Spotkanie Cubesatów z planetoidą

„Przystosowaliśmy wieżę zrzutu, wyposażając ją w system bloków i przeciwwag, aby zasymulować warunki panujące w środowisku o niskiej grawitacji”─ wyjaśnia Naomi Murdoch, badaczka z Instytutu Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace (ISAE-Supaero), będącego częścią Uniwersytetu w Tuluzie.

„Możemy zejść do zasymulowania kilku procent przyciągania ziemskiego, które będzie odczuwalne w wewnątrz skrzyni umieszczonej w wieży zrzutu, zawierającej model lądownika oraz symulowaną powierzchnię asteroidy”.

„Początkowo nasz zespół zaproponował symulacje lądowania kulistego lądownika na piaszczystej powierzchni, jednak uznaliśmy, że sześcienne obiekty będą bardziej reprezentatywne dla prawdziwych CubeSatów. Analizowaliśmy również wpływ składu różnych powierzchni oraz staraliśmy się zrozumieć, w jaki sposób proces lądowania różni się w zależności od właściwości poszczególnych materiałów, poziomów ciążenia i prędkości”.

„To konieczne, ponieważ za każdym razem badając inną asteroidę, zostajemy zaskoczeni tym, co napotykamy. Przykładowo japońska sonda Hayabusa 2, obecnie badająca asteroidę Ryugu, natrafiła na znacznie mniej regolitu, a więcej głazów, niż oczekiwali badacze”.

CubeSat Juventas przeprowadzi pierwsze badanie radarowe planetoidy, podczas gdy CubeSat APEX wykona multispektralne badanie ich składu mineralnego.

Oba nanosatelity będą krążyć bliżej planetoidy docelowej i będą narażone na większe ryzyko, niż główna sonda Hera, po czym wylądują na powierzchni, gdy główne cele ich misji zostaną osiągnięte.

Wieża zrzutu symuluje lądowanie na planetoidzie
Access the video

Występujące przyciąganie grawitacyjne będzie mniejsze niż jedna stutysięczna ziemskiego przyciągania, czyli znacznie mniejsze niż warunki możliwe do odtworzenia przez zespół ISAE-Supaero. To oznacza, że lądowanie będzie bardziej przypominało cumowanie w przestrzeni kosmicznej, niż tradycyjne lądowanie planetarne.

„Wyobraźmy sobie na przykład, że jeśli CubeSaty zostaną wypuszczone na wysokości 200 metrów od powierzchni planetoidy, pokonanie tej niewielkiej odległości zajmie im ponad godzinę” ─ dodaje Naomi Murdoch. „Wszystko porusza się jakby w zwolnionym tempie. Ponadto istnieje ryzyko ponownego odbicia się od planetoidy”.

„Lądownik Philae misji Rosetta wielokrotnie odbił się od powierzchni komety 67P/Czuriumow–Gierasimienko zanim proces lądowania się zatrzymał. Gdyby astronauta chodził po jej powierzchni, musiałby się poruszać wyjątkowo ostrożnie ─ w przeciwnym razie mógłby oderwać się od ziemi i już nigdy nie wrócić”.

Liczymy na to, że oba CubeSaty przetrwają opadanie na powierzchnię i przekażą szereg danych, w tym zdjęcia ukazujące powierzchnię z bliska. Głównym celem prób ISAE-Supaero będzie uzyskanie jak największej ilości cennych danych dotyczących momentu pierwszego kontaktu z gruntem.

„Wyposażyliśmy testowy lądownik w akcelerometry podobne do tych, jakie znajdą się na pokładzie CubeSatów misji Hera” ─ mówi Naomi Murdoch. „Możemy przykładowo zobaczyć, jak dynamika przyziemienia zmienia się w zależności od właściwości materiału, od piasku do sporej gramatury żwiru, wpływając na głębokość penetracji powierzchni oraz na długość kolizji”.

„Uczymy się również, jak różnią się wyniki w zależności od tego, jak CubeSaty podchodzą do lądowania, tzn. bokiem czy przodem – w drugim przypadku odczuwalne są większe przyśpieszenia. Pod koniec kampanii testów spodziewamy się otrzymać dane, które pozwolą nam lepiej zrozumieć dane z właściwego lądowania, oraz interakcji z planetoidami podczas kolejnych misji”.

W 2005 roku badacze podobnie mieli możliwość uzyskania cennych informacji dotyczących zmarzniętej metanowej skorupy Tytana, księżyca Saturna, gdy lądownik ESA Huygens jeszcze drgał tuż po wylądowaniu. Ruch lądownika sugerował kontakt z powierzchnią o konsystencji mokrego piachu pokrytego warstwą delikatnego pyłu, wilgotnego tuż pod powierzchnią, a także obecność przynajmniej jednego kamienia o rozmiarze 1-2 cm.

Testy ISAE-Supaero na razie podkreślają, że docelowa planetoida misji Hera o średnicy 160 m, z wyjątkowo niską siłą przyciągania, będzie bardzo obcym środowiskiem. „Materiał na powierzchni będzie zachowywał się inaczej, ponieważ zmniejszone przyciąganie grawitacyjne zmniejszy też siły normalnie występujące pomiędzy cząsteczkami, m.in. tarcie, przez co penetracja piaszczystego materiału powinna pochłonąć mniej energii”.

„Niskie przyciąganie grawitacyjne oznacza też, że wystąpi inne ważne w tym przypadku zjawisko w postaci siły van der Waalsa, która powoduje sklejanie się cząsteczek o konsystencji mąki. Powierzchnia planetoidy może składać się z wielu dużych kamieni, które mogą zachować się właśnie jak cząsteczki mąki. Wyładowania elektrostatyczne mogą też sprawić, że pył zacznie się unosić i przemieszczać po powierzchni”.

Dane zebrane podczas lądowania powinny również pomóc zbadać założenia naukowe związane z dynamiką kolizji, pozwalając przeanalizować kolizję z tą samą planetoidą, którą wykona sonda NASA o nazwie DART, testując techniki obrony planetarnej.

Misja Hera zostanie zaprezentowana na radzie ministerialnej ESA Space19+ w listopadzie, gdzie ministrowie krajów członkowskich agencji odpowiedzialni za kwestie dotyczące przestrzeni kosmicznej, podjemą ostateczną decyzję o przeprowadzeniu misji.

Co roku, 30 czerwca, obchodzony jest Międzynarodowy Dzień Planetoid ustanowiony przez ONZ. Jego celem jest zwiększanie świadomości na temat planetoid oraz tego, w jaki sposób można chronić przed nimi Ziemię. Dzień ten przypada w rocznicę z 30 czerwca 1908 roku, która uważana jest za najbardziej groźne wydarzenie związane z planetoidami w historii nowożytnej. Tego dnia można było oglądać 48-godzinną transmisję z okazji Dnia Planetoid pod adresem https://asteroidday.org/ i dołączyć do dyskusji online za pośrednictwem hashtagu #AsteroidDay2019