MESSENGER

MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging – doslova "povrch Merkúra, kozmické prostredie, geochémia a meranie"; zároveň messenger – posol) bola planetárna kozmická sonda NASA k Merkúru, prvá po 35 rokoch. Odštartovala v auguste 2004; po zložitej trajektórii s dvoma preletmi okolo Venuše a troma okolo Merkúru prešla v marci 2011 na jeho obežnú dráhu a začala štyri roky trvajúci výskumný program.

Misia bola riadená a kontrolovaná z riadiaceho strediska MOC (Mission Operations Center) na Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory v Laurelu (USA), kde bola sonda navrhnutá a skonštruovaná. Vedecké pozorovania boli riadené a koordinované zo strediska SOC (Science Operations Center) nachádzajúceho sa v rovnakej lokalite. Celkové náklady na misiu vrátane stavby sondy, vývoja prístrojov, nosnej rakety, riadenia letu a spracovania údajov sa odhadujú na 427 mil. USD.

Popis sondy 
Základným telesom sondy bol hranol s rozmermi 1,42 x 1,85 x . Kostra hlavného telesa bola vyrobená z uhlíkových kompozitov GrCE (Graphit Cyanate Ester). Na hornom kryte sa nachádzali trysky hlavného korekčného motoru LVA (Large Velocity Adjust), trysky orientácie, nádrže hélia a pomocného paliva, sledovače hviezd a batérie. Zadná časť bola spojená s adaptérom, ktorý spájal sondu s nosnou raketou. Na strane obrátenej k Slnku sa nachádzala slnečná clona s dĺžkou  a priemerom . Tá mala zabezpečiť, aby sa teplota vnútri sondy pohybovala okolo 20°C. Tomu napomáhala aj viacvrstvová tepelná izolácia, radiátory, spoje s nízkou tepelnou vodivosťou, ohrievače a tiež dráha sondy, ktorá bola navrhnutá tak, aby sondu príliš nezaťažovalo slnečné žiarenie odrazené od Merkúra. Hlavná kostra sondy niesla nádrže s pohonnými hmotami a okysličovadlom.

Pohonný systém tvoril hlavný raketový motor LVA (Large Velocity Adjust) s ťahom 660 N, a štyri pomocné motorčeky s ťahom 22 N a dvanásť motorov s ťahom 4 N na udržiavanie orientácie. Na udržiavanie orientácie sonde slúžili aj silové zotrvačníky. Presné natočnenie sondy určovala inerciálna merajúca jednotka IMU (Inertial Measurement Unit), ktorá obsahovala gyroskopy a akcelerometre.

Elektrickú energiu zabezpečovali dva jednostranné solárne panely, ktoré boli upevnené na bočných stenách telesa sondy a vyčnievali mimo slnečný ochranný štít. Panely mali priemer 6 metrov a boli otočné, aby sa mohlo regulovať ich tepelné namáhanie. Na obežnej dráhe Merkúra mali výkon približne 640 W.

Prístrojové vybavenie sondy

MDIS (Mercury Dual Imaging System)

Obsahuje dve CCD kamery, jednu širokouhlú so zorným poľom 10,5° a jednu teleskopickú so zorným poľom 1,5°.

GRNS (Gamma-Ray and Neutron Spectrometer)

Obsahuje dva spektrometre – gama a neutrónový, s ktorých pomocou sa budú získavať informácie o chemickom zložení kôry Merkúru.

XRS (X-Ray Spectrometer)

RTG spektrometer deteguje žiarenie vyvolané dopadom RTG žiarenia zo Slnka na povrch Merkúru.

MAG (MAGnetometer)

Magnetometer podrobne skúmal magnetické pole Merkúru, jeho silu a rozloženie v priestore.

MLA (Mercury Laser Altimeter)

Laserový výškomer mapoval povrch Merkúru pomocou infračerveného lasera (pracoval na vlnovej dĺžke 1 064 nm) s presnosťou na .

MASCS (Mercury Atmospheric and Surface Composition Spectrometer)

Obsahoval dva prístroje – spektrometer pracujúci v ultrafialovej a viditeľnej oblasti (Ultraviolet Visible Specrometer) a spektrograf pre viditeľnú a blízku infračervenú oblasť (Visible-Infrared Spectrograph). Prvý z nich skúmal chemické zloženie a vlastnosti atmosféry s rozlíšením . Druhý na povrchu zisťoval prítomnosť minerálov obsahujúcich železo a titán s rozlíšením .

EPPS (Energetic Particle and Plasma Spectrometer)

Spektrometer EPS (Energetic Particle Spectrometer) poslúžil na detekciu častíc urýchlených v Merkúrovej magnetosfére. Druhý spektrometer FIPS (Fast Imaging Plasma Spectrometer) slúžil na sledovanie nízkoenergetických častíc prichádzajúcich od povrchu a atmosféry, ionizované atómy unášané slnečným vetrom a pod.

RS (Radio Science)

Využíval komunikačný systém sondy pre meranie jej rýchlosti a vzdialenosti od Zeme. Tieto údaje poslúžia k meraniu gravitačného poľa a spoločne s laserovým výškomerom LSA k určeniu veľkosti a skupenstva jadra Merkúru.

Konštrukcia a prípravy na štart 
Sonda MESSENGER bola postavená v rámci projektu Discovery, ktorého súčasťou bola napríklad aj sonda NEAR Shoemaker či Genesis. S návrhom sondy umiestnenej na obežnej dráhe Merkúra prišla Johns Hopkins University. Hlavná časť montáže a skúšky pohonu prebiehali počas roku 2003. V decembri 2003 bola sonda prevezená do Goddard Space Flight Center (GSFC), kde sa podrobila skúškam pôsobenia kozmického prostredia. Testy, ktoré skončili začiatkom marca 2004, prebehli bez problémov a po kontrolách bola prevezená na Cape Canaveral. V priebehu testov a skúšok na Floride NASA z viacerých dôvodov rozhodla o odklade štartu, ktorý bol pôvodne naplánovaný na 11. mája 2004. 

Na Cape Canaveral pokračovali skúšky rádiového spojenia, autonómneho riadenia a iné. Do sondy boli namontované letové akumulátorové batérie, neskôr sonda dostala aj solárne panely. 12. júla bol MESSENGER pripevnený k úrýchľovaciemu stupňu a 21. júla bol prevezený na štartovací komplex 17-B. Tam bol pripevnený k nosnej rakete Delta II a 2. augusta sa rozbehlo odpočítavanie (countdown) pred štartom. Kvôli tropickej búrke bol ale prvý pokus o štart odvolaný. 3. augusta 2004 už ale odpočítavanie prebehlo bez zastavenia a v čase 06:15:56 UT Delta II so sondou odštartovala.

Priebeh letu 
V čase T+49:35 min bol oddelený druhý stupeň nosnej rakety. O 07:07:38 UT po zážihu urýchľovacieho stupňa bola sonda navedená na únikovú dráhu. O 07:31 UT bolo nadviazané spojenie so sondou a potvrdené vyklopenie solárnych panelov. 4. augusta sonda prekročila obežnú dráhu Mesiaca a nasledujúceho dňa opustila sféru gravitačného vplyvu Zeme. 24. augusta v čase 21:00:07 UT  sa uskutočnila prvá korekcia dráhy.

Prelet okolo Zeme 
Dráha k Merkúru počítala s niekoľkými gravitačnými manévrami pri Zemi, Venuši a Merkúri. Prvý prebehol 2. augusta 2005 pri Zemi a k najväčšiemu priblíženiu došlo v čase 19:13 UT na vzdialenosť 2347,5 kilometrov nad stredným Mongolskom. Priblíženie k Zemi využili technici na kalibráciu prístrojov a testy kamier. V priebehu preletu urobila širokouhlá kamera niekoľko stoviek fotografií, z ktorých bol neskôr vytvorený film zachytávajúci vzďaľujúcu sa Zem. Gravitačné pôsobenie Zeme zmenilo dráhu sondy tak, že namierila do vnútorných častí slnečnej sústavy smerom k Venuši.

Gravitačné manévre pri Venuši

Ďalšie dva gravitačné manévre prebehli pri Venuši. K prvému stretnutiu došlo 24. októbra 2006 s najväčším priblížením v čase 8:34 UT na vzdialenosť 2987,3 kilometrov . V dobe preletu okolo planéty sa nevykonávali žiadne vedecké merania, pretože sa v tom čase Venuša pri pohľade zo Zeme nachádzala za Slnkom a rádiová komunikácia medzi sondou a prijímacími stanicami bola obmedzená.

Druhý prelet okolo Venuše sa uskutočnil 5. júna 2007 v 23:08 UT na minimálnu vzdialenosť 338,2 kilometrov. Tentoraz prebehli vedecké experimenty a pozorovania v spolupráci s európskou sondou Venus Express. Sonda urobila niekoľko stoviek fotografií planéty, atmosféru skúmal spektrometer, laserový výškomer a ďalšie prístroje sondy. Gravitačným manévrom sa sonda dostala na správnu dráhu k svojmu cieľu – k Merkúru.

Prvý prelet okolo Merkúra 
Prvý prelet okolo svojej cieľovej planéty absolvovala sonda v januári 2008. Deň pred najväčším priblížením sa sonda zorientovala tak, aby mohla pozorovať Merkúr a z tohto dôvodu muselo byť dočasne takmer úplne prerušené jej spojenie so Zemou. Jediným náznakom funkčnosti sondy bol jej slabý rádiomaják. Počas približovania sonda postupne aktualizovala jednotlivé prístroje. Dráha sondy viedla spočiatku nad neosvetlenou pologuľou, kde sa nedali zhotovovať optické snímky, ale v činnosti bol infračervený spektrometer a laserový výškomer. Najnižší bod nad planétou dosiahol MESSENGER 14. januára 2008 v čase 19:04:39 UT vo výške asi . Nasledujúceho dňa sa spojenie cez výkonnú anténu obnovilo a sonda odvysielala údaje získané počas preletu na Zem. Na niektorých záberoch boli časti povrchu známeho už z misie Marineru 10, niektoré však až doteraz neboli vyfotografované žiadnou sondou.

Druhý prelet okolo Merkúra 
Sonda pokračovala vo vzďaľovaní sa od Merkúra a nasledujúcich desať mesiacov obiehala po heliocentrickej dráhe, pričom afélium dosiahla koncom marca 2008. 3. októbra začala znova príletová fáza k planéte. Rovnako ako v predchádzajúcom prípade, aj teraz sa sonda deň pred najväčším priblížením prepla do módu maják a zorientovala sa tak, aby jej prístroje mohli sledovať približujúci sa Merkúr. Kamerový systém MDIS zhotovil mozaiky planéty s vysokým rozlíšením. K najväčšiemu priblíženiu na  došlo 6. októbra 2008.

V decembri toho istého roku sa uskutočnil dvojfázový manéver označený ako DSM-4A, ktorý slúžil na zacielenie sondy na tretí prelet okolo Merkúra.

Tretí prelet okolo Merkúra 
Tretie priblíženie sondy k planéte na vzdialenosť  nastalo 29. septembra 2009. V priebehu preletu okolo planéty bol jej povrch snímkovaný a skúmaný ostatnými prístrojmi sondy. V novembri toho istého roku sonda uskutočnila manéver DSM-5 pre záverečné navedenie k Merkúru. Trvalo však ešte takmer 16 mesiacov, než bola sonda navedená na obežnú dráhu okolo Merkúra.

Na obežnej dráhe 
18. marca 2011 bola sonda MESSENGER úspešne navedená na obežnú dráhu okolo Merkúra a stala sa tak prvou umelou družicou tejto planéty. Motorický manéver trval približne 15 minút a počas neho klesla rýchlosť sondy o /s, čo stačilo na to, aby  planéta svojou gravitáciou pritiahla sondu na výstrednú eliptickú dráhu. 29. marca MESSENGER začal snímkovanie planéty z obežnej dráhy kamerami systému Mercury Dual Imaging System v oblasti južného pólu okolo krátera Debussy. 16. júna sonda uskutočnila prvú korekciu svojej obežnej dráhy. Účelom zmeny dráhy bola optimalizácia vedeckých pozorovaní. Manévrom sa dosiahlo zníženie najbližšieho bodu k povrchu planéty z pôvodných  na približne . 9. novembra 2011 NASA oznámila, že predĺžila plánovanú misiu sondy o jeden rok. Keďže aj po ďalšom roku bola sonda v dobrom stave, došlo k predĺženiu jej misie na ďalšie dva roky.

Koniec misie 

MESSENGER musel robiť časté úpravy dráhy, pretože jeho obeh veľmi narúšali slapové účinky Slnka a nepravidelnosti v gravitačnom poli samotného Merkúra. 21. januára 2015 pri poslednom raketovom zážihu motora mu došlo všetko palivo, ktorým mohol zvyšovať svoju dráhu. Technici sa rozhodli improvizovať a skúsiť použiť na posledné zvýšenie dráhy hélium, plyn, ktorý slúžil na tlakovanie nádrží. Jeho vypúšťaním cez dýzy motora si sonda predĺžila životnosť do konca apríla. 30. apríla 2015 bola jej štvorročná úspešná činnosť zakončená dopadom na povrch.

Referencie

Iné projekty

Externé odkazy
 Popis sondy a lety v Databáze kozmických sond Antonína Havlíčka 
 Sonda v encyklopédii SPACE-40 
 Výsledky z druhého preletu okolo Merkúra 

Planetárne sondy
Prieskum Merkúra
Program Discovery
Zaniknuté sondy
Kozmonautika v 2004