Til hovedsiden
    

   
    Bli medlem
    Siste nytt
    Artikler
    Bildeserier
    Temasider
    Bildearkiv
    Foredrag
    Effekter til salgs
    Lenker
    Spørsmål og svar
    Spør oss
    Prosjektoppgave
    Om oss
    NAF på Facebook
    Kontakt oss
    Nettstedskart
    Hovedsiden
Trykk for å lese mer om sitatet
 

Magellan går nye veier

Av Øyvind Guldbrandsen

 

Artikkel publisert i Nytt om Romfart, 23. årgang, nummer 87, oktober-desember 1993, sidene 26-28 av Norsk Astronautisk Forening/www.romfart.no.

Skriv ut

Tips bekjent

 

Magellan-sonden, som siden august 1990 har radarkartlagt 98 % av Venus' fullstendig skytildekkede overflate, gjennomførte sommeren 1993 en bemerkelsesverdig «aerobrake»-operasjon som har gjort banen rundt Venus bedre egnet for gravitasjonsfeltkartlegging. Ved at man reduserte Magellans banehøyde ved gjentagende ganger å dykke ned i Venus' øvre atmosfære og dermed bremse opp sonden, klarte man seg med 3,5 % av den drivstoffmengden man måtte ha brukt dersom samme baneendring skulle vært utført med ordinær bruk av bremsemotorer.

Drivstoffet Magellan benytter er hydrasin, som brukes både til banejusteringer og stillingskontroll (ved siden av et sett med gyroer). Ved oppskytingen i april 1989 var Magellan utstyrt med 129 kg hydrasin, og hadde da nedbremsingen ved hjelp av atmosfæren startet 94 kg igjen.

Magellan brukte kun 31,6 kg av sin gjenværende drivstoffmengde i løpet av den 70 dager lange «aerobrake»operasjonen. Uten hjelp av Venus' atmosfære måtte man ha brukt rundt 900 kg for å få gjort den samme baneendringen, det vil si 28 ganger så mye! Det var avsatt 53,2 kg drivstoff til operasjonen.

Den vellykkede baneendringsoperasjonen, den første av sitt slag gjennomført av noe interplanetarisk romfartøy, vil uten tvil bidra til å gjøre bruk av atmosfærenedbremsing mer aktuell ved planleggingen av fremtidige romferder. Magellan, som ikke engang var konstruert med tanke på å bruke atmosfærenedbremsing til banereduksjon, har ikke vist noen tegn til skade etter sine 730 passeringer gjennom Venus' øvre atmosfære.

Under STS-46 ferden i juli 1992 ble for øvrig forskjellige materialer Magellan består av testet mot atomært oksygen i rommet rundt Jorden. Resultatene viste at man ikke burde sende Magellan lavere enn 140 km over Venus.

Magellans bane rundt Venus var på 8468 km x 172 km da aerobrakingen startet den 25. mai 1993, og var den 5. august, etter to dager med finjusteringer, på 541 km x 197 km. Aerodynamisk drag reduserte samlet hastigheten med 1221 m/s. Den 16. august 1993 startet man globale gravitasjonsfeltmålinger med 200-400 km oppløsning. Med Magellans opprinnelige elliptiske bane var det kun mulig å gjøre målinger med denne oppløsningen i nærheten av ekvator.

Dersom man reduserer hastigheten når et romfartøy i en ellipseformet bane er ved periapsis (det punktet i banen som er nærmest planeten), vil høyden på apoapsis (punktet i banen lengst fra planeten) bli redusert. På samme måte vil høyden på periapsis bli redusert dersom hastigheten reduseres når romfartøyet er i apoapsis.

Kort fortalt ble Magellans aerobrakeoperasjon innledet ved at man i slutten av mai 1993 benyttet sondens bremsemotorer til å senke periapsis fra 172 km til rundt 140 km, slik at sonden passerte gjennom de øverste lagene av Venus' atmosfære og dermed ble noe bremset opp ved hvert omløp. Fram til 3. august reduserte dette gradvis apoapsis fra 8468 km til 541 km og omløpstiden fra 3 til 1,5 timer, før fremdriftsmotorene (bremsemotorene brukt i motsatt retning) hevet periapsis opp til 197 km. Dette for å forhindre at Magellan til slutt skulle forsvinne helt ned i Venus-atmosfæren og brenne opp.

Under operasjonen ble periapsishøyden til stadighet justert ved hjelp av bremsemotorene slik at sonden skulle passere gjennom atmosfærelag med passende tetthet og slik at belastningene på sonden ikke skulle overskride visse grenser. Det dynamiske trykket på sonden skulle holdes under 0,35 N/m2 og temperaturen på solcellepanelene under 110 °C. Trykk på opptil 0,40 N/m2 ble likevel registrert, mens temperaturen ikke kom over 89 °C.

Et av problemene var at Venus' atmosfære ikke er helt ensartet i en gitt høyde. Foruten forskjeller mellom dag- og nattsiden av planeten, registrerte man flere tilfeldige uregelmessigheter i atmosfæren. Disse er i praksis umulige å forutsi, men kunne ha innvirkning på Magellans bane, som det var viktig å kunne beregne nøyaktig en tid framover i forbindelse med forhåndsprogrammering av sondens operasjoner. Nye programmer ble sendt opp til Magellan via DSN-antennene på Jorden opp til to ganger daglig for at sonden skulle ha mest mulig ferske og pålitelige prosedyrer å følge. I motsatt fall kunne man risikere at den gjorde riktige ting men til feil tid.

Selv om Magellan ikke var konstruert med tanke på noen «aerobrake»operasjoner, viste den seg å være relativt velegnet til dette. Sonden ble sendt igjennom atmosfæren med den store parabolantennen pekende bakover, noe som gav en relativt dynamisk stabil effekt. I tillegg ble solcellepanelene vridd med flaten mot fartsretningen, slik at de gav maksimal bremseeffekt. Magellans totale bremseflate var på 23 m2.

Magellans stilling ble gitt et «slingringsmonn» på 14,1° hver vei i løpet av de 5-12 minuttene det tok å passere gjennom atmosfæren ved hvert omløp. Normalt bruker sonden et sett gyroer til å holde seg stabil, men under aerobrakingen ble bremsemotorene brukt, da disse er kraftigere og følgelig har større umiddelbar effekt. Man kunne også ha kontrollert stabiliteten ved å vri solcellepanelene, men dette ble vurdert til å være for risikabelt. Det var videre viktig at man kjente tidspunktet for periapsis med stor nøyaktighet. I motsatt fall kunne sonden komme inn i atmosfæren i feil stilling og begynne å slingre frem og tilbake ettersom atmosfæretrykket gjorde sin virkning.

Magellan er for øyeblikket (november 1993) inne i sin femte 243-dagerssyklus rundt Venus etter at den gikk inn i bane rundt planeten i august 1990 (243 dager, eller 8 måneder tilsvarer én Venus-rotasjon). De tre første syklusene ble brukt til å bruke en billeddannende SAR-radar til å kartlegge så mye som mulig av Venus-overflaten med en oppløsning på 120-300 m, noe som var Magellan-ferdens primære mål. Man fikk dekket 98 % av overflaten før problemer med radiosenderen gjorde at man gav opp videre radarkartlegging. Den fjerde syklusen, som sluttet i mai 1993, ble brukt til første trinns kartlegging av Venus' gravitasjonsfelt. Dette blir gjort ved at Magellans radiosender sender en konstant bærebølge som med stor nøyaktighet blir fulgt fra bakken. Dersom sonden passerer over et område med større massekonsentrasjon og dermed kraftigere tyngdefelt, f.eks et fjellområde, vil dette registreres som ørsmå avvik i banen. Oppløsningen på de gravitasjonsfeltkartene man etter hvert får bygget opp er direkte avhengig av sondens høyde. Slike målinger kan gi forskerne hint om hva som ligger under Venus-overflaten. Men viktigheten av å få dekket polområdene med høy oppløsning har lenge vært påpekt, og dette har ikke vært mulig før etter at den nye, nesten-sirkulære banen er blitt oppnådd.

Magellan kommer først og fremst til å bruke tiden som kommer til å utføre globale gravitasjonsfeltmålinger med høy oppløsning. Dette vil ta 15 måneder fordi Magellans nye, lave bane gjør at Venus oftere enn før okkulterer (kommer foran) Magellan, sett fra Jorden.

Trange budsjetter gjorde at man egentlig skulle ha skrudd av Magellan i mai i år, men budsjettunderskridelser gjorde at man har kunnet holde sonden i drift helt frem til nå (okt. 1993). Man regner med å få en ny bevilgning på 7,4 millioner dollar for å fortsette datainnsamlingen fram til oktober 1994.

Magellans bakkemannskap er for tiden på bare 32 personer - redusert med over 50 siden august, og drift av sonden vil årlig koste 5-6 millioner dollar. Man regner imidlertid med å skru av sonden i februar 1995, til tross for at den teknisk sett sannsynligvis godt kunne ha fungert i flere år utover dette.

Tekster til illustrasjoner brukt i artikkelen

Tegning som viser hvordan Magellan pløyde seg gjennom de øvre lag av Venus' atmosfære og hvordan dette i løpet av sommeren 1993 resulterte i at sondens bane rundt planeten gradvis ble lavere og mer sirkelformet. (NASA/JPL)

Radardata fra den billeddannende SAR-radaren og høydemålingsradaren er blitt kombinert og presentert sammen i dette datagrafikkbildet over vulkanene Sapas Mons (i forgrunnen) og Maat Mons. Sapas Mons er 400 km tvers over og 2 km høy, mens Maat Mons er med sine 8 km Venus' nest høyeste landformasjon. Bildet er fremstilt med en kunstig himmel for å gi et mer livaktig og tilnærmet «riktig» inntrykk. (NASA/JPL)

Et annet kombinert SAR- og høyderadarbilde av Maat Mons som viser at lavastrømmer har rent nedover fjellsiden og delvis dekket over det 23 km store nedslagskrateret Melba, som ligger i forgrunnen. (NASA/JPL)

Magellans fjerde åttemånederssyklus i bane rundt Venus, som varte fra september 1992 til mai 1993, ble brukt til å skaffe gravitasjonsfeltdata over Venus' ekvatorområder. Når man visualiserer disse dataene, ser man at variasjonene i gravitasjonsfeltet for en stor del sammenfaller med Venus' topografi, vist under. Dette er ikke alltid tilfellet på Jorden. (NASA/JPL)

 
Forrige artikkel | Neste artikkel | Alle NOR 1993 | Alle Romfart/NOR
 
 
 

Alt stoff på romfart.no/.com/.org er opphavsrettslig beskyttet.
romfart.no/.com/.org eies og drives av Norsk Astronautisk Forening.