Impactor

Impactor - součást mise Deep Impact - je dalším pokračovatelem projektu průzkumu komet v rámci programu malých misí Discovery. Jedná se o projektil, který se oddělil od mateřské orbitální části a 2005-07-04 v 05:52 UT dopadl na povrch komety 9P/Tempel 1. Samostatný let Impactoru trval pouhý jeden den.

Při nárazu, při kterém byl Impactor zničen, vznikl kráter dostatečně veliký, aby mohl být pozorován prolétajícím modulem a dostatečně hluboký, aby bylo obnaženo jádro z původního materiálu, ze kterého se tvořila Sluneční soustava.

Konstrukce

Sondu navrhla a vyrobila firma Ball Aerospace & Technologies Corp., Boulder, Colo. (USA). Let řídí Jet Propulsion Laboratoty, Pasadena, Calif. (USA) pro NASA Space Science Directorate, Washington, D.C. (USA).

Sonda Deep Impact je tvořena dvěma částmi. Každý z modulů nese vlastní přístroje a je schopen přijímat a vysílat data. Hlavním tělesem je orbitální část, ke které je dále připevněn dopadový modul (Impactor), jehož cílem bylo zasáhnout kometu 9P/Tempel 1. Impactor se oddělil přibližně jeden den před setkáním s cílovým tělesem. Celková startovní hmotnost kompletní sestavy činí 1010 kg.

Impactor je přibližně válcového tvaru o průměru 1 m, výšce rovněž 1 m a hmotnosti 372 kg. 364 kg tvoří vlastní mechanická konstrukce a 8 kg připadá na pohonné látky. Takřka polovinu hmotnosti tvoří měděný projektil. V jádru komety se měď neočekává, proto je možno ve spektru po dopadu odlišit materiál komety od materiálu sondy. Měděné těleso v zadní části modulu je sestaveno z desek opracovaných do sférického tvaru.

Na palubě se nachází baterie o kapacitě 250 Ah bez možnosti dobíjení. Kromě jednoduché kamery sloužící k přesnému zacílení je vybaven plynovým reaktivním systémem, který umožňuje menší změny dráhy.

Vzhledem ke krátké projektované samostatné funkci Impactoru bylo upuštěno od zálohování systémů.

Na palubě Impactoru se nachází miniaturní disk, na němž jsou uvedena jména asi půl milionů nadšenců, kteří se přihlásili prostřednictvím internetu v rámci akce "Pošli svoje jméno na kometu". Disk bude samozřejmě při dopadu zničen, jako ostatně takřka celá hmota projektilu.

Vědecké vybavení

Vědecký tým vede Dr. Michael A'Hearn z University of Maryland.
Přístrojové vybavení připravila firma Ball Aerospace & Technologies Corp.

Impactor nese jediný vědecký přístroj:

• zaměřovací senzor ITS [=Impactor Targeting Sensor] je takřka identická kamera (průměr 0.12 m, ohnisková dálka 2.1 m, f/17.5) jako přístroj MRI na orbitálním modulu, hlavní rozdíl je v chybějícím karuselu s barevnými filtry.

Průběh letu

Kosmická sonda odstartovala do kosmu jako součást mise Deep Impact dne 2005-01-12 v 18:47:08 UT. Předstartovní přípravy a let spojených těles jsou popsány v článku o hlavním průletovém tělese Deep Impact Flyby Spacecraft.

Na přelomu června a července dopravila sonda Deep Impact dopadový modul do těsné blízkosti cílového tělesa a upravila trajektorii letu tak, aby po uvolnění modulu bez dalších složitých korekcí zasáhl kometu.

Krátce po poslední úpravě dráhy dne 2005-07-03 se rozběhly závěrečné sekvence finále půlroční cesty. 2005-07-03 v 05:12 UT byly aktivovány baterie na Impactoru. Dopadový modul nemá obvyklé sluneční baterie a chemické akumulátory musí zajistit elektrickou energii jenom na přibližně jednodenní samostatný let. O něco později byla odpálena pyrotechnika a pružiny odtlačily dopadový modul rychlostí 0.35 m/s od hlavního tělesa. K uvolnění Impactoru od průletového modulu došlo 171. dne letu 2005-07-03 v 06:07 UT ve vzdálenosti asi 880 tis. km od cíle. Obě tělesa mise Deep Impact se v tuto chvíli blížila k cíli rychlostí přibližně 10 km/s.

Řídící středisko s uspokojením zaznamenalo, že Impactor prostřednictvím antény pro pásmo S komunikuje s průletovým modulem. Vysílač na projektilu je totiž slabý a veškerá získaná data musí nejprve zachytit hlavní sonda, která je teprve potom předá na Zemi do obřích antén sítě DSN.

Zhruba 12 hodin po oddělení byly skutečné trajektorie obou aparátů známé natolik přesně, že řídící středisko mohlo oznámit ústy manažera projektu Ricka Grammiera, že se nacházejí uvnitř kilometrového koridoru kolem plánované dráhy.

Nadešel 2005-07-04, kritický den mise. Podle telemetrie a analýzy rádiových signálů na Zemi vše vypadalo na čítankovou operaci. Ve 03:38 UT sice pozemní středisko zaznamenalo jisté oscilace vysokoziskové antény na hlavním modulu, nicméně neměly takový charakter, aby ohrozily průběh letu.

Ve 03:54 UT začal pracovat autonavigační systém na Impactoru, který měl poslední dvě hodiny navigovat projektil k nejlepšímu bodu nárazu. Aby se to zdařilo, byl dopadový modul vybaven raketovými motorky na hydrazin, které měly v plánu postupně provést tři jemná doladění dráhy.
Autonavigační systém snímkuje každých 15 s přibližující se cíl. Palubní počítač snímky samostatně vyhodnocuje a sám stanoví dráhové korekce. Ve velkých vzdálenostech od Země, kdy dochází ke značnému časovému zpoždění (v tomto případě cestoval signál jedním směrem asi 7.5 min), se jedná o jediný efektivní způsob, jak řídit sondu v kritických fázích letu.

První změnu dráhy stanovil AutoNav ve 04:20 UT. Podle vypočítané sekvence měly motorky pracovat něco přes 20 s. Ve 04:25 UT oznámili technici v řídícím středisku, že raketové motorky Impactoru pracují. O několik minut později telemetrická data naznačila, že korekce proběhla úspěšně a umělé těleso se nadále nachází v dobrém stavu. Ve 04:34 UT byla tato skutečnost potvrzena oficiálně.

V 05:16 UT se uskutečnila druhá, velmi jemná korekce dráhy, při níž se spotřebovalo 0.36 kg paliva. V zásobnících zbývalo ještě dalších 6.5 kg. Do nárazu zbývalo o něco více než půl hodiny.

Poslední úprava dráhy se uskutečnila v 05:40 UT, asi 12 min před dopadem. Podle výpočtu měl manévr trvat 44 s a spotřebovat se při něm mělo 0.37 kg paliva. Také tato operace proběhla naprosto perfektně.

Autonavigační systém na Impactoru pracoval skvěle a navedl těleso na osvětlenou stranu jádra komety do spodního okraje viditelného z průletové sondy. Jednalo se o ideální polohu z hlediska možnosti pozorování exploze i následně vzniklého kráteru.

To už do zásahu zbývaly skutečně jen minuty. Dopadový modul pokračoval ve snímkování přibližujícího se tělesa. Vedení projektu odhadlo, že existuje asi 50% riziko, že bude Impactor ještě před dopadem zasažen prachovou částicí nebo kamenným úlomkem poblíž komety a nebude moci odvysílat všechny pořízené obrázky. V opačném případě byla teoretická možnost získat poslední kompletní snímek ještě 2 s před nárazem s rozlišením asi 0.2 m/pixel.

V 05:52 UT telemetrie z Impactoru utichla. Znamenalo to, že buď přístroj zasáhl kometu nebo byl poškozen srážkou s prachovou částicí z komy. Buď v tomto okamžiku nebo o několik sekund později se však každopádně dopadový modul Impactor v gigantické explozi vypařil a přestal existovat. Ještě v 05:53 UT však přicházely do JPL další obrázky z Impactoru, vysílané ze záznamu z mateřské sondy a zachycující poslední okamžiky života projektilu. Řídící tým oznámil, že poslední snímek pochází z chvíle 3.7 s před dopadem.

Exploze nadšení vypukla na Zemi v 05:57 UT, kdy dorazil do střediska konečný důkaz, že kometa byla zasažena. Obrázky z průletového modulu ukazovaly jádro komety s obrovským gejzírem prachu a plynu vycházejícím z místa nárazu. Impactor splnil svůj hlavní úkol ale průletová sonda se stále blížila ke kometě a pokračovala ve snímkování.

Kinetická energie dopadu při vzájemné relativní rychlosti 10.2 km/s (36700 km/h) dosáhla podle teoretických výpočtů 19 GJ, což odpovídá účinku exploze 4.5 t TNT. Náraz projektilu do komety neměl praktický žádný vliv na parametry její oběžné dráhy. Předem bylo vypočteno, že dojde ke změně rychlosti o 0.0001 mm/s, což představuje snížení nejmenší vzdálenosti dráhy od Slunce o 10 m a zmenšení oběžné periody o 1 s.

Z rozboru telemetrie dokázali technici dodatečně identifikovat, že těsně před nárazem se Impactor střetnul se dvěma částicemi komy. Impakty vychýlily na několik chvil kameru, orientační systém polohu ale vzápětí opravil. Penetrátor zasáhl povrch jádra pod úhlem asi 25°. V tomtéž okamžiku okolí ozářila jasná koule vypařeného materiálu komety a Impactoru. Prudce expandovala rychlostí přibližně 5 km/s. Začal se formovat nový umělý kráter. I když vyvržený prachový materiál do značné míry zakryl pohled na umělý kráter, vědci předpokládali, že dokážou přesně stanovit rozměr nového povrchového útvaru. Vypadá to, že by měl být na horní hranici prvotních předpokladů, které hovořily o šířce 50 až 250 m.

Experimenty a výsledky

Zaměřovací senzor ITS
[=Impactor Targeting Sensor]

Hlavním úkolem senzoru instalovaného na dopadové části sondy je navádět Impactor ke kometě a dokumentovat přibližující se cíl až do okamžiku nárazu a destrukce přístroje. Jedná se prakticky o identické zařízení jako je kamera MRI na průletové části, na které ale chybí karusel s barevnými filtry. U nejpodrobnějších snímků se očekává rozlišení 0.2 m/pixel ve vzdálenosti 20 km.

Literatura

1. NSSDC Master Catalog: Spacecraft Deep Impact -
   http://nssdc.gsfc.nasa.gov/nmc/sc-query.html
2. Deep Impact Home Page -
   http://www.nasa.gov/deepimpact
   http://deepimpact.jpl.nasa.gov
3. Deep Impact Launch, Press Kit January 2005