10 rokov na Titane

14. januára 2005 pristála sonda Huygens na povrchu najväčšieho mesiaca planéty Saturn, na Titane. Zostup trval 2h32m15s pričom sonda Cassini slúžila ako retranslačná stanica pre zasielanie dát k Zemi. Spoločnú misiu Európskej vesmírnej agentúry a NASA sprevádzalo niekoľko problémov, avšak úsilie vyvrcholilo v jeden z najväčších úspechov moderného výskumu slnečnej sústavy. Sonda Cassini pokračuje vo svojej missi od plánovaného ukončenia činnosti púzdra Huygens v roku 2004 a stále prináša nové objavy z oblasti prstencovej planéty a rodiny jej mesiačikov.

Huygens

Huygens - častiTúto sondu pre ESA a taliansku ASI vyrobila francúzska firma Aerospatiale. Prístroje dodala NASA a na vývoji prístrojov sa podieľali aj americké univerzity.
Sonda Huygens mala tvar nízkeho kužeľa (vrcholový uhol kužeľa je 120°) o priemere 2,7 metra a bola stabilizovaná rotáciou (cca 7 otáčok za minútu). Počas zostupu bola sonda (DM = Descent Module) chránená proti tepelnému namáhaniu štítom o hmotnosti cca 100 kg (ENA = Entry Assembly). Štít sa skladal z dvoch častí:

  • na nábežnej hrane je tepelný štít (FRSS = Front Shield Subsystem) z hliníkových zliatin chránených vrstvou dlaždíc ablatívneho materiálu francúzskej výroby (AQ 60). Ten sa skladá z kremenných vláken pospájaných fenolovou živicou
  • na opačnej strane je hliníkový kryt (BCSS = Back Cover Subsystem). Na vonkajšej strane je vrstva izolačného materiálu Prosial (sú to duté kremenné guľôčky v silikónovom elastoméri)

Energiu dodávalo 5 batérií LiSO2 zapojených po dvoch moduloch. Celková kapacita bola teda 5x2x7,6 Ah. Batérie boli dimenzované na cca 3 hodiny činnosti

Stručný zoznam prístrojov:

  • zostupová kamera a spektrálny rádiometer (DISR = Descent Images/Spectral Radiometer) s 13 čidlami na meranie teploty atmosféry, teploty častíc v atmosfére, teploty povrchu a na spektrálne analýzy. Kamera robila snímky pod vrstvou oblačnosti. Spektrálny výskum prebiehal vo vlnových dĺžkach 350-470, 480-960, 870-1700 nm
  • reflektor, ten osvetľoval povrch. Žiaril vo viditeľnej a infračervenej oblasti spektra (0.66-1 µm)
    plynový chromatograf a hmotový spektrometer (GCMS =Gas Chromatograph and Mass Spectrometer) na chemickú analýzu plynov a aerosolov v atmosfére
  • lapač aerosolov a pyrolytické zariadenie (ACP = Aerosol Collector and Pyrolyser) na zachytenie častíc v oblakoch a ich odparenie pri teplotách 20, 250 a 600°C)
  • prístroje pre povrchový výskum (SSP = Surface Science Package). Prístroje zisťovali fyzikálne vlastnosti a zloženie povrchu miesta pristátia. Konkrétne:
    • akustický detektor na meranie výšky nad povrchom (zisťoval aj prípadný pohyb povrchu (vlny hladiny mora a hĺbku mora)
    • prístroj na meranie výkyvov sondy počas pristávania a po pristáti
    • čidlá merajúce hustotu, teplotu, index lomu, tepelné vlastnosti a ďalšie fyzikálne vlastnosti kvapalného povrchu
  • čidlá na meranie vlastností atmosféry (HASI = Huygens Atmospheric Structure Instrument). Tie merali fyzikálne a elektrické vlastnosti atmosféry, hustotu atmosféry, prúdenie vetra, mohutnosti vĺn, teplotu (5-300K) a tlak (0-2000 hPa)
  • anemometer (DWE = Doppler Wind Experiment) na určenie rýchlosti vetra. Súčasťou anemometra bol aj rubídiový oscilátor na zisťovanie atmosférického driftu (2-200 m/s)

Sondu riadili 2 identické počítače (CDMU = Command and Data Management Unit). Dáta sa ukladali na vysokokapacitné polovodičové pamäte). Dva (redundantné (PDRS = Probe Data Relay Subsystem) pracovali na frekvenciách 2,0400 a 2,0979 GHz. Rýchlosť prenosu dát bola 8-20 kbps). Dáta sa odosielali na sondu Cassini (a tá ich odosielala na Zem).
Zdroj tepla (aby sa zabránilo podchladeniu prístrojov) boli plutóniové články (RHU = Radioactive Heater Unit). Dodávali výkon 35W.Bezproblémové pristátie sondy zabezpečil padákový systém s kevlarovými vláknami (samotné padáky boli z nylonu). Pilotný padák mal priemer 2,59m, hlavný padák mal priemer 8,3m, a stabilizačný padák (použil sa pri záverečnej fáze zostupu) mal priemer 3,03m.

Cassini

Vesmírna sonda CassiniNa materskej lodi sa nachádza podporné zariadenie PSE (Probe Support Equipment). Zariadenie váži 30 kg a skladá sa:

  • 4 elektronické bloky
    • 2 elektronické systémy (PSA = Probe Support Avionics) na detekciu, demoduláciu a spracovanie signálov zo sondy Huygens
    • vstupná časť prijímača (RFE = Receiver Front End)
    • ultrastabilný oscilátor (RUSO = Receiver Ultra Stable Oscilator)
  • zariadenie na vypustenie atmosférickej sondy (SED = Spin Eject Device)
  • rôzne prepojovacie káble na dodávku energie, dátové a povelové kanály

Riadenie sondy zabezpečuje stredisko European Space Operations Center (ESOC) v Darmstadte, Nemecko. Využíva pri tom sieť staníc DSN (Deep Space Network) organizácie NASA

Priebeh letu

Sonda Cassini-Huygens vyštartovala 15. októbra 1997 o 8h43m UT z kozmodrómu Eastern Test Range. Nosná raketa bola Titan 4B Centaur. Kvôli veľkej hmotnosti sondy (5712 kg) sa využil aj „gravitačný prak“. Sonda preletela dvakrát okolo Venuše, raz okolo Zeme a raz okolo Jupitera. Takto sa podarilo výrazne skrátiť čas potrebný k príletu k planéte Saturn.

Letova dráha sondy Cassiny k Saturnu
Letova dráha sondy Cassini k Saturnu

23. októbra 1997 o 9h9m UT sa prvýkrát úspešne otestoval atmosférický modul Huygens. Ďalší úspešný test prebehol 26. marca 1998.

2. apríla 1998 bolo oznámené, že počas testov atmosférického puzdra je problém v systéme vysielania telemetrie AGC (Automatic Gain Control). Znížila sa úroveň signálu o 3-4 dB oproti predošlým testom. ESA začala hľadať príčiny problému

28. mája 1998 bolo testované atmosférické puzdro Huygens. Menilo sa nasmerovanie parabolickej antény orbitálnej sondy tak, aby bolo puzdro na približne 33 minút vystavené priamemu slnečnému žiareniu. Takto ESA objasnila príčinu poklesu úrovne signálu z predošlého testu. Príčina poklesu úrovne signálu bol totiž silný slnečný šum. Pri tomto teste bolo už všetko OK.

29. mája 1998 sa odoslali dáta z Huygensa (získané pri predošlom teste) na Zem. Sonda už mala geocentrickú rýchlosť 37,5 km/s
30. mája sa tento prenos dát skončil

21. decembra 1998 a 22. augusta 1999 bola ďalšia pravidelná kontrola atmosférického puzdra Huygens

2. februára 2000 prebehol už piaty test atmosférického puzdra. Všetky prístroje sa zapli a skontrolovali
3. februára sa po teste vypli všetky prístroje atmosférického puzdra

V septembri roku 2000 bola zistená závažná chyba rádiovej linky medzi materskou sondou Cassini a puzdrom Huygens. Pri návrhu spojenia sa zabudlo na Dopplerov efekt. Toto môže mať za následok stratu spojenia počas pristávania atmosférického puzdra. Okamžite začala pracovať vyšetrovacia komisia a hľadali sa možnosti, ako predísť strate spojenia.
20. decembra 2000 vyšetrovacia komisia ukončila činnosť a navrhla riešenie problému. Huygens pristane na povrchu Titanu o niekoľko týždňov (konkrétne o 7) neskôr. Určil sa nový presný dátum pristátia (14. január 2005). Zmenili sa parametre dráhy sondy Cassini-Huygens. Sonda urobí 3 oblety okolo Saturnu (namiesto plánovaného jedného). Ďalej sa zmení vzájomná vzdialenosť sond. Cassini bude v novej výške nad povrchom Titanu (65 000 km; čo je cca 50x ďalej ako bolo pôvodne plánované)
V júni 2001 sa ESA a NASA rozhodli akceptovať tento návrh. NASA zmenu plánu zverejnila 29. júna 2001

14. septembra 2004 prebehol už 15. test atmosférického puzdra Huygens. Teraz sa testoval aj časovací systém MTU (Master Time Unit)

19. septembra 2004 a 7. decembra 2004 sa testovali lítiové baterky. Po 7 rokoch sa baterky oživili a nakrátko sa na baterky zapojilo zariadenie puzdra Huygens.

25. decembra 2004:

  • 1h47m UT – Sonda Cassini sa začala orientovať tak, aby sa mohla oddeliť atmosférická sonda. Začiatok plánovaného prerušenia spojenia medzi sondou a Zemou
  • 1h54m UT – Sonda Cassini je orientovaná a pripravená na vypustenie atmosférického puzdra Huygens
  • 1h59m UT – počítač vydal povel na oddelenie atmosférického puzdra Huygens
  • 2h00m UT – SED oddelil atmosférické puzdro Huygens od materskej sondy Cassini
  • 3h30m UT – ukončený obrat materskej sondy Cassini späť do pôvodnej polohy. Nadviazané spojenie zo Zemou
  • 3h34m UT – Zem prijala telemetrické dáta potvrdzujúce úspešné oddelenie atmosférickej sondy
  • Od tohto okamihu až do 27. decembra 2004 Cassini pravidelne snímkuje Huygens. Snímky potvrdzujú, že Huygens má správnu dráhu na pristátie na Titane.

14. januára 2005:

  •  7h02m UT – Sonda Cassini začína otáčať smerovú anténu smerom k Titanu. Začiatok plánovaného prerušenia spojenia sondy zo Zemou
  • 7h14m UT – Otočenie hotové
  • 9h05m56s UT – Huygens vstupuje do atmosféry Titanu. Výška 1270 km
  • 9h09 UT – Maximálne preťaženie
  • 9h10m24s UT – Otvára sa stabilizačný padák. Huygens je vo výške 170-190 km
  • 9h10m26s UT – Odhodený zadný kryt sondy. Otvára sa hlavný padák. Huygens je vo výške 160-180 km
  • 9h10m45s UT – začiatok vysielania Huygensa smerom k materskej sonde
  • 9h10m47s UT – Odhodený tepelný štít. Vysielače zapnuté na maximálny výkon. Začiatok merania. Výška 152-175 km. Nepodarilo sa nadviazať spojenie cez vysielač A. Vysielač B ide správne. Porucha bola na strane materskej sondy Cassini a bola spôsobená ľudskou chybou (nesprávna dohoda medzi ESOC a JPL)
  • Okolo 10h20m až 10h25 minút zachytil rádioteleskop Green Bank Telescope slabučký signál (nosnú vlnu) z atmosférickej sondy, čiže potvrdil, že Huygens prežil vstup do atmosféry Titanu
  • 9h25m21s UT– Odhadzuje sa hlavný padák a vypúšťa sa stabilizačný padák. Huygens je vo výške 110-140km
  • 9h42m UT – aktivuje sa čidlo blízkosti povrchu. Huygens je vo výške 60 km
  • 9h49m UT – Na sonde Huygens sa začína usadzovať ľad
  • 11h37m UT – Do pristátia chýba jedna minúta. Zapína sa reflektor na osvetľovanie povrchu
  • 11h38m11s UT – Huygens dosiahol povrch Titanu. Dopadová rýchlosť bola cca 4,5m/s. Súradnice dopadu 11° južnej šírky, 168° východnej dĺžky titanografických súradníc. Teplota 97 K (-176°C)
  • 13h37m UT – Sonda Cassini ukončila príjem dát z Huygensa. Podľa pozemských rádioteleskopov vysielače sondy minimálne ďalšie dve hodiny v prevádzke
  • 14h10m UT – Začínajú sa prehrávať a odosielať dáta zo sondy Cassini smerom na Zem
  • 15h55m UT – vtedy zachytil rádioteleskop Parkes Observatory v Austrálii posledný signál. Spojenie zo sondou sa prerušilo kvôli miestnemu obzoru. Vysielače sondy stále pracujú
  • 16h19m UT – prvé dáta zo sondy Cassini dorazili do ESOC
  • 19h55m UT – Uverejnená prvá snímka z Huygensa. záber vznikol, keď Huygens bol vo výške 16 km
  • cca 20:00 UT – Začínajú sa uverejňovať prvé zábery Huygensa z povrchu Titanu
  • 22h07m – ukončené prvé prehranie dát zo záznamu na palube sondy Cassini

Vizualizácia dát z pristátia sondy Huygens na povrchu mesiaca Titan

15. januára 2005 o 12h23m ukončený prenos dát smerom na Zem. Zábery zo sondy Huygens sú v archíve ESA. Sonda Cassini stále pokračuje v svojej činnosti. Koniec misie bol plánovaný na 30. júna 2008.

15. apríla 2008 NASA oznamuje, že predĺži misiu minimálne o 2 roky.

3. februára 2010 NASA oznámila, že predlžuje misiu až do roku 2017.

Stručný prehľad výsledkov
Sonda Cassini-Huygens musela využívať „gravitačný prak“ kvôli získaniu rýchlosti potrebnej na let k Saturnu a jeho mesiacom.
Prelietavala niekoľkokrát okolo Venuše a Zeme. Pritom sa 23. januára 2000 podarilo nasnímať zábery asteroidu 2685 Masursky. Kamera Cassiniho spresnila údaje o jeho veľkosti, zložení a rýchlosti jeho rotácie.
Počas preletu pri planéte Jupiter (tiež využitie „gravitačného praku“) sonda zaslala na Zem veľmi detailné (vtedy najdetailnejšie) zábery Jupitera. Najviac sa priblížila k Jupiteru 30. decembra 2000. Najmenšie detaily na záberoch mali veľkosť 60 km. Detailnejšie zábery priniesla neskôr sonda New Horizons smerujúca v súčasnej dobe k Plutu.

Prelet okolo Jupitera trval niekoľko mesiacov, Cassini zaslal na Zem viac ako 26 000 záberov. Neskôr sa podarilo spresniť údaje o Veľkej Červenej Škvrne. Podarilo sa spresniť aj zloženie a pôvod prstencov. Podľa všetkého ide o vyvrhnutý materiál z dopadu mikrometeoritov na povrch mesiacov (najpravdepodobnejšie ide o mesiace Metis a Andrastea).

10. októbra 2003 boli uverejnené výsledky testov potvrdzujúcich Einsteinovu všeobecnú teóriu relativity. Meral sa posun frekvencie rádiových vĺn, v čase, keď tieto signály preleteli v blízkosti Slnka. V lete roku 2003 boli Zem, Slnko a Cassini v jednej priamke. Talianski vedci robili experiment, ako dokáže gravitácia Slnka ohnúť rádiové vlny zo sondy Cassini. Slniečko totiž v svojej blízkosti ohýba časopriestor, preto dochádza k zmene smeru a frekvencie rádiových vĺn. Tento experiment nemal vyvracať teóriu relativity, mal len spresniť, na akej úrovni presnosti merania dochádza k relativistickým javom. Doterajšie merania mali presnosť jednu tisícinu, tento experiment dal presnosť merania 20 milióntin. To veľmi môže pomôcť pri hľadaní nízkofrekvenčných gravitačných vĺn.
V roku 2004 sonda Cassini objavila 3 nové mesiace Saturna. Začiatkom roku 2005 mesiace dostali mená Methone, Pallene a Polydeuces.

1. mája 2005 sa na snímkach zo sondy objavil ďalší nový mesiac. Našiel sa v Keeelerovej medzere (súčasť prstenca A) a dostal meno Daphnis.

3. februára 2009 sa na snímkach zo sondy Cassini objavil ďalší mesiac. Nachádza sa neďaleko prstenca G.

11. júna 2004 sonda Cassini preletela veľmi blízko Saturnovho mesiaca Phoebe. Predtým takto preletela sonda Voyager 2.

28. júna 2004 boli uverejnené výsledky merania rotácie planéty Saturn. To pomohlo spresniť údaje o dobe a o vlastnostiach rotácie.

1. júla 2004 sonda Cassini preletela medzerou medzi prstencami F a G.

14. januára 2005 pristál modul Huygens na povrchu mesiaca Titan
V roku 2005 sa sonda Cassini pri pohľade zo Zeme schovala za prstence Saturna. Na základe rozptylu, fázového posunu a zmeny sily signálu sa podarilo spresniť údaje o zložení prstencov Saturna.

5. septembra 2005 sa na fotkách prstencov Saturna zjavili lúče. Toto zo Zeme pozoroval vizuálne len Stephen James O’Meara v roku 1977. Jeho pozorovania potvrdili až sondy Voyager začiatkom 80 rokov. Pôvod týchto lúčov je dodnes nejasný.
Radarové dáta z 21. júla 2006 ukázali, že na povrchu mesiaca Titan sú jazerá z kvapalných uhľovodíkov (metán a etán)
V novembri 2006 bola pomocou sondy Cassini pozorovaná obrovská búrka v atmosfére Saturna. Búrka sa podobala pozemským hurikánom. Veľkosť búrky bola 8000 km, 70 km na výšku a vietor tam fúkal rýchlosťou 560 km/h.

10. septembra 2007 Cassini preletel vedľa veľmi zvláštneho mesiaca Iapetus. Snímky zo vzdialenosti 1600 km zaslal na Zem. Počas zasielania záberov však sondu zasiahli častice kozmického žiarenia. Cassini sa prepol do „safe režimu“, čiže sa odpojili všetky prístroje, ktoré nie sú nevyhnutne dôležité pre chod sondy. Všetky dáta sa podarilo zachrániť a znovu odoslať na Zem.

2. novembra 2010 sa sonda Cassini prepla do „standby módu“. Dôvod bola porucha hlavného počítača sondy (CDMU). Od elektrickej energie sa odpojili všetky vedecké prístroje a zariadenia nedôležité pre činnosť sondy. Odstávka sa naplánovala do 24. novembra. Chybu objavili v programovom kóde počítača.

Obrázok v falošných farbách znázorňuje výtrysk ľadových kryštálikov z polárnej oblasti (v blízkosti južného pólu) mesiaca Enceladus
Obrázok v falošných farbách znázorňuje výtrysk ľadových kryštálikov z polárnej oblasti (v blízkosti južného pólu) mesiaca Enceladus.

8. novembra 2010 sa podarilo chybu čiastočne odstrániť. O 2 dni neskôr sa zapli vedecké prístroje. 11. novembra 2010 sonda preletela blízko mesiaca Titan. Neprebiehali však žiadne vedecké pozorovania a merania, len testovanie prístrojov. Všetko dopadlo dobre, tak 24. novembra sonda nabehla do plnej prevádzky.
Už 30. novembra preletela blízko mesiaca Enceladus a odoslala zaujímavé dáta. Okrem iného zistila, že pod zmrznutým povrchom mesiaca sa nachádza voda v tekutom stave. Táto slaná voda dodáva energiu obrovským gejzírom na povrchu mesiaca.

Misia pokračuje

V apríli 2008 Cassini mal za sebou viac ako 60 obletov okolo Saturna, 21 preletov okolo Titanu, sedem okolo mesiaca Enceladus, 6 okolo mesiaca Mimas, 8 preletov okolo mesiaca Tethys a jeden prelet okolo mesiacov Dione, Rhea a Helene. Misia od 1. júla 2008 pokračuje pod názvom Cassini Equinox Mission. Výsledky z nej sú veľmi zaujímavé, ale to je už na ďalší článok.
Je vidieť, že ESA sa táto misia veľmi vydarila aj napriek menším problémom počas pristávania Huygensa na mesiaci Titan.

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *