Ostatni taniec Clustra
Co sprawia, że nasza planeta nadaje się do zamieszkania?
Oprócz obecności ciekłej wody na powierzchni, atmosfery ochronnej czy stabilności zapewnianej przez Księżyc, istnieje również często pomijany bohater: magnetosfera. Ta potężna, niewidzialna tarcza chroni nas przed ciągłym bombardowaniem naładowanych cząstek pochodzących ze Słońca i głębokiego kosmosu. Bez niej życie na Ziemi byłoby... dość skomplikowane.
Aby jednak móc skutecznie zbadać magnetosferę, konieczne jest wykroczenie poza naszą atmosferę. W tym miejscu pojawia się wyjątkowa misja kosmiczna: Klaster.
Taniec w przestrzeni kosmicznej
Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) opracowała bezprecedensową misję: cztery identyczne satelity umieszczone na wierzchołkach czworościanu foremnego, którego krawędź może mierzyć od kilku do dziesięciu tysięcy kilometrów. Taka konfiguracja umożliwiłaby badanie zjawisk w magnetosferze w różnych skalach, począwszy od prądów elektrycznych, gradientów plazmy i rozbieżności tensora ciśnienia elektronów, po trójwymiarowe struktury, takie jak granice, fale uderzeniowe i wiry magnetyczne.
Obraz precyzyjnej choreografii wokół naszej planety miał coś wspólnego z wybranymi dla satelitów nazwami: Rumba, Tango, Salsa i Samba.
Analiza misji określiła orbitę Clustra jako biegunową i wysoce ekscentryczną, z apogeum wynoszącym 4 promienie Ziemi i perygeum wynoszącym 20, oraz inercyjnie określoną względem Słońca, dzięki czemu w planowanym dwuletnim okresie trwania misja mogłaby dwukrotnie zbadać całą magnetosferę.
Niefortunny debiut
W czerwcu 1996 roku wspomniana czwórka tancerzy zajęła ładownię nowej rakiety Ariane 5 w ramach jej dziewiczego lotu. Byłem świadkiem tego wydarzenia, obserwując je z uprzywilejowanej lokalizacji: sali kontrolnej teleskopu podczerwieni ISO w Stacji Śledzenia Satelitarnego Villafranca del Castillo (VILSPA) w Villanueva de la Cañada, około 30 km od Madrytu, obecnie przekształconej w Europejskie Centrum Astronomii Kosmicznej (ESAC).
Rakieta ta eksplodowała bardzo krótko po starcie.
Przeprowadzone dochodzenie ujawniło, że odpowiedzialny za tę eksplozję był błąd w oprogramowaniu - najdroższy „błąd” w historii. Okazało się, że zostało ponownie wykorzystane oprogramowanie systemu inercyjnego należące do Ariane 4 - poprzedniej generacji rakiet nośnych, których prędkości poziome na wczesnych etapach lotu były znacznie niższe - wywołując przepełnienie 16-bitowej liczby całkowitej, która przechyliła rakietę o ponad 20 stopni i spowodowała, że zaczęła się ona rozpadać na skutek działania sił aerodynamicznych. Ostatecznie system zakończenia lotu zniszczył rakietę nośną wraz z jej cennym ładunkiem.
Lata pracy setek inżynierów, ciągłość pracy kontrolerów ISO przygotowujących się do obsługi Clustera i naukowa zaciekłość badaczy - wszystko to uległo rozproszeniu na bagnistych terenach nieopodal kosmodromu ESA w Gujanie Francuskiej.
Odrodzenie corps de ballet
Jednak oczekiwania wiązane z powrotem naukowym misji Cluster był na tyle duże, że ESA zgodziła się wskrzesić ją z popiołów: części inżynieryjne poprzednich satelitów zostały zintegrowane w ramach jednego nowego, zaś trzy kolejne satelity zostały wybudowane przez specjalizujące się w tejże branży podmioty.
Tak więc w 2000 roku Cluster został wystrzelony „po raz drugi”, tym razem na pokładzie dwóch rosyjskich rakiet Sojuz.
Niestrudzona czwórka tancerzy przetrwała dwuletni okres projektowania, a dzięki umiejętnościom zespołów kontrolnych w oszczędzaniu paliwa i pokonywaniu trudności, takich jak degeneracja baterii (ostatnia przestała działać po dziewięciu latach użytkowania w kosmosie), udało się im osiągnąć 24-letni okres trwania misji!
Zamiast dwóch zaplanowanych orbit wokół naszej gwiazdy, Cluster zbadał magnetosferę i jej interakcje z Ziemią przez dwa pełne cykle słoneczne, współpracując z innymi misjami kosmicznymi z agencji takich jak ESA, NASA, JAXA i CAS i tworząc bogaty dorobek naukowy obejmujący około 3750 artykułów naukowych, w tym nieco ponad 30 opublikowanych na łamach pism Nature lub Science, oraz 122 prace doktorskie.
Koniec pewnej ery
Niestety, wszystko ma swój koniec.
Dnia 8 września o godzinie 18:47 UTC ESA „obryzgała Salsą” niezamieszkały obszar południowego Pacyfiku, gdzie miało miejsce kontrolowane wejście Salsy w atmosferę - pierwszego satelity Cluster, który został wycofany z użycia.
Zadziwiające jest to, że w momencie wystrzelenia Clustera, nie istniały żadne wytyczne dotyczące opuszczania orbity, więc najwyraźniej satelity nie były budowane z myślą o ponownym wejściu w atmosferę. Jednak mimo to koniec Salsy wykracza daleko poza obecne dyrektywy, które nie wymagają kontrolowanego powrotu. De facto Salsa jest pierwszym satelitą o wysoce eliptycznej orbicie.
W styczniu wykonano niezbędny manewr, aby kilka miesięcy później Salsa mogła przejść poniżej progu 80 km, gdzie - na skutek tarcia - zaczęła się rozpadać i ostatecznie uległa zniszczeniu, i aby nastąpiło to powyżej wyznaczonego punktu.
Precyzja tej operacji była tak duża, że wysłano samoloty, aby obserwowały wspomniane ponowne wejście w atmosferę z dołu. Jest to bowiem kolejny kamień milowy tejże operacji: rzadka okazja do zbadania ponownego wejścia w atmosferę czterech identycznych satelitów w nieco innych warunkach. Przyniesie to cenne wyniki dla osiągnięcia celu ESA, jakim jest budowa satelitów, które w przyszłości będą wytwarzać „zero odpadów”.
Pozostałe trzy satelity przestały zbierać dane i obecnie znajdują się w tak zwanym trybie konserwacji: Ponowne wejście w atmosferę Rumby przewidziane jest na rok 2025, a Samby i Tango - 2026.
Tym sposobem długotrwała i niezwykła misja Cluster dobiegnie końca. Niemniej jednak, zebrane przez słynną czwórkę tancerzy dane będą służyć nauce przez wiele, wiele lat, przyczyniając się do poszerzenia wiedzy na temat obrony magnetycznej zamieszkiwanej przez nas planety.
Autor: Juan Carlos Gil