Sok: dlaczego to tak długo trwa?
Śledź ruch planet, księżyców, gwiazd i galaktyk, a zobaczysz, że zawsze znajdują się one w ruchu wokół innego obiektu. Kiedy misja startuje, nie wyskakuje z nieruchomej Ziemi, ale z planety poruszającej się z prędkością około 30 km/s wokół Słońca. W związku z tym statek kosmiczny wystrzelony z Ziemi ma już dużą ilość "energii orbitalnej" - jedynej jednostki, która ma znaczenie przy określaniu rozmiaru orbity wokół ciała centralnego. Tuż po starcie statek kosmiczny znajduje się mniej więcej na tej samej orbicie, na której nasza planeta krąży wokół Słońca. Aby wyrwać się z tej orbity i polecieć w najkrótszej możliwej linii prostej z Ziemi na Jowisza, potrzebna byłaby duża rakieta i dużo paliwa. Ale da się to zrobić. Kolejnym problemem jest to, że potrzeba jeszcze więcej paliwa, aby wyhamować i wejść na orbitę wokół Jowisza, a nie przelecieć tuż obok niego. Jowisz i Ziemia zawsze poruszają się względem siebie. W najdalszym oddaleniu od siebie, po przeciwnych stronach Słońca, dzieli je 968 milionów kilometrów. Najmniejsza odległość między obiema planetami występuje, gdy Ziemia i Jowisz znajdują się po tej samej stronie Słońca i dzieli je niecałe 600 milionów kilometrów. Ale są w tej pozycji tylko przez chwilę, zanim odległość ponownie wzrośnie, nigdy nie pozostając w stałej odległości. Wszystkie planety poruszają się w różnym tempie po swoich orbitach wokół Słońca. Wyobraź sobie, że rzucasz piłką w ruchomy cel z poruszającego się pojazdu. Inżynierowie muszą obliczyć idealny czas na wykonanie skoku po kołowej ścieżce z orbity Ziemi do miejsca, w którym Jowisz będzie znajdował się w momencie przybycia statku kosmicznego, a nie w miejscu, w którym znajduje się, gdy statek kosmiczny opuszcza Ziemię. Zakładając więc, że dysponujemy najpotężniejszą dostępną rakietą nośną i startujemy po najkrótszej trajektorii we właściwym czasie, gdy planety są prawidłowo ustawione, jak długo to potrwa? Wczesne misje kosmiczne, takie jak sondy Voyager i Pioneer, odbyły podróż w mniej niż dwa lata, a najszybszym obiektem, który dotarł do Jowisza, była misja New Horizons. Wystrzelona 19 stycznia 2006 r. sonda New Horizons zbliżyła się do Jowisza 28 lutego 2007 r., potrzebując nieco ponad rok na dotarcie do planety. Wszystkie te misje były kontynuowane, stanowiąc doskonały przykład do określenia, jak długo trwa przelot przez Jowisza w drodze do innego miejsca. Aby dostać się na orbitę wokół ogromnej planety i zbadać ją ze wszystkich stron, a z czasem być może nawet dostać się na orbitę wokół jednego z jej księżyców - Juice "pierwszy" - trzeba stracić trochę energii. To "spowolnienie" będzie wymagało dużej ilości paliwa na duży manewr wejścia na orbitę. Jeśli nie chcesz startować z dużą ilością paliwa, wybierasz trasę widokową, z czasem trwania transferu wynoszącym 2,5 roku. W tym miejscu widzimy, że masa statku kosmicznego jest kluczowym czynnikiem określającym czas potrzebny na dotarcie w dowolne miejsce. Inżynierowie muszą kontrolować masę statku kosmicznego, równoważąc ilość paliwa z instrumentami, które musi on przenosić, aby ukończyć swoją misję. Im większa masa statku kosmicznego, tym więcej paliwa musi on przewozić, co zwiększa jego wagę i utrudnia jego wystrzelenie. I tu właśnie pojawia się kwestia wydajności rakiety nośnej. Statek kosmiczny musi zostać wystrzelony z wystarczającą prędkością, aby uciec przed ziemską grawitacją i polecieć w kierunku zewnętrznego Układu Słonecznego. Im lepszy wyrzut, tym łatwiejsza podróż. Juice jest jedną z najcięższych sond międzyplanetarnych, jakie kiedykolwiek wystrzelono, o masie nieco ponad 6000 kg, z największym zestawem instrumentów naukowych, jakie kiedykolwiek poleciały na Jowisza. Nawet ogromne przyspieszenie rakiety nośnej Ariane 5 nie wystarczyło, by wysłać Juice bezpośrednio na Jowisza w ciągu kilku lat. Dlatego też misje takie jak Juice i Europa Clipper, czy też Galileo i Juno w przeszłości, muszą korzystać z manewrów "wspomagania grawitacyjnego" lub "przelotu", aby nabrać dodatkowej prędkości. Im potężniejsza rakieta, tym krótszy transfer. Pluton, znajdujący się na skraju Układu Słonecznego, porusza się po znacznie większej orbicie niż Merkury, najbardziej wewnętrzna planeta. Chociaż Pluton porusza się wolniej w stosunku do Słońca, jego energia orbitalna jest znacznie większa niż Merkurego. Aby wprowadzić statek kosmiczny na orbitę wokół innej planety, musimy dopasować jego energię orbitalną. Kiedy BepiColombo został wystrzelony, jego energia orbitalna była taka sama jak Ziemi. Aby zbliżyć się do centrum Układu Słonecznego, musiał stracić energię i zrobił to, pozbywając się nadmiaru energii orbitalnej poprzez przelot w pobliżu sąsiednich planet. To samo działa odwrotnie w przypadku podróży do zewnętrznego Układu Słonecznego. Aby dostać się na większą orbitę, dalej od Słońca, Juice znajduje się na ścieżce, która pozwoli mu ukraść energię orbitalną z Ziemi, Wenus i Marsa. W zależności od względnego kierunku ruchu planety i statku kosmicznego, asystent grawitacyjny może przyspieszyć, spowolnić lub zmienić kierunek misji. (Statek kosmiczny również odchyla planetę, ale w tak niewielkim stopniu, że jest to nieistotne). Niemniej jednak, trzecie prawo ruchu Newtona zostało zachowane: "Każdej akcji odpowiada równa i przeciwna reakcja"). Juice wykorzysta serię przelotów nad Ziemią, układem Ziemia-Księżyc i Wenus, aby ustawić ją na kursie na spotkanie w układzie jowiszowym w lipcu 2031 roku. Największe wyzwanie dla zespołu ESA ds. kontroli lotu nadejdzie, gdy Juice w końcu dotrze do Jowisza w 2031 roku i podczas swojej podróży po układzie planetarnym Jowisza. Wymagająca trajektoria Juice obejmuje wiele asyst grawitacyjnych w drodze do Jowisza - w tym pierwszy w historii przelot Księżyc-Ziemia - a po dotarciu na miejsce imponujące 35 przelotów przez galileuszowe księżyce Europa, Ganimedes i Callisto. Ostatnim celem będzie Ganimedes, dzięki czemu Juice będzie pierwszym statkiem kosmicznym, który będzie orbitował wokół księżyca innego niż nasz własny. Najważniejszym manewrem, który będzie nadzorowany przez zespół kontroli misji ESA w Niemczech, będzie spowolnienie Juice o około 1 km/s zaledwie 13 godzin po asyście grawitacyjnej na Ganimedesie i "wyjście" do układu Jowisza, wprowadzając statek kosmiczny na orbitę wokół gazowego giganta. Wejście na orbitę wokół innego ciała niebieskiego jest trudne. Statek kosmiczny musi zbliżyć się z idealną prędkością, pod precyzyjnym kątem, a następnie wykonać ważny, duży manewr w odpowiednim momencie, w określonym kierunku i we właściwym rozmiarze. Zbyt szybkie lub powolne zbliżanie się, zbyt płytkie lub strome podejście, manewrowanie w nieodpowiednim momencie, z nieodpowiednią prędkością lub w nieodpowiednim kierunku powoduje zagubienie w przestrzeni kosmicznej. Albo jesteś na tyle daleko, że potrzeba dużo - być może zbyt dużo - paliwa, aby skorygować swoją ścieżkę. Juice zbliży się do księżyców Jowisza, wymieniając z nimi energię, którą utrzymywały przez miliardy lat, aby uzyskać widok tych środowisk jak nigdy dotąd. Czy pod zamarzniętymi oceanami Ganimedesa, Kallisto lub Europy może istnieć życie? Czego możemy się dowiedzieć o formowaniu się planet i księżyców w całym Wszechświecie? Dzięki cudowi dynamiki lotu, wymieniając energię z Wszechświatem, wkrótce się tego dowiemy. Śledź @ESAJuiceBar na Twitterze/X, aby uzyskać aktualne informacje o postępach Juice w drodze na Jowisza, @ESA_Juice, aby uzyskać najnowsze informacje o misji, oraz @esaoperations, aby uzyskać wiadomości z kontroli misji ESA. Dziękujemy za polubienie Polubiłeś już tę stronę, możesz ją polubić tylko raz!
Dziękujemy, że przeczytałaś/eś artykuł! Obserwuj nas w Wiadomościach Google.
