Mākslīgie pavadoņi

Autors: Mārtiņš Līgotnis 

Ievads

Cilvēki jau kopš seniem laikiem ir vēlējušies uzzināt kaut ko vairāk par zvaigznēm un planētām, un to, kas atrodas aiz tām. Mūsu gadsimta otrajā pusē iespēja uzzināt ko vairāk par pasauli tur ārā kļuva daudz reālāka pateicoties tehniskajam progresam un attīstībai. Pavērās plašas iespējas vēl nepazīstamā kosmosa izpētei. Sākās kosmosa apgūšana. Tika palaisti pirmie kosmosa kuģi un cilvēki pirmo reizi varēja aplidot apkārt zemeslodei. Tika organizēts pirmais cilvēku ceļojums uz Mēnesi. Nils Armstrongs, amerikāņu kosmonauts, izkāpjot uz Mēness teica: “Tas ir mazs solis cilvēkam, bet milzīgs visai cilvēcei”. Tā sākās aizvien intensīvāka kosmosa izpēte un apguve. Tika palaisti arvien jauni kosmosa kuģi un citi kosmosa aparāti. Cilvēki izgudroja mākslīgos pavadoņus. 

No sākuma tie bija paredzēti tikai sūtīšanai uz citām planētām, taču gadsimta beigās tie ieguva praktisku pielietojumu arī uz zemes. Tika palaisti pirmie militārie satelīti. Tie riņķoja ap Zemeslodi un kalpoja valstu militāro vajadzību apmierināšanai. Tad nāca sakaru satelīti, pateicoties tiem cilvēki var skatīties satelīttelevīziju gandrīz no jebkuras vietas pasaulē un piezvanīt jebkuram cilvēkam uz zemeslodes. Tagad pat laika prognozes tiek notiktas balstoties uz informāciju, kas tiek iegūta no satelītiem. Nevar arī nepieminēt daudzos spiegošanas pavadoņus, kuri, riņķojot 400 kilometru augstumā spēj saredzēt visu, kas notiek kādas lielpilsētas ielās.

Mūsu projektā būs ietverta informācija par mākslīgajiem pavadoņiem, kas sūtīti uz citām planētām lai gūtu informāciju par to uzbūvi, iežiem, laika apstākļiem un daudz ko citu. Galvenokārt šeit savāktā informācija attieksies uz pavadoņiem, kas sūtīti uz Marsu tā iemesla dēļ, ka uz šo planētu pavadoņi ir sūtīti visvairāk.

Mākslīgie pavadoņi

Mars Patfinder

Informācija par projektu

Palaišanas datums                   1996 gada 4.decembris, pulksten 06:58

Ierašanās datums                     1997 gada 4.jūlijs, pulksten 16:57

Nesējraķete                              Delta II

Masa                                        264 kg ( nolaižamais aparāts), 10,5 kg (pavad.)

Enerģijas ieguves sist.             Saules bateriju paneļi

Mars Pathfinder sasniedza Marsa virsmu 4.jūlijā pulksten 16:57 ar ātrumu 18 metri sekundē – apmēram 12.5 metri sekundē vertikāli un 13 metri sekundē horizontāli – un bremzēja, ieslēdzot dzinējus, apmēram 15 metrus gaisā, atkārtojot bremzēšanas manevru vēl 15 reizes.

 Pavadonis nolaidās Ares Vallis reģionā uz 19.33 ziemeļu un 33.55 dienvidu platuma grāda punktā, kurš tika nosaukts par Sagan Memorial Station.

Mars Pathfiner nolaižamais aparāts Sojourner Rover nolaidās uz Marsa virsmas 6.jūlijā apmēram pulksten 05:40. Spriežot pēc fotogrāfijām, kas noraidītas tūlīt pēc nosēšanās, neviens no instrumentiem nav cietis un viss ir ideālā kārtībā. Tādējādi pavadonis ir gatavs turpināt savu misiju.

Mars Pathfiner nolaišanās

Sagatavošanās sekmīgai Mars Pathfinder nolaišanās sāksies jau vairākas dienas pirms tā pietuvošanās Marsam. Misijas kontrolieri Jet Propulsion Laboratory nosūtīs pavadonim komandas lai tas precīzi zinātu kad un kā sākt sarežģītos nosēšanās manevrus, lai droši nosēstos uz Marsa. Šīs komandas tiek noraidītas periodiski ik pēc dažām stundām līdz pat laikam, kad kontrolieriem uz Zemes būs visprecīzākā informācija par to, kur pavadonis atrodas attiecībā pret Marsu ( Marsa gravitācijas efektu nevar precīzi noteikt kamēr pavadonis nav nokļuvis 48 lidojuma stundu attālumā no tā).

Pavadoņa nosēšanās sāksies apmēram pulksten 3:00 pēc Marsa  vietējā laika, kas būs apmēram 12:00 uz Zemes piektdienā, 4.jūlijā. Laika posmā apmēram pusotru stundu pirms nolaišanās sākuma līdz pat trīs stundām pēc nolaišanās pavadoni kontrolēs tā no Zemes kontroles centra neatkarīgais, speciāli ieprogrammētais borta dators, kuram veiksmīgi vajadzētu tikt galā ar visiem sarežģījumiem, kas nolaišanās procesā varētu rasties.

Mars Pathfinder tuvošanās Marsam sāksies ar karstuma līdzsvarošanas sistēmu iedarbināšanu apmēram 90 minūtes pirms nosēšanās sākuma. Šķidrums, kas atrodas dzesēšanas sistēmā nodrošināja nemainīgu pavadoņa temperatūru 7 mēnešu ilgajā lidojumā.

Kad pavadonis būs nonācis apmēram 8500 kilometru attālumā no Marsa, tas atbrīvosies no platformas, kura nodrošināja to lidojuma periodā. Platforma tiks atdalīta no pavadoņa, lai varētu tikt nodrošināta pavadoņa sekmīga nokļūšana līdz planētas virsmai.

Dažas minūtes pirms nosēšanās pavadonis sāks virzīties caur Marsa atmosfēras augšējiem slāņiem, kas ir apmēram 125 kilometru augstumā. Atmosfērā Mars Pathfinder ielidos ar ātrumu 7.5 kilometri sekundē. Šajā operācijas posmā pavadoņa darbību jau kontrolēs tā dators, kurš soli pa solim veiks visus ar nolaišanos saistītos pasākumus. Īpaši konstruēti mehānismi pasargās pavadoni no sadegšanas laikā, kad tas cauri atmosfēras blīvākajiem slāņiem tuvosies planētas virsmai. Laikā, kad temperatūra būs visaugstākā, dzesēšanas sistēmas absorbēs vairāk kā 100 megavatu siltumenerģijas. Marsa atmosfēra palēninās pavadoņa virzīšanās tempu no 7.5 kilometriem sekundē līdz 400 metriem sekundē.

Divas līdz trīs minūtes pēc pavadoņa ieiešanas atmosfērā, 5 – 11 kilometru augstumā atvērsies 24 pēdu diametra izpletnis, tas nobremzēs pavadoņa kustību līdz 65 metriem sekundē. Pavadoņa izpletnis ir līdzīgs citiem, šādos gadījumos pielietotiem izpletņiem, taču šī izpletņa priekšrocība ir tā, ka tam ir savādāka forma, kas nosēšanās laikā novērsīs pavadoņa šūpošanos.

Dzesēšanas sistēmas no pavadoņa tiks atdalītas 20 sekundes pēc izpletņa atvēršanās. To atdalīšanai ir paredzēta pulvera patrona, kas aizsviedīs sistēmu prom, kad pavadonis būs 2 – 9 kilometrus tālu no planētas virsmas.

Pavadoņa radara augstuma mērītājs sāks darboties apmēram 32 sekundes pirms planētas virsmas sasniegšanas, kad pavadoņa augstums būs 1.5 kilometri. Gaisa spilveni atvērsies 8.sekundes  pirms nosēšanās 300 metru augstumā.

Gaisa spilveniem ir 2 pulvera kapsulas. Pirmā kapsula sprāgstot atbrīvo gaisa spilvenus. Otrā kapsula sprāgstot 0.25 sekundes vēlāk, 4 sekundes pirms bremzēšanas raķešu iedarbināšanas, atver 3 gāzes ģeneratorus, kas piepūš trīs, 5.2 metrus diametrā garus gaisa balonus. Šie baloni tiek piepūsti 0.3 sekundēs. Ar šo balonu palīdzību tiks novērsta aparatūras sabojāšanās iespēja, kas varētu rasties pēc grūdiena saskaroties ar planētas virsmu.

Pavadoņa karkass satur konisku izvirzījumu, kurā atrodas trīs cietās degvielas raķešu dzinējus, kuri katrs ir spējīgi attīstīt milzīgu dzinējspēku 2 sekunžu ilgā periodā. Tos aktivēs borta dators.

Īsā cietās degvielas raķešu dzinēju motoru darbība 80 – 100 metru augstumā ir paredzēta lai katrā ziņā palēninātu lejupvērsto pavadoņa kustību 12 metru augstumā virs zemes. Tad nolaišanās aparāts atbrīvosies no izpletņa un pārējām vairs nevajadzīgajām konstrukcijas daļām un nokritīs zemē uz gaisa spilveniem. Pārējā konstrukcijā iemontētās raķetes tajā brīdī tiks aktivizētas un iznesīs visas liekās daļas kopā ar izpletni sānis lai tās netraucētu nolaižamajam aparātam.

Kad pavadonis būs nosēdies, atvērsies tā korpuss un tas pieņems formu kādā tas turpmāk darbosies uz Marsa. Tajā pat laikā tiks veiktas operācijas, lai pārplēstu gaisa balonus un atbrīvotos no tiem un pavadonis nokļūtu stāvoklī, no kura tas jebkurā brīdī varētu sākt planētas izpēti. Tas aizņems 64 minūtes.

Lai pilnībā izvērstu visus pavadoņa paneļus un atbrīvotos no gaisa spilveniem ir atstāta laika rezerve – 3 stundas. Pa to laiku pavadoņa radio raidītājs tiks izslēgts, pirmo reizi lidojuma laikā kopš 1996 gada 4.decembra. Tas ietaupīs bateriju enerģiju un atļaus raidītāja elektroniskajām ierīcēm atdzist no karstuma, kam tās bija pakļautas darbojoties bez dzesēšanas sistēmas. Tas arī atļaus Zemei ieņemt labāku pozīciju attiecībā pret Marsu un tas būs izdevīgāk komunikācijām starp pavadoni un Zemi.

Mars Pathfinder nolaišanās vieta.

Priekš Mars Pathfinder 1996 gada misijas NASA par nosēšanās vietu ir izvēlējusies senu līdzenumu. Mars Pathfinder ir viens no jaunās paaudzes mazajiem, zemu izmaksu mākslīgajiem pavadoņiem. Miljardiem gadu atpakaļ, kad uz Marsa vēl bija ūdens, lielu plūdu rezultātā izveidojās šis līdzenums, tas atrodas akmeņainā apvidū  un saucas Ares Vallis. Nolaišanās punkts atrodas 850 kilometrus uz dienvidaustrumiem no Viking Lander 1 atrašanās vietas, kurš 1976 gadā kļuva par pirmo pavadoni, kas nolaidās uz Marsa. Mars Pathfinder būs pirmais pavadonis, kurš nolaidīsies uz Marsa kopš diviem Viking pavadoņiem, kas nosēdās uz planētas pirms 20 gadiem. Pavadonis, kuram jāierodas uz Marsa 1997 gada 4.jūlijā, nosēdīsies Ares Vallis netālu no kādas senas upes grīvas, kas ir izvēlēta tāpēc, ka satur plašus klints un augsnes paraugus.

“Jaunā Pathfinder misijas nodoms ir demonstrēt lētu lidojuma, ieiešanas atmosfērā un nolaišanās sistēmu”, teica projekta pārstāvis Antonijs Spierss un zinātnieks Dr. Metjū Golombeks no NASAs Jet Propulsion Laboratory. Pavadonis, kurš nesīs mikroroveri, ieies augšējā Marsa atmosfērā izmantojot aeroapvalku un izpletni. Tieši pirms sadursmes piepūtīsies gaisa spilveni, lai mīkstinātu triecienu saskarsmes ar zemi brīdī. Tad mikrorovers izripos laukā un apskatīs klintis un augsni blakus. Gan pavadonis, gan rovers vedīs zinātniskus instrumentus un kameras. Pavadonis nolaišanās brīdī izdarīs atmosfēras analīzi un citus metereoloģiskus novērojumus un turpinās funkcionēt uz zemes kā laika apstākļu noteikšanas stacija un bāze sakariem ar roveru. Lēmums par nolaišanās vietu tika pieņemts balstoties tikai uz inženēriska rakstura parametriem – saka Spierss. Kopš pavadoņu enerģijas avots ir Saule, labākais nolaišanās punkts ir tas, kurā ir visvairāk saules un 1997 gada jūlijā Saule būs tieši uz 15 ziemeļu platuma grāda attiecībā pret planētu. Nosēšanās vietai jābūt ļoti līdzenai, jo ja misijas gaitā radīsies kādas kļūdas, tad pavadonis var novirzīties no kursa un vieglāk nosēsties tam būs līdzenā apvidū.

Līdzenums Ares Vallis, kurā nosēdīsies pavadonis, tika šai misijai izvēlēts tādēļ, ka tā tika izlemts zinātniskajā seminārā 1996 gada sākumā. Šajā seminārā piedalījās vairāk nekā 60 zinātnieki no ASV un Eiropas. Ares Vallis ir arī ļoti izdevīga vieta šai misijai, jo tur atrodas daudzveidīgi iežu paraugi, kas ir sasniedzami roveram. Pat ja visu iežu precīza izcelsme nevarētu tikt noteikta, iespēja ievākt daudzveidīgo iežu paraugus šajā mazajā apgabalā varētu atklāt daudz ko par Marsu. Klintis varētu būt noskalotas zemē no augstienēm un sadzītas vienkopus laikā, kad uz Marsa bija plūdi. Vēl bija arī iespējas izvēlēties citus Marsa apgabalus, kuros arī atsedzas dažādi ieži, taču šis apgabals izrādījās visizdevīgākais.

Gan pavadonim, gan roveram ir kvalitatīvas stero attēlu veidošanas sistēmas. Roveram ir arī alfa protonu rengenstaru spektometrs, ar ko tas izpētīs klinšu sastāvu. Misijas laikā tiks savākti iežu paraugi un izpētes rezultāti noraidīti uz Zemi.