ΑΠΟΣΤΟΛΗ «ΧΑΓΙΑΜΠΟΥΣΑ 2» ΣΤΟΝ ΑΣΤΕΡΟΕΙΔΗ ΡΙΟΥΓΚΟΥ

Προσέγγιση για λήψη και μεταφορά στη Γη δείγματος υπεδάφους

Καλλιτεχνική απεικόνιση του «Χαγιαμπούσα 2» την ώρα που θα παίρνει δείγμα υπεδάφους του αστεροειδούς Ριούγκου από λάκκο, που θα έχει δημιουργήσει νωρίτερα ρίχνοντας πάνω του με μεγάλη ταχύτητα μια βλητική συσκευή

Στον αστεροειδή Ριούγκου (πρώην 1999-JU3) έφτασε στις 27 Ιούνη η διαστημοσυσκευή «Εξερευνητής Αστεροειδών Χαγιαμπούσα 2», της ιαπωνικής διαστημικής υπηρεσίας JAXA, που είχε εκτοξευτεί στις 3 Δεκέμβρη 2014, από το Διαστημικό Κέντρο Τανεγκασίμα. Η αποστολή «Χαγιαμπούσα 2» (ονομασία είδους γερακιού στα ιαπωνικά), που αποτελεί βελτιωμένη έκδοση του πρώτου «Χαγιαμπούσα», αποτελεί συνέχεια της πετυχημένης (παρά τα τεχνικά προβλήματα) αποστολής του 2005, που είχε τότε στόχο τον αστεροειδή Ιτοκάβα (τύπου S) και ήταν η πρώτη, που πέντε χρόνια αργότερα, έφερε πίσω στη Γη δείγματα σκόνης από ουράνιο σώμα της ζώνης των αστεροειδών.
Ο Ριούγκου ανήκει στην ομάδα αστεροειδών «Απόλλων», που η τροχιά τους τέμνεται με εκείνη της Γης. Τέτοιος ήταν ο μικρός αστεροειδής που κάηκε εντυπωσιακά στην ατμόσφαιρα το 2013 στο Τσελιαμπίνσκ στα νότια Ουράλια, προκαλώντας ζημιές και μικροτραυματισμούς 1.000 ανθρώπων από τα θραύσματα τζαμιών που προκάλεσε το ωστικό κύμα της έκρηξής του. Ο Ριούγκου λόγω και του μεγέθους του είναι δυνητικά πολύ πιο επικίνδυνος για τη Γη. Πρόκειται για αστεροειδή τύπου C, δηλαδή στη σύσταση των υλικών του υπάρχουν περισσότερες οργανικές ενώσεις και νερό σε σχέση με τους αστεροειδείς του τύπου του Ιτοκάβα, που εξερεύνησε ο πρώτος «Χαγιαμπούσα». Η ανακάλυψη τέτοιων ουσιών θα ενισχύσει ή θα αδυνατίσει θεωρίες για προέλευση του νερού στη Γη από κομήτες και αστεροειδείς που βομβάρδισαν τη Γη στα πρώτα στάδια σχηματισμού της, όπως και για την προέλευση των αρχικών οργανικών ενώσεων που επέτρεψαν την εμφάνιση της ζωής στον πλανήτη. Το υλικό των αστεροειδών (κάτω από το επιφανειακό στρώμα που βομβαρδίζεται από ακτινοβολίες και τον ηλιακό άνεμο) έμεινε αναλλοίωτο από την εποχή σχηματισμού του ηλιακού συστήματος και μπορεί να δώσει πληροφορίες γι' αυτή.

Οκτάεδρο μαύρο ζάρι

Ο αστεροειδής Ριούγκου ανακαλύφθηκε το 1999 και έχει παρόμοια τροχιά με τον Ιτοκάβα, τέτοια που περιστασιακά τον φέρνει αρκετά κοντά στη Γη. Σύμφωνα με αστρονομικές παρατηρήσεις, έχει διάμετρο 920 μέτρα (ο Ιτοκάβα έχει 500) και όπως αποδεικνύεται από τις πρώτες κοντινές φωτογραφίες, που έστειλε το «Χαγιαμπούσα 2», έχει σχήμα οκταέδρου (σαν ζάρι αλλά με οκτώ πλευρές). Σε ένα σημείο του υπάρχει μια πιο φωτεινή περιοχή συγκριτικά με τη χαμηλή ανακλαστικότητα του φωτός (λευκαύγεια ή albedo) στην υπόλοιπη επιφάνειά του. Εχει αρκετά ομαλή περιστροφή και ο χρόνος περιστροφής του γύρω από τον άξονά του είναι 7,6 ώρες. Ωστόσο, το ανάγλυφο της επιφάνειάς του και οι τοπικές μεταβολές στη μικροβαρύτητά του, αναμένεται ότι θα δυσκολέψουν την προσέγγιση του σκάφους για τη λήψη δείγματος.
Το «Χαγιαμπούσα 2» θα μείνει στον Ριούγκου επί ενάμισι έτος και καλώς εχόντων των πραγμάτων θα επιστρέψει στη Γη το 2020, ρίχνοντας με αλεξίπτωτο το κάνιστρο με τα δείγματα εδάφους, που θα έχει πάρει. Ηδη έχει αρχίσει να τον φωτογραφίζει και να τον παρατηρεί από κοντά με τα επιστημονικά όργανα που φέρει το μητρικό σκάφος, ενώ στη συνέχεια θα ρίξει πάνω του με ορμή ένα βαρίδι, ώστε να δημιουργηθεί ένας ρηχός κρατήρας, με την ελπίδα ότι θα αποκαλυφθούν στρώματα εδάφους που δεν έχουν αλλοιωθεί από την εποχή σχηματισμού του. Το μητρικό σκάφος θα προσπαθήσει να συλλέξει χώμα από αυτόν τον κρατήρα, χωρίς να προσεδαφιστεί, χρησιμοποιώντας μια ειδική τηλεσκοπική συσκευή.

Το πρώτο «Χαγιαμπούσα» είχε αντιμετωπίσει σοβαρότατα και πολλαπλά προβλήματα με τους κινητήρες, τις συσκευές σταθεροποίησης και πλοήγησης καθώς και με την αυτοκινούμενη διαστημοσυσκευή ανίχνευσης MASCOT και τα αυτοκινούμενα μικρά ρομπότ φωτογράφισης που μετέφερε. Τελικά, μετά από κοπιώδεις προσπάθειες των επιστημόνων στο κέντρο ελέγχου, που αξιοποίησαν πρόνοιες του σκάφους για διπλά συστήματα με δυνατότητα αναδιάταξης του τρόπου διασύνδεσής τους, είχε καταφέρει να επιστρέψει στη Γη το 2010 με το δείγμα εδάφους από τον Ιτοκάβα.

Το πρόβλημα της επιστροφής

Οι διαστημοσυσκευές «Χαγιαμπούσα» χρησιμοποιούν πυραυλοκινητήρες πλάσματος, που τροφοδοτούνται με Ενέργεια από ηλιακές κυψέλες. Οι κινητήρες αυτοί χρησιμοποιούνται εδώ και αρκετά χρόνια για να διατηρούνται στην τροχιά τους γεωστατικοί δορυφόροι. Μάλιστα η Σοβιετική Ενωση τους χρησιμοποιούσε γι' αυτόν το σκοπό ήδη από τη δεκαετία του 1970. Πέρα από τους δορυφόρους χρησιμοποιήθηκαν και για αποστολές διαστημοσυσκευών προς το κοντινότερο στη Γη ουράνιο σώμα, τη Σελήνη. Ομως, μόλις τις δύο τελευταίες δεκαετίες έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούνται και σε μακρινές αποστολές. Ετσι, το Σεπτέμβρη του 2007 εκτοξεύτηκε η διαστημοσυσκευή «Αυγή» («Dawn») που επισκέφθηκε το μεγάλο αστεροειδή Εστία και το νάνο πλανήτη Δήμητρα. Αλλά και η πτήση του «Deep Space 1» της NASA προς τον αστεροειδή Μπρέιλ και τον κομήτη Μπορέλι έγινε δυνατή χάρη στη χρήση κινητήρων πλάσματος.
Μετά από μια εκτόξευση σκάφους προς μακρινό ουράνιο σώμα, οι δεξαμενές καυσίμου και οξειδωτικού είναι σχεδόν άδειες και το διαστημικό όχημα συνεχίζει να κινείται λόγω αδράνειας. Γι' αυτό, για να φτάσει στους εξωτερικούς πλανήτες χρειάζεται συνήθως η αξιοποίηση της βαρυτικής έλξης της Γης ή του Αρη, με κοντινά περάσματα που λειτουργούν ως σφεντόνα, επιταχύνοντας το διαστημικό όχημα και αλλάζοντας την πορεία του. Ετσι, όμως, αποστολές που θα διαρκούσαν δύο ή τρία χρόνια, διαρκούν τελικά 5 ή περισσότερα. Επιπλέον, πρέπει να γίνουν μέσα στο συγκεκριμένο «χρονικό παράθυρο», στο οποίο οι πλανήτες έχουν κατάλληλες θέσεις. Τα εναπομένοντα καύσιμα των διαστημοσυσκευών χρησιμοποιούνται συνήθως μόνο για μικροδιορθώσεις της πορείας. Δεν επαρκούν ούτε για «φρενάρισμα», πολύ περισσότερο για ταξίδι επιστροφής της διαστημοσυσκευής, ώστε να μεταφέρει πίσω στη Γη π.χ. κάποια δείγματα, όπως οι αποστολές «Χαγιαμπούσα».
Οι χημικοί πυραυλοκινητήρες πετυχαίνουν σχετικά χαμηλές ταχύτητες των αερίων καύσης (γύρω στα 3 με 4 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο), οπότε χρειάζονται μεγαλύτερη ποσότητα απ' αυτά, αφήνοντας ελάχιστο περιθώριο για ωφέλιμο φορτίο. Η ταχύτητα εξαγωγής αερίων από χημικούς πυραυλοκινητήρες είναι συνάρτηση της θερμοκρασίας των αερίων, που περιορίζεται από το ποσό της Ενέργειας που εκλύεται ακόμα και στις πιο εξώθερμες αντιδράσεις, αλλά και από το σημείο τήξης των τοιχωμάτων του ακροφύσιου.

Πλάσμα η λύση

Οι κινητήρες πλάσματος δίνουν λύση στο πρόβλημα. Σ' αυτούς δεν γίνεται κάποια καύση, άρα δεν χρειάζεται το σκάφος να μεταφέρει καύσιμο και οξειδωτικό. Εκείνο που κάνουν είναι ότι δημιουργούν πλάσμα (ιονίζουν την προωθητική ουσία, που στην περίπτωση των «Χαγιαμπούσα» είναι το ευγενές αέριο ξένο) και το επιταχύνουν σε ταχύτητες δεκάδων χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο. Το πλάσμα δημιουργείται προσφέροντας Ενέργεια στο αέριο, είτε ακτινοβολώντας το με ισχυρά λέιζερ, μικροκύματα ή ραδιοσυχνότητες, είτε υποβάλλοντάς το σε ισχυρά ηλεκτρικά πεδία. Η Ενέργεια αυτή απελευθερώνει ηλεκτρόνια από τα άτομα ή τα μόρια του αερίου, αφήνοντάς τα με θετικό φορτίο, ενώ τα ηλεκτρόνια περιφέρονται ελεύθερα μέσα στο αέριο, κάνοντάς το καλύτερο αγωγό του ηλεκτρικού ρεύματος ακόμα και από το χαλκό. Τα φορτισμένα σωματίδια του πλάσματος επιταχύνονται όταν εφαρμοστεί πάνω τους ηλεκτρικό ή μαγνητικό πεδίο και μπορούν να εκτοξευτούν με πολύ μεγάλη ταχύτητα από τη μία άκρη του θαλάμου παραγωγής τους, που έτσι λειτουργεί ως πυραυλοκινητήρας. Τα απαραίτητα πεδία δημιουργούνται από ηλεκτρόδια και μαγνήτες κατάλληλα τοποθετημένους, ή από το πέρασμα ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από το πλάσμα. Η ώθηση που προσφέρουν οι κινητήρες πλάσματος είναι πολύ μικρή, αλλά εφαρμοζόμενη για μεγάλο χρονικό διάστημα μπορεί να επιταχύνει το σκάφος σε μεγάλες ταχύτητες.
Αποστολή επιστροφής δείγματος στη Γη, παρόμοια με του «Χαγιαμπούσα 2», θα επιχειρήσει να φέρει σε πέρας το σκάφος «Osiris-Rex» της NASA, που αναμένεται να φτάσει στον αστεροειδή Μπενού τον Αύγουστο.

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: JAXA