Galileo (kozmická sonda)

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 atmosferickej sondy Galileo Atmosphery Probe (označenie COSPAR 1989-084E), určenej na priamy prieskum vrchnej atmosféry Jupitera.

Gravitačný manéver pri Venuši

Dňa 10. februára 1990 o 05:58:48 UT, iba 18 sekúnd pred plánovaným časom, preletela sonda vo vzdialenosti 21 493 km od stredu planéty Venuša (približne 16 000 km nad jej povrchom). Chyba zacielenia nepresiahla 5 km. Gravitačným manévrom sa zvýšila rýchlosť sondy o 3,59 km/s (plán 2,2 km/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 938 km (plán 949 km) okolo Zeme. Chyba v čase preletu bola približne 0,5 s. Gravitačným manévrom sa heliocentrická rýchlosť sondy zvýšila o 5,2 km/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 1 600 km od planétky 951 Gaspra, pričom dosiahnutá presnosť navigácie bola lepšia ako 5 km 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 18×10×9 km 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 1 m hrubej vrstvy regolitu. Najväčší z asi 600 pozorovaných kráterov má priemer 1,5 km. 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 304 km od zemského povrchu. Týmto manévrom bola zvýšená jej rýchlosť o 3,7 km/s (výsledná heliocentrická rýchlosť 38,99 km/s) a bolo tak zaistené, že sonda doletí k planéte Jupiter. Prelet bol mimoriadne presný (odchýlka iba 0,7 km), 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 10 m), 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 2 410 km (navigačná odchýlka iba 40 km, 4 s) od planétky 243 Ida relatívnou rýchlosťou 12,4 km/s. Podľa získaných údajov má rozmery 56×54×21 km 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 1,6×1,4×1,2 km a bol zaznamenaný vo vzdialenosti okolo 90 km od materského telesa. Detailná snímka s rozlíšením 39 m, urobená 4 min pred preletom a vyslaná na Zem 8. júna 1994 na ňom ukazuje desiatky kráterov väčších ako 80 m (maximálny priemer 300 m). 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 892 km 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 (175 m/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 214 570 km nad hornou hranicou oblačnosti Jupitera, 285 590 km 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 47 km/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 0,5 km/s, t. j. pod hranicu miestnej rýchlosti zvuku. Maximálne dynamické zaťaženie dosiahlo 5×10⁵ N/m², tepelné 42 kW/cm². Odtavilo sa 85 kg 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 40 km 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 215 000 km. 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 80 km (okolitý tlak asi 0,8 MPa), kde teplota dosahovala 37 °C a o desať minút neskôr už v hĺbke asi 95 km, zvierané tlakom 1 MPa.
O 23:04 UT atmosférické puzdro ukončilo vysielanie. Maximálna hĺbka, kam sa mohlo puzdro dostať, bola 163 km, 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 130 km. 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 644,4 m/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 211 489 km a apojova 19 276 188 km. 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 160 km. 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 48,26 km/s do atmosféry Jupitera a zhorela. Od svojho štartu do zániku prekonala vzdialenosť 4 631 778 000 km.