Kỹ sư trưởng Dawn Dawn và giám đốc nhiệm vụ tại JPL chia sẻ những hiểu biết. Bình minh sẽ đến Ceres vào tháng 3 năm 2015. Tàu vũ trụ đầu tiên từng quay quanh hai cơ thể hành tinh!
JPL từ Marc Rayman
Marc Rayman là kỹ sư trưởng của tàu vũ trụ Dawn và giám đốc nhiệm vụ tại JPL. Một người đam mê không gian suốt đời, anh bắt đầu viết thư cho NASA khi anh 9 tuổi và gia nhập JPL sau khi nhận bằng tiến sĩ. trong vật lý một vài năm sau đó. Anh ta đã làm việc với rất nhiều vật lý thiên văn và hành tinh, nhưng, tất nhiên, không có gì khác tuyệt vời như Dawn. Những người hâm mộ của Dawn theo đuổi nhiệm vụ này bằng cách đọc Tạp chí Marc Dawn Dawn. Bài viết này được đăng lại của Tạp chí Dawn vào ngày 28 tháng 11 năm 2014. Được sử dụng với sự cho phép.
Bay lặng lẽ và mượt mà qua vành đai tiểu hành tinh chính giữa Sao Hỏa và Sao Mộc, tàu vũ trụ Dawn phát ra chùm tia màu xanh lục của các ion xenon vận tốc cao. Ở phía đối diện với mặt trời từ Trái đất, bắn ra hệ thống đẩy ion hiệu quả duy nhất của nó, nhà thám hiểm ở xa đang tiếp tục đạt được tiến bộ tốt trên chuyến đi dài từ con tàu khổng lồ Vesta đến hành tinh lùn Ceres.
Trong tháng này, hãy để Lướt nhìn về phía trước một số hoạt động sắp tới. Bạn có thể sử dụng mặt trời vào tháng 12 để xác định vị trí Bình minh trên bầu trời, nhưng trước khi chúng tôi mô tả điều đó, hãy để xem xem Dawn đang nhìn về phía trước với Ceres như thế nào, với kế hoạch chụp ảnh vào đêm ngày 1 tháng 12
Hình ảnh đầu tiên của Dawn Dawn về Ceres, được chụp vào ngày 20 tháng 7 năm 2010. Tín dụng: NASA / JPL-Caltech / MPS / DLR / IDA
Các cảm biến thám hiểm robot robot là các thiết bị phức tạp thực hiện nhiều phép đo nhạy cảm. Để đảm bảo họ mang lại dữ liệu khoa học tốt nhất có thể, sức khỏe của họ phải được theo dõi và duy trì cẩn thận, và chúng phải được hiệu chuẩn chính xác. Các dụng cụ tinh vi đôi khi được kích hoạt và thử nghiệm, và tất cả vẫn còn trong tình trạng tuyệt vời.
Một hiệu chuẩn cuối cùng của máy ảnh khoa học là cần thiết trước khi đến Ceres. Để thực hiện nó, máy ảnh cần chụp ảnh mục tiêu chỉ xuất hiện một vài pixel. Bầu trời vô tận bao quanh du khách liên hành tinh của chúng ta có rất nhiều ngôi sao, nhưng những điểm sáng đẹp đẽ đó, trong khi có thể dễ dàng phát hiện, lại quá nhỏ so với phép đo chuyên biệt này. Nhưng có một đối tượng chỉ xảy ra đúng kích cỡ. Vào ngày 1 tháng 12, Ceres sẽ có đường kính khoảng chín pixel, gần như hoàn hảo cho hiệu chuẩn này.
Các hình ảnh sẽ cung cấp dữ liệu về các thuộc tính quang học rất tinh tế của máy ảnh mà các nhà khoa học sẽ sử dụng khi họ phân tích và giải thích chi tiết của một số hình ảnh được trả về từ quỹ đạo. Tại 740.000 dặm (1,2 triệu km), khoảng cách của Dawn để Ceres sẽ vào khoảng ba lần so với khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trăng. Máy ảnh của nó, được thiết kế để lập bản đồ Vesta và Ceres từ quỹ đạo, sẽ không tiết lộ bất cứ điều gì mới. Nó sẽ, tuy nhiên, tiết lộ một cái gì đó mát mẻ! Những bức ảnh sẽ là góc nhìn mở rộng đầu tiên cho tàu thăm dò đầu tiên đến hành tinh lùn đầu tiên được phát hiện. Họ sẽ cho thấy cơ thể lớn nhất giữa mặt trời và Sao Diêm Vương chưa được tàu vũ trụ ghé thăm, điểm đến Dawn Dawn kể từ khi nó trèo ra khỏi lực hấp dẫn Vesta trộm hơn hai năm trước.
Hình ảnh mở rộng đầu tiên của Dawnes về Ceres - mà bạn có thể thấy ở đây - chỉ lớn hơn một chút so với hình ảnh này của Vesta được chụp vào ngày 3 tháng 5 năm 2011, khi bắt đầu giai đoạn tiếp cận Vesta. Hình nhỏ cho thấy Vesta pixelated, được trích xuất từ hình ảnh chính trong đó Vesta bị phơi sáng quá mức có thể được nhìn thấy trên nền của các ngôi sao. Tín dụng: NASA / JPL-Caltech / UCLA / MPS / DLR / IDA
Đây không phải là lần đầu tiên Dawn phát hiện ra Ceres. Trong một hiệu chuẩn khác của máy ảnh hơn bốn năm trước, nhà thám hiểm đã từ bỏ điểm đến mờ nhạt của mình, ở cả thời gian và không gian. Trước đó, vẫn còn một năm trước khi đến Vesta, Dawn đã xa hơn 1.300 lần so với Ceres so với lần hiệu chuẩn mới này. Người khổng lồ của vành đai tiểu hành tinh chính là một chấm không rõ ràng trong khung cảnh vũ trụ rộng lớn.
Giờ đây, Ceres là vật thể sáng nhất trên bầu trời Dawn, cứu lấy mặt trời xa xôi. Khi chụp các bức ảnh, Ceres sẽ sáng như sao Kim đôi khi xuất hiện từ Trái đất (điều mà các nhà thiên văn học gọi là cường độ thị giác -3,6).
Để bảo tồn hydrazine, một nguồn tài nguyên quý giá sau khi mất hai bánh phản ứng, Dawn sẽ đẩy mạnh với hệ thống đẩy ion của nó khi thực hiện hiệu chuẩn này, đòi hỏi phải tiếp xúc lâu. Ngoài việc di chuyển tàu vũ trụ theo quỹ đạo của nó, động cơ ion ổn định con tàu, cho phép nó chỉ điểm đều đặn trong không trọng lực của không gian vũ trụ. (Người tiền nhiệm Dawn Dawn, Deep Space 1, đã sử dụng cùng một thủ thuật đẩy ion để ổn định nhất có thể cho những bức ảnh ban đầu của sao chổi Borrelly.)
Khi Dawn đóng cửa trên mỏ đá của mình, Ceres sẽ phát triển rực rỡ và lớn hơn. Tháng trước, chúng tôi đã tóm tắt kế hoạch chụp ảnh Ceres trong phần đầu của giai đoạn tiếp cận, mang lại lượt xem vào tháng 1 tương đương với điều tốt nhất chúng tôi hiện có (từ Kính viễn vọng Không gian Hubble) và vào tháng 2 tốt hơn đáng kể. Mục đích chính của các bức ảnh là giúp các nhà hàng hải điều khiển con tàu vào cảng cuối cùng chưa được khám phá này sau một chuyến đi dài trên biển liên hành tinh. Chiếc máy ảnh này đóng vai trò là đôi mắt của người lái xe. Ceres đã được quan sát bằng kính viễn vọng từ (hoặc gần) Trái đất trong hơn hai thế kỷ, nhưng nó đã xuất hiện ít hơn một đốm mờ mờ, xa hơn so với mặt trời. Nhưng sẽ không bao lâu nữa!
Tàu vũ trụ duy nhất từng được chế tạo để quay quanh hai điểm đến ngoài trái đất, hệ thống đẩy ion tiên tiến Dawn Dawn cho phép thực hiện sứ mệnh đầy tham vọng của nó. Cung cấp tiếng thì thầm tốt nhất cho lực đẩy, động cơ ion cho phép Dawn điều khiển theo những cách hoàn toàn khác với tàu vũ trụ thông thường. Vào tháng 1, chúng tôi đã trình bày chi tiết cách Dawn Dawn độc đáo trượt vào quỹ đạo. Vào tháng 9, một vụ nổ bức xạ không gian đã phá vỡ cấu hình lực đẩy. Như chúng ta đã thấy, đội bay đã phản ứng nhanh chóng với một vấn đề rất phức tạp, giảm thiểu thời gian của lực đẩy bị bỏ lỡ. Một phần trong các hoạt động dự phòng của họ là thiết kế một quỹ đạo tiếp cận mới, chiếm 95 giờ mà Dawn dừng lại thay vì lực đẩy. Bây giờ chúng ta hãy xem xét quỹ đạo kết quả khác với những gì chúng ta đã thảo luận vào đầu năm nay.
Theo quan điểm này, nhìn xuống cực bắc của Ceres, mặt trời tắt hình bên trái và chuyển động quỹ đạo ngược chiều kim đồng hồ quanh mặt trời đưa nó từ dưới cùng của hình lên đỉnh. Bình minh bay vào từ bên trái, bay ra trước Ceres, và sau đó bị bắt trên đường đến đỉnh của quỹ đạo của nó. Các vòng tròn màu trắng cách nhau một ngày, minh họa cách Dawn chậm dần lúc đầu. (Khi các vòng tròn gần nhau hơn, Dawn di chuyển chậm hơn.) Sau khi chụp, cả lực hấp dẫn của Ceres và lực đẩy ion làm chậm nó thậm chí nhiều hơn trước khi phi thuyền tăng tốc đến cuối giai đoạn tiếp cận. (Bạn có thể nghĩ viễn cảnh này là từ phía trên. Sau đó, hình tiếp theo cho thấy góc nhìn từ bên cạnh, ở đây có nghĩa là nhìn về phía hành động từ một vị trí ngoài đáy của đồ họa.) Tín dụng: NASA / JPL
Theo cách tiếp cận ban đầu, Dawn sẽ đi theo một vòng xoắn ốc đơn giản xung quanh Ceres, tiếp cận từ hướng chung của mặt trời, vòng qua cực nam, vượt ra phía đêm và quay trở lại phía trên cực bắc trước khi đi vào quỹ đạo mục tiêu, gọi bằng cái tên khuấy RC3, ở độ cao 8.400 dặm (13.500 km). Giống như một phi công hạ cánh một chiếc máy bay, bay tuyến đường này yêu cầu xếp hàng trên một khóa học cụ thể và tăng tốc trước. Lực đẩy ion trong năm nay đã khiến Dawn phải lên đường để tiếp cận vòng xoáy đó vào đầu năm tới.
Sự thay đổi trong hồ sơ chuyến bay của nó sau cuộc chạm trán vào tháng 9 với một tia vũ trụ bất hảo có nghĩa là đường xoắn ốc sẽ khác biệt rõ rệt và sẽ cần thời gian dài hơn đáng kể để hoàn thành. Mặc dù đội bay chắc chắn rất kiên nhẫn - nhưng sau tất cả, đại sứ robot Earth Earth đã giành chiến thắng với Ceres cho đến 213 năm sau khi phát hiện ra và hơn bảy năm sau khi phóng - các nhà điều hướng sáng tạo tuyệt vời đã nghĩ ra một quỹ đạo tiếp cận hoàn toàn mới sẽ ngắn hơn. Thể hiện sự linh hoạt phi thường của lực đẩy ion, tàu vũ trụ giờ đây sẽ đi theo một con đường hoàn toàn khác nhưng sẽ cuộn lại theo cùng một quỹ đạo.
Tàu vũ trụ sẽ cho phép bản thân bị Ceres bắt giữ vào ngày 6 tháng 3, chỉ muộn hơn nửa ngày so với quỹ đạo mà nó đang theo đuổi trước khi bị gián đoạn trong lực đẩy, nhưng hình học cả trước và sau sẽ hoàn toàn khác nhau. Thay vì bay về phía nam của Ceres, Dawn giờ đây được nhắm mục tiêu để dẫn dắt nó, bay ra trước nó khi hành tinh lùn quay quanh mặt trời, và sau đó tàu vũ trụ sẽ bắt đầu uốn lượn nhẹ nhàng xung quanh nó. (Bạn có thể thấy điều này trong hình bên trái.) Bình minh sẽ đến 24.000 dặm (38.000 km) và sau đó từ từ sẽ arc đi. Nhưng nhờ vào thiết kế đáng chú ý của cấu hình lực đẩy, động cơ ion và lực hấp dẫn từ khối đá và băng sẽ hoạt động cùng nhau. Ở khoảng cách 41.000 dặm (61.000 km), Ceres sẽ tiếp cận và dịu dàng nắm lấy vợ mới của mình, và họ sẽ ở bên nhau mãi mãi. Bình minh sẽ ở trên quỹ đạo và Ceres sẽ mãi mãi đi cùng với cựu cư dân Trái đất này.
Nếu tàu vũ trụ ngừng lực đẩy ngay khi Ceres bắt được nó, nó sẽ tiếp tục vòng quanh cơ thể to lớn theo quỹ đạo hình elip cao, nhưng nhiệm vụ của nó là nghiên cứu kỹ thế giới bí ẩn. Mục tiêu của chúng tôi không phải là ở bất kỳ quỹ đạo tùy ý nào mà là các quỹ đạo cụ thể đã được chọn để mang lại lợi nhuận khoa học tốt nhất cho máy ảnh đầu dò và các cảm biến khác. Vì vậy, nó đã giành được điểm dừng nhưng thay vào đó sẽ tiếp tục điều động đến RC3.
Bao giờ cũng duyên dáng, Dawn sẽ nhẹ nhàng đẩy để chống lại động lực quỹ đạo của nó, giữ cho nó không bị cuốn lên độ cao cao nhất mà nó sẽ đạt được. Vào ngày 18 tháng 3, gần hai tuần sau khi bị lực hấp dẫn của Ceres, bắt giữ, Dawn sẽ quay lại đỉnh của quỹ đạo của nó. Giống như một quả bóng ném cao mà làm chậm một điểm dừng tạm thời trước khi giảm trở lại, đi lên quỹ đạo của Dawn sẽ kết thúc ở độ cao 47.000 dặm (75.000 km), và không ngừng kéo Ceres’ (được hỗ trợ bởi hằng số, đẩy nhẹ nhàng) sẽ giành chiến thắng. Khi nó bắt đầu giảm dần về phía chủ nhân hấp dẫn của nó, nó sẽ tiếp tục làm việc với Ceres. Thay vì chống lại sự sụp đổ, tàu vũ trụ sẽ đẩy mạnh để tự tăng tốc, đẩy nhanh chuyến đi xuống RC3.
Có nhiều đặc điểm của quỹ đạo hơn độ cao. Một trong những thuộc tính khác là sự định hướng của quỹ đạo trong không gian. (Tưởng tượng một quỹ đạo là một vòng quanh Ceres, nhưng chiếc nhẫn đó có thể bị nghiêng và nghiêng theo nhiều cách.) Để cung cấp một cái nhìn toàn bộ bề mặt khi Ceres quay bên dưới nó, Dawn cần phải ở trên một quỹ đạo cực, bay về phía bắc cực khi nó di chuyển từ ban đêm đến ban ngày, di chuyển về phía nam khi nó đi qua đường xích đạo, quay trở lại phía không bị chiếu sáng khi đến cực nam, và sau đó đi về phía bắc trên địa hình trong đêm tối. Tuy nhiên, để hoàn thành phần đầu của quỹ đạo tiếp cận mới, Dawn sẽ ở trên các vĩ độ thấp hơn, rất cao trên bề mặt bí ẩn nhưng không xa xích đạo. Do đó, khi nó chạy về phía RC3, nó sẽ định hướng động cơ ion của nó không chỉ rút ngắn thời gian để đạt đến độ cao quỹ đạo đó mà còn nghiêng mặt phẳng quỹ đạo của nó để nó bao quanh các cực (và nghiêng mặt phẳng ở một vị trí cụ thể định hướng so với mặt trời). Sau đó, cuối cùng, khi nó tiến gần hơn, nó sẽ chuyển sang sử dụng chùm ion xenon phát sáng hiệu quả nổi tiếng này để chống lại trọng lực của Ceres, hoạt động như một phanh chứ không phải là máy gia tốc. Đến ngày 23 tháng 4, hành động đầu tiên của một vở ballet thiên thể mới tuyệt đẹp sẽ kết thúc. Bình minh sẽ ở trong quỹ đạo dự định ban đầu xung quanh Ceres, sẵn sàng cho hành động tiếp theo của nó: những quan sát chuyên sâu về RC3 mà chúng tôi đã mô tả vào tháng Hai.
Bắc nằm trên đỉnh của hình này và mặt trời ở xa bên trái. Ceres quỹ đạo chuyển động xung quanh mặt trời mang nó thẳng vào hình. Cách tiếp cận ban đầu đã đưa Dawn qua cực nam của Ceres, khi nó xoắn ốc trực tiếp vào RC3. Về cách tiếp cận mới, nó nhìn ở đây như thể nó bay qua cực bắc, nhưng đó là do sự mô tả bằng phẳng. Như con số trước đây cho thấy, cách tiếp cận đưa Dawn vượt xa Ceres. Phần trên của quỹ đạo xanh không nằm trong cùng mặt phẳng với cách tiếp cận ban đầu và RC3; đúng hơn, nó ở trong nền, đằng sau đồ họa. Khi Dawn bay sang bên phải của sơ đồ, nó cũng tiến về phía mặt phẳng của hình để căn chỉnh với RC3 được nhắm mục tiêu. Như trước đây, các vòng tròn, cách nhau một khoảng thời gian, cho biết tốc độ tàu vũ trụ; nơi họ ở gần nhau hơn, con tàu di chuyển chậm hơn. (Bạn có thể nghĩ về viễn cảnh này là từ bên cạnh và hình trước đó như thể hiện góc nhìn từ trên cao, ra khỏi đầu của hình ảnh này.) Tín dụng: NASA / JPL
Tuyến Dawn Dawn lên quỹ đạo không phức tạp và thanh lịch hơn những gì bất kỳ phi công tàu vũ trụ crackerjack nào sẽ thực hiện. Tuy nhiên, một trong những khác biệt chính giữa những gì ace của chúng ta sẽ thực hiện và những gì thường xảy ra trong các bộ phim khoa học viễn tưởng là các thao tác Dawn Dawn sẽ tuân thủ các định luật vật lý. Và nếu điều đó không đủ hài lòng, có lẽ thực tế là nó thực sự khiến nó trở nên ấn tượng hơn. Một tàu vũ trụ được gửi từ Trái đất hơn bảy năm trước, được thúc đẩy bởi các ion gia tốc điện, đã được điều động rộng rãi trên quỹ đạo xung quanh Protoplanet khổng lồ Vesta để tiết lộ vô số bí mật của nó, sẽ sớm bay lên, lăn và xoay, bay lên và bay xuống vào quỹ đạo kế hoạch của nó.
Minh họa về các vị trí tương đối (nhưng không phải kích thước) của Trái đất, mặt trời và Bình minh vào đầu tháng 12 năm 2014. Trái đất và mặt trời ở vị trí này vào mỗi tháng 12. Các hình ảnh được đặt chồng lên quỹ đạo cho toàn bộ nhiệm vụ, cho thấy các vị trí của Trái đất, Sao hỏa, Vesta và Ceres tại các mốc quan trọng trong chuyến hành trình Dawn Dawn. Tín dụng: NASA / JPL
Và tất cả điều này sẽ diễn ra ở rất xa Trái đất. Thật vậy, Dawn nằm trên quỹ đạo nhật tâm rất khác so với hành tinh mà nó để lại vào năm 2007. Vào tháng 12, những con đường riêng biệt của chúng sẽ đưa chúng đến những mặt đối diện của mặt trời. Chúng ta sẽ không có sự sắp xếp thiên thể tương tự cho đến năm 2016, khi đó tàu sẽ ở trong quỹ đạo độ cao thấp nhất của nó tại Ceres. (Chúng tôi mời những người bạn tương lai của chúng ta trở về quá khứ để cho chúng ta biết tầm nhìn ở đây như thế nào. __) Từ góc nhìn trên mặt đất của chúng ta trong năm nay, Dawn sẽ xuất hiện dưới một đường kính mặt trời từ mặt trời mặt trời vào ngày 9 và 10 tháng 12.
Khi Trái đất, mặt trời và tàu vũ trụ tiến gần hơn đến sự liên kết, các tín hiệu vô tuyến qua lại phải đi gần mặt trời. Môi trường mặt trời thực sự rất khốc liệt, và nó sẽ cản trở những sóng vô tuyến đó. Trong khi một số tín hiệu sẽ được thông qua, giao tiếp sẽ không đáng tin cậy. Do đó, các bộ điều khiển có kế hoạch không có s cho tàu vũ trụ từ ngày 4 tháng 12 đến ngày 15 tháng 12; tất cả các hướng dẫn cần thiết trong thời gian đó sẽ được lưu trữ trên tàu trước. Thỉnh thoảng ăng-ten Deep Space Network, chỉ gần mặt trời, sẽ lắng nghe tiếng ồn ào cho tiếng thì thầm của tàu vũ trụ, nhưng nhóm sẽ coi bất kỳ thông tin liên lạc nào là phần thưởng.