systém G&C (guidance and control) – kombinaci gyroskopu udržujícího hrubou orientaci, systému dvou kamer star tracker vybavených CCD články pro sledování hvězd a sadu digitálních slunečních senzorů. O zpracování polohovacích dat se stará 12MHz procesor Mongoose. V době snímkování pořizuje jedna z kamer 10 širokoúhlých snímků hvězdné oblohy za sekundu. Zaznamenané snímky vybraných hvězd se porovnávají s daty uloženými v počítači (hvězdné mapy s více jak třemi tisíci jasných hvězd) a případné nepřesnosti jsou korigovány krátkými zážehy malých balančních trysek.

Detail sekvence snímků zařízení LORRI.

Detail sekvence snímků zařízení LORRI. Zdroj: http://pluto.jhuapl.edu/

19. až 24. července pořídilo zařízení LORRI (Long Range Reconnaissance Imager) sekvenci dvanácti snímků, které už posloužily letové kontrole při první přesné optické navigaci k systému Pluto-Charon. V té době od něj byla sonda vzdálená 429 milionů (první snímek) až 422 milionů kilometrů (poslední). Na montáži těchto snímků můžeme vidět skoro jednu kompletní rotaci binárního systému Pluto – Charon.

Rovněž poprvé a úspěšně absolvoval kamerový systém LORRI detekci malého  vzdáleného měsíce Hydra (64 800 km od barycentra). Díky této operaci testoval tým letové kontroly pořizování složených fotografií s dlouhou dobou expozice, které budou důležité nejen k hledání možných dalších malých měsíců, ale i pro úspěšné manévrování v blízkosti mnohačetného systému – díky tomu můžou odborníci včas objevit případná menší tělesa a smetí, jež by mohlo ohrozit bezpečnost sondy při průletu.

Při fotografování měsíce Hydra provedla sonda 18. července sérii 48 snímků s 10sekundovou expozicí a stejná sekvence se opakovala dva dny poté. Pracovníci týmu použili zhruba polovinu z nich k sestavení montáže. Pluto je ve středu záběru silně přeexponováno. Rovněž temná skvrna po jeho pravé straně je artefaktem záměrného přeexponování.

Zajímavé je srovnání dvou záběrů pořízených s odstupem dvou dnů. Na první fotomozaice jsou vlevo oba snímky a vpravo je složený výsledek, na kterém se vyruší světlo nehybných hvězd v pozadí a je dobře vidět pohyb měsíce Hydra. Jde o pár jasného a temného bodu těsně nad Plutem. Na spodní řadě mozaiky je vyznačen barevně. Další z měsíců Nix je Plutu blíž, proto jej nebylo v době snímkování možno rozeznat – zanikal v odraženém světle své planety (v té době byla sonda 430 milionů km od Pluta).

Vlevo jsou snímky pořízené s rozdílem dvou dní. Vpravo je zobrazen rozdíl mezi nimi.

Vlevo jsou snímky pořízené s rozdílem dvou dní. Vpravo je zobrazen rozdíl mezi nimi.
Zdroj: http://pluto.jhuapl.edu/

Neptuniánská dráha aneb historie se (skoro) opakuje

V srpnu následoval další historický milník projektu. Po osmi letech a osmi měsících od startu (leden 2006), takřka 4,4 miliardy kilometrů od Země a pět dní před poslední hibernací dosáhl New Horizons oběžné dráhy planety Neptun. Tým mise tak mohl symbolicky oslavit 25. výročí průletu sondy Voyager 2 kolem poslední planety sluneční soustavy – ten se odehrál 25. 8. 1989.

Jak to komentoval šéf oddělení planetárního výzkumu NASA Jim Green: „Je to doslova kosmická náhoda, co spojuje ikony bývalého výzkumu vnější sluneční soustavy s tou současnou. Přesně před 25 lety jsme poprvé získali blízké záběry Neptunu.“

Avšak v době, kdy 25. srpna kolem sedmnácté hodiny našeho času míjela sonda neptuniánskou oběžnou dráhu, byla od samotné planety vzdálena necelé čtyři miliardy kilometrů (to je takřka 27násobek vzdálenosti Země–Slunce). I přes obrovskou vzdálenost byla palubní teleskopická kamera LORRI schopna pořídit 10. července snímky ledového obra a jeho retrográdního souputníka Tritona. Expozice trvala pouhých 967 milisekund.

Snímek Neptunu a Tritonu zařízením LORRI z 10. 7. 2014 ze vzdálenosti 3,96 miliard km (26násobek vzdálenosti Země–Slunce). Expozice trvala 967 milisekund.

Snímek Neptunu a Tritonu zařízením LORRI z 10. 7. 2014 ze vzdálenosti 3,96 miliardy km (26násobek vzdálenosti Země–Slunce). Expozice trvala 967 milisekund.
Zdroj: http://pluto.jhuapl.edu/

Událost byla obzvlášť silná pro některé členy senior týmu mise NH, kteří kdysi byli v devětaosmdesátém součástí týmu Voyager. „Je to hodně symbolický moment plný podobenství,“ pokračuje Ralph McNutt z laboratoří aplikované fyziky (APL) na Univerzitě Johnse Hopkinse, jenž vede oddělení výzkumu vysokoenergetických částic mise NH. „Tenkrát jsme s Voyagerem poprvé objevovali vzdálený ledový svět Neptunu, objevili jeho skvrnu – velkou bouři podobnou té na Jupiteru, pořídili jsme první jasné snímky neptuniánských prstenců. Byla to doba fantastických objevů – a znovu přichází. Hodně lidí spekuluje, nakolik je Pluto podobné Tritonu. Přesně to nevíme, ale už brzy to zjistíme.“

Poslední listopadové týdny, kdy byla sonda ještě ve stavu hibernace, začaly intenzivní přípravy v pozemním kontrolním středisku. Probuzení sondy do pracovního režimu je naplánováno na 6. prosince. Bude následovat několik dalších týdnů zkoušek a testů a v lednu bude spuštěna šestiměsíční fáze před samotným přiblížením. Po další dva roky se zatím s žádnou další hibernací nepočítá. Jak to krátce a výstižně shrnula jedna z členů APL Alice Bowman: „Je načase vzbudit New Horizons a začít přepisovat historii.“

Od svého startu v lednu 2006 strávila sonda v hibernaci 1 873 dní – přibližně dvě třetiny cesty . Těchto period bylo dohromady osmnáct (od r. 2007 do letošního roku). Délkou se lišily od 36 do 202 dní. Po dobu hibernačního režimu je většina zařízení New Horizons vypnutá. Jen jednou týdně vyšle letový počítač krátký signál o stavu sondy. Komunikační systém mezi sondou a Zemí byl rovněž oproti předchozí generaci sond vylepšen. Když Voyagery obdržely sérii kontrolních pulzů z pozemního střediska, pouze je zesílily a odeslaly zpět. Signál ale už cestou ze Země zeslábl a při jeho zesílení začala být dominantní přirozená šumová složka, neboť došlo k její akumulaci. To ztěžovalo přesné určení polohy. Když palubní počítač New Horizons obdrží kontrolní pulzy, dokáže je před zesílením vyčistit a odšumět, takže pozemní obsluha dostává zpět čistější signál a určit polohu tak jde mnohem přesněji.

Operátoři pozemní kontroly sondu probouzejí maximálně dvakrát do roka za účelem testování palubních systémů a provedení korekčních manévrů, pokud je to zapotřebí. Hibernace nešetří jen palubní přístroje, ale i finanční částku vyhrazenou na údržbu mise. V neposlední řadě uvolňuje kapacitu monitorovací sítě Deep Space Network pro další projekty, jež paralelně probíhají nejen pod vlajkou NASA.

Příště si přiblížíme události nejbližších dnů, týdnů a měsíců, podíváme se na vědecké vybavení sondy, trpasličí planetu Pluto jako primární cíl, a pokusíme se nahlédnout do vzdálené budoucnosti, která slibuje historicky první přímé zkoumání vzdálených objektů Kuiperova pásu.

Poloha sondy NH k 24. 11. 2014 – boční pohled na sluneční soustavu.

Poloha sondy NH k 24. 11. 2014 – boční pohled na sluneční soustavu.
Zdroj: http://pluto.jhuapl.edu/

Poloha sondy NH k 24. 11. 2014 – SJ pohled na sluneční soustavu.

Poloha sondy NH k 24. 11. 2014 – SJ pohled na sluneční soustavu.
Zdroj: http://pluto.jhuapl.edu/

zdroje informací:
http://pluto.jhuapl.edu/
http://www.nasa.gov/
http://www.planetary.org/
http://pluto.jhuapl.edu/
http://www.nasa.gov/
http://www.nasa.gov/
http://hubblesite.org/
http://pluto.jhuapl.edu/
http://pluto.jhuapl.edu/
http://pluto.jhuapl.edu/
http://pluto.jhuapl.edu/

zdroje obrázků:
http://www.newscientist.com/article/dn11476-plutobound-probe-suffers-temporary-brain-freeze.html#.VHPEEdKG8p0
http://www.nasa.gov/mission_pages/newhorizons/news/nh_jupiter_oct09.html
http://pluto.jhuapl.edu/news_center/news/20140829.php
http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0709/0709.4288.pdf
http://pluto.jhuapl.edu/gallery/sciencePhotos/image.php?gallery_id=2&image_id=102
http://pluto.jhuapl.edu/news_center/news/20140912.php
http://pluto.jhuapl.edu/news_center/news/20140825.php
http://pluto.jhuapl.edu/mission/whereis_nh.php

 

Dlouhá cesta k novým horizontům, 2.5 out of 5 based on 16 ratings
Pin It
(Visited 1 334 times, 1 visits today)
Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

VN:F [1.9.22_1171]
Rating: 2.5/5 (16 votes cast)
(Visited 1 334 times, 1 visits today)
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


3 komentáře ke článku “Dlouhá cesta k novým horizontům”

  1. Tomáš Kohout napsal:

    Výborný článek. Tomuhle říkám komplexní shrnutí. Už se těším na druhou část.

  2. gubarev napsal:

    Děkuji převelice Tomáši. Moc si toho vážím! Dvojka bude nasazena za chvilku 🙂

  3. Racek napsal:

    To optické vybavení je vskutku skvělé.

Zanechte komentář