Невероватно је помислити да постоје телескопи у свемиру управо сада, који сатима, данима, па чак и недељама усмеравају поглед према удаљеним објектима. Пружање гледишта тако стабилно и тачно да можемо сазнати детаље о галаксијама, егзопланетима и још много тога.
А онда, када дође време, свемирска летјелица може преусмјерити поглед у другом смјеру. Све без употребе горива.
Све је захваљујући технологији реакционих точкова и жироскопа. Хајде да разговарамо о томе како раде, како се разликују и како је њихов неуспех завршио мисије у прошлости.
Ево кратког одговора. Реакциони точкови омогућавају свемирским бродовима да промене оријентацију у простору, док жироскопи одржавају телескоп невероватно стабилним, тако да са високом тачношћу могу да усмере на циљ.
Ако сте преслушали довољно епизода из Астрономи Цаст-а, знате да се увек жалим због реакцијских точака. Увек се чини да је смисао неуспеха у мисијама, превремено их окончајући пре него што наука стигне.
Вероватно сам у прошлости користио појмове реакциони точкови и жироскопи, али они служе нешто другачије сврхе.
Прво, разговарајмо о реакцијским точковима. Ово су врста замашњака који се користе за промену оријентације свемирског брода. Размислите о свемирском телескопу који треба да се пребаци са циља на циљ или о свемирском броду који се мора вратити на Земљу да би пренео податке.
Такође су познати и као фелгети.
Не постоји отпор ваздуха у свемиру. Када се точак окреће у једном смеру, цео телескоп се окреће у супротном смеру, захваљујући Њутоновом Трећем закону - знате, за сваку акцију постоји једнака и супротна реакција. Кад се точкови окрећу у сва три правца, телескоп можете окренути у било ком смеру који желите.
Точкови су фиксни на месту и окрећу се између 1.000 и 4.000 обртаја у минути, стварајући угаони замах у свемирском броду. Да би променили оријентацију свемирске летелице, они мењају брзину којом се точкови окрећу.
Ово ствара обртни момент који узрокује да свемирски брод помера оријентацију или преседан у изабраном правцу.
Ова технологија ради сама са електричном енергијом, што значи да вам није потребно да користите погонско гориво за промену оријентације телескопа. Све док имате довољно окретања ротора, можете наставити да мењате смер, користећи само снагу Сунца.
Реакциони точкови се користе на готово свим свемирским бродовима, од малених кубесата до свемирског телескопа Хуббле.
Са три точка, можете променити оријентацију на било које место у 3 димензија. Али, ЛигхтСаил 2 Планетарног друштва има само једно замашно коло да помери оријентацију свог соларног једра, од ивице ка Сунцу, а затим на страну да подигне своју орбиту само сунчевом светлошћу.
Наравно, реакционарни точкови су нам најпознатији због времена у којем су пропали, а свемирске летелице су изузете из употребе. Мисије попут ФУСЕ-а и ЈАКСА-е Хаиабуса.
Кеплеров губитак реакционих точкова и генијално решење
Најпознатије, НАСА-ин Кеплер свемирски телескоп, лансиран 9. марта 2009. како би пронашао планете у орбити око других звезда. Кеплер је био опремљен са 4 реакциона точка. Три су била потребна како би телескоп био пажљиво усмерен према небу, а затим резервни.
Гледао је да се било која звезда у њеном видном пољу промени у осветљењу за фактор 1 на 10.000, што указује да би планета могла да пролази испред. Да би сачувао ширину опсега, Кеплер је заправо преносио само информације о промени светлине самих звезда.
У јулу 2012. године, један од четири Кеплерова реакциона точка је пропао. Имао их је још три, што је био минимум који је био потребан да би био довољно стабилан да настави са својим запажањима. А онда је у мају 2013. НАСА објавила да је Кеплер имао квар са другим својим точковима. Дакле, свело се на два.
Ово је зауставило главне научне операције Кеплера. Са само два точка, више није могао да одржи свој положај довољно тачно да прати сјај звезда.
Иако је мисија могла бити неуспешна, инжењери су смислили генијалну стратегију, користећи светлосни притисак Сунца да делује као сила у једној оси. Савршеним балансирањем свемирске летјелице на сунцу, успјели су наставити користити друга два реакцијска точка како би наставили са посматрањем.
Али Кеплер је био присиљен погледати сићушно место на небу које се догодило у складу са његовом новом оријентацијом и преусмерио је научну мисију у потрагу за планетима који орбитирају око црвених патуљастих звезда. Искористио је своје бродско гориво окрећући се на Земљу за пренос података. Кеплер је коначно понестао горива 30. октобра 2018. године, а НАСА је завршила своју мисију.
У исто време када се Кеплер борио са својим реакционим точковима, НАСА-ова мисија Зоре имала је проблема са потпуно истим реакционим точковима.
Давн'с Лосс Реацтион Вхеелс
Давн је лансиран 27. септембра 2007. године са циљем да истражи два највећа астероида у Сунчевом систему: Веста и Церес. Свемирска летелица ушла је у орбиту око Весте у јулу 2011. и наредну годину је провела проучавајући и мапирајући свет.
Требало је да напусти Весту и крене ка Цересу у августу 2012. године, али одлазак је одложен за више од месец дана због проблема са реакцијским точковима. Почевши од 2010. године, инжењери су детектовали све више и више трења у једном од својих точкова, па је свемирски брод прешао на три функционална точка.
А онда је 2012. године други точак почео да ствара и трење, а свемирска летелица је остала са само два преостала точка. Недовољно да би се потпуно оријентисао у простору користећи само струју. То је значило да је морао да почне да користи своје хидразин погонско гориво како би одржао оријентацију током остатка мисије.
Зора се пребацила у Церес и пажљивом употребом погонског горива успела је да пресликава овај свет и његове бизарне површинске карактеристике. Најзад, свемирска летјелица је крајем 2018. нестала из погонског горива и више није била у стању да одржи оријентацију, да пресликава Церес или шаље своје сигнале назад на Земљу.
Свемирска летелица ће и даље орбитирати Церес, беспомоћно се преврћући.
Дуга је листа мисија чији реакциони точкови нису успели. А сада научници мисле како знају зашто. Објављен је чланак 2017. који је утврдио да окружење простора само по себи ствара проблем. Док геомагнетне олује пролазе свемирским бродом, они стварају набоје на реакцијским точковима што узрокује повећање трења и чини их бржим дотрајавањем.
Ставићу везу до сјајног видеа Сцотта Манлеија који иде у више детаља.
Хуббле свемирски телескоп и његови жироскопи
Свемирски телескоп Хуббле опремљен је реакционим точковима за промену своје укупне оријентације, ротирајући цео телескоп око брзине минутног сата на сату - 90 степени за 15 минута.
Али да би остала усмерена на једну мету, користи се друга технологија: жироскопи.
На Хубблеу се налази 6 жироскопа који се врте у 19.200 окретаја у минути. Они су велики, масивни и врте се тако брзо да се њихова инерција опире било каквим променама оријентације телескопа. Најбоље функционира са три - које одговарају три димензије простора - али може радити са две, или чак једном, са мање тачним резултатима.
У августу 2005. године, Хубблеови жироскопи су се оборили, а НАСА је прешла у режим два гироскопа. Током 2009. године, током сервисне мисије 4, НАСА астронаути посетили су свемирски телескоп и заменили свих шест његових жироскопа.
Ово ће вероватно бити последњи пут да ће астронаути икада посетити Хуббле, а његова будућност зависи од тога колико дуго ови жироскопи трају.
Шта је са Јамесом Веббом?
Знам да само спомињање Јамес Вебб свемирског телескопа свакога нервира. До сада је инвестирано више од 8 милијарди долара и требало би да буде лансирано за две године. Летјеће до тачке Лагранге Земља-Сунце, која се налази око 1,5 милиона километара од Земље.
За разлику од Хуббле-а, нема начина да одлете Јамес Јамес Вебб да га поправи ако ишта пође по злу. А гледајући колико често жироскопи не успевају, ово заиста изгледа као опасна слаба тачка. Шта ако жироси Јамеса Вебба не успеју? Како да их заменимо
Јамес Вебб има реакцијске точкове на броду. Израдио их је Роцквелл Цоллинс Деутсцхланд, а слични су реакцијским точковима на НАСА-иним мисијама Цхандра, ЕОС Акуа и Аура - тако да је другачија технологија од пропалих реакцијских точкова на Давн и Кеплер. Мисија Аура застрашила је 2016. године када се један од њених реакционих точкова спустио, али је опорављен после десет дана.
Јамес Вебб не користи механичке жироскопе попут Хубблеа да би га држао на мети. Уместо тога, користи се другачијом технологијом званом жиросфере хемисферних резонатора или ХРГ.
Они користе хемисферу кварца која је обликована врло прецизно, тако да одјекује на врло предвидљив начин. Полутка је окружена електродама које покрећу резонанцу, али и детектују било какве мале промене у њеној оријентацији.
Знам да такве врсте звуче као кретен, као да их покрећу снови једнорога, али то можете и сами да доживите.
Држите чашу, а затим је прстом ставите тако да вам зазвони. Звук је чаша која се напреже напред-назад на својој резонантној фреквенцији. Док ротирате чашу, савијање напред-назад се окреће, али и заостаје за оријентацијом, на врло предвидљив начин.
Када се ове осцилације дешавају хиљадама пута у секунди у кристалном кварцу, могуће је открити ситне покрете и потом их узети у обзир.
Тако ће Јамес Вебб остати закључан на својим циљевима.
Ова технологија летела је на мисији Цассини на Сатурну и радила је савршено. У ствари, од јуна 2011. године, НАСА је известила да су ови инструменти доживели 18 милиона сати непрекидног рада у свемиру на више од 125 различитих свемирских летелица без иједног квара. Заправо је врло поуздан.
Надам се да ће то рашчистити. Точкови за реакцију или замах користе се за преусмјеравање свемирских летјелица у свемир, тако да се могу суочити у различитим смјеровима без употребе погонског горива.
Жироскопи се користе да би свемирски телескоп био прецизно усмерен на циљ, како би се добили најбољи научни подаци. То могу бити механички центрифугални точкови или користе резонанцу вибрирајућих кристала да открију промене инерције.
