Lepsza ochrona naszej planety i statków kosmicznych przed asteroidami
Misje dotyczące asteroid – czy to mające na celu obronę planetarną, prowadzenie badań naukowych czy wydobycie cennych surowców – wymagają postępów w zakresie modeli numerycznych, ładunków użytecznych, technik przetwarzania danych i zdolności operacyjnych. Udało się ich dokonać w finansowanym przez UE projekcie NEO-MAPP, skupiającym naukowców ze środowisk akademickich i przemysłowych. „Znacząco ulepszyliśmy modele numeryczne opisujące dynamikę obiektów bliskich Ziemi i ich reakcję na siły zewnętrzne, zwłaszcza uderzenia kinetyczne powodujące zmianę toru lotu”, mówi koordynator projektu Patrick Michel. „Dotychczasowe misje pokazały nam, że ze względu na swoją niewielką masę asteroidy zachowują się w środowisku o małej grawitacji w nieoczekiwany sposób. Dlatego musieliśmy zmodyfikować nasze modele, aby dokładnie symulować reakcje obiektów bliskich Ziemi na różne procesy i interakcje”.
Przełom w modelowaniu uderzeń asteroid
Zaawansowane zdolności modelowania powstałe w projekcie NEO-MAPP doprowadziły do znaczących przełomów w badaniu procesów zderzeniowych i stanu fizycznego obiektów bliskich Ziemi, w tym układów podwójnych. Te nowe strategie mogą znaleźć zastosowanie w wielu różnych dziedzinach, od badania powstawania kraterów uderzeniowych na powierzchni planet po ochronę statków kosmicznych przed uderzeniami mikrometeorytów. „Opracowaliśmy nowe podejście pozwalające na modelowanie całego procesu uderzenia w asteroidy o słabej strukturze”, mówi Michel. „Inspiracją dla tych prac było zaskakujące odkrycie, że niektóre asteroidy, pomimo że znajdują się na nich liczne głazy, podczas interakcji z instrumentami do pobierania próbek Hayabusa2 JAXA i OSIRIS-REx NASA zachowują się tak, jakby były zbudowane z materiału niespoistego. Wcześniejsze modele numeryczne nie radziły sobie z symulacją uderzeń w takie powierzchnie. W odróżnieniu od nich, nowa metoda NEO-MAPP, zweryfikowana przez porównanie z wynikami eksperymentu Hayabusa2 na asteroidzie Ryugu, okazała się skuteczna. Podejście to wykorzystano następnie do symulacji wyniku uderzenia statku NASA DART w Dimorphos, asteroidę krążącą w układzie podwójnym wokół większej asteroidy Didymos. „Nasze symulacje wydają się odpowiadać obserwacjom naziemnym, sugerującymi, że Dimorphos zmieniła kształt po uderzeniu. Odkrycie to mamy nadzieję potwierdzić dzięki nadchodzącej misji Hera”, dodaje Michel.
Zwiększenie poziomu gotowości ładunków użytecznych i symulatorów
Inny obszar działań prowadzonych w projekcie dotyczył zwiększenia poziomu dojrzałości kilku europejskich instrumentów, zarówno kosmicznych, jak i naziemnych, które odgrywają kluczową rolę w obronie planetarnej. Instrumenty te to wysokościomierz laserowy PALT, grawimetr GRASS oraz Radio Science Experiment i Inter-Satellite Link na pokładzie misji Hera. Niezależnie od misji Hera poczyniono znaczne postępy w pracach nad sejsmometrem i systemem radarowym wysokiej częstotliwości. Ulepszając te instrumenty, zespół skupił się na pomiarach powierzchni obiektów bliskich Ziemi, obszarów położonych płytko pod ich powierzchnią oraz właściwości wnętrza obiektów – właściwości geologicznych, które znacząco wpływają na reakcję asteroidy na czynniki zewnętrzne. Zespół opracował także algorytmy i symulatory na potrzeby operacji bliskiego zasięgu i analizy danych ładunku użytecznego. „Kiedy statek kosmiczny ląduje na powierzchni asteroidy, wszystkie nasze narzędzia do analizy danych muszą działać prawidłowo. Dążymy do tego, aby wycisnąć każdą możliwą informację z różnych instrumentów pokładowych i zmaksymalizować ich potencjał poprzez połączenie pochodzących z nich danych”, podkreśla Michel. „Na przykład do określenia dokładnego kształtu asteroidy używamy zarówno zdjęć, jak i danych z czujników laserowych”. Projekt NEO-MAPP odegrał również ważną rolę w opracowaniu solidnych strategii naprowadzania, nawigacji i kontroli lądowania na obiektach kosmicznych w środowiskach o słabej grawitacji. Pomiar reakcji powierzchni (np. za pomocą akcelerometrów) poprzez bezpośrednie interakcje z małymi statkami kosmicznymi, takimi jak satelity CubeSat lub mikro-lądowniki, jest kluczem do określenia wytrzymałości i miękkości asteroidy. „Hera ma wystartować w październiku 2024 r., stąd istnieje potencjał dla zorganizowania misji, które zbliżyłaby się do Apophis w 2029 r., podobnie jak w przypadku misji RAMSES badanej przez Europejską Agencję Badań. Sfinansowanie takiej misji stanowiłoby wartość dodaną dla NEO-MAPP, ponieważ naszym celem jest szczegółowe opracowanie scenariusza misji, walidacja symulacji zbliżenia się do asteroidy i opracowanie innowacyjnych ładunków użytecznych oraz technik przetwarzania danych”, dodaje Michel.
Słowa kluczowe
NEO-MAPP, asteroida, uderzenie, modele, ładunek użyteczny, statek kosmiczny, misja Hera, Hayabusa2, RAMSES