Cassini/Huygens

Cassini je zatiaľ najzložitejšia a najmohutnejšia kozmická sonda a súčasne posledná z rady veľkých, komplexných laboratórií pre výskum slnečnej sústavy. V polovici 80. rokov boli pripravené spoločné štúdia NASA a ESA, roku 1987 ESA začala počiatočnú fázu A projektu sondy k Titanu a NASA rozbiehala práce na dvoch sondách Mariner Mark 2: Cassini k Saturnu a Graf ku kométe. Nasledujúci rok ESA zaradila puzdro Huygens medzi stredné projekty M 1 svojho programu Horizon 2000. Roku 1989 americký kongres projekt Cassini a Graf schválil, avšak o tri roky neskôr svoje rozhodnutie zmenil: Graf bol zrušený a Cassini zredukovaný a odložení z roku 1996 na 1997. Celkové náklady na vývoj a stavbu sondy Cassini dosiahli 1,3 miliardy USD, ESA spolu s Italskou kozmickou agentúrou za vývoj a stavbu puzdra Huygens zaplatili 750 miliónov dolárov. Behom roku 1996 bol Cassini aj s prístrojmi dokončený a v apríli 1997 dopravení na Cape Ceneveral.

Projekt má názov CASSINI/HUYGENS, preto lebo sa skladá z orbitálnej a pristávacej časti. Štartovacia hmotnosť bola 5634 kg. Cassini nesie CD-ROM s podpismi pozemšťanov a Huygens záznam obsahujúci celé pozdravy.

Sonda bola vynesená najsilnejšou americkou raketu Titan 4B/Centaur (nosnosť 17,8 t na nízku dráhu). Štart sa po niekoľkých odkladoch uskutočnil 15.10. o 08,43 UT. Po 12 min bola dosiahnutá parkovacia dráha a 42min 40s po štarte medziplanetárna dráha. Sonda sa pohybovala heliocentrickou rýchlosťou 26,5 km/s. Sonda poletí k cieľu 6,7 roku a musí k tomu využiť dvakrát gravitačnú asistenciu Venuše a raz asistenciu Zeme. 21.4.1998 by mala preletieť okolo Venuše a prví krát využiť gravitačné urýchlenie. V dňoch 16.12.1998-10.01.1999 bude možné zapojiť parabolickú anténu. 20.1.1999 uskutoční manéver hlavným motorom sondy tak, aby 20.6.1999 došlo k druhému priblíženiu k Venuši. Krátko po tom sonda preletí 16.8.1999 okolo Zeme a potom bude smerovať od slnka. Pomocou troch gravitačných urýchlení sa heliocentrická rýchlosť zvýši o 20 km/s. Na prahu nového milénia preletí 30.12.2000 okolo Jupitera. 2.7.2000 sa naplno zapoja prístroje určené pre meranie v medziplanetárnom priestore.

V lete 2004 dorazí CASSINI/HUYGENS konečne k cieľu 11.6. preletí okolo Phoebe a 1.7. bude motoricky navedená na dráhu ako 1. umelá družica Saturnu. Po dvoch mesiacoch uskutoční korekční manéver, ktorý upraví dráhu tak, aby viedla k mesiacu Titan. Okolo 6.11.2004 dojde k oddeleniu puzdra Huygens rýchlosťou 0,33m/s potom čo bude kvôli stabilizácií uvedení do rotácie s rýchlosťou 7,3 ot/min. Dva dni potom Cassini zmení motorom dráhu tak, aby sa sám Titanu vyhol 27.11. bude zaznamenávať po tri hodiny všetky údaje z puzdra Huigens a potom po prelete v minimálnej výške asi 1000 km uskutoční prieskum mesiaca vlastnými prístrojmi.

Keby pred 6.11. došlo k technickým problémom, zmení sa program tak aby sonda zostala v celku a puzdro bolo vysadené až pri druhom priblížení k Titanu 14.1.2005.

Orbitálni úsek by mal fungovať najmenej do júla 2008. Vykoná pri tom 74 obehov, vždycky po inej dráhe (podobne ako Galileo okolo Jupitera). Obežné doby sa budú meniť od 7 do 155 dní, vzdialenosť pericentra od 2,6 do 15,8 polomeru Saturnu, vzdialenosť apocentra od 60 polomerov Saturnu, sklon dráhy k Saturnóvmu rovníku od 0 do 71 na konci výpravy. Pri tomto sa bude približovať k vybraním cieľom mesiacom: Enceladus, Titanu, Rhea, Dione a Japetus. Základné zmeny dráhy bude dosahovať využitím gravitačného poľa Titanu (zmeny rýchlosti až o 770m/s), pre drobné úpravy budú použité korekčné motorčeky. Misia by mala skončiť 1.7.2008, ale ak bude sonda aspoň trochu fungovať, tak nič nebráni v pokračovaní predĺženej misie.

CASSINI (orbitálna časť) – parametre sondy:

  • výška – 6,8 m
  • priemer – 4 m (hlavná anténa)
  • hmotnosť konštrukcie – 2523 kg a pohonné látky 3132 kg
  • nosník magnetometra 10,5 m.[/p]

Prevádzkové systémy sondy:

  • systém navigácie a dlhodobej trojosej stabilizácie v priestore, využívajúci
  • dvojicu senzorov Slnka, dvojicu senzorov
  • referenčných hviezd (v pamäti počítača má polohu 3000
  • hviezd).
  • korekční motorový systém. Sonda je na bokoch vybavená štyrmi štvoricami
  • trysiek s ťahom 0,5 – 1 N. Hlavní motor je zdvojení (každá tryska má ťah 490 N).
  • energetický systém obsahuje tri radioizotopové termoelektrické generátory.
  • Počiatoční elektrickí výkon 676 W, po 11 rokoch 641 W (limitná spotreba je 630 W).Tepelný výkon 13 kW. Na palube je 33kg oxidu plutničitého (využíva sa Pu-238 jeho polčas rozpadu je 88 rokov). Teplo je polovodičovými článkami premenované čiastočne na elektrickú energiu, čiastočne na temperovanie elektroniky.
  • systém tepelnej regulácie využíva pasívnu povrchovú izoláciu a rádioaktívne
  • teplo čím zaisťuje prevoz elektroniky vo vzdialenostiach od 0,61 do 10,23 AU od Slnka.
  • telekomunikační systém využíva pásmo X (7-12 GHz). Prijímače sú zdvojene.
  • Parabolická anténa s veľkým ziskom s priemerom 4m bola vyrobená v Taliansku, je pevnej konštrukcie aby sa nestalo to čo Galileu. Bude slúžiť tiež pre spojenie s puzdrom v pásme S (2-4 GHz) a pre radarové mapovanie Titanu v pásme Ku (32-34 Gáz).
  • systém riadenia je zložený s dvoch 16 bitových počítačov MIL-STD-1750A
  • (hmotnosť 3kg, spotreba 53W) a dva redundantné záznamníky s kapacitou 1,8 GB. Záznamové zariadenie nie je magnetopáskové, ale polovodičové.

Vedecké vybavenie:

  • zobrazovacie zariadenie ISS zostavené z dvoch kamier s CCD (1024-1024)
  • spektrometer mapujúci vo viditeľnom a infračervenom oboru žiarenia VIMS
  • ultrafialový zobrazovacý spektrograf UVIS
  • združený infračervený spektrometer CIRS
  • pre mikrovlní diaľkový prieskum má sonda radar ktorý využíva hlavnú parabolickú anténu
  • rádiový subsystém RSS, je určení pre zisťovanie zloženia, tlaku a profilov atmosféry
  • analyzátor kozmického prachu CDA
  • plazmový spektrometer CAPS
  • spektrometer INMS je určený k stanoveniu zloženia a štruktúry iontov
  • dvojica magnetometrov MAG slúžia k určeniu planetárneho magnetického poľa
  • magnetosféricke zobrazovacie zariadenie MIMI
  • aparatúra pre výskum rádiových a plazmových vln RPWS

Puzdro HUYGENS

Automatická časť projektu je puzdro Huygens, Jeho úlohou je pristáť na Titane. Po dlhých sedem rokov medziplanetárneho letu v hibernovanom stave ( kontroly jeden krát za 6 mesiacov ). Kompletne bolo navrhnuté, vyrobené a vyskúšané v Európe pod dohľadom ESA. Po sérií skúšok sa na jar 1995 sa prikročilo ku stavbe letového exemplára, dopraveného v máji 1997 do USA. Puzdro ma tvar disku o priemere 2,7m a hmotnosti 352kg. Dve plošiny z aparatúrou sú zakryté hliníkovým plášťom a v smeru letu pri balistickom zostupu je chránené aerodynamickým tepelným štítom z dlaždíc, podobných ako na raketopláne. Behom medziplanetárneho letu je Huygens pripojené k boku sondy Cassini a konektormi pripojení na jej systém. Vlastní energetický systém tvorí päť batérií LiSO2, z nich štyri pre zaistenie plnej funkčnosti stačí.

Telekomunikačné vybavenie zahrnuje dvojicu redundantných vysielačov s vlastnými anténami, pracujúcimi s časovým posunom 4s pre zníženie objemu stratených údajov pri krátkodobých výpadkoch spojenia. Prenos sa uskutočňuje v pásme S rýchlosťou 8 – 20kbit/s na parabolickú anténu Cassini. Sonda bude v tej dobe vo vzdialenosti 79000 km a prenos skončí najneskôr potom čo puzdro zmizne za horizontom Titanu. Sonda Huygens bude prebudená 4h pred tým, ako zostúpi do Titanovej atmosféry asi 1000km nad povrchom. Potom bude aparatúra automaticky riadiť vlastné systémy, K Titanu sa bude približovať rýchlosťou 6,1km/s a akcelerometry zaznamenajú začiatok brzdenia. Vo výške 300km nad povrchom budú prístroje vystavené maximálnemu preťaženiu 15 až 20G. Potom sa 270km nad povrchom pri rýchlosti 5km/s tepelný štít zohreje na 12 tisíc stupňov trením o atmosféru. Počas brzdenia klesne rýchlosť vo výške 180km na 0,9km/h. Sonda najprv vymrští pilotní padák o priemere 2,5m a o 20km nižšie sa rozovrie hlavný padák s priemerom 8,3m. Behom pol minúty sa rýchlosť zníži na 0,08km/h. Potom sa odstrelí tepelný štít, čím sa obnaží meracia aparatúra. Vo výške asi 160km pri teplote okolo –120C začne hlavná fáza výskumu. Po štvrť hodine sa odeli hlavný padák a rozovrie sa menší stabilizační padák s priemerom 3m vo výške asi 120km. Behom ďalších dvoch hodín by mala sonda klesnúť až na povrch.

Pretože energia batérií ma vystačiť na 153 až 200 minút, mala by sonda najmenej 3 minúty, ale možno až pól hodiny vysielať z povrchu. Ak pristane na pevninu rýchlosťou do 7m/s a nepoškodí sa. A ak padne do kvapaliny vie plávať.

Prístrojové vybavenie puzdra HUYGENS:

  • zariadenie pre výskum atmosféry HASI
  • zariadenie pre zber aerosolí a pyrolýzu ACP
  • plynový chromatograf s hmotovým spektrometrom GCMS
  • zostupová kamera a spektrálni rádiometer DISR
  • komplex prístrojov pre povrchový prieskum SSP
  • doplerovský veterný experiment DWE