Kepala insinyur dan direktur misi pesawat ruang angkasa Dawn di JPL berbagi wawasan. Fajar akan mencapai Ceres pada bulan Maret 2015. Pesawat ruang angkasa pertama yang mengorbit dua benda planet!
Marc Rayman dari JPL
Marc Rayman adalah chief engineer dan direktur misi pesawat ruang angkasa Dawn di JPL. Sebagai penggemar ruang angkasa seumur hidup, ia mulai menulis ke NASA ketika ia berusia sembilan tahun, dan bergabung dengan JPL setelah menerima gelar Ph.D. dalam fisika beberapa tahun kemudian. Dia telah bekerja di berbagai misi astrofisika dan planet, tetapi, tentu saja, "tidak ada yang sekeren Dawn." Penggemar Dawn mengikuti misi ini dengan membaca Marc's Dawn Journal. Artikel ini adalah posting ulang Dawn Journal untuk 28 November 2014. Digunakan dengan izin.
Terbang diam-diam dan mulus melalui sabuk asteroid utama antara Mars dan Jupiter, pesawat ruang angkasa Dawn memancarkan sinar biru-hijau dari ion xenon kecepatan tinggi. Di sisi berlawanan dari matahari dari Bumi, menembakkan sistem propulsi ion unik yang efisien, petualang yang jauh terus membuat kemajuan yang baik dalam perjalanan panjang dari protoplanet raksasa Vesta ke planet kerdil Ceres.
Bulan ini, mari kita menantikan beberapa kegiatan mendatang. Anda dapat menggunakan matahari pada bulan Desember untuk menemukan Dawn di langit, tetapi sebelum kami menjelaskannya, mari kita lihat bagaimana Dawn melihat ke depan ke Ceres, dengan rencana untuk mengambil gambar pada malam 1 Desember
Foto pertama Fajar Ceres, diambil pada 20 Juli 2010. Kredit: NASA / JPL-Caltech / MPS / DLR / IDA
Sensor robot penjelajah adalah perangkat kompleks yang melakukan banyak pengukuran sensitif. Untuk memastikan mereka menghasilkan data ilmiah terbaik, kesehatan mereka harus dipantau dan dipelihara dengan hati-hati, dan mereka harus dikalibrasi secara akurat. Instrumen canggih diaktifkan dan diuji sesekali, dan semua tetap dalam kondisi sangat baik.
Satu kalibrasi terakhir dari kamera sains diperlukan sebelum kedatangan di Ceres. Untuk mencapainya, kamera perlu mengambil gambar target yang muncul hanya beberapa piksel. Langit tak berujung yang mengelilingi penjelajah antar planet kita penuh dengan bintang-bintang, tetapi titik-titik cahaya yang indah itu, meskipun mudah terdeteksi, terlalu kecil untuk pengukuran khusus ini. Tetapi ada benda yang kebetulan berukuran tepat. Pada 1 Desember, Ceres akan berdiameter sekitar sembilan piksel, hampir sempurna untuk kalibrasi ini.
Gambar akan memberikan data tentang sifat optik sangat halus dari kamera yang akan digunakan para ilmuwan ketika mereka menganalisis dan menafsirkan detail beberapa gambar yang dikembalikan dari orbit. Pada jarak 740.000 mil (1,2 juta kilometer), jarak Dawn ke Ceres akan sekitar tiga kali pemisahan antara Bumi dan bulan. Kameranya, yang dirancang untuk memetakan Vesta dan Ceres dari orbit, tidak akan mengungkapkan apa pun yang baru. Namun, itu akan mengungkapkan sesuatu yang keren! Gambar-gambar itu akan menjadi pandangan pertama yang diperluas untuk penyelidikan pertama yang mencapai planet katai pertama yang ditemukan. Mereka akan menunjukkan benda terbesar antara matahari dan Pluto yang belum dikunjungi oleh pesawat ruang angkasa, tujuan Dawn sejak ia memanjat keluar dari cengkeraman gravitasi Vesta lebih dari dua tahun lalu.
Gambar pertama Ceres yang diperluas dari Dawn - yang dapat Anda lihat di sini - hanya sedikit lebih besar dari gambar Vesta yang diambil pada 3 Mei 2011, pada awal fase pendekatan Vesta. Inset menunjukkan Vesta pixelated, diekstraksi dari gambar utama di mana Vesta overexposed dapat dilihat dengan latar belakang bintang-bintang. Kredit: NASA / JPL-Caltech / UCLA / MPS / DLR / IDA
Ini bukan pertama kalinya Dawn melihat Ceres. Dalam kalibrasi yang berbeda dari kamera lebih dari empat tahun yang lalu, penjelajah menentukan tujuan yang samar, jauh dalam waktu dan ruang. Saat itu, masih setahun sebelum tiba di Vesta, Dawn lebih dari 1.300 kali lebih jauh dari Ceres daripada kalibrasi baru ini. Raksasa sabuk asteroid utama adalah titik tidak jelas di lanskap kosmik yang luas.
Sekarang Ceres adalah objek paling terang di langit Dawn, kecuali matahari yang jauh. Ketika memotret, Ceres akan seterang Venus yang terkadang muncul dari Bumi (apa yang oleh para astronom disebut dengan besaran visual -3,6).
Untuk menghemat hidrazin, sumber daya berharga setelah hilangnya dua roda reaksi, Dawn akan mendorong dengan sistem propulsi ion ketika melakukan kalibrasi ini, yang membutuhkan eksposur lama. Selain menggerakkan pesawat ruang angkasa di sepanjang lintasannya, mesin ion menstabilkan kapal, memungkinkannya untuk menunjuk dengan mantap dalam gravitasi nol spaceflight. (Pendahulu Dawn, Deep Space 1, menggunakan trik yang sama dengan penusukan ion agar menjadi stabil mungkin untuk foto awal komet Borrelly.)
Ketika Dawn mendekati tambangnya, Ceres akan tumbuh lebih cerah dan lebih besar. Bulan lalu kami merangkum rencana untuk memotret Ceres selama bagian pertama dari fase pendekatan, menghasilkan pandangan pada bulan Januari yang sebanding dengan yang terbaik saat ini (dari Hubble Space Telescope) dan pada bulan Februari secara signifikan lebih baik. Tujuan utama dari gambar-gambar ini adalah untuk membantu para navigator mengarahkan kapal ke pelabuhan akhir yang belum dipetakan ini setelah perjalanan panjang di laut antarplanet. Kamera berfungsi sebagai mata juru mudi. Ceres telah diamati dengan teleskop dari (atau dekat) Bumi selama lebih dari dua abad, tetapi telah muncul sebagai sedikit lebih dari gumpalan samar, kabur lebih jauh dari matahari. Tapi tidak lama lagi!
Satu-satunya pesawat ruang angkasa yang pernah dibangun untuk mengorbit dua tujuan luar angkasa, sistem propulsi ion canggih Dawn memungkinkan misinya yang ambisius. Memberikan desakan bisikan terkecil, mesin ion memungkinkan Dawn untuk bermanuver dengan cara yang sama sekali berbeda dari pesawat ruang angkasa konvensional. Pada bulan Januari, kami menyajikan secara rinci cara unik Fajar untuk menyelinap ke orbit. Pada bulan September, ledakan radiasi ruang angkasa mengganggu profil dorong. Seperti yang kita lihat, tim penerbangan merespons dengan cepat masalah yang sangat rumit, meminimalkan durasi dorongan yang terlewat. Salah satu bagian dari operasi kontingensi mereka adalah merancang lintasan pendekatan baru, terhitung selama 95 jam yang Dawn lewati, bukan disodorkan. Mari kita lihat sekarang bagaimana lintasan yang dihasilkan berbeda dari apa yang kita diskusikan pada awal tahun ini.
Dalam pandangan ini, memandang ke bawah pada kutub utara Ceres, matahari berada di atas angka di sebelah kiri dan gerakan orbital berlawanan Ceres di sekitar matahari membawanya dari bagian bawah gambar ke atas. Fajar terbang dari kiri, melakukan perjalanan di depan Ceres, dan kemudian ditangkap dalam perjalanan ke puncak orbitnya. Lingkaran putih berada pada interval satu hari, menggambarkan bagaimana Dawn melambat secara bertahap pada awalnya. (Ketika lingkaran lebih dekat bersama-sama, Dawn bergerak lebih lambat.) Setelah ditangkap, gravitasi Ceres dan gaya dorong ion melambatkannya lebih cepat sebelum pesawat melaju ke akhir fase pendekatan. (Anda dapat menganggap perspektif ini sebagai dari atas. Kemudian gambar berikutnya menunjukkan pemandangan dari samping, yang di sini berarti melihat ke arah tindakan dari lokasi di bagian bawah grafik.) Kredit: NASA / JPL
Dalam pendekatan asli, Dawn akan mengikuti spiral sederhana di sekitar Ceres, mendekati dari arah umum matahari, berputar di atas kutub selatan, pergi ke sisi malam, dan kembali di atas kutub utara sebelum meluncur ke orbit yang ditargetkan, dikenal dengan nama pengadukan RC3, pada ketinggian 8.400 mil (13.500 kilometer). Seperti seorang pilot yang mendaratkan pesawat, menerbangkan rute ini membutuhkan antrean di jalur tertentu dan kecepatan jauh di muka. Pendorong ion tahun ini telah menyiapkan Fajar untuk melakukan pendekatan spiral awal tahun depan.
Perubahan dalam profil penerbangan setelah pertemuan bulan September dengan sinar kosmik nakal berarti jalur spiral akan sangat berbeda dan akan membutuhkan waktu lebih lama untuk menyelesaikannya. Sementara tim penerbangan tentu saja bersabar - lagipula, duta robot Bumi tidak akan mencapai Ceres sampai 213 tahun setelah penemuannya dan lebih dari tujuh tahun setelah peluncuran - para navigator yang sangat kreatif menciptakan sebuah lintasan pendekatan yang sama sekali baru yang akan lebih pendek. Mendemonstrasikan fleksibilitas luar biasa dari propulsi ion, pesawat ruang angkasa sekarang akan mengambil jalur yang sama sekali berbeda tetapi akan berakhir di orbit yang persis sama.
Pesawat ruang angkasa akan memungkinkan dirinya untuk ditangkap oleh Ceres pada 6 Maret, hanya sekitar setengah hari kemudian dari lintasan yang dikejar sebelum hiatus di dorong, tetapi geometri sebelum dan sesudah akan sangat berbeda. Alih-alih terbang ke selatan Ceres, Dawn sekarang ditargetkan untuk memimpinnya, terbang di depannya ketika planet kerdil mengorbit matahari, dan kemudian pesawat ruang angkasa akan mulai dengan lembut melengkung di sekitarnya. (Anda dapat melihat ini pada gambar di sebelah kiri.) Fajar akan mencapai 24.000 mil (38.000 kilometer) dan kemudian perlahan-lahan akan hilang. Tetapi berkat desain luar biasa dari profil dorong, mesin ion dan tarikan gravitasi dari raksasa batu dan es akan bekerja bersama. Pada jarak 41.000 mil (61.000 kilometer), Ceres akan menjangkau dan dengan lembut memegang permaisuri yang baru, dan mereka akan bersama-sama selamanya. Fajar akan berada di orbit, dan Ceres akan selamanya ditemani oleh mantan penduduk Bumi ini.
Jika pesawat ruang angkasa berhenti mendorong tepat ketika Ceres menangkapnya, itu akan terus berputar di sekitar tubuh besar di orbit elips yang tinggi, tetapi misinya adalah untuk meneliti dunia misterius. Tujuan kami bukan untuk berada di sembarang orbit sembarang, melainkan dalam orbit tertentu yang telah dipilih untuk memberikan pengembalian ilmiah terbaik untuk kamera dan sensor lainnya. Jadi itu tidak akan berhenti tetapi sebaliknya akan terus bermanuver ke RC3.
Pernah anggun, Dawn akan dengan lembut mendorong untuk melawan momentum orbitnya, menjaganya agar tidak berayun ke ketinggian tertinggi yang seharusnya dapat dicapai. Pada 18 Maret, hampir dua minggu setelah ditangkap oleh gravitasi Ceres, Dawn akan melengkung ke puncak orbitnya. Seperti bola yang dilempar tinggi yang melambat hingga berhenti sesaat sebelum jatuh kembali, pendakian orbital Dawn akan berakhir pada ketinggian 47.000 mil (75.000 kilometer), dan tarikan tanpa henti Ceres (dibantu oleh dorongan lembut yang konstan) akan menang. Saat ia mulai turun ke arah gravitasinya, ia akan terus bekerja dengan Ceres. Alih-alih menolak jatuh, pesawat ruang angkasa akan mendorong untuk mempercepat dirinya sendiri, mempercepat perjalanan ke RC3.
Ada lebih banyak spesifikasi dari orbit daripada ketinggian. Salah satu atribut lainnya adalah orientasi orbit di ruang angkasa. (Bayangkan sebuah orbit sebagai cincin di sekitar Ceres, tetapi cincin itu dapat dimiringkan dan dimiringkan dalam banyak cara.) Untuk memberikan tampilan seluruh permukaan ketika Ceres berputar di bawahnya, Dawn perlu berada di orbit kutub, terbang di utara. kutub saat bergerak dari sisi malam ke sisi hari, bergerak ke selatan saat melewati ekuator, berlayar kembali ke sisi yang tidak berpendar ketika mencapai kutub selatan, dan kemudian menuju utara di atas medan dalam gelap malam. Untuk mencapai bagian awal lintasan pendekatan barunya, Dawn akan tetap berada di garis lintang yang lebih rendah, sangat tinggi di atas permukaan misterius tetapi tidak jauh dari garis katulistiwa. Oleh karena itu, ketika melaju ke arah RC3, ia akan mengarahkan mesin ionnya tidak hanya untuk mempersingkat waktu untuk mencapai ketinggian orbital itu tetapi juga untuk memiringkan bidang orbitnya sehingga melingkari kutub (dan memiringkan pesawat untuk berada pada titik tertentu). orientasi relatif terhadap matahari). Kemudian, akhirnya, saat semakin dekat, ia akan beralih untuk menggunakan berkas sinar xenon yang terkenal efisien dan efisien melawan gravitasi Ceres, bertindak sebagai rem dan bukannya akselerator. Pada 23 April, aksi pertama balet langit baru yang indah ini akan berakhir. Fajar akan berada di orbit yang semula dimaksudkan di sekitar Ceres, siap untuk tindakan selanjutnya: pengamatan intensif RC3 yang kami jelaskan pada bulan Februari.
Utara di bagian atas angka ini dan matahari jauh ke kiri. Gerak orbital ceres mengelilingi matahari membawanya langsung ke dalam sosok. Pendekatan asli mengambil Dawn atas kutub selatan Ceres karena langsung berputar ke RC3. Pada pendekatan baru, terlihat di sini seolah-olah terbang di atas kutub utara, tetapi itu karena penggambaran datar. Seperti yang ditunjukkan oleh gambar sebelumnya, pendekatan ini membawa Dawn jauh di depan Ceres. Bagian atas lintasan hijau tidak berada di bidang yang sama dengan pendekatan asli dan RC3; melainkan di latar belakang, "di belakang" grafik. Saat Dawn terbang ke sisi kanan diagram, ia juga maju ke bidang gambar untuk menyelaraskan dengan RC3 yang ditargetkan. Seperti sebelumnya, lingkaran-lingkaran tersebut, yang berjarak pada interval satu hari, menunjukkan kecepatan pesawat ruang angkasa; di mana mereka lebih dekat bersama, kapal bergerak lebih lambat. (Anda dapat menganggap perspektif ini sebagai dari samping dan gambar sebelumnya sebagai menunjukkan pemandangan dari atas, di atas grafik ini.) Kredit: NASA / JPL
Rute Dawn ke orbit tidak lebih rumit dan elegan dari apa yang akan dilakukan oleh pilot pesawat ruang angkasa crackerjack. Namun, salah satu perbedaan utama antara apa yang akan dilakukan ace kami dan apa yang sering terjadi dalam film fiksi ilmiah adalah bahwa manuver Dawn akan mematuhi hukum fisika. Dan jika itu tidak cukup memuaskan, mungkin fakta bahwa itu nyata membuatnya lebih mengesankan. Sebuah pesawat ruang angkasa yang dikirim dari Bumi lebih dari tujuh tahun yang lalu, didorong oleh ion-ion yang dipercepat secara elektrik, setelah bermanuver secara luas di orbit di sekitar protoplanet raksasa Vesta untuk mengungkap banyak sekali rahasianya, segera akan membungkus dan memutar, melengkung dan berputar, naik dan turun, dan menukik ke dalam orbit yang direncanakan.
Ilustrasi lokasi relatif (tetapi bukan ukuran) Bumi, matahari, dan Fajar pada awal Desember 2014. Bumi dan matahari berada di lokasi ini setiap bulan Desember. Gambar-gambar tersebut ditumpangkan pada lintasan untuk seluruh misi, menunjukkan posisi Bumi, Mars, Vesta, dan Ceres pada tonggak bersejarah selama perjalanan Dawn. Kredit: NASA / JPL
Dan semua ini akan terjadi jauh, jauh dari Bumi. Memang, Dawn berada pada orbit heliosentris yang sangat berbeda dari planet yang ditinggalkannya pada 2007. Pada bulan Desember, jalur terpisah mereka akan membawa mereka ke sisi berlawanan dari matahari. Kami tidak akan memiliki pengaturan langit yang serupa hingga 2016, saat itu pesawat akan berada di orbit ketinggian terendah di Ceres. (Kami mengundang diri kami di masa depan untuk kembali ke masa lalu untuk memberi tahu kami di sini bagaimana pandangannya. __) Dari perspektif terestrial kami tahun ini, Dawn akan tampak kurang dari satu diameter matahari dari anggota badan matahari pada 9 dan 10 Desember.
Saat Bumi, matahari, dan wahana antariksa semakin dekat, sinyal radio yang bolak-balik harus lewat di dekat matahari. Lingkungan matahari memang sengit, dan itu akan mengganggu gelombang radio itu. Sementara beberapa sinyal akan melewati, komunikasi tidak akan dapat diandalkan. Oleh karena itu, pengendali berencana untuk tidak masuk ke pesawat ruang angkasa mulai 4 Desember hingga 15 Desember; semua instruksi yang diperlukan selama waktu itu akan disimpan di kapal terlebih dahulu. Kadang-kadang antena Deep Space Network, menunjuk di dekat matahari, akan mendengarkan melalui suara menderu untuk bisikan samar pesawat ruang angkasa, tetapi tim akan menganggap komunikasi apa pun sebagai bonus.