Ważą się losy sondy Dawn krążącej wokół Ceres

W najbliższych tygodniach menedżerowie NASA podejmą decyzję dotyczącą przyszłości sondy Dawn, której powoli kończy się paliwo na orbicie wokół planety karłowatej Ceres.

Jak na razie naukowcy nie wykluczają możliwości wysłania sondy Dawn w podróż po Układzie Słonecznym w kierunku innego obiektu, w podróż która wbrew intuicji może pozwolić na wykorzystanie mniejszej ilości hydrazyny niż gdyby sonda pozostała na orbicie wokół Ceres gdzie znajduje się od marca 2015 roku.

Główna misja sondy Dawn zakończyła się w czerwcu 2016 roku, po czym naukowcy z NASA zatwierdzili jeszcze wydłużenie misji o rok – ta część misji kończy się za dwa dni (30. czerwca). Los sondy Dawn po tej dacie pozostaje niepewny, jednak menedżerowie z siedziby głównej NASA wkrótce podejmą decyzję czy sonda powinna być wyłączona, powinna nadal badać Ceres czy powinna polecieć w kierunku innej planetoidy.

Przedstawiciele NASA będą musieli rozważyć koszty utrzymania sondy Dawn oraz korzyści naukowe z kontynuowania misji zarówno przy Ceres jak i przy innym obiekcie docelowym.

Jesteśmy w trakcie oceniania różnych możliwości kolejnego wydłużenia misji sondy Dawn –  mówi Carol Raymond, zastępca głównego badacza misji w JPL.

Podczas spotkania Small Bodies Assessment Group, które miało miejsce we wtorek, Raymond powiedział, że jedną z opcji jest wysłanie sondy w kierunku innej planetoidy. Alternatywą dla takiej misji jest pozostawienie sondy na orbicie wokół Ceres, planety karłowatej będącej największym obiektem Pasa Planetoid.

Szara powierzchnia Ceres usiana jest licznymi kraterami, z których część zawiera jasne depozyty soli, które od samego początku misji przyciągały uwagę tak naukowców jak i szerokiej opinii publicznej.

Sonda Dawn odkryła dowody na istnienie bogatej w lód warstwy w skorupie Ceres, znajdującej się tuż pod szarą materią powierzchniową. Naukowcy uważają, że w przeszłości we wnętrzu Ceres istniał ciekły ocean podpowierzchniowy.

Instrumenty znajdujące się na pokładzie sondy odkryły także delikatną, niestałą atmosferę zawierającą parę wodną – jej gęstość według naukowców zależna jest od intensywności wiatru słonecznego.

Ceres jest już drugim celem sondy Dawn, która wcześniej, w latach 2011-2012 znajdowała się na orbicie wokół planetoidy Westa.

Krater Occator (średnica 92 km, głębokość 4 km) i znajdujące się w nim jasne kropki. Źródło: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA/PSI

Zasilana panelami słonecznymi sonda została zbudowana przez Orbital ATK i wystrzelona w przestrzeń kosmiczną z Przylądka Canaveral na szczycie rakiety Delta 2 firmy ULA we wrześniu 2007 roku.

Misja zrealizowała wszystkie zakładane cele naukowe, a ostatni rok dodatkowych operacji przy Ceres pozwoliło na przeprowadzenie dodatkowych obserwacji planety karłowatej oraz obserwowanie „opozycji” w kwietniu br. kiedy to sonda znalazła się bezpośrednie między Słońcem a kraterem Occator. Naukowcy mieli nadzieję, że w ten sposób uzyskają nowe informacje o jasnym materiale znajdującym się w centrum krateru.

23. kwietnia sonda Dawn straciła trzecie ze swoich czterech kół reakcyjnych – rotujących urządzeń podobnych do żyroskopów – wykorzystujące moment pędu do kontrolowania  orientacji sondy w przestrzeni.

Pierwsze koło reakcyjne uległo usterce w 2010 roku jeszcze przed dotarciem do Westy. Drugie koło przestało działać w 2012 roku gdy silnik jonowy sondy rozpoczynał podróż z Westy w kierunku Ceres.

Inżynierowie zaprojektowali sondę Dawn tak, aby mogła kontrolować swoje położenie w przestrzeni za pomocą trzech kół reakcyjnych.

Eksperci z JPL oraz Orbital AK opracowali metodę hybrydową pozwalającą na kontrolowanie orientacji sondy w przestrzeni za pomocą dwóch pozostałych kół reakcyjnych i silniczków napędzanych hydrazyną. Teraz sonda musi w pełni polegać na swoich silniczkach rakietowych przyznaje Marc Rayman, główny inżynier misji Dawn z JPL.

Raymond przyznał wczoraj, że usterka trzeciego koła reakcyjnego „z pewnością nie jest wydarzeniem kończącym misje, ale redukującym czas życia sondy, bowiem teraz w większym tempie musimy zużywać zapasy hydrazyny.”

Sonda Dawn określiła zawartość wodoru w górnym metrze powierzchni Ceres. Kolor niebieski wskazuje wyższą obfitość wodoru w pobliżu biegunów, podczas gdy kolor czerwony przedstawia niższą obfitość wodoru. Źródło: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA/PSI

Sonda Dawn będzie teraz wykorzystywała zapasy hydrazyny do utrzymywania odpowiedniej orientacji sondy względem Ceres. Odciągnięcie sondy od planety karłowatej za pomocą trzech napędzanych ksenonem silników jonowych w rzeczywistości pozwoliłoby na oszczędzenie zapasów hydrazyny służących do kontrolowania orientacji sondy.

Tempo wykorzystywania hydrazyny przez sondę Dawn zależy od jej zadań –  pisał Rayman w ubiegłym miesiącu. Przy każdym uruchomieniu silnika jonowego, to silnik odpowiada za kontrolowanie dwóch z trzech osi co pozwala na znaczne zmniejszenie zużycia hydrazyny.

Znajdując się na orbicie wokół Westy oraz Ceres sonda kieruje swoje czujniki na krajobrazy znajdujące się tuż pod nią. Im niższa wysokość nad obiektem, tym większa prędkość orbitalny, a tym samym Dawn musi szybciej się obracać, aby utrzymać powierzchnię w polu widzenia. Co więcej przyciąganie grawitacyjne ze strony tych masywnych obiektów zazwyczaj przyciąga także nietypowo duże panele słoneczne, powodując obracanie sondy w niepożądanym kierunku. Siła te jest większa na niższych wysokościach, więc sonda Dawn musi poświęcić więcej hydrazyny na kontrowanie tych niepożądanych obrotów.

W konsekwencji sonda zużywa więcej hydrazyny na orbicie wokół Westy czy Ceres niż podczas podróży między kolejnymi obiektami, kiedy to manewry wykonuje za pomocą silników jonowych.

Według menedżerów misji, na pokładzie sondy wciąż znajduje się dużo ksenonu służącego do napędzania silników jonowych.

Aktualnie sonda Dawn znajduje się na eliptycznej orbicie wokół Ceres, na której na przemian zbliża się do Ceres na odległość 20 000 km i oddala na 50 000 km. W ostatnich dwunastu miesiącach sonda zbliżała się do Ceres nawet na odległość rzędu 385 km.

Mamy wystarczająco dużo zapasów – hydrazyny i ksenonu – aby kontynuować pracę sondy co najmniej do końca 2018 roku –  mówi Raymond. To NASA musi podjąć decyzję o tym co zrobimy z tymi zapasami.

Przewidywany czas życia sondy zależy od odległości od Ceres.

Jeden dzień na niskiej orbicie mapującej na wysokości 385 km nad powierzchnią zużywa tyle samo hydrazyny co 18 dni na obecnej, odleglejszej orbicie. W obecnej sytuacji czas życia misji na niższej wysokości ograniczony byłby do tygodni.

Decyzja o przyszłości sondy Dawn zostanie podjęta w najbliższych tygodniach. NASA będzie musiała zdecydować czy Dawn zostanie przy Ceres czy poleci gdzie indziej – przypomina to trochę decyzję, którą trzeba było podjąć w czerwcu ubiegłego roku.

W ubiegłym roku zespół naukowy misji Dawn zaproponował wysłanie sondy Dawn w kierunku planetoidy Adeona, prymitywnej, bogatej w węgiel pozostałości po zderzeniu, które doprowadziło do zniszczenia dużo większego obiektu. Według tych planów sonda stosunkowo wolno przeleciałaby w pobliżu Adeony w maju 2019 roku. Przedstawiciele NASA postanowili jednak pozostawić sondę na orbicie wokół Ceres.

Źródło: spaceflightnow