Europa wystrzeliwuje na Merkurego - co warto wiedzieć o misji BepiColombo

Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) rozpoczęła 20 października misję BepiColombo na planecie Merkury z kosmodromu w pobliżu równika w Kourou w Gujanie Francuskiej. Moje zaangażowanie w misję oznacza, że ​​będę niespokojnie śledził podróż, gdy statek kosmiczny niesie serię trudnych manewrów, których kulminacją jest ostateczne podejście do Merkurego w 2025 roku.

Misja ma miejsce 25 lat po tym, jak grupa naukowców po raz pierwszy zaproponowała ESA, że powinna wysłać sondę do Merkurego, a 18 lat po tym, jak ESA zatwierdziła projekt jako „kamień węgielny”. Jest to kategoria światowej klasy, doskonałych naukowo misji wymagających znaczącego rozwoju nowych technologii. Poprzednie misje w kamieniu węgielnym ESA obejmują misję Rosetta i obserwatorium fal grawitacyjnych LISA Pathfinder.

Ale dlaczego Merkury? To zagadkowa planeta. Orbiter MESSENGER NASA (2011-2015) ujawnił wiele powodów, dla których naukowcy chcą dowiedzieć się więcej na ten temat. Obejmują one nienormalnie duży rdzeń planety - nie wiemy, dlaczego wciąż jest stopiony i zdolny do generowania pola magnetycznego, w przeciwieństwie do Marsa lub Wenus. Inną tajemnicą jest obfitość (w dużej mierze niezidentyfikowanych) lotnych substancji na jej powierzchni. Nie powinny one być włączone do planety, która uformowała się tak blisko słońca jak teraz Merkury.

Nauka rakietowa

Początkowy kurs BepiColombo po trzech dniach orbitowania wokół Ziemi dla kas będzie orbitą eliptyczną wokół Słońca. Zacznie się od zabrania go na orbitę Ziemi. Ale na początku 2019 r. Będzie się przez nią przechodzić przez większą część roku. Następnie wróci do środka, zanim przyjdzie bardzo blisko Ziemi w kwietniu 2020 roku.

W tym czasie wykona przelot „wspomagania grawitacyjnego” - wykorzystując grawitację Ziemi, aby się skoczyć do środka w kierunku Wenus. Pojawi się również wspomaganie grawitacyjne Wenus, gdy dotrze tam w 2020 r., A następnie kolejne w 2021 r., Aby wysłać je w kierunku Merkurego. Następnie, w latach 2021-2025, odbędzie się seria sześciu podobnych przelotów Merkurego, potrzebnych do zapewnienia, że ​​statek kosmiczny w końcu osiągnie swój cel z wolną prędkością, która zostanie przechwycona na orbicie wokół niego w grudniu 2025 roku.

Każdy przelot, pokazany w powyższej animacji, musi być wykonany perfekcyjnie. Sprawy mogą się nie udać, zwłaszcza podczas premiery, ale mam duże zaufanie do umiejętności zespołu kontroli lotu ESA w Darmstadt w Niemczech.

Statek kosmiczny ułożony w stos

Misja nazwana na pamiątkę Giuseppe (Bepi) Colombo, który jako pierwszy zaproponował przelot grawitacyjny dla statków kosmicznych, jest wspólnym przedsięwzięciem ESA i jej japońskiego odpowiednika JAXA.

Skumulowany statek kosmiczny przenosi dwie orbity. ESA to dwumetrowa jednostka o masie ponad tony, określana jako Mercury Planetary Orbiter, MPO. Podejrzewam, że po tym, jak zacznie krążyć wokół Merkurego, odziedziczy on nazwę BepiColombo, a może tylko Bepi. Japoński orbiter jest mniejszy, a jego masa to około jednej czwartej orbity ESA. Pierwotnie nazywany Mercury Magnetospheric Orbiter, MMO, w czerwcu otrzymał nazwę Mio, która w języku japońskim ma konotacje bezpiecznej nawigacji. Podczas rejsu do Merkurego Mio zostanie umieszczone w osłonie przeciwsłonecznej i przymocowane do jednego boku europejskiego orbitera.

Po drugiej stronie orbitera znajduje się moduł transferu Mercury, MTM. Jest on obsługiwany przez ESA i zapewnia napęd do zabrania stosu statków kosmicznych na całą orbitę rtęci. Ma 7,5-metrowe „skrzydło” paneli słonecznych, którego zadaniem jest przekształcanie światła słonecznego w energię elektryczną, aby zasilać jego „napęd jonowy”. Jest to urządzenie napędowe, które wytwarza ciąg, przyspieszając gaz ksenonowy, który został naładowany dodatnio (przez odpędzanie atomów elektronów). Ta technika może zapewnić znacznie większy ciąg na masę paliwa niż konwencjonalne rakiety chemiczne.

Ogromna grawitacja słońca oznacza, że ​​potrzeba więcej energii, aby dostać się na stabilną orbitę wokół Merkurego, niż byłoby to potrzebne do wysłania tego samego statku kosmicznego do znacznie bardziej odległego Plutona. Z tego powodu napęd jonowy będzie działał w odstępach około połowy czasu rejsu, głównie w celu spowolnienia statku kosmicznego.

Niestety, konfiguracja połączonego statku kosmicznego utrudnia jego zdolność do prowadzenia nauki podczas przelotów planetarnych. Niektóre dane naukowe zostaną zebrane, ale najlepsze zdjęcia, które prawdopodobnie otrzymamy podczas przelotów, będą pochodziły z autoportretów zamontowanych w MTM.

Przybywając do Merkurego

Po przybyciu do Mercury pod koniec grudnia 2025 moduł transferu zostanie odłączony. Mio, obracający się z prędkością 15 obrotów na minutę dla stabilności, zostanie uwolniony na silnie eliptyczną orbitę wokół Merkurego. Gdy to nastąpi, JAXA przejmie operacje Mio i poprowadzi je przez swoje zadania, badając pole magnetyczne planety i związane z nią środowisko kosmiczne.

Orbiter ESA odrzuci osłonę przeciwsłoneczną, ostatnią przeszkodę, i użyje swoich własnych silników strumieniowych, aby uzyskać bliższą, bardziej okrągłą orbitę wokół Merkurego. Stamtąd będzie badać powierzchnię planety za pomocą zestawu aparatów fotograficznych i innych instrumentów. Powinno to sprecyzować skład i historię geologiczną w dużo bardziej szczegółowy sposób niż w mniejszym i mniej złożonym MESSENGER. Orbiter będzie również nosił magnetometr, dzięki czemu zarówno on, jak i Mio będą mogli zgłaszać warunki magnetyczne w dwóch miejscach jednocześnie - ważne dla misji kosmicznej, która powinna nas nauczyć o prędkości, z jaką zakłócenia przemieszczają się przez pole magnetyczne planety.

Ekscytujące jest myślenie, że BebiColombo może zmienić naszą wiedzę o Merkurym w ciągu zaledwie kilku lat. Podczas czekania od 23 października będzie można posłuchać pięknej, sugestywnej muzyki, którą zainspirowała nasza planeta w ramach projektu Planets 2018. Zostało ono stworzone z okazji setnej rocznicy urodzin Gustava Holsta „Planets Suite” z muzyką inspirowaną nauką o planetach.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Rozmowie Davida Rothery'ego. Przeczytaj oryginalny artykuł tutaj.