Inovativní koncept kosmické mise počítá s dvojicí cubesatů, které by spojovalo tenké, několik kilometrů dlouhé lano. Tato neobvyklá mise by mohla pomoci vědcům lépe pochopit, jak Měsíc získal zajímavě vypadající útvary. Na více než sto místech lunárního povrchu najdeme vířící vzory světlých a tmavých materiálů, které někomu mohou připomínat abstraktní tetování. Oddělení studií malých satelitů pro planetární vědu a hluboký vesmír (Planetary Science Deep Space SmallSat Studies), označované také jako PSDS3 před nedávnem vybralo tým z Goddardova střediska, aby dále rozvinul projekt označovaný Bi-sat Observations of the Lunar Atmosphere above Swirls (dvoudružicové pozorování lunární atmosféry a vírů), tedy ve zkratce BOLAS. Celou skupinu vede Timothy Stubbs, který by jednou mohl stát i v čele první podobné reálné mise.
Zdroj: https://www.nasa.gov
„Ten nápad je úžasný,“ nešetří chválou Michael Collier, který se podílí na projektu BOLAS od roku 2015. V minulých letech se věnoval hlavně tomu, jak mohou svázané cubesaty pomoci se sběrem jinak obtížně získatelných údajů a dodává: „Upřímně si myslím, že je to přelomová technologie. Svázané družice jsou přirozeným přístupem pro výzkum měsíčního povrchu.“
Současný návrh počítá s dvojicí 12U cubesatů – ty by dosáhly polostabilní dráhy ve výšce 100 kilometrů nad povrchem Měsíce, na které jsou potřebné jen minimální korekce. Následně by došlo k nejsložitější fázi celé mise – rozdělení obou cubesatů, které by spojovalo pouze lano o délce 180 kilometrů! Zatímco horní družice by vystoupala do výšky 190 kilometrů nad povrchem, její spodní, téměř identické dvojče by se dostalo pouze do výšky 9,5 kilometru nad povrchem Měsíce.
„Napnutí v lanu by udrželo cubesaty ve vertikální orientaci během jejich oběhu,“ vysvětluje Stubbs a dodává: „Tato konfigurace, ve které je těžiště na polostabilní oběžné dráze by mohla spodními cubesatu umožnit dlouhý výzkum z nízkých výšek.“ Bez tohoto komplikovaného systému by družice na takto nízké dráze potřebovala značné množství paliva, aby korigovala změny dráhy. Kupříkladu sonda LRO létala na počátku své mise po kruhové dráze ve výšce 50 kilometrů. Pokud by NASA neprováděla zážehy pro korekce dráhy, sonda by narazila do měsíčního povrchu.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org
Důvodem jsou místa na povrchu Měsíce s velkou koncentrací hmoty. Tato místa mají odlišnou gravitaci a ta ovlivňuje gravitační pole celého Měsíce. Sonda na oběžné dráze tak může být přitažena, nebo odstrčena z ideální dráhy, přičemž dlouhodobě tyto odchylky vedou k nárazu do měsíčního povrchu. „Kosmická tělesa s absencí atmosféry je koncept výzkumu pomocí svázaných sond inovativní metodou přístupu k technické výzvě v podobě měření z nízké oběžné dráhy s využitím minimálního množství paliva,“ uvedl Collier s tím, že cubesaty by vzhledem ke svým malým rozměrům nemohly nést palivo potřebné pro tradiční udržovací manévry.
Pro vědce samozřejmě platí jednoduchá úměra – čím blíže se sonda dostane k lunárnímu povrchu, tím lépe. Oba cubesaty by měly být podle návrhu vybaveny téměř identickým souborem miniaturizovaných přístrojů včetně spektrometrů a klasických kamer, jejichž vývoj pro projekt BOLAS již učinil pokrok. Dvojice satelitů by měla pomoci lépe pochopit vodíkový koloběh na Měsíci jak v nízkých, tak i vysokých výškách.
„S touto sadou přístrojů je pole vědeckých možností opravdu hodně široké,“ vysvětluje Stubbs potenciál subsystémů vyvinutých na Kentucky’s Morehead State University. Ta se mimochodem intenzivně podílí na misi Lunar IceCube – cubesatu, který by měl startovat na první misi rakety SLS a následně strávit šest měsíců na oběžné dráze Měsíce ve výšce 100 kilometrů. Zde bude pátrat po vodě a dalších látkách, které se mohou odpařovat z povrchu.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org
Ale zpátky ke konceptu BOLAS. Pokud bude mise schválená, měla by trvat rok, během kterého prozkoumá, jak je vodík implementován do lunárního povrchu, ale i to, jak tyto mechanismy souvisí se složením materiálů na povrchu, nebo s lunární topografií, plasmatickými podmínkami, denní dobou nebo magnetickým polem.
Dalším úkolem pro tuto misi je pochopení vzniku takzvaných lunárních vírů – jde o podivně vypadající útvary světlého a tmavého materiálu, které vypadají, skoro jako kdyby je někdo namaloval na povrch Měsíce. Vědci se chtějí zaměřit hlavně na to, jakou roli hrají v jejich vzniku magnetické anomálie. Dosavadní pozorování naznačují, že by se tyto „víry“ mohly objevovat v místech, kde se dávné kousky magnetického pole dostávají do kontaktu s povrchem. Ukazuje se také, že oblasti se světlým materiálem vypadají méně zvětralé než jejich okolí.
Zdroj: https://www.nasa.gov
Tyto náznaky vedou ke třem hlavním teoriím, které se snaží vysvětlit vznik těchto útvarů. První z nich předpokládá, že vířivé obrazce a magnetické pole se společně zformovaly z materiálů vyvržených při nárazech komet do Měsíce. Další teorie pracuje s mikrometeority, které bombardují povrch Měsíce a jeho jemné prachové částice. Již existující magnetické pole pak tyto vyvržené částice automaticky třídí podle jejich citlivosti na magnetismus, čímž vznikají světlé a tmavé vzory s odlišným složením. Jiní vědci zase sází spíše na nabité částice slunečního větru, které mohou reagovat na magnetické síly. Teoreticky tak může magnetické pole chránit povrch před zvětráváním od slunečního větru.
Díky pozorováním ze sondy LRO má největší podporu právě třetí možnost, ale zatím nejsou k dispozici žádné údaje, které by mohly vyloučit další možnosti. A nebudou toho schopni do chvíle, než se podaří dostat k Měsíci sondu schopnou pracovat na nízké oběžné dráze. Právě ta by měla definitivně rozseknout, která teorie je pravdivá. A projekt BOLAS by mohl být právě tím prostředkem, který může vědecké komunitě zajistit potřebné údaje.
Zdroje informací:
https://www.nasa.gov/
http://www.bis-space.com/
http://www.lpi.usra.edu/
https://forum.nasaspaceflight.com/
http://latesttechnology.space/
Zdroje obrázků:
http://ccar.colorado.edu/asen5050/projects/projects_2009/healy/index_files/image038.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/bolas_tether_orbit_fig_cropped_0.png
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0f/MoonLP150Q_grav_150.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/37/Moon_ER_magnetic_field.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/reiner_gamma_1.jpg
Celkem odvážný koncept a teoreticky by měl i fungovat. Pokud se tedy podaří lano správně rozvinout, aby oba cubesaty byly na svých drahách. A zkratka BOLAS je zase jednou pěkně podařená a na místě 🙂
Z legrace sem si dělal výpočty, pokud sem se tedy neutnul někde, což dopředu připouštím, tak už při tloušťce lana 0,1mm bude 1,5U cubesatu tvořit jen lano, při dvojnásobku už 5,6U – při předpokladu, že při navinování cívky nevznikne prázdný prostor.
Já hodně dumám nad tím napnutím, to fakt bude výzva. 🙂 Čili souhlas s tebou, zajímavý koncept.
Navíc to bude hmotnost lanka srovnatelná se samotnými satelity, takže celá sestava bude mít hodně zajímavou dynamiku. Počítat bych to rozhodně nechtěl.
Díky za zajímavý článek.
Osobně bych si tipnul, že ty útvary (obrazce) budou nejspíš opravdu výsledkem anomálií v magnetickém poli.
Jako možný důvod, proč jsou světlejší oblasti méně zvětralé mne napadá, že světlé povrchy absorbují méně tepla a materiál je tak méně tepelně namáhán. Takže by v Měsíčním prostředí mohly světlé materiály obecně zvětrávat pomaleji, nebo ne?
Myšlenka spojení cubesatů lankem je každopádně pěkná.
Docela by mě zajímalo, jakou může mít takové lanko životnost.
Jestli třeba nebude příliš rychle degradovat vlivem kosmického záření, nebo jinými vlivy. Nebo, jaká je pravděpodobnost zásahu lanka nějakým mikrometeoritem, apod.
Nemáte náhodou nějaké informace, z čeho by mělo být lanko vyrobeno, nebo jaké má mít vlastnosti?
Pokud si dobře vzpomínán, tento koncept byl testován někdy kolem r. 2000 +-10 let na oběžné dráze kolem Země (NASA?). Účelem mělo být generování elektřiny v propojovacím kabelu. Experiment se nezdařil, protože se satelity dostaly do vibrací. Vzpomenete si někdo?
To bude problém i tady. Každá družice bude v jiných gravitačních anomáliích. Musí mít tedy motory pro korekci. Tedy cubesat se 100 km provazu, korekčními motory a přístroji. Hmmmm… Tak tohle zatím neumíme, bude se muset vyvinout hodně nových věcí.
https://en.wikipedia.org/wiki/Space_tether_missions
Na každou z částí rozvinutého BOLASa sice budou působit odlišné gravitační vlivy, ale vtip je právě v tom, že těžiště celé sestavy bude ve výšce 100 km – na polostabilní dráze. Takže když se podaří BOLASo správně rozvinout, měly by ty gravitační vlivy na všechny části být takové, jako by komplet celá sonda (cubesaty + lano) byla stále složená na polostabilní dráze 100 km.
Ano, oběžná dráha sestavy zřejmě bude O.K.
Jenomže gradient gravitační síly nebude moc velký a tak bude síla napínající lanko dost malá. Takže nehomogenity gravitačního pole mohou způsobovat změny v síle (i směru) napínací síly.
A (mimo jiné i kvůli pružnosti lanka) pak může docházet k různým pohybům obou satelitů, nebo třeba nepříjemnému rozkmitání lanka, apod.
Na druhou stranu by to ale v gravitačním poli Měsíce mělo fungovat podstatně lépe než na Zemské orbitě.
Otázkou je také vliv teplotní roztažnosti lanka: když sestava vlétne do stínu Země nebo Měsíce, zahřáté lanko asi dost rychle zchladne a dojde k jeho smrštění. Lanko pak satelity trochu přitáhne směrem k sobě.
Netroufám si odhadnout, jestli tenhle efekt bude dost silný a rychlý, aby pak satelity pokračovaly v pohybu setrvačností, nebo se rychle ustálí.
Zatím asi nelze úplně vyloučit, že satelity možná budou na koncích lanka trochu „skotačit“… Rozhodně to bude zajímavý experiment.
Mne to cele pripada ako space elevator. Teoreticky by to fungovat malo, ale neviem si predstavit ake technologie budu potrebne.