Δελτίο τύπου από το Goddard Space Flight Center:
Έφτασαν σχεδόν.
Χρειάστηκαν ενάμισι χρόνια, πάνω από 90 ελιγμούς σε τροχιά, και - θαυμάσια - πολλές βαρυτικές ενισχύσεις και μόνο το ελάχιστο καύσιμο για να μετακινήσουν δύο διαστημόπλοια από την τροχιά τους γύρω από τη Γη στο νέο τους σπίτι γύρω από τη Σελήνη.
Κατά τη διάρκεια των ταξιδιών τους, το διαστημικό σκάφος πέρασε τροχιές ποτέ πριν και προσπάθησε να κάνει υπέροχα άλματα από τη μία τροχιά στην άλλη. Αυτό το καλοκαίρι, τα δύο διαστημόπλοια ARTEMIS - τα οποία ξεκίνησαν τη ζωή τους ως μέρος της πεντάχρονης αποστολής THEMIS που μελετά την αύρα της Γης - θα αρχίσουν να βρίσκονται σε τροχιά γύρω από το φεγγάρι. Το THEMIS είναι ένα αρκτικόλεξο για το Ιστορικό Χρόνου των Εκδηλώσεων και την Αλληλεπίδραση Μακροκλίμακας κατά τη διάρκεια του διαστημικού σκάφους Substorms.
Ακόμα και με τις δεκαετίες εμπειρίας της τροχιακής μηχανικής της NASA, αυτό το ταξίδι δεν ήταν εύκολο επίτευγμα. Το ταξίδι απαιτούσε αρκετούς ελιγμούς ποτέ πριν απόπειρα, συμπεριλαμβανομένων αρκετών μηνών όταν κάθε σκάφος μετακινήθηκε σε ένα μονοπάτι σε σχήμα νεφρού σε κάθε πλευρά του φεγγαριού γύρω, καλά, τίποτα άλλο από ένα βαρυτικό σημείο στο διάστημα που δεν χαρακτηρίζεται από κανένα φυσικό πλανήτη ή αντικείμενο.
«Κανείς δεν έχει δοκιμάσει ποτέ αυτήν την τροχιά στο παρελθόν, είναι μια τροχιά απελευθέρωσης της Γης-Σελήνης», λέει ο David Folta, μηχανικός δυναμικής πτήσης στο διαστημικό κέντρο πτήσης Goddard της NASA στο Greenbelt, MD. «Είναι μια πολύ ασταθή τροχιά που απαιτεί καθημερινή προσοχή και συνεχείς προσαρμογές. "
Το ταξίδι για το ARTEMIS - συντομότερο για Επιτάχυνση, Επανασύνδεση, Αναταράξεις και Ηλεκτροδυναμική της Αλληλεπίδρασης της Σελήνης με τον Ήλιο - ξεκίνησε το 2009, αφού η THEMIS ολοκλήρωσε περίπου δύο χρόνια συλλογής επιστημονικών δεδομένων για το μαγνητικό περιβάλλον γύρω από τη Γη, την αυγή και πώς αυτά επηρεάζονται από τον ήλιο.
Το διαστημικό σκάφος είναι με ηλιακή ενέργεια, αλλά οι τροχιές για τα δύο εξόχως διαστημικά σκάφη THEMIS είχαν γλιστρήσει με την πάροδο του χρόνου και επρόκειτο να υποβληθούν σε κανονικές οκτώ ώρες περιόδους σκότους. Αυτά τα διαστημικά σκάφη θα μπορούσαν να αντέξουν έως και τρεις ώρες χωρίς ηλιακό φως, αλλά αυτό το πολύ σκοτάδι θα άφηνε σύντομα τις μπαταρίες πλήρως αποφορτισμένες.
Ομάδες UC-Berkeley και Goddard χειρίστηκαν τον καθημερινό έλεγχο του διαστημικού σκάφους THEMIS. Ο κύριος ερευνητής της αποστολής, Βασίλης Αγγελόπουλος της UCLA μίλησε στις ομάδες για τη μεταφορά των δύο διαστημικών σκαφών στο φεγγάρι για να μελετήσει το μαγνητικό περιβάλλον εκεί. Ωστόσο, τα γρήγορα μοντέλα μιας συμβατικής τεχνικής ενίσχυσης έδειξαν ότι όλα τα εναπομείναντα καύσιμα θα χρησιμοποιούνται απλώς κατά τη μεταφορά. Δεν θα είχαν απομείνει αρκετά για τη διαδικασία προσαρμογής της κατεύθυνσης και της ταχύτητας που πεινάει τα καύσιμα για να αρχίσει πραγματικά να περιβάλλει το φεγγάρι.
Έτσι ο Αγγελόπουλος συγκέντρωσε ένα νέο, πιο περίπλοκο σχέδιο αλλαγής τροχιάς για πολλά χρόνια. Η κίνηση θα βασίζονταν κυρίως σε ασκήσεις βαρύτητας από το φεγγάρι και τη Γη για να μετακινήσει το διαστημικό σκάφος στη θέση του. Έφερε την ιδέα του σε δύο μηχανικούς που είχαν ασχοληθεί με το λανσάρισμα του THEMIS: τον David Folta και έναν άλλο μηχανικό πτήσης στο Goddard, τον Mark Woodard. Το ζευγάρι χρησιμοποίησε τα δικά του μοντέλα για να επικυρώσει αυτό το νέο σχέδιο και το σχέδιο ήταν σε εξέλιξη.
Πρώτο βήμα: αύξηση του μεγέθους των τροχιών. Οι πρωτότυπες τροχιά που επικεντρώνονται στη Γη μόλις έφτασαν στη μέση του φεγγαριού. Χρησιμοποιώντας μικρές ποσότητες καυσίμου για να προσαρμόσετε την ταχύτητα και την κατεύθυνση σε ακριβείς στιγμές στην τροχιά, το διαστημικό σκάφος εκτόξευσε όλο και περισσότερο στο διάστημα. Χρειάστηκαν πέντε τέτοιες προσαρμογές για το ARTEMIS P1 και 27 για το ARTEMIS P2.
Επόμενο βήμα: κάντε το άλμα από τη Γήινη τροχιά στην περίπλοκη τροχιά "Lissajous" σε σχήμα νεφρού, περιστρέφοντας γύρω από αυτό που είναι γνωστό ως σημείο Lagrangian σε κάθε πλευρά του φεγγαριού. Αυτά τα σημεία είναι τα μέρη όπου οι δυνάμεις βαρύτητας μεταξύ της Γης και του φεγγαριού ισορροπούνται μεταξύ τους - το σημείο δεν προσφέρει στην πραγματικότητα μια φυσική οντότητα για να περιβάλλεται. Το ARTEMIS P1 έκανε το άλμα - σε ένα όμορφο τόξο κάτω και γύρω από το φεγγάρι - στο σημείο Lagrangian στην άκρη του φεγγαριού στις 25 Αυγούστου 2010. Το δεύτερο σκάφος έκανε το άλμα στην κοντινή πλευρά του φεγγαριού στις 22 Οκτωβρίου. Αυτή η μεταφορά απαιτούσε μια πολύπλοκη σειρά ελιγμών, συμπεριλαμβανομένων των σεληνιακών βαρυτικών υποβοήσεων, των γήινων βαρυτικών υποβοήσεων και των ελιγμών σε βαθύ διάστημα. Ο συνδυασμός αυτών των ελιγμών ήταν απαραίτητος όχι μόνο για να φτάσει στο σωστό σημείο κοντά στο φεγγάρι, αλλά και στη σωστή ώρα και ταχύτητα.
Χρησιμοποιώντας μια σειρά από τη βαρύτητα της Γης και του φεγγαριού - και μόνο το ελάχιστο καύσιμο - το διαστημικό σκάφος ARTEMIS εισήλθε σε τροχιά γύρω από τα σημεία Lagrangian του φεγγαριού το χειμώνα του 2010. Credit: NASA Goddard Space Flight Center / Scientific Visualization Studio
Η ιστορία έγινε. Πολλοί δορυφόροι περιστρέφονται γύρω από τα σημεία της Λαγράγγης μεταξύ της Γης και του Ήλιου, αλλά, ενώ αυτή η τροχιά είχε μελετηθεί εκτενώς, δεν είχε ποτέ επιχειρήσει ποτέ.
Όχι μόνο αυτό ήταν ένα μηχανικό επίτευγμα από μόνο του, αλλά το διαστημικό σκάφος βρισκόταν πλέον σε ιδανικό σημείο για να μελετήσει τον μαγνητισμό σε απόσταση από το φεγγάρι. Σε αυτήν τη θέση, θα μπορούσαν να εντοπίσουν πώς ο ηλιακός άνεμος - αποτελούμενος από ιονισμένο αέριο γνωστό ως πλάσμα - ρέει πέρα από τη Σελήνη και προσπαθεί να γεμίσει το κενό στην άλλη πλευρά. Ένα έργο που έγινε περίπλοκο αφού το πλάσμα αναγκάζεται από τα μαγνητικά πεδία να ταξιδεύουν σε συγκεκριμένα μονοπάτια.
«Είναι ένας πραγματικός ζωολογικός κήπος με φαινόμενα πλάσματος», λέει ο David Sibeck, διευθυντής του έργου THEMIS και ARTEMIS στο Goddard. «Το φεγγάρι δημιουργεί μια κοιλότητα στον ηλιακό άνεμο και μετά βλέπουμε πώς γεμίζει. Είναι παρά βαρετό. Υπάρχει μικροφυσική και φυσική σωματιδίων και αλληλεπίδραση σωματιδίων κυμάτων και όρια και στρώματα. Όλα τα πράγματα που δεν είχαμε την ευκαιρία να μελετήσουμε στο πλάσμα. "
Η ζωή για τους μηχανικούς πτήσης δεν ήταν παρά βαρετή. Το να κρατάς κάτι σε τροχιά γύρω από ένα σημείο που έχει ελάχιστα σημάδια, εκτός από την ισορροπία της βαρύτητας δεν είναι απλό έργο. Το διαστημικό σκάφος απαιτούσε τακτικές διορθώσεις για να το κρατήσει σε καλό δρόμο και ο Folta και ο Woodard το παρακολουθούσαν καθημερινά.
«Θα λαμβάνουμε ενημερωμένες πληροφορίες τροχιάς γύρω στις 9 π.μ. κάθε μέρα», λέει ο Γουούνταρντ. «Το εφαρμόσαμε μέσω του λογισμικού μας και λάβουμε μια εκτίμηση του επόμενου ελιγμού μας. Θα πάμε μπρος-πίσω με τον Μπέρκλεϊ και μαζί θα επικυρώναμε έναν ελιγμό έως ότου ξέραμε ότι θα λειτουργούσε και θα μας κρατούσε να πετάμε για άλλη μια εβδομάδα. "
Η ομάδα έμαθε από την εμπειρία. Οι μικρές προσαρμογές είχαν συχνά μεγαλύτερες συνέπειες από το αναμενόμενο. Βρήκαν τελικά τα βέλτιστα μέρη όπου οι διορθώσεις φαίνεται να απαιτούν λιγότερο επακόλουθο συντονισμό. Αυτά τα γλυκά σημεία ήρθαν κάθε φορά που το διαστημικό σκάφος πέρασε μια φανταστική γραμμή που ενώνει τη Γη και τη Σελήνη, αν και τίποτα στις θεωρίες δεν είχε προβλέψει κάτι τέτοιο.
Η καθημερινή επαγρύπνηση αποδείχθηκε κρίσιμη. Στις 14 Οκτωβρίου, η τροχιά και η στάση του διαστημικού σκάφους P1 άλλαξαν απροσδόκητα. Η πρώτη σκέψη ήταν ότι το σύστημα παρακολούθησης ενδέχεται να είχε αποτύχει, αλλά αυτό δεν φαίνεται να είναι το πρόβλημα. Ωστόσο, η ομάδα ARTEMIS παρατήρησε επίσης ότι ολόκληρο το σκάφος είχε αρχίσει να περιστρέφει περίπου 0,001 στροφές ανά λεπτό γρηγορότερα. Ένα από τα όργανα που μετρά τα ηλεκτρικά πεδία σταμάτησε επίσης να λειτουργεί. Καλύτερη εικασία? Η σφαίρα στο τέλος της έκρηξης των 82 ποδιών του οργάνου είχε σπάσει - ίσως επειδή χτυπήθηκε από κάτι. Αυτή η σφαίρα ήταν μόλις τρεις ουγγιές σε ένα διαστημικό σκάφος που ζύγιζε περίπου 190 κιλά - αλλά προσαρμόστηκε η ταχύτητα του ARTEMIS P1 αρκετά ώστε να είχαν πιάσει την ανωμαλία ακόμη και λίγες μέρες αργότερα θα έπρεπε να σπαταλήσουν μια απαγορευτική ποσότητα καυσίμου για να επιστρέψουν στην πορεία.
Όπως είναι, η ARTEMIS θα φτάσει στο φεγγάρι με ακόμη περισσότερα καύσιμα από ό, τι είχε αρχικά εκτιμηθεί. Θα υπάρχει αρκετό καύσιμο για διορθώσεις τροχιάς για επτά έως 10 χρόνια και στη συνέχεια θα απομείνει αρκετό για να φέρουν τα δύο σκάφη στο φεγγάρι.
«Είμαστε ενθουσιασμένοι με τη δουλειά των σχεδιαστών της αποστολής», λέει ο Sibeck. «Θα μας φέρουν πολύ πιο κοντά στο φεγγάρι από ό, τι θα μπορούσαμε να ελπίζουμε. Αυτό είναι ζωτικής σημασίας για την παροχή υψηλής ποιότητας δεδομένων σχετικά με το εσωτερικό του φεγγαριού, την επιφανειακή του σύνθεση και αν υπάρχουν τσέπες μαγνητισμού εκεί. "
Στις 9 Ιανουαρίου 2011, το ARTEMIS P1 πήδηξε πάνω από το φεγγάρι και μπήκε στο ARTEMIS P2 στην πλευρά της Σελήνης που βρίσκεται πλησιέστερα στη Γη. Τώρα θα ξεκινήσουν τα τελευταία βήματα.
Στις 27 Ιουνίου, το Ρ1 θα περιστραφεί προς το φεγγάρι και θα εισέλθει σε σεληνιακή τροχιά. Στις 17 Ιουλίου, θα ακολουθήσει το P2. Το P2 θα ταξιδέψει προς την ίδια κατεύθυνση με τη Σελήνη ή σε εξέλιξη. Το P1 θα ταξιδέψει στην αντίθετη κατεύθυνση, σε οπισθοδρόμηση.
«Παρακολουθούμε το ARTEMIS κάθε μέρα και αναπτύσσουμε ελιγμούς κάθε εβδομάδα. Ήταν μια πρόκληση, αλλά ανακαλύψαμε μερικά σπουδαία πράγματα », λέει η Folta, η οποία τώρα θα επικεντρώσει την προσοχή της σε άλλες πτήσεις της NASA, όπως η αποστολή MAVEN στον Άρη που έχει προγραμματιστεί να ξεκινήσει το 2013.« Αλλά σύντομα θα είμαστε τελειώσαμε με αυτόν τον τελικό ελιγμό και, λοιπόν, θα επιστρέψουμε στο να είμαστε σύμβουλοι της ARTEMIS. "
Δείτε επιπλέον εικόνες και βίντεο ARTEMIS σε αυτόν τον σύνδεσμο.
Γράφτηκε από την Karen C. Fox στο GSFC.
