Aus einer Pressemitteilung des Goddard Space Flight Center:
Sie sind fast angekommen.
Es dauerte eineinhalb Jahre, über 90 Umlaufbahnmanöver und - wunderbar - viele Gravitationsschübe und nur das geringste Maß an Treibstoff, um zwei Raumschiffe von ihrer Umlaufbahn um die Erde zu ihrem neuen Zuhause um den Mond zu bewegen.
Auf ihren Reisen durchlief das Raumschiff noch nie zuvor versuchte Umlaufbahnen und machte schöne Schnörkelsprünge von einer Umlaufbahn zur nächsten. In diesem Sommer werden die beiden ARTEMIS-Raumschiffe, die ihr Leben im Rahmen der THEMIS-Mission mit fünf Schiffen begonnen haben, die die Aurora der Erde untersucht, stattdessen beginnen, den Mond zu umkreisen. THEMIS ist eine Abkürzung für die Zeitgeschichte von Ereignissen und die makroskalige Interaktion während Substorms-Raumfahrzeugen.
Selbst mit der jahrzehntelangen Erfahrung der NASA in der Orbitalmechanik war diese Reise keine leichte Aufgabe. Die Reise erforderte mehrere Manöver, die noch nie zuvor versucht worden waren, einschließlich mehrerer Monate, in denen sich jedes Fahrzeug auf einem nierenförmigen Pfad auf jeder Seite des Mondes um nichts als einen Gravitationspunkt im Weltraum bewegte, der von keinem physischen Planeten oder Objekt markiert war.
"Niemand hat diese Umlaufbahn jemals zuvor ausprobiert, es ist eine Erd-Mond-Librationsumlaufbahn", sagt David Folta, Flugdynamikingenieur am Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Md. "Es ist eine sehr instabile Umlaufbahn, die tägliche Aufmerksamkeit und ständige Anpassungen erfordert . ”
Die Reise für ARTEMIS - kurz für Beschleunigung, Wiederverbindung, Turbulenz und Elektrodynamik der Wechselwirkung des Mondes mit der Sonne - begann 2009, nachdem THEMIS zwei Jahre lang wissenschaftliche Daten über die magnetische Umgebung der Erde, die Aurora und wie diese gesammelt hatte sind von der Sonne betroffen.
Die Raumschiffe sind solarbetrieben, aber die Umlaufbahnen der beiden äußersten THEMIS-Raumschiffe waren im Laufe der Zeit verrutscht und sollten regelmäßig acht Stunden lang dunkel sein. Diese Raumschiffe könnten ohne Sonnenlicht bis zu drei Stunden aushalten, aber so viel Dunkelheit würde die Batterien bald vollständig entladen.
Die Teams von UC-Berkeley und Goddard übernahmen die tägliche Kontrolle über das THEMIS-Raumschiff. Der Principal Investigator für die Mission, Vassilis Angelopoulos von der UCLA, sprach mit den Teams über die Bewegung der beiden Raumschiffe zum Mond, um die magnetische Umgebung dort zu untersuchen. Schnelle Modelle einer herkömmlichen Boost-Technik zeigten jedoch, dass der gesamte verbleibende Kraftstoff einfach während des Transports verwendet werden würde. Es würde nicht genug übrig bleiben, damit der kraftstoffhungrige Prozess der Anpassung von Richtung und Geschwindigkeit tatsächlich beginnt, den Mond zu umkreisen.
Also hat Angelopoulos einen neuen, komplexeren mehrjährigen Plan für den Umlaufbahnwechsel zusammengestellt. Die Bewegung würde sich hauptsächlich auf die Schwerkraft des Mondes und der Erde stützen, um das Raumschiff an seinen Platz zu bringen. Er brachte seine Idee zu zwei Ingenieuren, die an erster Stelle an der Einführung von THEMIS beteiligt waren: David Folta und ein weiterer Flugingenieur bei Goddard, Mark Woodard. Das Paar verwendete ihre eigenen Modelle, um dieses neue Design zu validieren, und der Plan war in vollem Gange.
Erster Schritt: Vergrößern Sie die Umlaufbahnen. Die ursprünglichen erdzentrierten Umlaufbahnen reichten kaum bis zur Hälfte des Mondes. Durch die Verwendung kleiner Mengen Kraftstoff zur Einstellung von Geschwindigkeit und Richtung zu präzisen Zeitpunkten in der Umlaufbahn wurden die Raumfahrzeuge immer weiter in den Weltraum katapultiert. Für ARTEMIS P1 waren fünf solcher Anpassungen erforderlich, für ARTEMIS P2 27.
Nächster Schritt: Springen Sie von der Erdumlaufbahn in die schwierige nierenförmige „Lissajous“ -Umlaufbahn und umkreisen Sie den sogenannten Lagrange-Punkt auf jeder Seite des Mondes. Diese Punkte sind die Orte, an denen sich die Schwerkraftkräfte zwischen Erde und Mond ausgleichen - der Punkt bietet tatsächlich keine physische Einheit zum Umkreisen. ARTEMIS P1 machte am 25. August 2010 den Sprung - in einem wunderschönen Bogen unter und um den Mond - zum Lagrange-Punkt auf der anderen Seite des Mondes. Das zweite Fahrzeug machte am 22. Oktober den Sprung zur nahen Seite des Mondes. Diese Übertragung erforderte eine komplexe Reihe von Manövern, einschließlich Mondgravitationsassistenten, Erdgravitationsassistenten und Weltraummanövern. Die Kombination dieser Manöver war nicht nur erforderlich, um an der richtigen Stelle in der Nähe des Mondes anzukommen, sondern auch zur richtigen Zeit und Geschwindigkeit.
Mit einer Reihe von Erd- und Mondgravitationshilfen - und nur dem geringsten Treibstoff - gelangte das ARTEMIS-Raumschiff im Winter 2010 in die Umlaufbahn um die Lagrange-Punkte des Mondes. Bildnachweis: NASA Goddard Space Flight Center / Wissenschaftliches Visualisierungsstudio
Geschichte wurde geschrieben. Zahlreiche Satelliten umkreisen Lagrange-Punkte zwischen Erde und Sonne, aber obwohl diese Umlaufbahn ausgiebig untersucht worden war, war sie noch nie zuvor versucht worden.
Dies war nicht nur eine technische Leistung für sich, sondern das Raumschiff befand sich jetzt an einem idealen Ort, um den Magnetismus in einiger Entfernung vom Mond zu untersuchen. In dieser Position konnten sie erkennen, wie der Sonnenwind - bestehend aus ionisiertem Gas, bekannt als Plasma - am Mond vorbeiströmt und versucht, das Vakuum auf der anderen Seite zu füllen. Eine Aufgabe, die kompliziert wird, da das Plasma durch die Magnetfelder gezwungen wird, sich auf bestimmten Wegen zu bewegen.
"Es ist ein wahrer Zoo von Plasma-Phänomenen", sagt David Sibeck, Projektmanager für THEMIS und ARTEMIS bei Goddard. "Der Mond schneidet einen Hohlraum im Sonnenwind aus, und dann können wir beobachten, wie sich das ausfüllt. Es ist alles andere als langweilig. Es gibt Mikrophysik und Teilchenphysik sowie Wellenpartikelwechselwirkungen und Grenzen und Schichten. Alle Dinge, die wir vorher noch nicht im Plasma studiert hatten. "
Das Leben der Flugingenieure war alles andere als langweilig. Es ist keine einfache Aufgabe, etwas in der Umlaufbahn um einen Punkt zu halten, der außer dem Gleichgewicht der Schwerkraft nur wenig zu markieren hat. Das Raumschiff musste regelmäßig korrigiert werden, um den Überblick zu behalten, und Folta und Woodard beobachteten es täglich.
"Wir bekamen jeden Tag gegen 9 Uhr aktualisierte Informationen zur Umlaufbahn", sagt Woodard. "Wir würden das durch unsere Software laufen lassen und eine Schätzung erhalten, was unser nächstes Manöver sein sollte. Wir würden mit Berkeley hin und her gehen und zusammen ein Manöver validieren, bis wir wussten, dass es funktionieren würde und uns noch eine Woche fliegen lassen würden. "
Das Team hat aus Erfahrung gelernt. Leichte Anpassungen hatten oft größere Konsequenzen als erwartet. Sie fanden schließlich die optimalen Stellen, an denen Korrekturen weniger Feinabstimmung zu erfordern schienen. Diese Sweet Spots kamen immer dann, wenn das Raumschiff eine imaginäre Linie zwischen Erde und Mond überquerte, obwohl nichts in Theorien so etwas vorhergesagt hatte.
Die tägliche Wachsamkeit erwies sich als entscheidend. Am 14. Oktober änderten sich die Umlaufbahn und Haltung des P1-Raumfahrzeugs unerwartet. Der erste Gedanke war, dass das Tracking-System möglicherweise ausgefallen ist, aber das schien nicht das Problem zu sein. Das ARTEMIS-Team bemerkte jedoch auch, dass sich das gesamte Fahrzeug etwa 0,001 Umdrehungen pro Minute schneller drehte. Eines der Instrumente zur Messung elektrischer Felder funktionierte ebenfalls nicht mehr. Beste Annahme? Die Kugel am Ende des 82-Fuß-Auslegers dieses Instruments war abgebrochen - vielleicht weil sie von etwas getroffen wurde. Diese Kugel war nur drei Unzen auf einem Raumschiff, das fast 190 Pfund wog - aber sie passte die Geschwindigkeit von ARTEMIS P1 so an, dass sie, selbst wenn sie die Anomalie noch einige Tage später entdeckt hatten, eine unerschwingliche Menge Treibstoff verschwenden mussten, um wieder auf Kurs zu kommen.
So wie es ist, wird ARTEMIS es mit noch mehr Treibstoff als ursprünglich angenommen zum Mond schaffen. Es wird sieben bis zehn Jahre lang genug Treibstoff für Umlaufbahnkorrekturen geben und dann genug übrig, um die beiden Fahrzeuge zum Mond zu bringen.
„Wir sind begeistert von der Arbeit der Missionsplaner“, sagt Sibeck. „Sie werden uns dem Mond viel näher bringen, als wir es uns erhofft hätten. Dies ist entscheidend, um qualitativ hochwertige Daten über das Innere des Mondes, seine Oberflächenzusammensetzung und darüber zu liefern, ob sich dort Magnetismus-Taschen befinden. "
Am 9. Januar 2011 sprang ARTEMIS P1 über den Mond und schloss sich ARTEMIS P2 auf der der Erde am nächsten gelegenen Seite des Mondes an. Nun beginnen die letzten Schritte.
Am 27. Juni wird P1 in Richtung Mond spiralförmig sein und in die Mondumlaufbahn eintreten. Am 17. Juli folgt P2. P2 bewegt sich in die gleiche Richtung wie der Mond oder im Verlauf; P1 bewegt sich rückläufig in die entgegengesetzte Richtung.
„Wir haben ARTEMIS jeden Tag überwacht und jede Woche Manöver entwickelt. Es war eine Herausforderung, aber wir haben einige großartige Dinge entdeckt “, sagt Folta, der seine Aufmerksamkeit nun auf andere NASA-Flüge wie die MAVEN-Mission zum Mars richten wird, die 2013 starten soll.„ Aber bald werden wir es sein Nach diesem letzten Manöver sind wir wieder nur noch ARTEMIS-Berater. “
Weitere ARTEMIS-Bilder und -Videos finden Sie unter diesem Link.
Geschrieben von Karen C. Fox bei GSFC.
