ISTRAŽIVANJE SVEMIRA

Dragan Lazarević

Misije kosmičkih sondi 2023.

Po Mesecu, na asteroidima… pa nazad na Zemlju

Istraživanje Sunčevog sistema kosmičkim sondama je, tokom decenija razvoja astronautike, postalo ustaljen naučno-tehnološki poduhvat koji neprekidno širi predstavu koju čovečanstvo ima o nama najbližem kosmičkom susedstvu a ponekad i iznenađuje neočekivanim naučnim otkrićima. Od svih planeta, najviše se istražuje Mars; oko njega kruže orbiteri, po njegovoj površini se kreću roveri a nad njegovom površinom leti i mikrohelikopter…

Davno lansirane kosmičke sonde NASA-e tipa voyager 1 i 2  i new horizons, posle uspešno obavljenih istraživanja spoljnih planeta, odlaze u kosmički prostir van Sunčevog sistema ali je još uvek moguće održavanje veze sa njima. Sonda juno koja kruži oko Jupitera završila je osnovni program istraživanja ove planete i u produžetku misije šalja do sada najbolje snimke Jupiterovih satelita, što ukazuje na stepen visoke pouzdanosti tehnike primenjene na sondama NASA-e i ESA-e. U slanje kosmičkih sondi i istraživanja sa njima uključuju se i agencije drugih zemalja kojima je cilj naš najbliži kosmički sused - Mesec. On još uvek krije mnoge tajne i nepoznanice, čije razjašnjenje mogu doneti samo nove misije kosmičkih sondi, mesečevih orbitera i lendera.

Trka na Mesec sa sve više učesnika

Mesec je, pre pola veka, bio cilj nadmetanja i prestižne trke u kosmosu od strane SSSR i SAD. Prve kosmičke sonde tipa luna na površinu Meseca i oko njega  poslao je SSSR. Potom su SAD slali sonde tipa survivor da bi se ta trka završila misijama “Apolo”, 1968-1972. sa ljudskim posadama. Poslednja je bila misija sonde luna 24 koja je dopremila uzorke Mesečevog tla na Zemlju, što je obavljeno 1976. Veliki broj naučnih informacija koje su tada dobijene analizom uzoraka Mesečevog tla, razrađivane su nekoliko decenija. Došlo se do iznenađujućih saznanja, ali su ostala i neke nerazjašnjena pitanja.
Od 1994. usledile su misije orbitera ka Mesecu sa ciljem da se snime polarne oblasti i, eventualno, otkrije voda hemijski vezana u mineralima ili u vidu leda. Njih su slale kosmičke agencije SAD, Japana, Kine, Indije i Južnee Koreje. Kina je krajem 2013. preuzela primat u istraživanju Meseca uspešnim spuštanjem na njegovu površinu lendera čang 3 i rovera jutu i time postala treća kosmička sila koja je to obavila, posle SSSR i SAD. Taj lender još uvek funkcioniše.

Novi uspeh Kine je postignut krajem 2018. kada je na površinu Meseca spuštena sonda-lender čang 4 i rover jutu 2, i to u krater Von Carman na suprotnoj i sa Zemlje nevidljivoj strani, što do tada nije obavljeno. Poslednji uspeh Kina je ostvarila misijom sonde-lendera čang 5, njegovim spuštanjem na Mesečevu površinu 1. decembra 2020, uzimanjem uzoraka Mesečevog tla (mase 1731gr) i slanjem u posebnoj kapsuli tih uzoraka na Zemlju gde su stigli 15 dana kasnije, što su do tada postigli samo SSSR i SAD.
Indija je počela da sprovodi sopstveni program istraživanja Meseca sondama tipa chandrayaan. Druga sonda tog tipa je uspešno ušla u orbitu oko Meseca 20.avgusta 2019. Trebalo je da se na njegovu površinu spusti lender vikram ali se, zbog greške u program, sonda razbila o Mesečevu površinu 6. septembra 2019.

Skokovima ka Mesecu

Indijska kosmička agencija ISRO je dugo pripremala novi poduhvat sa istim ciljem; znatno veća sonda mase 3900kg chandrayaan 3 je uspešno lansirana 14. jula 2023.sa kosmodroma Satish Dhawan znatno većom raketom nosačem LVM3-M4. To je najveća indijska raketa-nosač; ima startnu masu od 642t, sastoji se od dva bustera mase po 205t, sa pogonom na čvrsto gorivo, centralnog dela mase 125t, koji pokreću dva motra na samozapaljivo gorivo (UDMH i N2O4) i trećeg stepena mase 33t sa motorom na tečni vodonik i kiseonik. Radom trećeg stepena rakete, sonda chandrayaan 3 je postavljena u eliptičnu Zemljinu orbitu (170x36500km). Potom je počeo njen neobičan put ka Mesecu; prvo skokovitim prelaskom na više orbite sa izrazito većim apogejom (najveća udaljenost eliptične orbite od Zemlje) i sa 6 manevara, postignuta je udaljenost od Zemlje od 79200km - da bi konačno prešla na putanju ka Mesecu. U eliptičnu orbitu oko njega, parametara 164x18000km, ušla je 5. avgusta 2023. Potom je počelo, opet skokovito, smanjivanje visine orbite da bi se, posle 4 manevra, spustila na orbitu udaljenosti oko 153x163 km od Mesečeve površine.

Dok je taj proces trajao, Rusija je 10. avgusta lansirala, sa kosmodroma Vostočnij u Amurskoj oblasti, sondu luna 25 (ukupne mase 1750kg) raketom nosačem tipa sojuz-fregat. Prvo u nisku orbitu oko Zemlje a potom je, radom gornjeg stepena fregat, prebačena na translunarnu putanju, tj.direktno ka Mesecu. Sonda je dobila oznaku luna 25 (trebalo je da se zove “luna grun”) što ukazuje da Rusija namerava da nastavi davno prekinut uspešan program istraživanja Meseca, u vreme SSSR-a, kada je sonda luna 24 uspešno dopremila uzorke Mesečevog tla (izvađenog sa dubine od oko 2m) na Zemlju, 1976. godine. Sonda luna 25 je uspešno ušla u orbitu oko Meseca 16. avgusta 2023. Sistemi manevarskih raketnih motora i sistemi veze su funcionisali optimalno a kamere su poslale snimke Meseca visoke rezolucije. Plan je bio da se spusti u južnu polarnu oblast Meseca, u krater Boguslavski, i da vrši naučna istraživanja Mesečevog tla u trajanju od jedne godine.
Kada je 19. avgusta započeo manevar pripreme za sletanje na površinu, kojim je trebalo da se najniža tačka orbite spusti na 18 km od površine, raketni motor je zbog greške u program, umesto 84 sec, odradio 127 sec i usmerio ovu sondu-lender na putanju direktnog sudara sa površinom, što je dovelo do njenog uništenja. Sonda  NASA-e LRO koja kruži oko Meseca od 2009, snimila je 26. avgusta 2023. novi krater na površini u okolini mesta gde je sonda trebalo da se spusti. Ruska kosmička agencija je obavila analize uzroka neuspeha lune 25 i planira da, u bliskoj budućnosti, narednu sondu tipa luna uspešno spusti na Mesec.

Iznenađujuća temperatura

U tom periodu je sonda chandrayaan nastavila spuštanje na nisku orbitu oko Meseca radom raketnog motora (potiska 440N) pogonsko-propulzivnog modula. Ova sonda je imala dva modula: pogonski, mase 2148 kg, i sletni lender vikram mase 1726 kg. Na oba modula su postavljeni solarni paneli koji su davali energiju od po 758 W. Lender vikram se uspešno odvojio od pogonskog modula i sa svoja 4 motora, potiska po 800 N, prešao na putanju spuštanja na površinu, njihovim retroreaktivnim radom smanjio orbitalnu brzinu oko Meseca, poništio ubrzanje koje mu je davala Mesečeva gravitacija i meko se spustio 23. avgusta u oblast Shiv Shakti, u Mesečevoj južnoj polarnoj oblasti, selenografske širine od oko 69 stepeni, a što do sada nije obavljeno. Tokom spuštanja su neprekidno stizali snimci tla koje se približava a po sletanju  i panorama okoline. Sa lendera se na površinu preko rampe spustio i mali rover pragyaan mase 26 kg koji je tokom rada od oko 12 dana ukupno prešao oko 100 m. Lender vikram je, 3.septembra, kratkim paljenjem raketnog sistema napravio mali skok na Mesečevoj površini od oko 30-40 cm. Naučni rezultati misije su određivanje termodinamičke provodljivosti tla (iznenađujuće visoke površinske temperature od 70C po danu) i sastava tla u kome je, pored Al, Ca i Fe, nađena visoka koncentracija sumpora, što je ustanovljeno instrumentima sa rovera. Lenderov seizmometar je registrovao i jedan potres tla a propulzivni odsek koji je ostao u orbiti Meseca ima kameru kojom snima Zemlju.
Kako se približavala Mesečeva noć, i lender i rover su prebačeni na tzv. režim spavanja. Posle 14 dana takvog stanja i ponovnog pojavljivanja Sunca, režim buđenja, po komandi iz indijskog kosmičkog centra, nije uspostavljen. Lender i rover su ostali zauvek uspavani. Indija nije zbog toga nezadovoljna pošto su spuštanje lendera i rad rovera uspeh koji je izazvao veliko oduševljenje i ponos stanovništva. Usledile su čestitke od strane svih zemalja koje imaju kosmičke i raketne programe pa i od strane Pakistana, mada je u nekim medijima bilo i malo zavisti.
Zanimljivo da je Indijska kosmička agencija izrazila žaljenje zbog neuspeha lune 25; oni nisu smatrali da je u pitanju nadmetanje sa Rusijom u tome ko će prvi da se spusti u polarnu oblast Meseca, kako su neki zapadni mediji predstavljali.
Ka Mesecu će uskoro da krenu, u sve većem broju, nove kosmiče sonde-lenderi, lansirani i od strane privatnih kompanija, sa ciljem da se ispita sastav tla u cilju razvijanja tehnoloških postupaka izdvajanja elemenata koji su retki na Zemlji a neophodni savremenoj elektronskoj industriji. To su pre svega tzv. retke zemlje ili lantanoidi koji na Mesecu uopšte nisu retki - ima ih u Mesečevim mineralima tipa KREEP-norit.

Ka asteroidima sa povratkom na Zemlju

Jedna od velikih nepoznanica Sunčevog sistema su i milioni malih nebeskih tela, asteroida i planetoida. Na većim telima kao što su Mars i Mesec do sada nisu otkrivena složenija organska jedinjenja; iznenađujuće je da ona postoje na asteroidima tipa C (tzv. ugljenični hondriti). Misije kosmičkih sondi koje su imale zadatak da dopreme na Zemlju uzorke tla asteroida su uspešno obavljene. Posle japanske misije hayabusa 2, sa asteroida Ryugu dopremljeno je na Zemlju oko 5,4gr tla, krajem 2020.
Posle obimnog snimanja, ispitivanja i uzimanja uzoraka tla, sa asteroida 101955 Bennu uspešno se, sa uzorcima tla, spustila kapsula NASA-e sonde osiris rex, 24. septembra 2023. Ova misija je počela 8. septembra 2016. lansiranjem sonde mase 2110kg (bez goriva 880kg) koja je septembra 2017. ponovo prošla pored Zemlje i metodom “gravitacione praćke” bila usmerena ka cilju, ka asteroidu Bennu, prečnika oko 500m, u čiju je orbitu ušla avgusta 2018. Ovaj asteroid obilazi Sunce za 436,6 dana a približava se Zemlji svakih 6 godina (do samo 2,2 miliona km i predstavlja potencijalnu opasnost za Zemlju). Spada u klasu B (potklasa asteroida ugljeničnih hondrita klase C). Sonda osiris rex je, tokom 505 dana, obilazila asteroid na udaljenosti od oko 5 km, detaljno snimajući i mapirajući njegovu površinu u cilju pronalaženja mesta pogodnog za uzimanje uzoraka tla. To je obavljeno 15. aprila 2020, pri čemu je samo mehanička ruka TAGSAM dotakla tle da bi, pomoću azota pod pritiskom, uzorci bili podignuti sa površine i zahvaćeni  a potom prebačeni do kontejnera u koji su hermetički zatvoreni u kapsuli rađenu da izdrži temperaturu i opterećenje prilikom ulaska i kočenja u Zemljinoj atmosferi. Sonda je napustila orbitu oko asteroida 10. maja 2021. da bi 24.septembra prošla pored Zemlje, prethodno odbacivši kapsulu mase 41 kg koja je uspešno obavila aerodinamičko kočenje i meko se spustila padobranom. Smatra se da sadrži oko 250gr uzoraka u kontejneru koji naučnici još nisu otvorili jer su oko njega našli 70 gr prašine asteroida. Analizom te prašine ustanovljeno je da sadrži vodu i jedinjenja sa ugljenikom.
Pogonsko-instrumentalni odsek sonde osiris rex je, posle proletanja pored Zemlje, nastavio svoju misiju ka asteroidu Apofis sa kojim treba da se susretne 2029. Ovaj asteroid je od posebnog interesa jer se smatra da bi u budućnosti mogao da udari o Zemlju. Istraživanja iz neposredne blizine bi mogla da pomognu da se nađe način da mu se promeni putanja i izbegne najgori ishod za sada samo pretpostavljenog događaja.

Uz pogon jonskih motora

Misija sonde psyche ka istoimenom asteroidu je započeta 13. oktobra  2023. lansiranjem iz kosmičkog centra “Kenedi”, sa rampe iz misija Apola LC-39A, džinovskom raketon falcon 9 heavy kompanije “Space X”. Ova raketa ima startnu masu od 1420t a sastoji se od 3 identična stepena, 2 bočna bustera i centralnog dela i manjeg gornjeg stepena. Prilikom lansiranja, bočni busteri su retroreaktivnim kočenjem i mekim spuštanjem na tlo sačuvani da bi bili ponovo korišćeni, što je već ustaljena praksa kompanije “Space X” sa raketama falcon 9. Centralni deo je istrošio gorivo do kraja i odbačen je radom gornjeg stepena.
Sonda psyche je usmerena na heliocentričnu putanju. Ima masu 2608 kg, od čega je preko 900kg gasa ksenona, koji je radna materija za njen jonski pogon. Energiju dobija iz solarnih panela snage od 900W do 4500W. Pored niza novih tehnologija, na njoj je i sistem laserske veze sa komandnim centrom. Planirano je da proleti pored Marsa 2026. Njegovo gravitaciono polje i rad jonskog pogona bi je usmerili ka asteroidu 16 Psyche, do kojeg bi trebalo da dođe 2029. Potom bi u orbiti oko njega  provela oko dve godine spuštajući se radom jonskog pogona sve niže, sa početne udaljenosti od 700km do samo 19km od površine.
Asteroid 16 Psyche je od posebnog interesa za nauku jer u njegovom sastavu preovlađuju gvožđe i srodni metali; pripada M klasi i smatra se da je jezgro većeg asteroida (procena je da je imao prečnik veći od 500km) kojem je u sudaru sa drugim asteroidom odbačen silikatni omotač.16 Psyche spada u veće asteroid, dimenzije su mu 252x186 km, obilazi Sunce za oko 5 godina na eliptičnoj putanji 497 miliona km x 376 miliona km, a oko svoje ose se okrene za samo 4,196 časa. Moguće je da ima i sopstveno magnetno polje. Očekuje se da ove nepoznanice dobiju odgovor tokom misije sonde do 2031. što se može i produžiti ako sonda bude u funkciji.

Asteroidi, grčka i trojanska grupa

U toku je još jedna vrlo ambiciozna dugotrajna misija ka asteroidima. Sonda lucy lansirana 2021. na heliocentričnu putanju. Posle proletanja pored Zemlje 2022. metodom gravitacione praćke, ta putanja je izmenjena i 1. novembra 2023. prošla je   na udaljenosti od 450km od asteroida Dikinesh velikog samo 0,7km. Krajem 2024. uslediće još jedno proletanje pored Zemlje; uz pomoć njenog gravitacionog polja, dobiće izrazito eliptičnu putanju maksimalne udaljenosti od Sunca koju ima Jupiterova orbita. Kraj asteroida Donald Johanson treba da prođe 2025. da bi 2027. došla u blizinu Jupiterove Lagranževe tačke L4 i istražila tzv. “grčku grupu” asteroida (Eurybates, Polymele, Leucus i Orus), 2028.godine. Potom se sonda vraća ka Zemlji, kraj koje će proleteti 2030. da bi njenim gravitacionim poljem bila preusmerena na putanju ka drugoj Jupiterovoj Lagranževoj tački L5 i tzv. “trojanskoj grupi” asteroida. Tamo bi stigla 2033. i prošla pored binarnog para asteroida Patroclus i Menoetius (prečnici su im 113km i 104 km) koji se međusobno obilaze na udaljenosti od 680 km. Ova misija predstavlja svojevrstan kosmički gravitacioni bilijar i njeno planiranje i predviđanje svih njenih faza je ilustracija gotovo savršene savremene naučno-mehaničke i računarske tehnike.
U bližoj budućnosti se očekuju i misije drugih kosmičkih agencija. ESA planira da pošalje sondu hera na asterod Didymos i njegov satelit Dimorfus, koji je bio meta kosmičke sonde dart, i snimi posledice udara. Sonda hayabusa 2 treba 2026. da proleti pored asteroida 2001 CC21 da bi 3031. proletela pored malog (samo 30m u prečniku) asteroida 1996 KY20 koji rotira za samo 10,7 minuta. Japanska JAXA planira misiju ka asteroidu Phaeton a Kina planira misiju sonde tianwen 2 za 2025. na jonski pogon, koja bi ušla u orbitu oko asteroida 469219 Kamo oaleava,uzela uzorke tla i u kapsuli to dopremila na Zemlju a potom obavila i proletanje pored komete Panstars. Slične misije planiraju i druge agencije i privatne kompanije sa krajnjim ciljem - ekstrakcijom retkih metala kojih ima na asteroidima (pre svega iridijuma) i njihovim dopremanjem na Zemlju.

Dragan Lazarević

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"