Najbliższy wtorek, 27 września, będzie bardzo ważnym dniem dla obrony planetarnej. O godzinie 01:14 sonda DART zderzy się z asteroidą Dimorphos, która krąży wokół dość sporej asteroidy Didymos. Będzie to nasza pierwsza próba zmiany toru ruchu w układzie podwójnym planetoid.

Współautorem artykułu jest Agata Rożek z Instytutu Astronomii Uniwersytetu Edynburga.

Jak to ma działać?

Misja DART ma na celu przetestowanie prostego scenariusza obrony planetarnej. Misja ma wypełnić cztery podstawowe cele:

  1. Uderzyć w planetoidę Dimorphos, która należy do układu podwójnego Didymos-Dimorphos.
  2. Zmienić jej okres orbitalny o co najmniej 73 sekundy.
  3. Zmierzyć okres obiegu układ Didymos-Dimorphos przed i po zderzeniu z dokładnością do co najmniej 7,3 sekundy.
  4. Zmierzyć skuteczność przekazania momentu pędu (parametr beta) używając do tego celu obserwacji naziemnych.

Ilustracja przedstawiająca, jak zderzenie z DARTem zmieni orbitę Dimorphosa wokół Didymosa. Teleskopy na Ziemi będą w stanie zmierzyć zmianę orbity Dimorphos, aby ocenić skuteczność tego rozwiązania.

Istotą misji DART jest fakt, że zmiana w ruchu obiegowym w układzie da nam obraz tego jak skuteczne jest uderzenie w planetoidę jako sposób na obronę planetarną. Satelita DART uderzy w mniejszą asteroidę i zmieni jej prędkość orbitalną wokół większej. Układ Didymos-Dimorphos będzie tu modelem dla układu Słońce-planetoida. To, o ile uda się zmienić orbitę małej planetoidy wokół większej, może się w przyszłości przełożyć na to jak bardzo zmieniłby się tor ruchu, nieodkrytej jeszcze, planetoidy zagrażającej Ziemi wokół Słońca. W ten sposób dobierając odpowiednie parametry jak prędkość czy punk uderzenia moglibyśmy w przyszłości odchylić tor planetoidy lecącej w stronę Ziemi i uchronić nas przed skutkami zderzenia.

Wybrano opcję zmiany toru w układzie podwójnym, bo jest to bezpieczny dla Ziemi test – nie zmieniamy orbity planetoidy wokół Słońca. Łatwiej nam również bezpośrednio zmierzyć zmianę okresu układu podwójnego – wystarczy kilka tygodni obserwacji naziemnych, niż zmianę w ruchu wokół Słońca, bo takie obserwacje wymagają wysokiej precyzji i wielu lat obserwacji.

Jak DART dotarł do Didymosa?

Już w 2015 zarówno Europejska Agencja Kosmiczna jak i NASA chciały wysłać w kosmos sondę, która testowałaby nowe metody obrony planetarnej. Obie agencje podjęły wtedy współpracę w ramach projektu AIDA (Asteroid Impact & Deflection Assessment), w ramach którego miały powstać dwa statki kosmiczne DART i AIM. Europejski AIM miał zostać wystrzelony już 2020 roku, by rok później dotrzeć do Didymosa i zbadać właściwości asteroidy i jej satelity (skład, masę, dynamikę ruchu). DART natomiast miał polecieć w kierunku układu później, by zderzyć się z mniejszym księżycem i tym samym zmienić jego tor ruchu.

Ostatecznie misja AIM została anulowana, a zamiast niej rozpoczęto pracę nad satelitą HERA, która ma polecieć w kosmos za dwa lata i obserwować zmiany w układzie po zderzeniu. Misja DART była kontynuowana, a satelita został ukończony we wrześniu 2021 roku.

(NASA/Bill Ingalls)

Zdjęcie zostało wykonane w listopadzie 2021 roku podczas startu rakiety Falcon 9 wynoszącej satelitę DART w przestrzeń kosmiczną.

Wtedy przewieziono go do bazy sił kosmicznych Vandenberg Space Force Base (VSFB) w Kalifornii. Po sprawdzeniu, czy wszystkie systemy i mechanizmy działają, zatankowano sondę i przygotowaną ją do startu. DART wyruszył w przestrzeń kosmiczną na pokładzie rakiety Falcon 9 24 listopada.

Falcon wyniósł sondę na trajektorię ucieczki z orbity okołoziemskiej. Po odłączeniu pierwszego stopnia rakiety, drugi stopień przetransportował statek dalej i umieścił go na orbicie heliocentrycznej. Potem sonda samodzielnie wykonała korekty toru ruchu, tak, aby znaleźć się blisko asteroidy Didymos.

Phoenix7777 (Wikimedia Commons)

Animacja pokazuje jak zmmieniały się w czasie położenia układu Didymos (zielony), satelity DART (fioletowy), Ziemi (ciemny niebieski), 2001 CB21 (jasnoniebieski) i (3361) Orpheus (pomarańczowy).

Najciekawsze informacje techniczne o satelicie

Statek kosmiczny DART nie jest ani wyjątkowo drogi, ani szczególnie duży. Kadłub statku ma wymiary 1,2 × 1,3 × 1,3 metra, co razem ze wszystkimi wystającymi elementami daje 1,8 metra szerokości, 1,9 metra długości i 2,6 metra wysokości. Można sobie wyobrazić, że jest to wyjątkowo krotki samochód osobowy, z wystającymi panelami słonecznymi, których maksymalna szerokość to 8,5 metra. Całkowita masa statku w momencie startu wynosiła 610 kg, a obecnie wynosi 570 kg, z powodu ubytku paliwa. Do zasilania statku użyto hydrazyny i ksenonu. Pierwsza z nich pomaga przy manewrach i korekcji orientacji sondy, natomiast ksenon zasila napęd jonowy.

Najważniejszym instrumentem na pokładzie jest kamera do nawigacji optycznej DRACO. Pomaga ona w celowaniu, potrafi zmierzyć odległość do obiektu i jego kształt oraz wyznaczyć miejsce uderzenia. Zdjęcia wykonywane przez nią przed zderzeniem będą przesyłane na Ziemię w czasie rzeczywistym. To pomoże scharakteryzować możliwie dokładnie miejsce uderzenia.

Umiejscowienie kamery DRACO na pokładzie satelity DART.

Podczas gdy DRACO będzie nam przysyłam obraz z perspektywy głównego bohatera, CubeSat LICIACube wykona zdjęcia z boku. Włoski mikrosatelita, o którym więcej informacji znajdziecie tutaj, odłączył się już od DARTa, aby zająć pozycję dobrą dla obserwacji. LICIACube zrobi zdjęcia uderzenia DARTa, powstałej chmury wyrzutowej, a być może także krateru uderzeniowego na powierzchni Dimorphos.

Najważniejszym jednak zadaniem DARTA jest precyzyjne uderzenie w satelitę Didymosa. Mały księżyc Dimorphos ma średnicę 160 m, a układ znajduje się obecnie 11 milionów kilometrów od Ziemi. Dlatego inżynierowie opracowali autonomiczny system nawigacji SMART Nav (Small-body Maneuvering Autonomous Real Time Navigation). System ma samodzielnie rozróżnić dwie asteroidy w układzie i skierować statek w stronę mniejszego ciała. Cała operacja zajdzie na godzinę przed zderzeniem. DART skorzysta z dziesięcioleci pracy nad algorytmami naprowadzania pocisków.

DART

Wizja artystyczna satelity DART nawigującego podczas zderzenia z asteroidą.

Jest to nasze pierwsze podejście do obrony planetarnej. Czas pokaże, czy takie rozwiązanie sprawdzi się i pozwoli nam uchronić się od zderzenia z kosmiczną skałą, jeśli do takiego zagrożenia kiedyś dojdzie. Moment zderzenia będzie transmitowany przez internet. Zachęcamy do śledzenia go wspólnie z nami na naszych mediach społecznościowych.

Misja DART jest kierowana przez Johns Hopkins Applied Physics Lab na zlecenie NASA Planetary Defense Coordination Office (Biuro Koordynacji Obrony Planetarnej NASA) jako projekt Planetary Missions Program Office (Biura Programu Misji Planetarnych). DART jest pierwszą na świecie misją testującą obronę planetarną poprzez celowe uderzenie w planetoidę Dimorphos, by nieco zmienić tor jej ruchu. Choć planetoidy Didymos i Dimorphos nie zagrażają Ziemi, celem misji jest  pokazanie, że statek kosmiczny może samodzielnie nawigować w celu zderzenia ze stosunkowo małą planetoidą i wykazanie, że przekierowanie planetoidy poprzez uderzenie jest wykonalne na wypadek gdyby kiedykolwiek odkryto planetoidę, która byłaby na kursie kolizyjnym z Ziemią.

Autor

Avatar photo
Krystyna Syty

Studiuję chemię i fizykę w kolegium MISMaP na Uniwersytecie Warszawskim. Naukowo szczególnie ciekawi mnie elektrochemia i ziemskie pole magnetyczne. Interesuję się uczeniem i popularyzacją nauk ścisłych wśród dzieci i młodzieży. W redakcji swoją przygodę zaczęłam od serii Śladami Messiera i Przygotowania do Olimpiady Astronomicznej. Byłam Zastępcą Redaktora Naczelnego w latach 2021-2022, od tego roku jestem Członkiem Zarządu Klubu Astronomicznego Almukantarat.