MESSENGER

Ülevaade

MESSENGER alustas Merkuuri kohta informatsiooni kogumist 4. aprillil 2001 ja põhimissioon lõppes 17. märtsil 2012, olles pildistanud Merkuurist umbes 100 000 fotot. MESSENGER sai kogu Merkuuri pinna pildistatud 6. märtsil 2013 ja lõpetas oma esimese missioonipikenduse 17. märtsil 2013. Teine missioonipikendus kestis üle kahe aasta, aga sel ajal oli sondi orbiit langemas ning MESSENGER pidi ennast aeg-ajalt kõrgemale tõukama. Viimast korda tõsteti MESSENGERi orbiiti 24. oktoobril 2014 ja 21. jaanuaril 2015. MESSENGER kukkus Merkuuri pinnale 30. aprillil 2015.
MESSENGER saatis Merkuuri orbiidil olles märkimisväärselt teavet ja muuhulgas uuris sond Merkuuri magnetvälja ja leidis planeedi põhjapooluselt jääd, mille olemasolu oli Maalt tehtud uuringute tulemuste põhjal kahtlustatud juba pikemat aega.

Mariner 10

1973. aastal startis Mariner 10, mis pidi korduvalt mööduma Veenusest ja Merkuurist. Missioon kogus esmakordselt üksikasjalikku infot Merkuuri kohta ning kaardistas 40–45% selle pinnast. Mariner 10 sooritas 16. märtsil 1975 viimase möödalennu Merkuurist ning pärast seda ei külastanud ükski missioon planeeti rohkem kui 30 aastat.

Uue missiooni ettepanekud

1998. aastal ilmus uuring, mis kirjeldas võimalust saata Merkuuri orbiidile kosmosesond, sest planeet oli võrdlemisi vähe uuritud. Mariner 10 missiooni lõppemise järel tehtud ettepanekud olid olnud liiga kulukad, sest need eeldasid suure koguse kütuse kaasavõtmist ning suure kanderaketi kasutamist. Lisaks on kosmosesondi Merkuuri orbiidile sisenemine väga keeruline, kuna Maalt otse Merkuurile suunduv kosmosesond kiireneks Päikese gravitatsiooni mõjul sedavõrd, et see liiguks Merkuuri juurde jõudmise ajaks liiga kiiresti, et orbiidile siseneda. Lahendus sellele probleemile leiti 1985. aastal, kui Chen-wan Yeni arvutatud trajektoori kasutades saaks kosmosesondi kiirust möödalendudega Maast ja Veenusest aeglustada ning see vähendaks tunduvalt kaasavõetava kütuse kogust.

Konstruktsioon ja seadmed

MESSENGER projekteeriti ja ehitati John Hopkinsi Ülikooli rakendusliku füüsika laboris. Sond oli 1,85 m pikk, 1,42 m lai ja 1,27 m sügav. Stardil kaalus sond 1100 kg. MESSENGER-i missiooni maksumuseks (koos ehituskuludega) on hinnatud 450 miljonit dollarit.

Käitursüsteem ja asendikontroll

MESSENGER-i peamootor suutis tõukejõudu toota 645 njuutonit, peamootori projekteeris ja ehitas AMPAC‐ISP’s Westcott. Sondi pardal oli kütust ja survestina kasutatud heeliumi kokku 607,8 kg.
MESSENGER-i suunda juhiti peamootori töötamise ajal nelja tõukuriga, millest igaüks tootis tõukejõudu 22 njuutonit. Sondi asendit juhiti kaheteistkümne väiksema tõukuriga, millest igaüks suutis tõukejõudu toota 4,4 njuutonit. Täpseks asendimääramiseks kasutati ka hoorataste süsteemi. Asendijuhtimissüsteemi tarbeks kogusid informatsiooni tähtede jälgimise seade, inertsiaalne mõõteseade ja kuus päikeseandurit.

Side

Kosmosesondi pardal oli Süvakosmose sidevõrguga sidepidamiseks kaks süvakosmose transponderit. Sidepidamiseks oli sondil kolm antenni, millest suure võimendusega antenn oli ainult saatja ning edastas informatsiooni sagedusel 8,4 GHz. Keskmise ja väikese võimendusega antennid olid võimelised signaale nii vastu võtma kui ka saatma. Antennid kasutasid saatmisel sagedust 8,4 GHz ja vastuvõtul sagedust 7,2 GHz. Kolmest antennist üks oli paigaldatud sondi päikesepoolsele küljele ning teine sond varjus olevale küljele.

Elekter

Kosmosesondile tootsid elektrit kaks kahest paneelist koosnevat päikesepaneeli, mis olid valmistatud galliumarseniidist ja germaaniumist. Kõik paneelid olid pööratavad ning nende küljes olid optilised päikesepeegeldid, et tasakaalustada paneeli temperatuuri. Toodetud elekter salvestati nikkel-vesinikakusse.

Arvutid

MESSENGER-i pardal olev arvutisüsteem oli koondatud integreeritud elektroonikamoodulisse (IEM), mis tähendas, et põhiline avioonika oli ühes moodulis. Arvuti peaprotsessoriteks olid IBM-i RAD6000 protsessorid, mida oli radiatsiooni vastu tugevdatud. Süsteemi töökindluse tagamiseks oli integreeritud elektroonikamooduleid kaks tükki ja kasutusel ka veakaitseprotsessor, mis oli peaprotsessoritest nõrgem. Andmete salvestamisel kasutati kahte 1-gigabitist pooljuhtketast. Süsteem oli projekteeritud nii, et andmete töötlemisel kogusid RAD6000 protsessorid informatsiooni ja tihendasid selle ning seejärel salvestasid selle pooljuhtketastele, et see hiljem Maale saata.

Start ja trajektoor

MESSENGER startis Cape Canaveralit, 3. augustil 2004, kell 6:15 (UTC). Start kestis 57 minutit ja MESSENGER suundus kiirusel 10,68 km/s heliotsentrilisele orbiidile ning alustas teekonda Merkuurile, mis oli 7,9 miljardit kilomeetrit pikk ning kestis 6 aastat 7 kuud ja 16 päeva.
Merkuurile lendamine eeldab ülisuurt kiirusemuutust, sest planeedi orbiit on tugevalt mõjutatud Päikese gravitatsioonist ning Merkuuri poole suunduvat kosmoselaeva hakkab Päikese gravitatsioon kiirendama. See tähendab, et Merkuurile jõudmise ajaks on kosmoselaeva kiirus sedavõrd suurenenud, et see ei saa planeedi orbiidile jääda, kulutamata aeglustamiseks suurt kogust kütust. Sondid saavad atmosfääriga planeetide orbiidile jäädes kasutada aeropidurdust, kasutades planeedi atmosfääri, et orbiidi korrigeerida, kuid Merkuuri atmosfäär on selliste manöövrite jaoks liiga õhuke. Aeropidurduse asemel kasutas MESSENGER möödalende Maast, Veenusest ja Merkuurist, et kahandada oma kiirust Merkuuri suhtes ning orbiidile sisenemisel oma peamootorit, et jääda väga elliptilisele orbiidile tiirlema. Mitmete möödalendude tegemine kahandas tunduvalt kaasavõetava kütuse kogust, kuid see pikendas teekonda Merkuurile mitmeid aastaid ja 7,9 miljardi kilomeetrini.
Teekonnal Merkuurile otsustati mitmed tõukurite abil läbi viia plaanitud orbiidi korrigeerimised ära jätta, sest need manöövrid tehti tõukurite asemel Päikese radiatsiooni survet kasutades, mis mõjus MESSENGER-i päikesepaneelidele. Kütuse koguse vähendamiseks otsustati, et sond jääb Merkuurile jõudes väga elliptilisele orbiidile. Lisaks kütusekoguse vähenemisele oli orbiidi valimisel olulised veel kaks põhjust: orbiit võimaldas sondil Päikese ja tulikuuma Merkuuri pinna vahel oleku järel jahtuda ning sond sai uurida erinevatelt kaugustelt päikesetuule ja Merkuuri magnetvälja mõjusid.

Maast möödalend

MESSENGER sooritas aasta pärast starti, 2. augustil 2005, möödalennu Maast. Sond oli Maale kõige lähemal kell 19:13 (UTC), olles siis 2347 km kaugusel. Maast möödumise ajal pildistas sond Maad ja Kuud, kasutades selleks MDIS-i, ning testis mitmeid oma seadmeid, uurides Maa ja Kuu pinda, atmosfääri ja magnetvälja. See oli vajalik, et veenduda sondi seadmete töökorras olekus, ning võimaldas inseneridel asuda varakult tegelema leitud pisivigadega.

Kaks möödalendu Veenusest

24. oktoobril 2006 kell 8:34 (UTC) möödus MESSENGER 2992 kilomeetri kauguselt Veenusest. Möödumise ajal oli Maa teisel pool Päikest ning seetõttu ei saanud sondiga sidet pidada ja möödalennul sond Veenust ei uurinud. Side kosmosesondiga taastus novembri lõpus ja 12. detsembril käivitas sond trajektoori korrigeerimiseks, 524 sekundiks oma peamootori, et valmistuda teiseks Veenusest möödalennuks.
5. juunil 2007 möödus MESSENGER Veenusest teist korda, olles 338 kilomeetri kaugusel, et vähendada enne Merkuurile suundumist tunduvalt oma kiirust. Möödumise ajal olid kõik teadusseadmed sisse lülitatud ning need kogusid informatsiooni Veenuse atmosfääri ülemiste kihtide kohta. MESSENGER-i möödalennu ajal oli Veenuse orbiidil ka ESA kosmosesond Venus Express, mis võimaldas teha mõõtmisi samaaegselt kahe kosmosesondiga.

Kolm möödalendu Merkuurist

MESSENGER sooritas kiiruse aeglustamiseks kolm möödalendu Merkuurist. Sond tegi 14. jaanuaril 2008 esimese möödalennu Merkuurist ja lähenes planeedile kuni 200 km kaugusele. Teise möödalennu sooritas sond 6. oktoobril 2008 ja viimase möödalennu 29. septembril 2009. Viimase möödalennu ajal lülitus sond turvarežiimi ning kuigi see ei mõjutanud trajektoori, ei saanud sondiga teha planeeritud uuringuid ega fotosid. Sondi normaalne töö taastati seitsme tunni pärast ning 24. novembril 2009 sooritas sond viimase kursimuutuse, et valmistuda Merkuuri orbiidile sisenemiseks.

Sisenemine Merkuuri orbiidile

Merkuuri orbiidile sisenemine algas 18. märtsil, kell 0:45 (UTC), kui MESSENGER käivitas 15 minutiks oma peamootori. Lennujuhid said kell 1:10 sondilt kinnituse, et manööver õnnestus ja MESSENGER tiirleb Merkuuri orbiidil.
MESSENGER-i orbiit oli väga elliptiline ja 12-tunnise tiirlemisperioodiga. Orbiidil olles lähenes sond Merkuurist 200 km kaugusele ja kaugenes seejärel 10300 kilomeetri kaugusele ning orbiit valiti selline, et kaitsta sondi Merkuuri pinnalt eralduva kuumuse eest.

Missioon

Pärast orbiidile sisenemist, algas 18-päevane periood, mil seadmeid kontrolliti ja katsetati. Lennujuhid lülitasid sel ajal sisse kõik teadusseadmed ning veendusid, et need olid pika teekonna vastupidanud ja saavad Merkuuri orbiidil töötada. Seadmete kontroll oli edukas ning MESSENGER-i põhimissioon algas 4. aprillil 2011.
5. oktoobril 2011 esitleti MESSENGER-i missiooni kuue kuu jooksul kogutud tulemusi Nantesis toimunud Euroopa Planetoloogia Kongressil. Kongressil esitletud avastuste hulgas olid Merkuuri tagaküljelt leitud, oodatust palju suurem magneesiumi ja kaltsiumi kontsentratsioon ja fakt, et Merkuuri magnetväli on planeedi ekvaatorist tunduvalt põhja poole nihkes.

Pikendatud missioon

Novembris 2011 teatas NASA, et MESSENGER-i missiooni pikendatakse ühe aasta võrra, mis laseb sondil vaadelda Päikese aktiivsuse maksimumi. Missiooni pikendus algas 17. märtsil 2012. Ajavahemikus 16.–20. aprillini 2012 vähendas MESSENGER tõukurite abil oma tiirlemisperioodi kaheksale tunnile, et Merkuuri paremini uurida.
Novembris 2012 teatas NASA, et MESSENGER oli Merkuuri alaliselt varjus olevatest kraatritest leidnud jääd ning orgaanilisi aineid. Veebruaris 2013 avaldas NASA seni täpseima ja üksikasjalikuima 3D kaardi Merkuuri pinnast, kasutades selleks tuhandeid MESSENGER-i pildistatud fotosid. MESSENGER-i esimene missioonipikendus lõppes 17. märtsil 2013 ja teine missioonipikendus kestis aprillini 2015. 2015. aasta alguses, kui MESSENGER-i missioon hakkas lõppema, pildistas sond tänu oma vähenevale orbiidile detailselt Merkuuri põhjapooluse jääga täidetud kraatreid ja teisi pinnavorme.

Vee, orgaaniliste ainete ja vulkanismi avastamine

3. juulil 2008 teatas MESSENGER-i meeskond, et sond oli Merkuuri eksosfäärist leidnud suure koguse vett, mis oli teadlaste jaoks ootamatu avastus. Hiljem leidis MESSENGER tõendeid, et minevikus oli Merkuur vulkaaniliselt aktiivne ja et Merkuuri tuum on vedel. MESSENGER aitas koostada ka seni detailsemad kaardid Merkuurist ning leidis Merkuuri põhjapoolusel alaliselt varjus asuvatest kraatritest orgaanilisi osakesi ja jääd.

Päikesesüsteemi perepilt

18. veebruaril 2011 avaldati MESSENGERI missiooni veebileheküljel 34 pildist kokku pandud foto, millele oli jäädvustatud kõik Päikesesüsteemi planeedid peale Neptuuni ja Uraani. See pildistati, et täiendada Voyager 1 14. veebruaril 1990 pildistatud perepilti.

Missiooni lõpp

2015. aasta alguses lõppes MESSENGER-il kursi korrigeerimiseks kasutatud kütus ning sond hakkas vähehaaval Merkuurile lähenema. Sondi asendit õnnestus korrigeerida heeliumit kasutades, kuid see pikendas missiooni ainult mõne nädala võrra. MESSENGER jätkas Merkuuri uurimist kuni 30. aprillini 2015, mil see kukkus kiirusel 14 080 km/h Merkuuri pinnale, tekitades ilmselt 16-meetrise diameetriga kraatri. Sond kukkus ilmselt Suisei Planitiale, mis asub Merkuuri päikesepoolsel küljel, ja seetõttu ei tuvastanud kokkupõrget ükski vaatleja ega raadioteleskoop. NASA kinnitas missiooni lõppemise, kui Süvakosmose sidevõrk ei tuvastanud MESSENGER-i Merkuuri tagant väljumas.