Sonda BepiColombo będzie mieć opóźnienie. Wszystko przez problemy z napędem

Wysłana przez ESA oraz JAXA na orbitę Merkurego sonda BepiColombo w kwietniu doznała usterki, która uniemożliwiła silnikom działanie z pełną mocą. Przyczyna problemu pozostaje niejasna, ale jasne jest to, że sonda będzie mieć opóźnienie.

Sonda BepiColombo została wyniesiona w przestrzeń kosmiczną w październiku 2018 roku. Celem misji jest szczegółowe zbadania Merkurego, co może również dać więcej informacji na temat tego, jak formował się Układ Słoneczny. Inżynierowie obrali dość skomplikowaną trasę do najmniejszej planety układu, która obejmowała dziewięć przelotów w pobliżu planet: jeden obok Ziemi, dwa przy Wenus i sześć przy Merkurym. Wszystko po to, by bezpiecznie wejść w słabe pole grawitacyjne planety. Gdyby to się nie udało, BepiColombo nieuchronnie dokonałaby żywota spalona przez Słońce.

Gdy BepiColombo zbliża się do Słońca, silne przyciąganie grawitacyjne naszej gwiazdy przyspiesza statek kosmiczny. Co więcej, sonda wystartowała z Ziemi z dużą energią, podróżując zdecydowanie zbyt szybko, aby wejść na orbitę wokół Merkurego. Pokonanie tych przeszkód byłoby niezwykle trudne przy użyciu samych silników pokładowych. Dlatego BepiColombo korzysta z asyst grawitacyjnych, czyli zmiany prędkości czy kierunku przy użyciu pola grawitacyjnego planet, aby zwolnić na tyle, żeby ostatecznie wejść na orbitę wokół Merkurego.

Pierwotny plan zakładał, że przy użyciu wspomnianych asyst grawitacyjnych, BepiColombo wejdzie na orbitę Merkurego pod koniec 2025 roku. Jednak problemy z napędem spowodowały zmianę trasy sondy. BepiColombo przeleciała już obok Ziemi i Wenus, a dzisiaj (4 września 2024) ma odbyć się jej czwarty bliski przelot w pobliżu Merkurego. Nowa trajektoria przewiduje, że sonda zbliży się na 165 kilometrów od powierzchni Merkurego. To o 35 kilometrów bliżej niż pierwotnie zakładano. Ten przelot zmniejszy prędkość statku i zmieni jego kierunek. Da też okazję do przetestowania instrumentów naukowych zamontowanych na sondzie i zbadania interakcji między wiatrem słonecznym a polem magnetycznym planety.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Merkury, mimo że jest znany ludzkości już od czasów starożytnych, jest jedną z najmniej zbadanych planet naszego systemu planetarnego. Jest najmniejszą planetą w układzie i krąży najbliżej Słońca. Jej powierzchnia z licznymi kraterami uderzeniowymi przypomina nasz Księżyc. Temperatura na powierzchni oscyluje między minus 173 st. Celsjusza a 427 st. Celsjusza. Planeta nie posiada naturalnych satelitów.

Merkurego do tej pory odwiedziły jedynie dwie ziemskie sondy. Dlatego w porównaniu do innych planet Układu Słonecznego wiemy o tej planecie stosunkowo niewiele. Pierwszy raz zbadała go sonda Mariner 10, która wykonała w latach 1974-1975 mapy 45 proc. powierzchni planety. Kolejne spotkanie z Merkurym nastąpiło dopiero w 2008 roku. Sonda MESSENGER podczas trzech zbliżeń do planety zmapowała kolejne białe plamy na jej powierzchni, co w rezultacie dało 98 proc. powierzchni Merkurego.

Merkury skrywa przed nami kilka tajemnic. Naukowców od lat zastanawia zaskakująco wysoka gęstość planety. Do tego Merkury ma własne pole magnetyczne, jako jedyna poza Ziemią planeta skalista w naszym Układzie Słonecznym.

Nazwa BepiColombo wzięła się od jednego z naukowców pracujących właśnie przy misji Mariner 10 – profesora Giuseppe "Bepi" Colombo. To jemu zawdzięczamy manewr asysty grawitacyjnej, który wykorzystuje sonda.

Misja BepiColombo jest trzecią misją do Merkurego oraz pierwszą, której nie realizuje NASA. Misja pierwotnie miała wystartować w lipcu 2014 roku. Jednak z powodu opóźnień związanych z kwestiami technicznymi i w ich następstwie kolejnych związanych z doborem odpowiedniej trajektorii lotu, kilkakrotnie przekładano start BepiColombo.

Sonda składa się z modułu głównego oraz dwóch orbiterów. Pierwszy z nich - Mercury Planetary Orbiter (MPO) – ma badać planetę. Jest zbudowany na zlecenie ESA i zawiera 11 instrumentów naukowych. Drugi - Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO) – ma posłużyć do badania magnetosfery Merkurego. Zbudowany został przez inżynierów z JAXA. Moduł główny tzw. moduł transferowy - Mercury Transfer Module (MTM), za który odpowiedzialna jest ESA, jest podstawową częścią statku, do którego są przymocowane na czas lotu oba orbitery. Z powodu ograniczeń budżetowych zrezygnowano z lądownika, który mieli zbudować Rosjanie.

Swój udział w misji mają także polscy naukowcy. W prace nad jednym z elementów podsystemu spektrometru podczerwonego MERTIS (MErcury Radiometer and Thermal infrared Imaging Spectrometer), który posłuży do stworzenia mapy mineralogii powierzchni, zaangażowani byli uczeni z Centrum Badań Kosmicznych PAN. Nasi naukowcy pracowali nad systemem wyznaczającym kierunek pomiaru. Od jego ustawienia zależy, na co "patrzy" spektrometr.

Misja ma za zadanie zbadać strukturę, topografię oraz geologię Merkurego. Zbada również dynamikę i skład egzosfery oraz przeanalizuje strukturę i dynamikę pola magnetycznego planety. Zostanie dokończone także mapowanie powierzchni.

Orbitery poszukają także lodu wodnego, o którym donosiła sonda MESSENGER. Ale skąd lód na Merkurym? Tak blisko Słońca? Otóż niewielkie nasilenie osi rotacji Merkurego powoduje, że promienie słoneczne nigdy nie docierają do wnętrza kraterów uderzeniowych, które znajdują się na biegunach planety. Tam też mogą znajdować się pokłady lodu.

W otoczeniu Merkurego panują ekstremalne warunki. Japoński orbiter będzie obracał się wokół własnej osi 15 razy na minutę, aby uniknąć "grillowania". Z kolei europejska maszyna została owinięta specjalnym wielowarstwowym kocem i ma zamontowany grzejnik w razie zamarznięcia. Wszystko dlatego, że po jednej stronie planety temperatury osiągają około ponad 450 st. Celsjusza, a po drugiej minus 180 st. C. Sondy będą się przemieszczać między tymi rejonami w ciągu kilkudziesięciu minut i wszystkie przyrządy muszą działać.

Oczekuje się, że misja potrwa dwa lata od momentu dotarcia na miejsce. Choć jak w przypadku wielu misji, jej czas trwania może zostać przedłużony w zależności od stanu technicznego sprzętów. Po zakończeniu orbitery zostaną rozbite o powierzchnię planety.

26 kwietnia, gdy sonda przygotowywała się do manewru hamowania podczas przelotu obok Merkurego, zarządzający misją odkryli spadek mocy. Operatorzy w niecałe dwa tygodnie przywrócili 90 proc. ciągu, ale przyczyna problemu pozostaje niejasna. Napęd jonowy, który wykorzystuje energię elektryczną z paneli słonecznych statku do przyspieszania jonów i generowania stałego, słabego ciągu, nadal nie odzyskał pełnej mocy. Inżynierowie zidentyfikowali nieoczekiwane prądy elektryczne między panelami słonecznymi a jednostką odpowiedzialną za pobieranie energii i jej dystrybucję do reszty statku kosmicznego.

Już wiadomo, że problemy z napędem wymusiły zmianę trajektorii lotu, która uwzględnia mniejszy ciąg, co spowoduje opóźnienie w osiągnięciu orbity Merkurego. Zarządzający misją przekonują, że naukowe cele misji nie zostaną przez to zakłócone. Nowa trajektoria zakłada zbliżenie się podczas czwartego przelotu do planety na odległość 165 kilometrów od powierzchni. Naukowcy zamierzają jak najlepiej wykorzystać nadarzającą się okazję do badań i uruchomić 10 z 16 instrumentów misji. - Możemy latać naszym światowej klasy laboratorium naukowym przez zróżnicowane i niezbadane części środowiska Merkurego, do których nie będziemy mieli dostępu, gdy znajdziemy się na orbicie — powiedział zaangażowany w misję Johannes Benkhoff.

Nowa trajektoria przewiduje, że sonda wejdzie na orbitę Merkurego w listopadzie 2026 roku.

Źródło: ESA, Science