Hamarosan elérkezik a NASA első bolygóvédelmi küldetésének azon szakasza, melyben a misszió főszereplője célba veszi, majd nekiütközik a Didymos B (továbbiakban: Dimorphos) aszteroidának. A DART űrszonda 2021 novemberében indult útnak egy Falcon-9 „szárnyai alatt”, ami azóta látható közelségbe került a Dimorphos űrsziklához. Az űreszköz a közelmúltban pillantotta meg először a Didymos nevű kettős aszteroida-rendszert, mely célpontját is magában foglalja. A szándékos ütközésre szeptember 27-én éjjel kerül sor, ekkor fog a DART kb. 6,1 km/másodperces sebességgel a Didymos (Didymos A) aszteroida holdjának csapódni. És bár az űrszikla nem jelent veszélyt a Földre, ez lesz a világ első tesztje a kinetikus becsapódási technikának, amelynek során egy űreszköz segítségével eltérítenek egy aszteroidát a bolygó védelme érdekében.
A Didymos aszteroidáról és a körülötte keringő Dimorphos holdról 2022. július 27-én készített kompozit kép. A felvétel a Didymos Reconnaissance and Asteroid Camera for Optical Navigation (DRACO) műszernek köszönhető. Forrás: NASA/JPL DART Navigation Team
Ebből a távolságból – a DART-tól kb. 32 millió kilométerre – a Didymos-rendszer még nagyon halványan látható, ennek következtében a kamera szakértői bizonytalanok voltak abban, hogy a DRACO képes lesz-e észrevenni az aszteroidát. Azonban miután a DRACO ezen megfigyelési sorozata során készített 243 képét kombinálták, a csapatnak sikerült annyira feljavítania a kompozitot, hogy felfedjék a Didymost, és pontosan meghatározzák annak helyét. „Ezt az első képsorozatot tesztként használjuk a képalkotási technikáink bizonyítására.” – mondta Elena Adams, a DART küldetés rendszermérnöke, valamint hozzátette, hogy „A kép minősége hasonló ahhoz, amit a földi távcsövekkel kaphatnánk, de fontos megmutatni, hogy a DRACO megfelelően működik, és látja a célpontját, annak érdekében, hogy elvégezhessük a szükséges beállításokat, mielőtt elkezdenénk a képeket felhasználni az űreszköz autonóm irányítására az aszteroidához.”
Bár a kutatócsoport már számos navigációs szimulációt elvégzett a Didymosról készült, nem a DRACO által készült képek felhasználásával, a DART sikere azon áll vagy bukik, hogy képes lesz-e látni és feldolgozni a Didymosról és a Dimorphosról készült felvételeket (amint az is láthatóvá válik), hogy az aszteroida felé irányítsa magát, különösen a becsapódás előtti utolsó négy órában. Ekkor a DART-nak önvezérléssel, emberi beavatkozás nélkül kell majd sikeresen becsapódnia a Dimorphosba.
Az 5 óránként végzett megfigyelések alapján a csapat több pályakorrekciós manővert hajtott már végre, melyekkel tovább csökkentik az űrszonda becsapódásához szükséges pálya hibahatárát. A szeptember 25-i utolsó manőver után, körülbelül 24 órával a becsapódás előtt a navigációs csapat 2 kilométeres pontossággal fogja tudni célpontjuk helyzetét. Onnantól kezdve a DART magára marad, hogy autonóm módon irányítsa magát egészen az aszteroidával való ütközésig.
A DART látványterve. Forrás: NASA/Johns Hopkins APL/Steve Gribben
Egységben az erő
A JPL (Jet Propulsion Laboratory) navigátorokkal, kommunikációs eszközökkel és egyéb eszközökkel segíti az ambiciózus, merész és összetett küldetést. Mint sok más missziónál a NASA igénybe veszi a különböző központjainak szakértelmét is. A dél-kaliforniai JPL a navigáció, a célpont pontos helymeghatározása, az aszteroidákkal kapcsolatos tudományok és a Föld-űreszköz közötti kommunikáció terén nyújt segítséget az ügynökség számára.
A kb. 600 kilogrammal rendelkező DART űrszonda a Földtől 11 millió kilométer távolságra lesz, amikor a mindössze 160 méter átmérőjű Dimorphosba csapódik. A helyzetet tovább nehezíti, hogy az űreszköz másodpercenként mintegy 6,1 kilométeres sebességgel fogja megközelíteni az űrsziklát. És itt jön képbe a JPL navigációs részlege, akik rendkívül tapasztaltak abban, hogyan kell az űreszközöket pontosan eljuttatni távoli helyekre.
Egyirányú útjának utolsó óráiban a DART az APL (Johns Hopkins Applied Physics Laboratory) által készített autonóm fedélzeti navigációt használja majd az irányban maradáshoz. A SMART Nav elnevezésű rendszer a DRACO nagy felbontású kamera által készített képeket gyűjti össze és dolgozza fel, majd egy sor számítási algoritmus segítségével meghatározza, milyen manővereket kell végrehajtani a becsapódás előtti utolsó négy órában.
Május 27-én a DART nagy felbontású DRACO kamerája ezt a képet készítette az éjszakai égbolt egyik legfényesebb csillagáról, a Vegáról. Forrás: NASA/Johns Hopkins APL
A DART űrszondával kapcsolatban érdemes megemlíteni személyes segítőjét, egyben útitársát is, a LICIACube (gyártó: ASI – Olasz Űrügynökség) kis méretű műholdat. A számára kijelölt pályát a DART csapatával együtt a JPL navigátorainak egy másik csoportja számítja ki, és tervezi meg. Feladatául a becsapódási hatások leképezését kapta a Dimorphosra. A kenyérpirító méretű űreszköz szeptember 11-én levált a DART-ról, hogy egyedül navigáljon a bolygóközi térben a JPL csapatának segítségével. „Az ASI-val együtt azon dolgozunk, hogy a LICIACube a DART becsapódása után két-három perccel a Dimorphos közelébe kerüljön (40-80 km) – elég közel ahhoz, hogy jó képeket készíthessünk a becsapódásról és a kilövellő anyagról, de nem olyan közel, hogy azok eltalálják a LICIACube-ot” – mondta Dan Lubey, a JPL LICIACube navigációs vezetője.
Bár a DART küldetés sikeréhez nem szükséges, de a kis műhold két optikai kamerája, a LEIA (LICIACube Explorer Imaging for Asteroid) és a LUKE (LICIACube Unit Key Explorer) által készített, becsapódás előtti és utáni képek a tudományos közösség számára hasznosak lehetnek a földközeli objektumok tanulmányozásában, és segíthetik a DART eredményeinek értelmezését.
A LICIACube. Forrás: NASA/Johns Hopkins APL/Ed Whitman
A JPL-nek további feladatok is jutottak, hiszen nemcsak a Didymos helyének meghatározását kellett elvégezniük 25 kilométeres pontossággal, hanem meg kellett állapítaniuk azt is, hogy a Dimorphos mikor lesz látható, és elérhető abból az irányból, ahonnan a DART szonda érkezik. Emellett más intézmények kutatóival együtt tanulmányozni fogják a becsapódás által kidobódott kőzetet és regolitot, valamint az újonnan kialakult becsapódási krátert, és a Dimorphos mozgását egyaránt. A JPL munkatársa, Steve Chesley vezetésével továbbá a DART és a LICIACube adatait és képeit, plusz az űrből és földi távcsövekből származó adatokat is vizsgálják majd.
A tudósok szerint a becsapódásnak néhány perccel meg kell rövidítenie a hold keringési idejét a nagyobbik aszteroida körül. Ennek az időtartamnak elég hosszúnak kell lennie ahhoz, hogy a Földön lévő teleszkópok megfigyelhessék és mérhessék a hatásokat.
A földi teleszkópok között fontos szerepet tölt be a NASA „Mélyűri Hálózata” (Deep Space Network). Shantanu Naidu, a JPL tudósa által vezetett radaros obszervációkkal – a kaliforniai Barstow közelében lévő Goldstone létesítmény hatalmas, 70 méteres tányérja a becsapódás után körülbelül 11 órával, amikor a Föld forgása miatt a Didymos és a Dimorphos a Goldstone látóterébe kerül – elkezdi megfigyelni az égi ütközés utóhatásait.
A Goldstone létesítmény 70 méteres antennája. Forrás: NASA/JPL-Caltech
Az autonóm navigációs rendszer tesztelése
Mint korábban olvashattátok, a SMART Nav elnevezésű rendszer a DRACO kamera képeit használja fel a szükséges manőverek kiszámításához. Miután képeket készített a Föld éjszakai égboltjának egyik legfényesebb csillagáról (Vega), a nagy felbontású kamera nemrégiben egy másik látványosságot vett célba, mégpedig a Jupitert és annak négy legnagyobb holdját.
Július 1-jén és augusztus 2-án a missziót működtető csapat a DRACO „szemét” a Jupiterre irányította a SMART Nav rendszer tesztelésére. A választás azért esett a óriásbolygóra, és az Europa nevű holdjára, hiszen amint az a Jupiter mögül előbukkan, hasonló ahhoz, ahogyan a Dimorphos vizuálisan elválik a nagyobb Didymos aszteroidától a becsapódás előtti órákban. Bár a teszt során a DART természetesen nem ütközött a Jupiterrel vagy annak holdjaival, az APL által vezetett SMART Nav-csapat számára lehetőséget adott annak felmérésére, hogy a rendszer mennyire működik jól repülés közben. Ezen teszt előtt a SMART Nav próbái a földi szimulációk segítségével történtek.
A DART kb. 26 millió km-re volt a Földtől, amikor a kép készült, a Jupiter pedig nagyjából 700 millió km-re az űrszondától. Forrás: NASA/APL
A DART űrszondát úgy tervezték, hogy teljesen autonóm módon működjön a megközelítés során, de természetesen a SMART Nav csapata figyelemmel fogja kísérni az eseményeket. Az előre megtervezett vészhelyzeti korrekciós intézkedésekre pedig csak akkor kerül sor, ha az elvártaktól jelentős, és a küldetést kockáztató eltérések tapasztalhatóak. Bízzunk benne, hogy ezekre nem lesz szükség, és a DART missziója a tervek szerint alakul, mellyel értékes információk birtokába kerülhet az emberiség. Ha pedig élőben szeretnétek követni az eseményeket, a Spacejunkie csapata, valamint Rezsabek Nándor, a Planetology.hu alapító főszerkesztője vár titeket az alábbi linken.