Διαστημικό σκάφος της NASA σε τροχιά για πείραμα εκτροπής αστεροειδών – Spaceflight Now

Διαστημικό σκάφος της NASA σε τροχιά για πείραμα εκτροπής αστεροειδών – Spaceflight Now

September 26, 2022 0 Von admin
Η ιδέα του καλλιτέχνη για το διαστημόπλοιο DART, με τη βόλτα του στο LICIACube κατά μήκος του διαστημόπλοιου, πλησιάζοντας τους αστεροειδείς Δίδυμο και Δήμορφο. Πίστωση: NASA

Ένα διαστημικό σκάφος της NASA σκοπεύει να χτυπήσει έναν αστεροειδή μεγέθους σταδίου με ταχύτητα πάνω από 14.000 mph τη Δευτέρα σε ένα πείραμα πλανητικής άμυνας για να δοκιμάσει μια τεχνική που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στο μέλλον για να εκτρέψει τους απειλητικούς αστεροειδείς από μια πορεία σύγκρουσης με τη Γη.

Η αποστολή Double Asteroid Redirection Test, ή DART, θα προσπαθήσει να αλλάξει την τροχιά του αστεροειδούς Dimorphos, του μικρότερου αντικειμένου σε ένα δυαδικό ζεύγος αστεροειδών που κυκλώνει τον ήλιο κοντά στην τροχιά της Γης. Ο Δήμορφος και ο μεγαλύτερος σύντροφός του, που ονομάζεται Δίδυμος, δεν αποτελούν βραχυπρόθεσμη απειλή για τη Γη, σύμφωνα με τη NASA.

Οι επιστήμονες θα μετρήσουν πώς η σύγκρουση του διαστημικού σκάφους DART αλλάζει την πορεία του Δήμορφου γύρω από τον Δίδυμο, επικυρώνοντας μοντέλα για το πώς ένα κινητικό κρουστικό εκκρεμές στο μέλλον θα μπορούσε να χτυπήσει έναν αστεροειδή από μια διαδρομή που θα χτυπούσε τη Γη.

«Αυτή η εναρκτήρια δοκιμαστική αποστολή πλανητικής άμυνας σηματοδοτεί μια σημαντική στιγμή στην ανθρώπινη ιστορία», δήλωσε ο Μπόμπι Μπράουν, επικεφαλής της εξερεύνησης του διαστήματος στο Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Φυσικής του Πανεπιστημίου Τζονς Χόπκινς στο Μέριλαντ, το οποίο κατασκεύασε, ​​διαχειρίζεται και ελέγχει το διαστημόπλοιο DART για τη NASA. «Για πρώτη φορά, θα αλλάξουμε μετρήσιμα την τροχιά ενός ουράνιου σώματος στο σύμπαν. Κάτι τέτοιο έχει σαφή οφέλη για τη διασφάλιση της ικανότητας της ανθρωπότητας να εκτρέψει έναν πιθανό απειλητικό αστεροειδή στο μέλλον».

Το διαστημόπλοιο DART εκτοξεύτηκε τον περασμένο Νοέμβριο με έναν πύραυλο SpaceX Falcon 9 από τη Διαστημική Βάση Δυνάμεων Vandenberg στην Καλιφόρνια. Το διαστημικό σκάφος έχει περίπου το μέγεθος ενός μηχανήματος αυτόματης πώλησης με μάζα μικρότερη από 1.300 λίβρες ή 600 κιλά. Έχει δύο πτερύγια ηλιακής συστοιχίας που απλώνονται σε ένα άνοιγμα άνω των 60 ποδιών (19 μέτρα), τα οποία έχουν παραγάγει ηλεκτρική ενέργεια μέσω της 10μηνης κρουαζιέρας του διαστημικού σκάφους για να προετοιμαστεί για την πρόσκρουση της Δευτέρας.

Εάν όλα πάνε σύμφωνα με το σχέδιο, το DART θα χτυπήσει τον αστεροειδή Δήμορφο στις 7:14 μ.μ. Η πρόσκρουση θα κονιορτοποιήσει το διαστημικό σκάφος DART και οι επιστήμονες αναμένουν ότι περίπου 2 εκατομμύρια λίβρες βράχου και σκόνης από το Dimorphos θα πεταχτούν στο διάστημα, που ισοδυναμεί με περίπου το 0,025% της εκτιμώμενης συνολικής μάζας του αστεροειδούς.

«Πραγματοποιούμε αυτή τη δοκιμή σε έναν διπλό αστεροειδή, έναν δυαδικό αστεροειδή, με τον μεγαλύτερο αστεροειδή να βρίσκεται σε τροχιά από το μικρότερο φεγγάρι του Dimorphos», δήλωσε ο Tom Statler, επιστήμονας του προγράμματος DART στα κεντρικά γραφεία της NASA. «Αυτό είναι το τέλειο φυσικό εργαστήριο για αυτό το διπλό τεστ γιατί υπάρχουν δύο δοκιμές στο DART. Η πρώτη δοκιμή είναι η δοκιμή της ικανότητάς μας να κατασκευάσουμε ένα αυτόνομα καθοδηγούμενο διαστημόπλοιο που θα επιτύχει πραγματικά την κινητική πρόσκρουση στον αστεροειδή. Η δεύτερη δοκιμή είναι η δοκιμή του πώς ο πραγματικός αστεροειδής ανταποκρίνεται στην κινητική πρόσκρουση επειδή, στο τέλος της ημέρας, το πραγματικό ερώτημα είναι πόσο αποτελεσματικά μετακινήσαμε τον αστεροειδή; Και μπορεί αυτή η τεχνική της κινητικής κρούσης να χρησιμοποιηθεί στο μέλλον, αν χρειαστεί ποτέ;»

Οι επιστήμονες ταξινομούν τον Δίδυμο και τον Δήμορφο ως αστεροειδείς κοντά στη Γη, αν και οι επιστήμονες λένε ότι δεν υπάρχει βραχυπρόθεσμη απειλή από το ζευγάρι. Καμία διαστημική αποστολή δεν έχει εξερευνήσει ποτέ τους αστεροειδείς, αλλά οι επιστήμονες που τους παρατήρησαν μέσω τηλεσκοπίων λένε ότι οι αστεροειδείς έχουν διάμετρο περίπου μισό μίλι (780 μέτρα) και 525 πόδια (160 μέτρα) αντίστοιχα. Βρίσκονται περίπου 0,6 μίλια (1 χιλιόμετρο) το ένα από το άλλο.

Αυτό το γραφικό απεικονίζει τα κύρια στοιχεία της αποστολής DART, δείχνοντας την προσέγγιση και τη σύγκρουση του διαστημικού σκάφους με τον αστεροειδή Dimorphos, ενώ τα ιταλικά LICIACube κατά μήκος δορυφόρου και επίγεια τηλεσκόπια παρατηρούν την πρόσκρουση. Πίστωση: NASA/Johns Hopkins University APL

Οι ειδικοί εκτιμούν ότι θα πρέπει να υπάρχουν περίπου 25.000 αστεροειδείς κοντά στη Γη στο μέγεθος του Dimorphos. Ένας αστεροειδής αυτού του μεγέθους που προσκρούει στη Γη θα μπορούσε να εξαφανίσει μια μητροπολιτική περιοχή, προκαλώντας μαζικές απώλειες.

Η NASA λέει ότι οι έρευνες έχουν ανακαλύψει περίπου το 40% των αστεροειδών παρόμοιου μεγέθους κοντά στη Γη. Οι επιστήμονες έχουν βρει περισσότερο από το 95% του πληθυσμού μεγαλύτερων αστεροειδών κλάσης 1 χιλιομέτρου (0,6 μίλια) κοντά στη Γη, οι οποίοι θα μπορούσαν να προκαλέσουν παγκόσμια ζημιά εάν χτυπήσουν τον πλανήτη μας. Το ποσοστό είναι πολύ χαμηλότερο για τους μικρότερους αστεροειδείς, αλλά αποτελούν πιο περιορισμένο κίνδυνο.

Η αποστολή DART αξίας 330 εκατομμυρίων δολαρίων είναι το πρώτο έργο του Γραφείου Συντονισμού Πλανητικής Άμυνας της NASA, το οποίο δημιουργήθηκε το 2016 για να βοηθήσει στην ανίχνευση, την παρακολούθηση και πιθανή προστασία της Γης από δυνητικά επικίνδυνους αστεροειδείς.

Η NASA σχεδιάζει να εκτοξεύσει τη δεύτερη πλανητική αμυντική της αποστολή, ένα τηλεσκόπιο υπερύθρων και συνέχεια του DART, στα τέλη της δεκαετίας του 2020 για να βρει τους περισσότερους από τους μη ανιχνευμένους επικίνδυνους αστεροειδείς κοντά στη Γη.

«Δεν γνωρίζουμε ούτε ένα αντικείμενο αυτή τη στιγμή μέσα στα επόμενα 100 περίπου χρόνια που να απειλεί πραγματικά τη Γη», δήλωσε ο Thomas Zurbuchen, επικεφαλής της διεύθυνσης επιστημονικής αποστολής της NASA. «Αλλά θα σας εγγυηθώ επίσης ότι αν περιμένετε αρκετά, θα υπάρχει ένα αντικείμενο».

«ΟΗ δουλειά μας αυτή τη στιγμή με την αποστολή DART είναι μια πιθανότητα για το τι θα μπορούσαμε να κάνουμε αν βρίσκαμε έναν αστεροειδή σε τροχιά πρόσκρουσης με τη Γη», δήλωσε ο Lindley Johnson, αξιωματικός πλανητικής άμυνας της NASA, πριν από την εκτόξευση της αποστολής πέρυσι. «Έτσι, δοκιμάζουμε αυτήν την τεχνική κινητικού κρουστικού εκκρεμούς, όπου απλώς εμβολίζουμε ένα διαστημόπλοιο στον αστεροειδή με υψηλή ταχύτητα για να αφαιρέσουμε λίγη ταχύτητα από την πορεία του και αυτό αλλάζει στο μέλλον».

Μια μικρή προσαρμογή ταχύτητας θα μπορούσε να οδηγήσει σε μεγάλες αλλαγές στη θέση του αστεροειδούς χρόνια ή δεκαετίες στο μέλλον, που σημαίνει ότι με αρκετή προειδοποίηση, ένα σχετικά συμπαγές διαστημόπλοιο θα μπορούσε να είναι το μόνο που χρειάζεται για να προστατεύσει τη Γη από μια πρόσκρουση.

«Ο στόχος μας είναι να βρούμε αυτά τα αντικείμενα πολύ μακριά στο χρόνο και μακριά από τη Γη και να μπορέσουμε να πραγματοποιήσουμε αυτήν την αλλαγή στην τροχιά τους πολλά χρόνια νωρίτερα, επομένως δεν χρειάζονται πολλά για να τα αλλάξουμε καθόλου», είπε ο Τζόνσον. .

«Αυτή η επίδειξη θα αρχίσει να προσθέτει εργαλεία στην εργαλειοθήκη των μεθόδων μας που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν στο μέλλον και χρειαζόμαστε αρκετά από αυτά επειδή οι συνθήκες που μπορεί να αντιμετωπίσουμε μπορεί να είναι πολύ διαφορετικές», είπε ο Τζόνσον. ”

Η πιο αποτελεσματική μέθοδος εκτροπής θα εξαρτηθεί από το μέγεθος ενός δυνητικά απειλητικού αστεροειδούς, μαζί με την τροχιά του και πότε θα μπορούσε να χτυπήσει τη Γη,

«Μερικά από τα άλλα πράγματα που έχουν μελετηθεί είναι αυτό που ονομάζουμε τρακτέρ βαρύτητας, το οποίο απλώς παίρνει ένα διαστημόπλοιο και σταθμό που κρατά τον αστεροειδή και χρησιμοποιεί το ρυμουλκό της φύσης, η βαρύτητα, η αμοιβαία έλξη μεταξύ του διαστημικού σκάφους και του αστεροειδούς θα έλκονται σιγά σιγά αυτός ο αστεροειδής βγήκε από την τροχιά πρόσκρουσής του σε μια πιο καλοήθη», είπε ο Τζόνσον. „Φυσικά μια τέτοια τεχνική χρειάζεται περισσότερο χρόνο για να εφαρμοστεί, επομένως θα πρέπει να έχουμε περισσότερο χρόνο προειδοποίησης για να μπορέσουμε να την εφαρμόσουμε.“

Άλλες επιλογές περιλαμβάνουν εκτροπή δέσμης ιόντων, όπου μια μηχανή ιόντων θα μπορούσε να εκτοξεύσει σωματίδια σε έναν αστεροειδή για να τον σπρώξει σταδιακά εκτός πορείας. Και υπάρχει η πιο ιώδης πυρηνική επιλογή, η οποία θα μπορούσε να περιλαμβάνει μια έκρηξη κοντά στον αστεροειδή.

Η τεχνική της κινητικής κρούσης θα δοκιμαστεί τη Δευτέρα. Προκειμένου να λειτουργήσει, η αποστολή DART συνδυάζει τεχνολογία καθοδήγησης πυραυλικής άμυνας στρατιωτικού βαθμού για να βοηθήσει το διαστημόπλοιο να φτάσει στον αστεροειδή στόχο του. Και τότε οι επιστήμονες είναι έτοιμοι με επίγεια τηλεσκόπια και διαστημικά παρατηρητήρια – συμπεριλαμβανομένου του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb – να παρακολουθήσουν τον ουρανό για σημάδια ότι το DART χτύπησε τον αμυδρό αστεροειδή και μετά να μετρήσουν πώς η σύγκρουση άλλαξε την τροχιά του Dimorphos.

Οι επιστήμονες προβλέπουν ότι η πρόσκρουση θα αλλάξει την ταχύτητα του Δήμορφου γύρω από το σύντροφό του Δίδυμο κατά περίπου 1%, μειώνοντας πιθανότατα τον χρόνο που χρειάζεται για να ολοκληρωθεί μια τροχιά από 11 ώρες και 55 λεπτά σε περίπου 11 ώρες και 45 λεπτά. Αλλά το πείραμα DART θα προσπαθήσει να επιβεβαιώσει αυτές τις εκτιμήσεις και θα χρειαστούν αρκετές εβδομάδες για να μετρήσουν επακριβώς οι επιστήμονες την αλλαγή της τροχιάς.

Το ίδιο το διαστημόπλοιο DART δεν θα είναι εκεί για τη φάση της αποστολής. Ο ανιχνευτής θα καταστραφεί καθώς προσκρούει στο Dimorphos, αλλά θα αποσυνδέει εικόνες σχεδόν σε πραγματικό χρόνο από την κάμερα πλοήγησής του με ρυθμό ένα καρέ ανά δευτερόλεπτο μέχρι την πρόσκρουση.

Παρατηρήσεις με ραντάρ από το Αστεροσκοπείο Arecibo το 2003 έδειξαν το σχήμα του αστεροειδούς Δίδυμου, αλλά ελάχιστες λεπτομέρειες για τον σύντροφό του Δίμορφο. Πίστωση: Παρατηρητήριο Arecibo/NASA

Το Didymos Reconnaissance and Asteroid Camera for Optical Navigation ή DRACO, σύστημα απεικόνισης του διαστημικού σκάφους, θα τραβήξει φωτογραφίες των αστεροειδών Didymos και Dimorphos λίγο πριν από την πρόσκρουση, συλλέγοντας πληροφορίες για τις τοποθεσίες των αστεροειδών για να βοηθήσει το DART να πλοηγηθεί προς ένα σημείο στόχος στο κέντρο του Dimorphos .

Η τελική φάση της προσέγγισης τη Δευτέρα θα παίξει γρήγορα. Ο ενσωματωμένος υπολογιστής του DART θα πάρει τον έλεγχο περίπου τέσσερις ώρες πριν από την πρόσκρουση, χρησιμοποιώντας εξελιγμένους ενσωματωμένους αλγόριθμους πλοήγησης που προέρχονται από συστήματα καθοδήγησης πυραύλων, που ονομάζονται Small-body Maneuvering Autonomous Real Time Navigation ή SMART Nav.

Οι διορθώσεις που απαιτούνται για την καθοδήγηση του DART προς το Dimorphos θα είναι πολύ γρήγορες για τον έλεγχο της αποστολής και θα υπάρξει μια καθυστέρηση επικοινωνίας 38 δευτερολέπτων από τη θέση του αστεροειδούς στη Γη, σε απόσταση περίπου 6,8 εκατομμυρίων μιλίων (11 εκατομμυρίων χιλιομέτρων).

Δώδεκα προωθητές με υδραζίνη θα κατευθύνουν το DART στην τελική του πορεία σύγκρουσης.

Το DART θα μεταδίδει ζωντανά βίντεο πίσω στη Γη από τις κάμερές του DRACO. Λόγω της υψηλής ταχύτητας προσέγγισης και του μικρού μεγέθους του Dimorphos, ο αστεροειδής στόχος θα αποκαλυφθεί μόνο στο view finder του DRACO στα τελευταία 60 έως 90 λεπτά πριν από την πρόσκρουση. Το Δίδυμο, κάπως μεγαλύτερο από το Δήμορφο, έχει ήδη επιλυθεί από την κάμερα DRACO του DART.

Περίπου 50 λεπτά πριν την πρόσκρουση, με το SMART Nav στο τιμόνι, το σύστημα πλοήγησης του DART θα αρχίσει να προσαρμόζει τον στόχο του από το Δίδυμο στον Δήμορφο.

«Αυτή είναι μια πολύ ιδρωμένη στιγμή για εμάς», είπε ο Evan Smith, αναπληρωτής μηχανικός συστημάτων αποστολής για το DART στο Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Φυσικής. «Έχουμε πολλά απρόοπτα χτισμένα γύρω από αυτή τη μετάβαση των 50 λεπτών και θα παρακολουθούμε την τηλεμετρία σαν γεράκια, πολύ φοβισμένοι αλλά ενθουσιασμένοι.

«Και μετά από εκεί, στα 20 λεπτά από την πρόσκρουση, θα πάμε σε κάτι που ονομάζεται κλειδαριά ακριβείας, όπου αγνοούμε εντελώς τα Δίδυμο και πηγαίνουμε μόνο για τον Δήμορφο», είπε ο Smith. «Περιμένουμε να πιεστούμε αρκετά εκείνη την περίοδο. Σε δυόμισι λεπτά από την πρόσκρουση, κόβουμε κάθε ώθηση και πηγαίνουμε στην ακτή.

„Θα κάνουμε streaming εικόνων όλη την ώρα, έτσι οι εικόνες έρχονται μέσω του DRACO, μέσω των ηλεκτρονικών μας συσκευών και απευθείας από το ραδιόφωνο“, είπε ο Smith.

Το σύστημα διαχείρισης δεδομένων του DART έχει σχεδιαστεί για να τραβάει φωτογραφίες, να τις επεξεργάζεται και στη συνέχεια να τις συνδέει με τη Γη σε περίπου 2 δευτερόλεπτα, διασφαλίζοντας ότι η τελική εικόνα που λαμβάνεται στη Γη θα ληφθεί ακριβώς πριν από την πρόσκρουση. Με το χρόνο επεξεργασίας στο διαστημικό σκάφος και στο έδαφος, σε συνδυασμό με το χρόνο ταξιδιού φωτός των 38 δευτερολέπτων από το DART πίσω στη Γη, οι εικόνες που λαμβάνονται στο έδαφος θα εμφανίζονται με καθυστέρηση περίπου 45 δευτερολέπτων σε πραγματικό χρόνο, σύμφωνα με την Elena Adams , μηχανικός συστημάτων αποστολής του DART στο APL.

Πηγαίνοντας στην προσέγγιση της Δευτέρας, οι επιστήμονες γνωρίζουν ελάχιστα για το σχήμα του Dimorphos, το οποίο ανακαλύφθηκε με ένα επίγειο τηλεσκόπιο το 2003. Το Didymos, ο μεγαλύτερος αστεροειδής του ζεύγους, ανακαλύφθηκε το 1996 και οι επιστήμονες έχουν κάποιες βασικές γνώσεις για το σχήμα του. χάρη σε παρατηρήσεις ραντάρ.

«Σε περίπου τέσσερα λεπτά… αρχίζουμε επιτέλους να βλέπουμε το σχήμα του Dimorphos, και μετά σε τέσσερα λεπτά το χτυπάμε», είπε ο Adams. «Έτσι, δεν υπάρχει πραγματικά πολύς χρόνος για αντίδραση και πρέπει να έχουμε δίκιο την πρώτη φορά».

«Θα ξεκινήσει ως ένα μικρό σημείο φωτός και στη συνέχεια θα κάνει μεγέθυνση και θα γεμίσει ολόκληρο το οπτικό πεδίο», δήλωσε η Nancy Chabot, πλανητολόγος στο APL που συντονίζει τις τηλεσκοπικές παρατηρήσεις της πρόσκρουσης του DART και των συνεπειών του. .

Το διαστημόπλοιο DART απελευθέρωσε μια μικρή βόλτα κατά μήκος του διαστημικού σκάφους που ονομάζεται LICIACube στις 11 Σεπτεμβρίου. Το διαστημικό σκάφος λαθρεπιβάτη παραχωρήθηκε από την Ιταλική Διαστημική Υπηρεσία και έχει μέγεθος περίπου ενός μικρού χαρτοφύλακα. Θα πετάξει λίγα λεπτά πίσω από το DART και θα προσπαθήσει να τραβήξει εικόνες της πρόσκρουσης προτού πλεύσει δίπλα από το Dimorphos σε απόσταση περίπου 34 μιλίων (55 χιλιομέτρων).

Οι εικόνες του LICIACube δεν θα βγουν ζωντανά. Θα αποσυνδεθούν πίσω στη Γη αργά τις ημέρες μετά την πρόσκρουση του DART.

Στείλτε email στον συγγραφέα.

Ακολουθήστε τον Stephen Clark στο Twitter: @StephenClark1.