Galileo (kozmická sonda)

Galileo bola americká planetárna sonda, určená na prieskum planéty Jupiter, jej okolia a systému jej mesiacov, najmä štyroch veľkých tzv. Galileových. Stala sa tiež prvou a do príletu sondy Juno v roku 2016 jedinou umelou družicou tejto planéty. 
Súčasťou sondy bol aj atmosférický modul, ktorý vstúpil do atmosféry Jupitera a vysielal údaje, až kým ho okolité podmienky nezničili. Galileo je tak do dnešných čias jediná kozmická sonda skúmajúca plynného obra, ktorá vpustila do atmosféry planéty zostupové puzdro na jej priamy prieskum. Orbitálna časť sondy fungovala viac ako 7 rokov, čo bol viac než osemnásobok jej pôvodne plánovanej životnosti. Po skončení činnosti bola taktiež navedená do atmosféry Jupitera, aby v nej zhorela.
Sonda bola pomenovaná na počesť renesančného talianskeho vedca a technika Galilea Galileiho, ktorý ako prvý zamieril ďalekohľad na Jupiter a objavil jeho štyri najväčšie mesiace.
Opis sondy.
Sondu postavila firma Hughes Aircraft Corp., Los Angeles, Kalifornia (USA), prístrojové vybavenie koordinovala NASA Laboratórium prúdového pohonu (JPL), Pasadena, Kalifornia (USA), ktorá ju tiež riadila pre ústredie NASA, Office of Space Science and Applications (OSSA), Washington (D.C.) (USA) a Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR), Kolín nad Rýnom (Nemecko).
Počas letu sa skladala z družicovej časti, ktorá bola neskôr navedená na obežnú dráhu okolo Jupitera, a malej atmosférickej sondy "Galileo Atmosphery Probe" (označenie COSPAR 1989-084E), určenej na priamy prieskum vrchnej atmosféry Jupitera.
Družicová časť.
Družicovú časť tvorila rotáciou 3,25 až 10,5 obr/min alebo trojosovo stabilizovaná sonda typu HS-373 s maximálnym priemerom a výškou . Skladala sa z dvoch úsekov spojených otočným prepájacím uzlom so servosystémom SBA (Spin-Bearing Assembly), a to: 
Na spodnej strane stabilizovaného úseku bola pripevnená kužeľovitá atmosférická sonda (opis pozri nižšie). Na bokoch prístrojového úseku boli zavesené tri výklopné ramená. Najdlhšie s dĺžkou nieslo senzory magnetometrov umiestnených na jej konci a v jej strede a antény detektoru plazmových vĺn, dve kratšie s dĺžkou niesli dva rádioizotopové termoelektrické generátory (RTG) s celkom oxidu plutoničitého 238PuO2 na dodávku elektrickej energie (príkon na začiatku letu 570 W). Družicová časť niesla tieto prístroje: 
Systémy sondy boli riadené palubným počítačom s 16bitovým mikroprocesorom ATAC-16MS. Pre záznam nameraných vedeckých dát slúžila magnetopásková pamäť s kapacitou 900 Mbit. Hlavný telemetrický systém pracujúci v pásme X (8,422 GHz) mal pracovať cez veľkú parabolickú anténu (typická rýchlosť prenosu od Jupitera 134 kbit/s). Záložný telemetrický systém pracujúci v pásme S (2,297 GHz) využíval dve všesmerové antény, z ktorých jedna bola umiestnená na konci centrálneho sťažňa parabolickej antény, druhá na jednom výklopnom ramene s RTG. Povelový prijímač pracoval v pásme S (2,115 GHz). Spojenie s atmosférickou sondou sa udržovalo v pásme L. Pre navedenie na dráhu okolo Jupitera slúžil hlavný motor S400 s ťahom 400 N na dvojzložkové hypergolické kvapalné pohonné látky (monometylhydrazín a oxid dusičitý, celkom ) skladované v štyroch nádržiach s pretlakovou dopravou stlačeným héliom. Na bežné korekcie dráhy slúžil systém 12 motorčekov s ťahom 10 N zásobovaných z rovnakých nádrží.
Na spojenie so sondou sa využívali pozemné stanice systému DSN (Deep Space Network). Hlavné riadiace stredisko sa nachádzalo v areáli NASA Laboratória prúdového pohonu (JPL) v kalifornskej Pasadene (USA).
Atmosférická sonda.
Atmosférická sonda mala tvar kužeľa s maximálnym priemerom a výškou . Z celkovej hmotnosti pripadalo na ablatívny tepelný štít z fenolovej živice, ktorý kryl väčšiu časť povrchu. Krátkodobo mohol vydržať teploty až 14 000 °C a izoloval 65× dokonalejšie ako domáca termoska. Na palube boli umiestnené nasledujúce experimenty, ako užitočné zaťaženie s celkovou hmotnosťou : 
Zostupový systém sa skladal z brzdiaceho a stabilizačného padáku a nosného padáku z dakronu a kevlaru s priemerom . Elektrickú energiu dodávali lítiumsulfonylové akumulátory s celkovou kapacitou 21 Ah, vlastný raketový pohon nebol inštalovaný. Životnosť puzdra obmedzovali: 
Prenos dát na materskú sondu sa uskutočňoval na dvoch frekvenciách v pásme L (1,3870 a 1,3871 GHz, rýchlosť prenosu 256 bit/s). Ultrastabilný oscilátor udržoval konštantnú frekvenciu signálov, takže z Dopplerovho posunu bolo možné odvodiť dáta o rýchlosti vetra a smeru pohybu puzdra.
Priebeh letu.
Štart.
Kompletná sonda vzlietla z kozmodrómu Kennedyho vesmírneho strediska na Floride 18. októbra 1989 o 16:53:40 svetového času (UT) na palube raketoplánu Atlantis. O 23:15:03 UT toho istého dňa bola vypustená z nákladového priestoru raketoplánu Atlantis na samostatnú dráhu spoločne s dvojstupňovou urýchľovacou raketou Inertial Upper Stage (IUS). O 00:24 UT dňa 19. októbra 1989 bola sonda po deväťminútovej práci IUS navedená na medziplanetárnu dráhu smerom k Venuši. Vzhľadom na nepostačujúci výkon IUS bolo totiž nutné použiť pre let k Jupiteru veľmi komplikovanú dráhu, označovanú VEEGA (Venus-Earth-Earth Gravity Assist) s postupnými gravitačnými manévrami pri Venuši a dvoch pri Zemi.
Gravitačný manéver pri Venuši.
Dňa 10. februára 1990 o 05:58:48 UT, iba 18 sekúnd pred plánovaným časom, preletela sonda vo vzdialenosti od stredu planéty Venuša (približne nad jej povrchom). Chyba zacielenia nepresiahla . Gravitačným manévrom sa zvýšila rýchlosť sondy o /s (plán /s). Počas preletu sonda urobila 81 snímok oblačnosti, ktoré boli zaznamenané do palubnej pamäte. Tri z nich vo veľmi spomalenom móde ihneď odvysielala cez všesmerovú anténu. Boli urobené tiež infračervené snímky Venuše prístrojom NIMS. Prístroj PWS detegoval elektromagnetické pulzy pochádzajúce od Venuše.
Prvý gravitačný manéver pri Zemi.
Dňa 8. decembra 1990 o 20:34:34 UT sonda preletela v minimálnej vzdialenosti (plán ) okolo Zeme. Chyba v čase preletu bola približne 0,5 s. Gravitačným manévrom sa heliocentrická rýchlosť sondy zvýšila o /s. Prístroje PWS detegovali radiačné pásy Zeme, NIMS pozoroval oblaky v atmosfére a UVS stav ozónovej vrstvy v oblasti južného pólu.
Dňa 11. apríla 1991 bol na sondu vyslaný povel na otvorenie veľkej parabolickej antény. Telemetrické dáta však ukázali, že tri až päť z 18 rebier z grafitového laminátu zostalo prichytených k centrálnej tyči. To znamenalo obmedzenie prenosovej kapacity sondy a redukciu najmä obrazových dát.
Stretnutie s planétkou Gaspra.
Dňa 29. októbra 1991 o 22:36:40 UT sonda preletela vo vzdialenosti od planétky 951 Gaspra, pričom dosiahnutá presnosť navigácie bola lepšia ako a 1,5 s. Podarilo sa urobiť celkom 150 fotografií, ktoré boli uložené do palubnej pamäte a neskôr boli vyslané pri priblížení k Zemi v decembri 1992. Zo snímok vyplynulo, že planétka má nepravidelný tvar s rozmermi 18×10× a dobu rotácie 7 h. Detektor mikrometeoroitov DDS nezaregistroval v okolí planétky zvýšenie počtu prachových častíc očakávané podľa niektorých teórií. Tepelná zotrvačnosť povrchu určená z merania spektrometrom NIMS [=Near-Infrared Mapping Spectrometer] potvrdila prítomnosť slabej, asi hrubej vrstvy regolitu. Najväčší z asi 600 pozorovaných kráterov má priemer . Magnetometer počas preletu okolo planétky zaregistroval malé zmeny medziplanetárneho magnetického poľa.
Druhý gravitačný manéver pri Zemi.
Dňa 8. decembra 1992 o 15:09 UT sonda preletela nad južnou časťou Atlantického oceánu vo vzdialenosti iba od zemského povrchu. Týmto manévrom bola zvýšená jej rýchlosť o /s (výsledná heliocentrická rýchlosť /s) a bolo tak zaistené, že sonda doletí k planéte Jupiter. Prelet bol mimoriadne presný (odchýlka iba ), takže sa podarilo ušetriť veľké množstvo pohonných látok. Prelet bol využitý na vedecký výskumu Zeme, pri ktorom sa uplatnila ako kamera SSI (70 snímok juhoamerických Ánd a Kordillier malo rozlíšenie až ), tak aj spektrometer NIMS na štúdium horných vrstiev atmosféry. Nad Antarktídou boli zistené stratosferické oblaky s ľadovými kryštálikmi s rozmermi okolo 20 μm, katalyzujúce najmä deštrukciou ozónovej vrstvy. Tiež pozorovanie spektrometrom UVS bola cenné pre štúdium problematiky ozónovej diery.
Stretnutie s planétkou Ida.
Dňa 28. augusta 1993 o 16:52 UT sonda preletela vo vzdialenosti (navigačná odchýlka iba , 4 s) od planétky 243 Ida relatívnou rýchlosťou /s. Podľa získaných údajov má rozmery 56×54× a periódu rotácie 4 h 38 min. Celkom bolo získaných asi 150 snímok. Spektrometer NIMS potvrdil prítomnosť vrstvy regolitu a skutočnosť, že planétka je zložená z viacerých rôznych objektov. Vo februári 1994 bol na snímkach identifikovaný malý satelit tejto planétky, pomenovaný 1993 (243) 1 = Dactyl. Má vajcovitý tvar s rozmermi 1,6×1,4× a bol zaznamenaný vo vzdialenosti okolo od materského telesa. Detailná snímka s rozlíšením , urobená 4 min pred preletom a vyslaná na Zem 8. júna 1994 na ňom ukazuje desiatky kráterov väčších ako (maximálny priemer ). Zaujímavé bolo tiež zistenie, že medziplanetárne magnetické pole bolo v okolí planétky porušené, podobne ako pri planétke 951 Gaspra.
Činnosť pri Jupiteri.
V dňoch 17. až 22. júla 1994 sa sonda, v tej dobe vzdialená 238 mil. km od Jupiteru, podieľala na snímkovaní pádu kométy Shoemaker-Levy 9 do atmosféry Jupitera spoločne s pozemnými observatóriami a Hubblovým teleskopom.
Dňa 13. júla 1995 o 05:30 UT sa od materskej sondy oddelilo atmosférické puzdro. V tej dobe bola sonda na ceste 2240 dní a nachádzala sa 82,5 mil. km od Jupitera a 664 mil. km od Zeme.
Prílet k Jupiteru.
Dňa 7. decembra 1995 o 17:45:44 UT sonda preletela vo vzdialenosti od povrchu mesiaca Io. Išlo o kritickú chvíľu celej výpravy, pretože gravitačný manéver pri tomto mesiaci bol nutný na zabrzdenie asi o pätinu potrebnej zmeny rýchlosti (/s). Veľmi záležalo na presnosti preletu, pretože pri väčšej vzdialenosti by bolo potrebné príliš veľké množstvo pohonných látok, ktoré by pri neskoršej činnosti družicového modulu chýbali. Výsledok bol perfektný. O 21:53 UT sonda preletela perijovom dráhy vo vzdialenosti nad hornou hranicou oblačnosti Jupitera, od stredu planéty. O 22:06 UT sonda prijala prvé signály z atmosférického puzdra. Signál, predaný ďalej, letel na Zem 52 minút.
Meranie atmosférickej sondy.
Dňa 7. decembra 1995 o 22:04:05 UT vstúpila atmosférická sonda do atmosféry Jupitera rýchlosťou /s nad terminátorom v rovníkovej oblasti (6,57° s. š., 4,94° z. d.) pod uhlom 8,6° k horizontále (uhol o 1,5° menší by zapríčinil odraz do priestoru, o 1,5° väčší predčasné zhorenie).
Počas prvej minúty dosiahlo preťaženie asi 230 G a tepelný štít sa rozžeravil na 14 000 °C. Počas ďalšej minúty rýchlosť klesla asi na /s, t. j. pod hranicu miestnej rýchlosti zvuku. Maximálne dynamické zaťaženie dosiahlo 5×105 N/m2, tepelné 42 kW/cm2. Odtavilo sa ablatívneho ochranného štítu z fenolových živíc. Začiatok meraní bol o 53 s oneskorený a začal na úrovni atmosférického tlaku 350 hPa namiesto 100 hPa. O 22:06 UT bol v hĺbke asi uvoľnený najskôr brzdiaci a stabilizačný padák a o niekoľko sekúnd aj nosný padák. Potom sa oddelil ohorený tepelný štít, vyklopilo sa rameno s nefelometrom a 3 minúty po vstupe do atmosféry sa puzdro pomaly kolísalo na padáku a začalo vysielanie smerom k družicovej časti, nachádzajúcej sa v tej dobe vo výške . Za miestneho večerného súmraku prelietalo hnedou hmlou, aby sa ponorilo do bielych mrakov tuhého čpavku. Konečne o 22:58 UT bol na Zemi prijatý s napätím očakávaný signál potvrdzujúci začatie vysielania atmosférického puzdra. Okolo 22:45 UT sa už sonda nachádzala v hĺbke okolo (okolitý tlak asi 0,8 MPa), kde teplota dosahovala 37 °C a o desať minút neskôr už v hĺbke asi , zvierané tlakom 1 MPa.
O 23:04 UT atmosférické puzdro ukončilo vysielanie. Maximálna hĺbka, kam sa mohlo puzdro dostať, bola , kde bola teplota asi 193 °C a tlak 3 MPa. V skutočnosti puzdro vysielalo 57,6 minút, tzn. dosiahlo úroveň teploty 152 °C a tlaku 2,3 MPa, čo zodpovedalo hĺbke okolo . Okolo 23:49 UT podľa odhadov asi zanikol padák.
Technici odhadli, že asi o 00:30 UT nasledujúceho dňa zanikli časti atmosférickej sondy, vyrobené z hliníkových zliatin, neskôr aj kostra z titanových zliatin a najneskôr okolo 07:00 UT puzdro definitívne prestalo existovať.
Navedenie na obežnú dráhu.
Bezprostredne potom začal manéver JOI (Jupiter Orbit Insertion), ktorý sa uskutočnil podľa dopredu prijatých inštrukcií a ktorým sonda prešla na obežnú dráhu okolo planéty Jupiter.
Dňa 8. decembra 1995 od 00:27 do 01:16 UT bol zapojený hlavný motor sondy, ktorý zaistil navedenie na obežnú dráhu okolo Jupitera znížením rýchlosti o /s. Sonda sa po manévri JOI pohybovala po veľmi pretiahnutej eliptickej obežnej dráhe so sklonom 5,30° k rovníku planéty, s dobou obehu 198,62 dňa. Výška perijova bola a apojova . Počas zákrytu sondy za planétou sa pod dohľadom stanice DSN pri Madride, vybavenej pre presné meranie frekvencie nosnej vlny (5 000x za sekundu) uskutočnila sondáž Jupiterovej atmosféry (profil teploty a tlaku) priechodom rádiových signálov sondy. Nepresnosť v určení stredu pásma nosnej vlny o šírke 2,5 kHz bola iba 37 Hz.
Výskumy z obežnej dráhy.
V nasledujúcom období 1996 až 2000 sonda krúžila okolo planéty Jupiter po veľmi výstrednej dráhe, pričom opakovane uskutočňovala blízke prelety okolo galileovských mesiacov Io, Ganymedes, Europa a Kallisto, ktoré podrobne skúmala. Prelety boli využívané súčasne na gravitačnom manévre, ktoré zaisťovali postupnú návštevu ďalších mesiacov s minimálnou spotrebou pohonných látok. Vzhľadom na dobrú činnosť systémov sondy a veľkému množstvu získavaných dát, bola misia sondy veľakrát predĺžená, naposledy koncom apríla 2001.
Celkom vykonala 34 obehov okolo Jupitera a počas tejto doby sedemkrát navštívila mesiac Io, osemkrát Kallisto, osemkrát Ganymedes a dokonca jedenásťkrát mesiac Europa.
Ukončenie misie.
V roku 2002 sa zásoby pohonných látok sondy takmer vyčerpali. Súčasne sa začali množiť poruchy palubného počítača, spôsobené dlhodobým pôsobením prenikavej radiácie v radiačných pásoch Jupitera, ktorými sonda opakovane prelietavala. Preto bolo rozhodnuté sondu zlikvidovať jej cieleným navedením do atmosféry planéty, aby sa zabránilo jej náhodnému pádu na mesiac Európa a zamedzilo sa tým možnosti jeho kontaminácie pozemskými mikroorganizmami, čo by skomplikovalo budúce hľadanie stôp tamojšieho predpokladaného života. Samovražedný manéver bol využitý na súbežný prieskumu mesiaca Amalthea, ktorý sonda nikdy predtým nenavštívila, pretože sa pohybuje v oblasti s veľmi vysokou úrovňou radiácie.
Prelet okolo mesiaca Amalthea sa uskutočnil 5. novembra 2002 vo vzdialenosti . Počas preletu sondy okolo mesiaca hviezdny senzor zaznamenal 9 zábleskov, ktoré boli interpretované ako možný odraz svetla od 7 malých objektov, pohybujúcich sa v blízkosti Amalthey.
Po ďalšom obehu okolo planéty, počas ktorého sa sonda od nej vzdialila až na 26,4 mil. km, sonda 21. septembra 2003 o 18:57 UT vstúpila rýchlosťou /s do atmosféry Jupitera a zhorela. Od svojho štartu do zániku prekonala vzdialenosť .