Cassini (sonda)

Z Wikipédie

1997-061A - Cassini
umelcova predstava sondy Cassini nad prstencami Saturna
Prevádzkovateľ:	NASA/ESA/ASI
Výrobca:	USA, NASA – JPL
Typ misie:	preletová, prenosová družica
Prelet okolo:	Venuša, Zem, Jupiter
Družica:	Saturnu
Dátum štartu:	15. október 1997
Kozmodróm:	Eastern Test Range
Nosná raketa:	Titan IV-B/Centaur
NSSDC ID:	1997-061A Space 40
Kat. číslo:	25008
Webstránka:	Cassini-Huygens
Hmotnosť:	5 712 kg
uprav

Cassini je americká planetárna sonda, určená pre prieskum planéty Saturn, jeho prstencov a jeho mesiacov. Je súčasťou kombinovanej misie Cassini-Huygens. Pomenovanie dostala podľa astronóma Cassiniho, ktorý objavil štyri Saturnove mesiace a Cassiniho medzeru v prstencoch Saturna.

Na jej prístrojovom vybavení sa podieľali tiež európska organizácia pre výskum vesmíru ESA a talianska národná kozmická agentúra ASI. Cassini bola prvou sondou, ktorá skúmala Saturn od preletu sondy Voyager 2 v roku 1981. Sonda bola vypustená v roku 1997 a niekoľkokrát preletela okolo Zeme a Venuše. Každý z týchto gravitačných manévrov sondu urýchlil, čím sa podstatne skrátila doba príletu k Saturnu. K svojmu cieľu sa priblížila v júni 2006. Zážihom brzdiaceho motora sa 1. júla 2004 dostala na obežnú dráhu Saturna, na ktorej je dodnes. Sonda je doteraz činná a za štyri roky svojej doterajšej činnosti získala množstvo cenných informácii o systéme Saturna.

[upraviť] História projektu

Prvý prieskum planéty Saturn z blízka uskutočnila sonda Pioneer 11 v roku 1979. O rok neskôr okol Saturnu preletel Voyager 1, ktorý uskutočnil aj tesný prelet okolo Saturnovho najväčšieho mesiaca Titanu. Tretí prieskum planéty sondou, opäť len formou preletu, sa uskutočnil v roku 1981, keď okolo neho preletela sonda Voyager 2. Po tomto prelete nastalo dlhé obdobie, počas ktorého vonkajšie časti slnečnej sústavy neboli skúmané žiadnou sondou. 17. apríla 1983 boli definované štyri projekty na výskum slnečnej sústavy, medzi ktorými bol aj projekt s označením Titan Probe/Radar Mapper (TPRM) a ktorého hlavným cieľom mal byť mesiac Titan. V jeseni 1984 sa americká kozmická agentúra NASA obrátila na ESA a ponúkla jej spoluprácu na tomto projekte. Ďalšie plánovanie prinieslo návrh označený Titan Probe/Saturn Orbiter (TPSO), ktorý sa už viac približoval súčastnej podobe misie Cassini-Huygens. Stavba sondy Cassini bola schválená začiatkom deväťdesiatych rokov.

[upraviť] Konštrukcia

Sonda je trojosovo stabilizovaná, má dĺžku 6,8 metra a najväčšiu šírku 4 metre. Trojosová stabilizácia sa realizuje buď pomocou troch zotrvačníkov, alebo prostredníctvom 16 malých reaktívnych motorčekov. Jej prázdna hmotnosť bez pohonných látok a pristávacieho puzdra Huygens je 2125 kg, čím sa radí medzi najťažšie planetárne sondy (ťažšie boli už len sondy z programu Fobos). Hlavné teleso sondy má približne valcovitý tvar a skladá sa z troch modulov. Medzi dvoma konštrukčnými modulmi je jeden pohonný. Z telesa sondy vyčnieva množstvo nosníkov, z ktorých najväčší je 10,5 m dlhá tyč nesúca magnetometer. Veľká časť sondy a jej prístrojov je ukrytá pod fóliami, ktoré ich chránia pred extrémnymi podmienkami v kozme. Vrstvy krytu z myláru majú za úlohu chrániť sondu pred nárazmi mikrometeoroidov. Jednotlivé stavebné prvky sondy sú prepojené približne 22000 spojmi a asi 12-timi kilometrami káblov.

Nosná konštrukcia sondy je tvorená kostrou poskytujúcou mechanickú oporu a rozmiestnenie všetkého vybavenia sondy. Naviac poskytuje odtienenie rádiového rušenia, kozmického žiarenia a poskytuje ochranu pred dopadmi mikrometeoridov. Všetky systémy sondy sú zdvojebé pre prípad poruchy niektorého z nich. Sonda prijíma povely z riadiaceho strediska prostredníctvom rádiového systému. Vedecké a technické údaje určené na odvysielanie na Zem sú najprv spracované a sformátované v povelovom a dátovom systéme a až potom sú predané do rádiového subsystému. Kapacita pamäte povelového a dátového subsystému predstavuje 512 kB v časti RAM (Random Access Memory) a 8 kB v části PROM (Programmable Read-only Memory). Pohonný systém sondy obsahuje 16 malých motorčekov s ťahom 0,5 N a ich palivom je hydrazín. Týmito motorčekmi možno ovplyvňovať orientáciu sondy a prípadne vykonávať drobné korekcie jej dráhy. Väčšie korekcie sa uskutočňujú prostredníctvom dvojice hlavných motorov na monomethylhydrazín, ktoré majú ťah približne 445 N. Motory sú umiestnené na pohyblivých závesoch a chránené vysúvateľným krytom proti mikrometeoroidom.

Komunikáciu zaisťuje hlavne parabolická anténa schopná vysielať v pásmach X, Ka, S a Ku. V priebehu letu vo vnútorných častiach slnečnej sústavy sa táto anténa používala ako tienidlo voči Slnku. Pod anténou sú navesené bloky s elektronikou radaru a palubných počítačov. Sonda obsahuje ešte dve nízkoziskové tyčové antény pre pásmo X.

Pretože Saturn je desaťkrát ďalej od Slnka ako Zem, tok slnečného žiarenia je príliš nízky na to, aby elektrickú energiu mohli poskytovať solárne panely. Sonda je preto vybavená termoelektrickým generátorom, ktorý získava teplo z rádioaktívneho rozpadu plutónia ²³⁸Pu. Rádioizotopový generátor nesie 33 kg oxidu plutoničitého. Kvôli tomu sa počas príprav na štart objaavili protesty od odporcov používania termojadrových článkov na palubách sond. Jej elektrický výkon na začiatku misie dosahoval 888 W.

[upraviť] Vedecké vybavenie

Sonda nesie súbor vedeckých prístrojov, ktorý tvoria:

• kamerový systém s dvoma CCD kamerami ISS (Imaging Science Subsystem);
• ultrafialovo zobrazujúci spektrografUVIS (Ultraviolet Imaging Spectrograph);
• mapujúci spektrograf pre viditeľnú a infračervenú oblasť VIMS (Visible and Infrared Mapping Spectrometer);
• kombinovaný infračervený spektrometer CIRS (Composite Infrared Spectrometer);
• rádiolokátor a radarový výškomer CR (Cassini Radar);
• radiový systém RSS (Radio Science Subsystem);
• analyzátor kozmického prachu CDA (Cosmic Dust Analyzer);
• plazmový spektrometer CAPS (Cassini Plasma Spectrometer);
• hmotnostný spektrometer INMS (Ion and Neutral Mass Spectrometer);
• magnetometer MAG (Magnetometer);
• magnetosférické zobrazovacie zariadenie MIMI (Magnotospheric Imaging Instrument);
• súbor prístrojov pre štúdium vlastností plazmy RPWS (Radio and Plasma Wave Science).

Okrem toho sa využíva pozemné sledovanie rádiového signálu vysielaného sondou jednak k štúdiu vysokej atmosféry a ionosféry planéty, jednak k zisťovaniu vlastností gravitačného poľa Saturnu a jeho jednotlivých mesiacov. Plošiny s vedeckými prístrojmi na nádržiach pohonných hmôt v prevádzkovom module.

Počas letu po medziplanetárnej dráhe a v začiatočnej fáze letu sondy Cassini po obežnej dráhe okolo planéty bola k nej pripojená aj sonda Huygens, určená na prieskum mesiaca Titan.

Štart sondy Cassini 15. októbra 1997 s nosnou raketou Titan 4B Centaur

[upraviť] Odklady štartu

Prvý plánovaný dátum štartu bol 6. október 1997, ten sa však nepodarilo dodržať pre poruchu klimatizačného zariadenia na module Huygens. Následné poškodenie ochrannej fólie puzdra zapríčinilo týždenný odklad. ďalší plánovaný dátum štartu bol 13. október, ale tentoraz štartu zabránilo nepriaznivé počasie na myse Canaveral.

[upraviť] Priebeh letu

Štart prebehol 15. októbra 1997 z kozmodrómu na myse Canaveral na Floride. V čase 09:19 UT prebehlo navedenie na únikovú dráhu, ktoré bolo mimoriadne presné. Odchýlka rýchlosti bola menšia než 0.02 %, smerová odchýlka do 0.004°. 42 minút po štarte sa teleso sondy oddelilo od nosnej rakety.

USA rozhodli, že vzhľadom na veľkú hmotnosť sondy budú počas letu k Saturnu využité gravitačné manévre pri dvoch preletoch okolo Venuše (26. apríla 1998 vo výške 234 km a 24. júna 1999 vo výške 600 km) a okolo Zeme (18. augusta 1999 vo výške 1171 km). Pri prelete pásom asteroidov sa priblížila na niekoľko miliónov kilometrov k planétke 2685 Masursky. Okolo Jupitera preletela (30. decembra 2000 vo výške približne 10 mil. km). Každý z týchto gravitačných manévrov sondu urýchlil, čím sa podstatne skrátila doba príletu k Saturnu. Tento typ trajektórie sa nazýva VVEJGA (Venus-Venus-Earth-Jupiter Gravity Assist). Prelety okolo Venuše a Zeme boli využité na kalibráciu vedeckých prístrojov, v oblasti planéty Jupiter sonda uskutočňovala v obmedzenom rozsahu vedecké merania. Medzi vedecké ciele výskumu Jupitera patrilo mapovanie oblačnej vrstvy atmosféry, vytvorenie jej trojrozmernej mapy, globálna meteorológia, mapovanie výskytu polárnych žiar, snímkovanie známych satelitov, hľadanie stôp atmosféry na nich a tiež hľadanie ďalších, dovtedy neznámych obežníc Jupitera a mapovanie jeho rozsiahlej magnetosféry. Pri najväčšom priblížení bola sonda od vrchných mrakov Jupitera vzdialená 9,72 miliónov kilometrov. Z tejto vzdialenosti urobila zbery planéty s rozlíšením 58 km na pixel.

Okrem gravitačných zrýchlení sonda absolvovala ešte niekoľko dráhových korekcií.

[upraviť] Prílet k Saturnu

Do Saturnovej sféry gravitačného vplyvu vstúpila sonda 9. marca 2004. 27. mája sonda vykonala manéver, ktorý ju dostal na preletovú dráhu okolo vzdialeného Saturnovho mesiaca Phoebe. 11. júna sonda uskutočnila najtesnejšie priblíženie k tomuto mesiacu vo vzdialenosti 2068 km. V priebehu preletu boli všetky optické prístroje sondy orientované na Phoebe. Boli získané podrobné snímky tohto mesiaca a vďaka nim mohla byť vytvorené základná nomenklatúra povrchových útvarov. Okrem preletu okolo Phoebe sonda minula v podstatne väčších vzdialenostiach ešte niekoľko Saturnovych mesiacov počas takzvaných necielených prieletov, to znamená, že kvôli týmto preletom nebola dráha sondy nijako korigovaná.

Mesiac Phoebe na zábere zo sondy Cassini

[upraviť] Navedenie na orbitu a prvé pozorovania

Zážihom hlavného korekčného motora na dobu 96 minút bola 1. júla 2004 sonda navedená na obežnú dráhu okolo planéty. Počas tohto kritického manévru sonda najprv preletela vo vzdialenosti 158 500 km od planéty rovinou Saturnovych prstencov. Po skončení preletu sa sonda otočila, aby jej motory smerovali do protismeru letu. V čase 02:26 UT bolo z rozboru prichádzajúceho signálu zrejmé, že sonda prežila prelet nebezpečným prstencom, s ktorého časticami sa mohla zraziť a chystá sa na brzdiaci manéver. V čase 02:35:42 UT sa začal zážih hlavného motora. V čase 04:12 UT bol hlavný raketový motor vypnutý. Sonda Cassini sa stala prvou umelou obežnicou Saturna. Zmena rýchlosti sondy počas zážihu bola 626,17 m/s. Manéver prebehol úplne bez problémov. Sonda zahájila vedecké pozorovania. V čase V 05:32 UT sonda zahájila druhý prelet rovinou Saturnovych prstencov, počas ktorého zaznamenala 100 000 jendotlivých nárazov zrniečok prachu na sondu, avšak žiadny z nich ju nepoškodil. Krátko po 12:30 UT začali do riadiaceho strediska prichádzať prvé snímky, ktoré boli urobené z bezprostrednej blízkosti prstencov. V čase 17:00 UT sa konala tlačová konferencia, na ktorej manažér projektu Robert Mitchell oznámil, že navádzanie na obežnú dráhu prebehlo perfektne.

2. júla sa Casini po prvýkrát priblížila k najväčšiemu zo Saturnovych mesiacov, k Titanu. Preletela okolo neho vo vzdialenosti 339 000 km, neskôr však absolvovala množstvo ďalších a tesnejších priblížení. 5. júla bol Saturn v konjunkcii so Slnkom, kvôli čomu sa stala komunikácia so sondou veľmi obtiažnou. Až 12. júla stanica v Goldstone nadviazala so sondou normálne spojenie a potvrdila, že je v poriadku. 23. augusta sa uskutočnil zážih hlavného motoru, ktorý zvýšil apocentrum na asi 300 tisíc km. Manéver bol potrebný na to, aby sa sonda už nedostávala do roviny prstencov a zároveň umožnil prvé tesné priblíženie sondy k Titanu, ktoré nastalo 26. októbra.

Začiatkom septembra 2004 sa Cassini dostal mimo magnetosféru Saturna, čo bolo využité na špecifické vedecké výskumy. 14. septembra došlo k previerke puzdra Huygens. 26. októbra minula sonda Cassini vo vzdialenosti 1176 km mesiac Titna, čo bolo zatiaľ najbližšie priblíženie k tomuto mesiacu v histórii kozmonautiky. Na Zem prišli prvé detailné snímky, spektrá a radarové údaje. 19. novembra sa uskutočnila kontrola pripravenosti na uvoľnenie puzdra Huygens. 23. novembra prebehla posledná previerka puzdra Huygens. 13. decembra sa uskutočnil ďalší prelet okolo Titanu s najväčším priblížením 1200 km.

Dňa 25. decembra 2004 sa od sondy Cassini oddelila sonda Huygens. Modul zahájil trojtýždňovú samostatnú cestu. 28. decembra sonda Cassini previedla úhybný manéver, ktorý jej zaistil tretí prelet okolo Titanu, tentoraz vo vzdialenosti 60 000 km.

[upraviť] Priebeh letu v roku 2005

14. januára 2005, počas tretieho obehu sondy Cassini okolo Saturna, sonda Huygens úspešne pristála na mesiaci Titan. Počas jej pristávania slúžila sonda Cassini ako retranslačná stanica pre predávanie vedeckých a technických dát zo sondy Huygens na Zem. Po dosadnutí puzdra na povrch sledovala miesto pristátia ešte tak dlho, až kým nezmizlo za obzorom. Ďalšie spojenie s Huygensom už nebolo možné.

Prstence Saturna vyfotografované v októbri 2004 zo vzdialenosti 618 000 kilometrov od Saturna. Rozlíšenie fotografie je 33 km/pixel.

16. januára 2005 Cassini minula mesiac Mimas vo vzdialenosti asi 108 tisíc km a už o pár minút na to sa priblížila na 189 tisíc km k mesiacu Enceladus. Oba prelety boli necielené. V ten istý deň sonda ešte preťala rovinu prstencov a preletela okolo mesiaca Rhea vo vzdialenosti 153,5 tisíc kilometrov. 15. februára 2005 sa sonda opäť priblížila k Titanu, ktorý minula zo vzdialenosti 1577 km. Kamery sondy a ďalšie vedecké prístroje zahájili jeho podrobný výskum. Na získaných snímkach boli po prvýkrát objevené impaktné krátery na Titane. Do 27. februára, kedy sonda zahájila štvrtý obeh planéty, preletela raz rovinu prstencov, vo vzdialenosti 1180 km minula mesiac Enceladus a na diaľku skúmala mesiace Dione, Enceladus, Mimas, Rhea a Tethys kamerami ISS a UVIS.

9. marca 2005 sa uskutočnil prvý cielený prelet okolo mesiaca Enceladus. Najmenšia vzdialenosť od jeho povrchu bola len 500 km. Počas približovacej fázy k mesiacu sonda vykonávala sedemhodinové snímkovanie. Krátko po stretnutí s Enceladom sonda preletela aj okolo mesiacu Tethys, ale v oveľa väčšej vzdialenosti (85 000 km).

Na šiestom obehu sa uskutočnil necielený prelet okolo mesiaca Tethys a sonde sa podarilo získať snímky malého mesiačika Epimetheus. Sonda neskôr štvrtýkrát cielene preletala okolo Titanu. Počas preletu sa vykonávalo meranie vyžarovanie ovzdušia v emisných čiarach dusíka a uhlíka, získavali sa ďalšie detailné snímky povrchových útvarov, prístroj VIMS pozoroval vývoj oblačnosti a ďalších prechodných javov, skúmali sa parametre plazmy v okolí mesiaca, elektrónová teplota, interakcia medzi magnetosférou a ionosférou a hľadali sa búrkové javy.

16. apríla 2005 bol po prvýkrát použitý spektrometer INMS, ktorý zmeral hustotu neutrálnych častíc a iónov atmosféry Titanu počas piateho cieleného preletu sondy okolo tohto mesiaca. Pri prelete sa uskutočnilo tiež kvalitné optické snímkovanie. V období do 6. mája 2005 došlo k necieleným preletom okolo mesiacov Tethys, Epimetheus a Titan. 6. mája kamerový tím oznámil, že sonda objavila nový mesiac s predbežným označením S/2005 S1. Mesiac sa podarilo identifikovať na šiestich snímkach. Na základe ďalších snímok bol jeho priemer stanovený na 7 km a vzdialenosť od Saturnu na 136 500 km.

Do ukončenia desiateho obehu planéty (17. júna 2005) sonda necielene preletela okolo mesiačikov Atlas, Prometheus, Enceladus, Pallene a Calypso. Koncom júna, po ďalšom necielenom prelete okolo Titanu bola zverejnená informácia, že v okolí južného pólu Titanu bol vyfotografovaný tmavý útvar, ktorý môže byť jazerom z uhľovodíkov. 26. júna došlo k necieleným preletom okolo mesiacov Tethys, Pan a Telesto. 14. júla došlo k necielenému preletu okolo mesiaca Rhea, a k cielenému preletu okolo mesiaca Enceladus. Cassini preletel okolo tohto mesiaca vo výške iba 175 km, čo bol zatiaľ najbližší uskutočnený prelet v histórii kozmonautiky. Počas preletu prítroj MAG príkladně monitoroval interakcie Encelada s plazmou Saturnovej magnetosféry, Analyzátor kozmického prachu CDA meral hustotu prachu v prstenci E a v prostredí obklopujúcom mesiac, prístroje RPWS vykonali množstvo pozorovaní a všetky optické prístorje získaavali zábery Encelada a Rhey s vysokým rozlíšením. Pri preletových meraniach bolo dokázané, že Enceladus má riedku atmosféru skladajúcu sa najmä z vodnej pary (65%) a molekulárneho vodíku (20%). Kompozitný infračervený spektrometer CIRS, že južný pól Titanu má teplotu 85 K, čo je viac, ako sa predpokladalo. Na záver ešte došlo k necieleným preletom okolo mesiačikov Prometheus, Methone a Epimetheus.

24. júla pozorovali prístroje sondy silnú slnečnú erupciu typu II. 2. augusta sa uskutočnili necielené prelety okolo mesiacov Mimas, Prometheus, Calypso a Titan. 20. augusta sa uskutočnili necielené prelety okolo Tethysa a Telesta. O dva dni neskôr došlo k ďalšiemu cielenému preletu okolo Titanu, počas ktorého sa podarilo získať údaje o teplote, tlaku a obsahu aerosolov v jeho atmosfére. Ďalšie merania v priebehu stretnutia vykonával magnetometer MAG, kamery ISS - snímkovanie južnej oblasti pod regiónom Xanadu, UVIS, analyzátor prachu CDA a iné. V dobe najväčšieho priblíženia optické prístroje snímkovali oblasť okolo južného pólu. Ďalší, v poradí už siedmy cielený prelet okolo Titanu sa konal 7. septembra. Počas preletu sa uskutočnili radarové merania.

13. septembra bolo oznámené, že došlo k strate podstatného objemu vedeckých údajov z preletu okolo Titanu. Príčinou boli jednak prevádzkové problémy na sledovacej stanici DSN a jednak softvérová závada na palube sondy.

23. septembra došlo k necieleným preletom okolo mesiacov Calypso, Mimas, Prometheus a Tethys, pričom Tethys sonda minula vo vzdialenosti len 1500 km. V ten istý deń sonda tiež preletela prstencom E. O deń neskôr sa konal necielený prelet okolo Titanu. 25. septembra došlo k jedinému plánovanému preletu okolo mesiaca Hyperion. Sonda ho minula podľa plánu vo vzdialenosti 514 km. Počas preletu sa uskutočnili presné dráhové merania, aby sa stanovili presné gravitačné parametre tohto mesiaca.

11. októbra sa uskutočnil cielený prelet okolo mesiaca Dione a necielené prelety okolo Telesto, Pallene, Atlas a Enceladus. 28. októbra prebehol ďalší cielený prelet okolo Titanu.

V priebehu primárnej plánovanej misie, ktorá má trvať do 30. júna 2008 má sonda Cassini zblízka pozorovať mesiace planéty Saturn, uskutočniť blízke prelety okolo niekoľkých z nich a pozorovať samotný Saturn.

[upraviť] Pôvod mena

Sonda je pomenovaná na počesť taliansko-francúzskeho astronóma G. D. Cassiniho (1625 – 1712), ktorý sa veľkou mierou zaslúžil o výskum Saturnu a objavil štyri jeho mesiace: Tethys, Dione, Rheu a Iapeta. Medzi jeho ďalšie objavy patrí objav rotácie planét, prvé meranie slnečnej paralaxy a tmavý pás v prstencoch Saturna, ktorý sa nazýva Cassiniho delenie.

[upraviť] Zdroje

• Encyklopedie SPACE 40 - Cassini (po česky)
• Podrobný priebeh misie sondy v databáze kozmických sond
• Sonda Cassini – Huygens na MEK

[upraviť] Externé odkazy

• Domovská stránka misie Cassini-Huygens (po anglicky)