MESSENGER (pol.) posłaniec, skrótowiec pełnej nazwy: Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry and Ranging – sonda kosmiczna Amerykańskiej Agencji Kosmicznej NASA, której celem jest badanie planety Merkury. Jest to pierwsza misja poświęcona tej planecie od czasu Marinera 10, tj. od 33 lat. Sonda wystrzelona była 3 sierpnia 2004.
Sonda była zaprojektowana by badać charakterystykę oraz środowisko Merkurego z orbity wokółplanetarnej. Zadaniem sondy jest rozpoznanie chemicznych właściwości powierzchni planety, geologicznej historii, natury pola magnetycznego, wielkości oraz stanu jądra oraz natury egzosfery oraz magnetosfery.
Misja orbitalna sondy przewidziana jest na jeden rok ziemski (4 lata merkuriańskie), do tego czasu przeleci około 8 miliardów kilometrów.
Misję MESSENGERa ma uzupełnić, planowana na lata 2014-2022, misja BepiColombo, będąca równocześnie pierwszą, wspólną misją agencji kosmicznych ESA oraz JAXA.
Budowa oraz działanie
Prace nad sondą MESSENGER
Szkielet sondy zbudowany jest z epoksydów grafitowych, co zapewnia lekkość oraz wytrzymałość konstrukcji.
Dwa panele ogniw słonecznych dostarczają średnio 450 W mocy oraz ładują akumulator Ni-MH, będący źródłem energii elektrycznej dla statku.
Statkiem zarządzają dwa niezależne, zintegrowane moduły elektroniczne, każdy zawierający po dwa procesory: główny, taktowany z częstotliwością 25 MHz, oraz zapasowy, taktowany z częstotliwością 10 MHz. Do przechowywania danych służą dwa dyski typu SSD, każdy o pojemności 1 GB. Podstawowy komputer, RAD6000, pobiera oraz zapisuje dane z instrumentów naukowych w celu ich odtworzenia po powrocie na Ziemię.
System określania pozycji statku używa szukaczy gwiazd oraz zespołu czterech żyroskopów oraz czterech przyspieszeniomierzy. Jako układ zapasowy służy sześć wykrywaczy Słońca. Położenie statku zmieniane jest za pomocą czterech żyroskopów albo silniczkami o małym ciągu.
MESSENGER odbiera komendy z Ziemi oraz nadaje dane przez anteny pasma X z fazowaniem (polaryzacja kołowa).
MESSENGER wymaga specjalnej ochrony przed promieniowaniem słonecznym, szczególnie intensywnym w sąsiedztwie Merkurego – natężenie promieniowania słonecznego jest tam 11 razy większe niż na Ziemi; temperatura powierzchni Merkurego sięga 450 °C. Wszystkie systemy statku są utrzymywane w temperaturze pokojowej dzięki okryciu całej jednej strony statku ceramiczną osłoną odporną na wysokie temperatury. Wymaga ona, aby statek był zwrócony do Słońca stale osłoniętą stroną.
Instrumenty naukowe
Rozmieszczenie przyrządów naukowych na sondzie MESSENGER
- Podwójny system obrazowania (Mercury Dual Imaging System, MDIS) – zestaw dwóch kamer (wąsko- oraz szerokokątnej) do fotografowania powierzchni Merkurego oraz zbierania danych topograficznych. Umieszczone na ruchomej platformie pozwalającej na obserwowanie wybranych obszarów, niezależnie od pozycji całego statku.
- Spektrometr promieniowania gamma oraz neutronów (Gamma-Ray and Neutron Spectrometer, GRNS) – przyrząd wykrywający izotopy promieniotwórcze w skorupie Merkurego. Umożliwia na określenie względnej obfitości pierwiastków budujących badaną planetę. Ma także pomóc zweryfikować hipotezę o lodzie zalegającym na biegunach planety, które wcale nie są wystawione na bezpośrednią ekspozycję słoneczną.
- Spektrometr promieniowania rentgenowskiego (X-Rays Spectrometer, XRS) – zadania podobne jak GRNS. Ma pomóc wykryć niskoenergetyczne promieniowanie X jakie może emitować powierzchnia Merkurego pod wpływem promieni gamma oraz X emitowanych przez Słońce.
- Magnetometr (Magnetometer, MAG) – przyrząd służący do badania pola magnetycznego planety, a tym samym do wykrywania skał o właściwościach magnetycznych. Umieszczony na wysięgniku o długości 3,6 metra.
- Wysokościomierz laserowy (Mercury Laser Altimeter, MLA) – wykonywanie map topograficznych Merkurego oraz pomiar odległości statek-planeta.
- Spektrometr składu atmosfery oraz powierzchni (Mercury Atmospheric and Surface Composition Spectrometer, MASCS) – spektrometr pracujący w paśmie podczerwieni oraz ultrafioletu, co dopuszcza mu określać skład gazów (atmosfery) oraz ciał stałych (powierzchnia Merkurego).
- Spektrometr cząstek energetycznych oraz plazmy (Energetic Particle and Plasma Spectrometer, EPPS) – służy do badania składu, dystrybucji oraz energii cząstek naładowanych (elektronów oraz jonów) w magnetosferze Merkurego.
- Eksperyment radiowy (Radio Science, RS) – służy dopplerowskiemu pomiarowi prędkości statku podczas orbitowania wokół Merkurego, co pozwoli na wyznaczenie rozkładu masy pod powierzchnią planety (odróżnianie, np. gęstych skał od pustych przestrzeni).
Historia misji
Przygotowania
Przebieg trajektorii lotu sondy MESSENGER
- lipiec 1999 – NASA wybiera misję MESSENGER jako siódmą misję programu Discovery
- grudzień 1999 – wstępne prace projektowo-badawcze
- lipiec 2001 – rozpoczęcie końcowych prac projektowych
- luty 2003 – rozpoczęcie montażu oraz testowania elementów statku
- grudzień 2003 – MESSENGER przechodzi testy środowiskowe w Goddard Space Flight Center
- marzec 2004 – końcowe przygotowania przed startem w Astrotech Space Operations
- 10 marca 2004 – pierwsza planowana data startu (kolejna planowana data była określona na 11 maja)
- 24 marca 2004 – decyzja o przesunięciu startu na przełom lipca oraz sierpnia z powodu opóźnień w montażu sondy oraz przygotowaniu oprogramowania procedur awaryjnych
- 29 czerwca 2004 – przełożenie startu na 2 sierpnia w związku z opóźnieniem montażu innej rakiety Delta II
- 21 lipca 2004 – umieszczenie statku w rakiecie nośnej
- 2 sierpnia – opóźnienie startu o 24 h z powodów niesprzyjających warunków atmosferycznych
Przebieg misji
- 3 sierpnia 2004 – start oraz wyniesienie w przestrzeń kosmiczną
- 5 sierpnia 2004 – wykonanie manewru TCM-1 o godz. 21:03:35. Na 215 sekund włączono silniczki średniego ciągu (dV=18 m/s) w celu skorygowania orbity heliocentrycznej
- 24 września 2004 – o godz. 18:00 wykonano manewr TCM-2. Na 62 sekundy włączono silniczki średniego oraz małego ciągu (dV=4,59 m/s). Ostateczne skorygowanie orbity heliocentrycznej
- 18 listopada 2004 – manewr TCM-3. Włączenie na 48 sekund silniczków średniego ciągu (dV=3,2 m/s)
- 23 czerwca 2005 – manewr TCM-5. Na 174 sekundy włączono silniczki małego ciągu (dV=1,1 m/s)
- 21 lipca 2005 – o godz. 18:00:01 wykonano manewr TCM-6. Na 23 sekundy włączono silniczki małego ciągu (dV=0,1 m/s)
- 2 sierpnia 2005 – o godz. 19:13 sonda zbliżyła się do Ziemi wykonując manewr asysty grawitacyjnej. Zbliżenie na odległość 2348 km miało miejsce nad Mongolią. Średnia odległość sondy od Słońca zmniejszyła się o ponad 33 mln km
- 12 grudnia 2005 – o godz. 11:30 wykonano manewr DSM-1. Na 524 sekundy uruchomiono silnik podstawowy sondy (dV=316 m/s)
- 22 lutego 2006 – o godz. 16:00 wykonano manewr TCM-10. Na ponad 2 minuty włączono silniczki małego ciągu (dV=1,4 m/s)
- 12 września 2006 – złożony manewr TCM-11. O godz. 23:00 na 23 sekundy włączono jeden z zestawów silniczków dużego ciągu, a o godz. 23:10, na 202 sekundy, drugi zestaw, prostopadły do pierwszego (dV=1,68 m/s)
- 5 października 2006 – o godz. 22:30 wykonano manewr TCM-12. Włączenie silniczków na 58 sekund (dV=0,498 m/s)
Zdjęcie Wenus wykonane podczas drugiego zbliżenia do tej planety
- 24 października 2006 – o godz. 08:34 sonda zbliżyła się do Wenus na odległość 2987 km. Manewr ten zmienił orbitę heliocentryczną sondy z 0,6 × 1,065 j.a. (nachylenie 2,6°) na 0,55 × 0,90 j.a. (nachylenie 8,1°)
- 3 grudnia 2006 – manewr TCM-13. Silniki sondy zostają włączone trzykrotnie: o godz. 00:00 (na 1670 sekund), o godz. 01:00 (na 97 sekund) oraz o godz. 06:00 (na 1640 sekund). Łączna przeistoczenie prędkości wyniosła 25,6 m/s
- 25 kwietnia 2007 – o godz. 17:30 wykonano manewr TCM-15. Na 140 sekund włączono silniczki sondy (dV=0,568 m/s). Krótko po jego rozpoczęciu sonda zaczęła tracić orientację. Kompensowanie ciągłym uruchamianiem silniczków uczyniło dV mniejsze od planowanego (dV=0,767 m/s)
- 25 maja 2007 – o godz. 20:00 wykonano manewr TCM-16. Uruchomienie silniczków na 36 sekund (dV=0,212 m/s)
- 5 czerwca 2007 – o godz. 23:08 nastąpiło drugie zbliżenie do Wenus. Najmniejsza odległość do planety wyniosła 338 km
- 17 października 2007 – o godz. 22:00 wykonano manewr DSM-2. Na ponad 5 minut uruchomiono silnik podstawowy sondy (dV=226 m/s). O 22:30 na około 2 minuty włączono silniczki małego ciągu (dV=1,4 m/s)
- 19 grudnia 2007 – o godz. 22:00 wykonano manewr TCM-19. Włączenie silniczków na 110 sekund (dV=1,1 m/s)
Fotografia Merkurego wykonana podczas pierwszego zbliżenia do niego
- 14 stycznia 2008 – o godz. 19:04:39 sonda pierwszy raz zbliżyła się do Merkurego (min. odległość 201,4 km) dokonując manewru asysty grawitacyjnej[2]. W jego wyniku parametry orbity heliocentrycznej zmieniły się z 0,33 × 0,75 j.a. na 0,32 × 0,70 j.a.
- 19 marca 2008 – o godz. 19:30 wykonano manewr DSM-3 (dV=72,2 m/s)
- 3 lipca 2008 – ogłoszenie odkrycia wody w egzosferze Merkurego[3]
- 6 października 2008 – o godz. 08:40 nastąpiło drugie zbliżenie do Merkurego (minimalna odległość 199,4 km)[4]
- 15 października 2008 – osiągnięcie największej prędkości (w stosunku do Słońca) w trakcie misji – 62,979 km/s[5]
- 4 grudnia 2008 – o godz. 20:30 wykonano manewr DSM-4A (dV=219 m/s)
- 8 grudnia 2008 – o godz. 20:30 wykonano manewr DSM-4B (dV=24,7 m/s)
- 29/30 września 2009 – trzecie zbliżenie do Merkurego (min. odległość 228 km)[6]. Wykonano kolejne zdjęcia Merkurego[7][8]
- 29 listopada 2009 – manewr DSM-5
- 18 marca 2011 – wejście na orbitę Merkurego jako pierwszy obiekt zbudowany przez człowieka
- 4 kwietnia 2011 - rozpoczęła się 12-miesięczna faza badań naukowych
- 9 listopada 2011 - NASA ogłasza, że przedłuży orbitalną misję MESSENGER-a o rok
Całkowity koszt misji wynosi około 446 milionów USD. W sumie tej zawarty jest koszt budowy sondy oraz jej instrumentów naukowych, rakiety nośnej oraz koszty operacyjne podczas całej misji[2].
Sprawdź też
Przypisy
Bibliografia
