Za dalších šest týdnů pak začne samotná fáze průletu kolem planetky Pluto. Vyvrcholit by měla 14. července 2015 ve 13:49:59 SLČ, kdy sonda po devíti a půl letech proletí 10 000 km od trpasličí planety a 27 000 km od měsíce Charon relativní rychlostí 13,78 km/s (49 600 km/h). Pojďme si u příležitosti zahájení plného provozu připomenout, co se letos kolem mise New Horizons dělo a co můžeme očekávat v roce následujícím.
| Ilustrace sondy New Horizons. Kredit: JHUAPL/SwRI Zdroj |
Na úvod si připomeňme, že New Horizons se vydal na svou dlouhou pouť vesmírem 19. ledna 2006. Z floridské základny Cape Canaveral jej na oběžnou dráhu vynesl silný stroj skládající se ze tří stupňů. Prvním byl Atlas V 551 společnosti Lockheed Martin. Druhý stupeň Centaur udělil sondě třetí kosmickou rychlost - oběžnou dráhu Měsíce sonda překonala za pouhých devět hodin! Třetí stupeň ATK Star 48B jí udělil ještě větší únikovou rychlost ze spárů sluneční gravitace. Po Voyageru 1 šlo tenkrát o druhou nejrychlejší meziplanetární sondu (pokud nepočítáme sondy Helios urychlené v podstatě volným pádem do Slunce), jež se po akceleraci chemickou pohonnou jednotkou pohybovala rychlostí 16.5 km/s (59,000 km/h).
Poslední ACO – 8 (Active Check Out)
Od června do konce srpna provedl tým APL poslední (v pořadí osmé) každoroční testování a kalibraci každého ze sedmi vědeckých přístrojů. Došlo k oživení procesorů palubních počítačů, testování naváděcího zařízení, kterým sonda určuje svou polohu, či k nahrání finální verze softwaru, jenž bude aktivní v době průletu. Primární i záložní operační systém prošel rovněž sérií zkoušek.
Kromě pravidelných testů odebral vědecký tým vzorek helioplazmatu a meziplanetárního prachu pomocí zařízení PEPSSI, SWAP a SDC. Všechny zkoušky proběhly na výbornou, jedinou anomálií bylo selhání při jednom pozorování UV spektrometru Alice, při kterém chtěli vědci změřit množství meziplanetárního vodíku v místech oběžné dráhy Neptunu. Přístroj nenaběhl ve stanoveném čase, zřejmě z toho důvodu, že zařízení mělo nižší teplotu než kdy předtím. Interní software uvedl přístroj do bezpečného módu a vypnul elektrické napájení, když se delší dobu nedařilo dosáhnout požadovaného napětí.
Zde však platí dvojnásob, že všechno zlé je k něčemu dobré. Při zpětném pohledu byla tato chyba doslova požehnáním pro tým letové kontroly. V budoucnu už budou s časovou prodlevou při aktivaci spektrometru počítat, což je konkrétně u této mise stěžejní, neboť průlet kolem Pluta bude krátký, a vzhledem ke zpoždění signálů nebude moc času na druhý pokus.
15. července rovněž proběhl po plných čtyřech letech v pořadí šestý drobný korekční manévr TCM (trajectory correction maneuver), jehož cílem bylo zpřesnění doby průletu kolem planetky. O stabilizaci sondy a dráhové korekce se stará systém 16 malých trysek umístěných po obvodu sondy na osmi místech. Čtyři větší trysky pro dráhové korekce mají výkon 4,4 N. Dalších 12 menších trysek o výkonu 0,8 N se stará o drobné korekce sondy vůči hvězdnému pozadí. Osm trysek tvoří primární set, dalších osm nezbytnou zálohu. Jako takřka všechna zařízení jsou i ony zdvojeny v případě poruchy některého z primárních komponent. Krátké korekční zážehy znamenají pouze drobný úbytek paliva. 99litrová nádrž obsahovala v době startu 77 litrů hydrazinu (plus inertní hélium jako tlakovací médium) z důvodů snížení hmotnosti. Samotná nádrž poskytuje navíc stínění centrální procesorové jednotky vůči kosmické radiaci (osvědčila se třeba při blízkém průletu kolem Jupiteru).
| Letoví inženýři Mike Conner a Josh Albers (vlevo) v operačním centru mise NH čekají 29. 8. 2014 na potvrzení signálu, že sonda přešla do režimu hibernace. Vedoucí technických operací Alice Bowman (vpravo) kontroluje v tom čase telemetrii a komunikační kanál mezi sondou a stanicí DSN. Kredit: NASA Zdroj |
První optická navigace směrem k Plutu
O správnou prostorovou orientaci sondy se stará dvojice kamer a polohovacích zařízení. Jde o pokročilý naváděcí systém G&C (guidance and control) – kombinaci gyroskopu udržujícího hrubou orientaci a systému dvou kamer star tracker vybavených CCD články a sledujících hvězdy. Zaznamenané snímky vybraných hvězd se porovnávají s daty uloženými v počítači a případné nepřesnosti jsou korigovány krátkými zážehy malých balančních trysek. Ty jsou přibližně 5x méně výkonné než trysky určené k manévrům TCM.
19. až 24. července pořídilo zařízení LORRI (Long Range Reconnaissance Imager) sekvenci dvanácti snímků, které už posloužily letové kontrole při první přesné optické navigaci k systému Pluto-Charon. V té době od něj byla sonda vzdálená 429 milionů (první snímek) až 422 milionů kilometrů (poslední). Na montáži těchto snímků můžeme vidět skoro jednu kompletní rotaci binárního systému Charon-Pluto.
| Sekvence snímků zařízení LORRI. Kredit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute Zdroj | |
| Detail sekvence snímků zařízení LORRI. Kredit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute Zdroj |
Rovněž poprvé a úspěšně absolvoval kamerový systém LORRI detekci malého a nejvzdálenějšího měsíce Hydra. Díky této operaci testoval tým letové kontroly pořizování složených fotografií s dlouhou dobou expozice, které budou důležité nejen k hledání možných dalších malých měsíců, ale i pro úspěšné manévrování v blízkosti mnohačetného systému – díky tomu můžou odborníci včas objevit případná menší tělesa a smetí, jež by mohlo ohrozit bezpečnost sondy při průletu.
Při fotografování měsíce Hydra provedla sonda 18. července sérii 48 snímků s 10sekundovou expozicí a stejná sekvence se opakovala dva dni poté. Pracovníci týmu použili zhruba polovinu z nich k sestavení montáže. Pluto je ve středu záběru silně přeexponováno. Rovněž temná skvrna po jeho pravé straně je artefaktem záměrného přeexponování.
Zajímavé je srovnání dvou záběrů pořízených s odstupem dvou dnů. Na první fotomozaice jsou vlevo oba snímky a vpravo je složený výsledek, na kterém se vyruší světlo nehybných hvězd v pozadí a je dobře vidět pohyb měsíce Hydra. Jde o pár jasného a temného bodu těsně nad planetkou Pluto. Na spodní řadě mozaiky je vyznačen barevně. Další z měsíců Nix je Plutu blíž, proto jej nebylo v době snímkování možno rozeznat – zanikal v záři své planetky (v té době byla sonda 430 milionů km od Pluta).
| Vlevo jsou snímky pořízené s rozdílem dvou dní. Vpravo je zobrazen rozdíl mezi nimi. Kredit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute Zdroj https://pluto.jhuapl.edu/news_center/news/20140912.php | |
| Animace z nejlepších snímků měsíce Hydra pořízených 18. – 20. 7. 2014. Kredit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute Zdroj https://pluto.jhuapl.edu/news_center/news/20140912.php |
5 popis obrázku:
6 popis obrázku:
Neptuniánská dráha aneb historie se (skoro) opakuje
V srpnu následoval další historický milník projektu. Po osmi letech a osmi měsících od startu (leden 2006), takřka 4,4 miliard kilometrů od Země a pět dní před poslední hibernací dosáhl New Horizons oběžnou dráhu planety Neptun. Tým mise tak mohl symbolicky oslavit 25. výročí průletu sondy Voyager 2 kolem tohoto ledového obra – ten se odehrál 25. 8. 1989.
Jak to komentoval šéf oddělení planetárního výzkumu NASA Jim Green: „Je to doslova kosmická náhoda, co spojuje ikonu bývalého výzkumu vnější sluneční soustavy s tou současnou. Přesně před 25 lety jsme poprvé získali blízké záběry Neptunu.“
Avšak v době, kdy 25. srpna kolem sedmnácté hodiny našeho času míjela sonda neptuniánskou oběžnou dráhu, byla od samotné planety vzdálena necelé čtyři miliardy kilometrů (to je takřka 27násobek vzdálenosti Země–Slunce). I přes obrovskou vzdálenost byla palubní teleskopická kamera LORRI schopna pořídit 10. července snímky ledového obra a jeho retrográdního souputníka Tritona. Expozice trvala pouhých 967 milisekund.
Událost byla obzvlášť silná pro některé členy senior týmu mise NH, kteří kdysi byli v devětaosmdesátém součástí týmu Voyager. „Je to hodně symbolický moment plný podobenství,“ pokračuje Ralph McNutt z laboratoří aplikované fyziky (APL) na Univerzitě Johnse Hopkinse, jenž vede oddělení výzkumu vysokoenergetických částic mise NH. „Tenkrát jsme s Voyagerem poprvé objevovali vzdálený ledový svět Neptunu, objevili jeho skvrnu – velkou bouři podobnou té na Jupiteru, pořídili jsme první jasné snímky neptuniánských prstenců. Byla to doba fantastických objevů – a znovu přichází. Hodně lidí spekuluje, nakolik je Pluto podobné Tritonu. Přesně to nevíme, ale už brzy to zjistíme.“
| Snímek Neptunu a Tritonu zařízením LORRI z 10. 7. 2014 ze vzdálenosti 3,96 miliard km (26násobek vzdálenosti Země–Slunce). Expozice trvala 967 milisekund. Kredit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute Zdroj https://pluto.jhuapl.edu/news_center/news/20140825.php |
Poslední listopadové týdny, kdy byla sonda ještě ve stavu hibernace, začaly intenzivní přípravy v pozemním kontrolním středisku. Probuzení sondy do pracovního režimu je naplánováno na 6. prosince. Bude následovat několik dalších týdnů zkoušek a testů a v lednu bude spuštěna šestiměsíční fáze před samotným přiblížením. Po další dva roky se zatím s žádnou další hibernací nepočítá. Jak to shrnula jedna z členů APL Alice Bowman: „Je načase vzbudit New Horizons a začít přepisovat historii.“
Od svého startu v lednu 2006 strávila sonda v hibernaci 1 873 dní – přibližně dvě třetiny cesty . Těchto period bylo dohromady osmnáct (od r. 2007 do letošního roku). Délkou se lišily od 36 do 202 dní. Po dobu hibernačního režimu je většina zařízení New Horizons vypnutá. Jen jednou týdně vyšle letový počítač krátký signál o stavu sondy. Komunikační systém mezi sondou a Zemí byl rovněž oproti předchozí generaci sond vylepšen. Když Voyagery obdržely sérii kontrolních pulzů z pozemního střediska, pouze je zesílily a odeslaly zpět. Signál ale už cestou ze Země zeslábl a při jeho zesílení začala být dominantní přirozená šumová složka, neboť došlo k její akumulaci. To ztěžovalo přesné určení polohy. Když palubní počítač New Horizons obdrží kontrolní pulzy, dokáže je před zesílením vyčistit a odšumět, takže pozemní obsluha dostává zpět čistější signál a určit polohu tak jde mnohem přesněji.
Operátoři pozemní kontroly sondu probouzejí maximálně dvakrát do roka za účelem testování palubních systémů a provedení korekčních manévrů, pokud je to zapotřebí. Hibernace nešetří jen palubní přístroje, ale i finanční částku vyhrazenou na údržbu mise. V neposlední řadě uvolňuje kapacitu monitorovací sítě Deep Space Network pro další projekty, jež paralelně probíhají nejen pod vlajkou NASA.
| Poloha sondy ke 4.prosinci 2014 z bočního pohledu k rovině ekliptiky Kredit: JHU/APL Zdroj: https://pluto.jhuapl.edu/mission/whereis_nh.php | |
|
Poloha sondy ke 4.prosinci 2014 ze severojižního pohledu k rovině ekliptiky |
Zdroje:
https://pluto.jhuapl.edu/news_center/news/20141113.php
https://www.planetary.org/blogs/jason-davis/20141114-new-horizons-wakeup.html
https://pluto.jhuapl.edu/news_center/news/20140912.php
https://www.nasa.gov/press/2014/august/nasa-s-new-horizons-spacecraft-crosses-neptune-orbit-en-route-to-historic-pluto/#.U_vbFsV_sp0
https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0709/0709.4261.pdf
https://www.nasa.gov/newhorizons/multimedia/distant-look-at-neptune/#.VHC_BtKG8p2
https://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/solar-system/2014/35/