Μαγγελάνος (διαστημικό σκάφος)

Ιστορικό και επιτεύγματα

Ήταν το πρώτο μη επανδρωμένο τηλεκατευθυνόμενο διαστημικό σκάφος που εκτοξεύθηκε από τη NASA μετά την επιτυχία του διαστημικού προγράμματος Βόγιατζερ το 1977 και συγκεκριμένα μετά την επιτυχή αποστολή των Βόγιατζερ 1 και Βόγιατζερ 2 που είχαν προορισμό τους εξωτερικούς πλανήτες του ηλιακού συστήματος. 
Ήταν επίσης το πρώτο από τα τρία διαστημικά σκάφη με προορισμό το βαθύ διάστημα που εκτοξεύτηκαν από το Διαστημικό Λεωφορείο. Τα άλλα δύο ήταν το Οδυσσέας με προορισμό τον Ήλιο και το Γαλιλαίος με προορισμό τον Δία.
Ήταν επίσης το πρώτο διαστημικό σκάφος με το οποίο δοκιμάστηκε η αεροπέδηση (aerobraking), ειδική τεχνική ελέγχου του ύψους και της τροχιάς, στην οποία το σκάφος επιβραδύνεται λόγω τριβής με την ατμόσφαιρα του πλανήτη. Η τεχνική αυτή επιτρέπει την ελεγχόμενη επιβράδυνση του σκάφους χωρίς κατανάλωση καυσίμων. 
Το Μαγγελάνος δημιούργησε την πρώτη (και μέχρι σήμερα ποιοτικά αξεπέραστη) χαρτογράφηση υψηλής ανάλυσης των χαρακτηριστικών γνωρισμάτων της επιφάνειας της Αφροδίτης. Καθώς ο πλανήτης καλύπτεται από πυκνά νέφη και κανένα χαρακτηριστικό του δεν είναι ορατό από τη Γη ή από το διάστημα, η μορφή της επιφάνειας της Αφροδίτης ήταν σε μεγάλο βαθμό άγνωστη. Η δυσκολία αυτή ξεπεράστηκε με τη χρήση της τεχνικής της απεικόνισης ραντάρ, καθώς το ραντάρ μπορεί να διαπεράσει την ατμόσφαιρα της Αφροδίτης και να «δει» μέσα από αυτή.
Οι προγενέστερες αποστολές με προορισμό τον πλανήτη είχαν δημιουργήσει χαρτογραφήσεις ραντάρ χαμηλής ανάλυσης σε επίπεδο ηπειρωτικών σχηματισμών. Το Μαγγελάνος βελτίωσε την ποιότητα σε λεπτομερή απεικόνιση και ανάλυση των κρατήρων, λόφων, κορυφογραμμών, και άλλων γεωλογικών σχηματισμών, σε έναν βαθμό συγκρίσιμο με αυτή της φωτογραφικής χαρτογράφησης άλλων πλανητών στο ορατό μέρος του φάσματος. 
Ο σφαιρικός χάρτης της Αφροδίτης που προέκυψε από τις παρατηρήσεις του Μαγγελάνου παραμένει προς το παρόν ο πιο λεπτομερής, αν και η Ρωσία αποσκοπεί το έτος 2016 με το Βενέρα-Δ να στείλει ένα ραντάρ στο διάστημα που θα μπορεί να επιτύχει την ίδια ή καλύτερη ποιότητα εικόνων. 
Η αποστολή ονομάστηκε προς τιμή του Φερδινάνδου Μαγγελάνου, Πορτογάλου εξερευνητή του δεκάτου έκτου αιώνα. 
Η εκτόξευση του Μαγγελάνου έγινε με τη βοήθεια του διαστημικού λεωφορείου Ατλαντίς κατά τη διάρκεια της αποστολής STS-30 στις 4 Μαΐου 1989. Το Ατλαντίς μετέφερε το σκάφος σε χαμηλή γήινη τροχιά, όπου και το απελευθέρωσε. Στη συνέχεια πυροδοτήθηκε ο πύραυλος στερεών καυσίμων (IUS) στέλνοντας το Μαγγελάνο στο μακρινό δεκαπεντάμηνο ταξίδι του. Το Μαγγελάνος περιστράφηκε μιάμιση φορά γύρω από τον Ήλιο προτού να μπει σε τροχιά γύρω από την Αφροδίτη στις 10 Αυγούστου 1990. Τελικά το 1994 διατάχθηκε να καταδυθεί στην ατμόσφαιρα, και ακολούθως κάηκε. Εν μέρει εξατμίστηκε, ενώ μερικά τμήματα πιστεύεται ότι έπεσαν στην επιφάνεια του πλανήτη.

Η αποστολή

Η δορυφορική τροχιά του Μαγγελάνου αρχικά ήταν ιδιαίτερα ελλειπτική, απέχοντας από την Αφροδίτη 8.543 χιλιόμετρα και προσεγγίζοντάς την μόλις στα 294 χιλιόμετρα. Η τροχιά ήταν πολική, που σημαίνει ότι το διαστημικό σκάφος ταξίδευε από νότο προς βορρά και αντιστρόφως κατά τη διάρκεια κάθε περιφοράς, πετώντας πάνω από τους δύο πόλους της Αφροδίτης. Το σκάφος ολοκλήρωνε μια τροχιά σε 3 ώρες και 15 λεπτά.
Κατά τη διάρκεια του μέρους της τροχιάς του που τον έφερνε κοντύτερα στην Αφροδίτη, τα ραντάρ του Μαγγελάνου φωτογράφιζαν μια δρεπανόμορφη λωρίδα της επιφάνειας του πλανήτη πλάτους περίπου 17 έως 28 χιλιομέτρων. Στο τέλος κάθε τροχιάς, το διαστημικό σκάφος μετέδιδε πίσω στη Γη τη λωρίδα του χάρτη της επιφάνειας του πλανήτη. Καθώς ο πλανήτης περιστρεφόταν κάτω από το διαστημικό σκάφος, το Μαγγελάνος συνέλεγε διαδοχικές λωρίδες, καλύπτοντας τελικά ολόκληρη τη σφαίρα μέσα σε 243 γήινες ημέρες, όσο διαρκεί μια πλήρης περιστροφή της Αφροδίτης. 
Με το τέλος της πρώτης περιστροφής, που διήρκεσε μεταξύ Σεπτεμβρίου 1990 και Μαΐου 1991, το Μαγγελάνος είχε ήδη στείλει στη Γη λεπτομερείς εικόνες από το 84% της επιφάνειας της Αφροδίτης. Η χαρτογράφηση ολοκληρώθηκε κατά τη διάρκεια δύο ακόμα περιστροφών που διήρκεσαν από τον Μάιο του 1991 μέχρι τον Σεπτέμβριο του 1992, φέρνοντας το ποσοστό κάλυψης στο 98%. Χάρη στις πολλαπλές φωτογραφήσεις οι επιστήμονες είχαν στη διάθεσή τους διαφορετικούς χάρτες όλης της επιφάνειας που επέτρεπαν τον εντοπισμό αλλαγών ανάμεσα στις περιόδους. Επιπλέον, επειδή η οπτική γωνία άλλαζε ελαφρώς από τον έναν κύκλο στον επόμενο, οι επιστήμονες μπόρεσαν να κατασκευάσουν τρισδιάστατες απόψεις της επιφάνειας της Αφροδίτης. 
Κατά τη διάρκεια της τέταρτης περιστροφής, από τον Σεπτέμβριο του 1992 μέχρι Μάιο του 1993, το διαστημικό σκάφος συνέλεξε στοιχεία όσον αφορά τη βαρύτητα του πλανήτη. Κατά τη διάρκεια αυτού του κύκλου, το Μαγγελάνος μετέδιδε ένα σταθερό ραδιοσήμα στη Γη. Εάν περνούσε πάνω από μια περιοχή της Αφροδίτης με υψηλότερη βαρύτητα από την κανονική, το σκάφος θα επιταχυνόταν ελαφρώς στην τροχιά του. Αυτό θα προκαλούσε μια πολύ μικρή αλλαγή στη συχνότητα του ραδιοσήματος λόγω του φαινομένου Ντόπλερ. Χάρη στη δυνατότητα των ραδιοδεκτών στη NASA/JPL Deep Space Network να μετρούν τις συχνότητες με εξαιρετική ακρίβεια, οι επιστήμονες μπόρεσαν να κατασκευάσουν έναν λεπτομερή χάρτη του πεδίου βαρύτητας της Αφροδίτης. 
Στο τέλος του τέταρτου τροχιακού κύκλου τον Μάιο του 1993, η τροχιά του διαστημικού σκάφους χαμηλώθηκε εσκεμμένα, χρησιμοποιώντας για πρώτη φορά μια τεχνική αποκαλούμενη αεροπέδηση (aerobraking). Αυτός ο ελιγμός έκανε το Μαγγελάνος να βυθίζεται λίγο στην ατμόσφαιρα της Αφροδίτης, ώστε με κάθε τροχιά η τριβή με την ατμόσφαιρα να το επιβραδύνει και να χαμηλώνει την τροχιά του. 
Το πείραμα αυτό ολοκληρώθηκε το 1993 μεταξύ 25 Μαΐου και 3 Αυγούστου. Η τροχιά του Μαγγελάνου απείχε από την Αφροδίτη το πολύ 541 χιλιόμετρα, προσεγγίζοντάς την στα 180 χιλιόμετρα, ενώ η ταχύτητά του είχε αυξηθεί τόσο ώστε η τροχιακή περίοδός του μειώθηκε στα 94 λεπτά (σχεδόν όσο διαρκεί μια τροχιά γύρω από τη Γη του διαστημικού λεωφορείου στην απόσταση που βρίσκεται ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός). Σ' αυτήν την πιο στρογγυλοποιημένη τροχιά, το Μαγγελάνος συνέχισε να συλλέγει στοιχεία και να αποσαφηνίζει τη δύναμη της βαρύτητας στον βόρειο και νότιο πόλο της Αφροδίτης. Η τεχνική της αεροπέδησης χρησιμοποιείται σήμερα με επιτυχία για την βελτιστοποίηση της τροχιάς των διαστημοσυσκευών γύρω από τον Άρη.
Τον Απρίλιο του 1994 το Μαγγελάνος άρχισε τον έκτο και τελευταίο τροχιακό κύκλο, συνεχίζοντας τη συλλογή στοιχείων βαρύτητας αλλά και πραγματοποιώντας επιστημονικά πειράματα με ραντάρ και ραδιοκύματα. Μέχρι το τέλος της αποστολής, το Μαγγελάνος είχε καταγράψει με υψηλή ευκρίνεια τη βαρύτητα περίπου του 95% της επιφάνειας του πλανήτη. 
Τον Σεπτέμβριο του 1994, το Μαγγελάνος χαμήλωσε εκ νέου την τροχιά του, και μπαίνοντας στα εξώτερα στρώματα της πυκνής ατμόσφαιρας έγειρε λίγο τους ηλιακούς συλλέκτες του για να ετκελεστεί το λεγόμενο πείραμα του ανεμόμυλου. Με τη βοήθεια του υπολογιστή του και των προωθητήρων του, διόρθωνε συνεχώς τη στροφή του διαστημικού σκάφους ώστε να μην περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του. Με τα στοιχεία που κατεγράφησαν στο πείραμα αυτό, οι επιστήμονες υπολόγισαν την πυκνότητα της ατμόσφαιρας της Αφροδίτης.
Με έναν τελικό ελιγμό στις 11 Οκτωβρίου 1994 η τροχιά του Μαγγελάνου χαμήλωσε άλλη μια τελευταία φορά. Την επόμενη μέρα χάθηκε το σήμα του, ενώ την μεθεπόμενη μέρα τα μέρη του που δεν είχαν καεί στην ατμόσφαιρα συνετρίβησαν στην επιφάνεια.

Τα χαρακτηριστικά του διαστημικού σκάφους

Τα κύρια μέρη του σκάφους ήταν ως επί το πλείστον εφεδρικά εξαρτήματα που περίσσεψαν από τα προγράμματα Βόγιατζερ και Γαλιλαίος. Το μήκος του ήταν 4,6 μέτρα. Μαζί με πυραύλους και τα καύσιμα, το διαστημικό σκάφος ζύγιζε συνολικά 3.460 κιλά.
Το οκταγωνικό κύριο τμήμα, μερικοί προωθητές καθώς και η κεραία που χρησιμοποιήθηκε και για την επικοινωνία και για τη φωτογράφιση ραντάρ ήταν όμοια με αυτά των Βόγιατζερ 1 και 2. Οι ηλεκτρονικοί υπολογιστές του σκάφους και οι μονάδες διανομής ρεύματος ήταν εφεδρικά εξαρτήματα από την αποστολή του Γαλιλαίου. Μια άλλη κεραία ήταν από την αποστολή Μάρινερ 9. 
Κύριος ανάδοχος για το διαστημικό σκάφος ήταν η εταιρία Martin Marietta Astronautics (που τώρα ονομάζεται Lockheed Martin). Κύριος ανάδοχος για το σύστημα ραντάρ ήταν η εταιρία Hughes Space & Communications.
Οι δυο τετράγωνες φωτοβολταϊκές μονάδες που χρησιμοποιήθηκαν είχαν πλευρά 2,5 μέτρα η κάθε μία και τροφοδοτούσαν το σκάφος με ηλεκτρικό ρεύμα 1.200 Watt (δηλαδή 100 Watt ανά m²) συνολικά. Επειδή οι τυχόν βλάβες ήταν αδύνατο να διορθωθούν, οι φωτοβολταϊκές μονάδες σταδιακά εξασθενούσαν, έτσι ώστε κατά τη διάρκεια της μακρόχρονης αποστολής να γίνεται όλο και πιο απαραίτητη η προσεκτική διαχείριση της κατανάλωσης ρεύματος προκειμένου να εξασφαλιστεί η λειτουργία του διαστημικού σκάφους. 
Το σκάφος δεν διέθετε συμβατικές οπτικές φωτογραφικές μηχανές. Αντί για αυτές, χρησιμοποιήθηκαν σήματα ραντάρ και μικροκύματα, που διαπερνώντας την πυκνή και αδιάφανη ατμόσφαιρα της Αφροδίτης χαρτογράφησαν την επιφάνειά της. Ο τρόπος επεξεργασίας των κυμάτων λέγεται Ραντάρ συνθετικού ανοίγματος (Synthetic aperture radar) ή SAR. Οι χάρτες του Μαγγελάνου είχαν αρχικά ανάλυση περίπου 120 μέτρων, και μετά από επεξεργασία έφτασαν ανάλυση 75 μέτρων. Δηλαδή, στους χάρτες τις Αφροδίτης φαίνονται καθαρά όλα τα αντικείμενα και οι εδάφιοι σχηματισμοί που έχουν μέγεθος τουλάχιστον 75 μέτρα. Η χαρτογράφηση με επεξεργασία SAR εφαρμόσθηκε για πρώτη φορά για χαρτογράφηση των γήινων ωκεανών από την δορυφορική διαστημική συσκευή Seasat το 1978 και χρησιμοποιήθηκε αργότερα εκτενέστερα στις διαστημικές αποστολές απεικόνισης ραντάρ (Spaceborne Imaging Radar ή SIR) του διαστημικού λεωφορείου το 1981, 1984 και 1994. Ένα άλλο ραντάρ απεικόνισης χρησιμοποιήθηκε στην αποστολή Cassini στον Κρόνο για να χαρτογραφήσει την επιφάνεια του δορυφόρου Τιτάνα. 
Εκτός από την απεικόνιση, το ραντάρ του Μαγγελάνου χρησιμοποιήθηκε επίσης για να εξακριβώνει το ύψος της τροχιάς καθώς και το υψόμετρο διάφορων περιοχών του πλανήτη στέλνοντας σήμα και μετρώντας το χρονικό διάστημα μέχρι την άφιξη του ανακλώμενου σήματος.

Αποτελέσματα της αποστολής

Η μελέτη των εικόνων υψηλής ευκρίνειας του Μαγγελάνου μας βοήθησε να κατανοήσουμε τη γεωλογία της Αφροδίτης και τον ρόλο των προσκρούσεων μετεώρων, της ηφαιστειογένεσης και του τεκτονισμού στον σχηματισμό των δομών της επιφάνειας του πλανήτη. 
Η επιφάνεια της Αφροδίτης καλύπτεται κυρίως από ηφαιστειακά υλικά. Τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα της ηφαιστειακής δραστηριότητας, όπως οι απέραντες πεδιάδες λάβας, οι περιοχές με μικρούς θόλους λάβας και τα μεγάλα ηφαίστεια είναι κοινά. 
Υπάρχουν λίγοι κρατήρες από πρόσκρουση μετεώρων στην Αφροδίτη, που σημαίνει ότι η επιφάνεια είναι μάλλον γεωλογικά νέα - λιγότερο από 800 εκατομμυρίων ετών. 
Τα παγωμένα ποτάμια λάβας, μήκους πάνω από 6.000 χιλιομέτρων, προδίδουν την εξαιρετική ρευστότητα της λάβας που ρέει στην επιφάνεια του πλανήτη. 
Σημάδια από κίνηση τεκτονικών πλακών δεν παρατηρήθηκαν στην Αφροδίτη. Η τεκτονική του πλανήτη περιλαμβάνει πολλές ρωγμές καθώς και πολυάριθμες δομές που αποκαλούνται κορώνες και παράγονται από την ανάβλυση και την καθίζηση του μάγματος από τον μανδύα. 
Αν και η ατμόσφαιρα της Αφροδίτης είναι πυκνή, η επιφάνεια δεν δείχνει καθόλου στοιχεία διάβρωσης από αέρα, παρά μόνο λίγες περιπτώσεις περιορισμένης διάβρωσης από μεταφορά σκόνης και άμμου. Αντίθετα, στον Άρη η ατμόσφαιρα είναι μεν λεπτή, αλλά επιδεικνύει ουσιαστικά στοιχεία διάβρωσης από αέρα και από μεταφορά σκόνης και άμμου.