מגלן (גשושית)

מגלן (באנגלית: Magellan, מבוטא "מג'לן") הייתה גשושית לחקר כוכב הלכת נוגה, ששוגרה על ידי נאס"א ב־4 במאי 1989 על גבי מעבורת החלל אטלנטיס במשימת STS-30 – ובכך הפכה לגשושית הראשונה לחקר מערכת השמש ששוגרה ממעבורת חלל, והראשונה להשתמש במערכת ה־IUS ששיגרה אותה מן המעבורת. מטרתה העיקרית של מגלן הייתה למפות את נוגה באמצעות מכ"ם. כמו כן בחנה מגלן את טכניקת הבלימה האטמוספירית (ההאטה באמצעות חיכוך עם אטמוספירת נוגה), זאת על מנת לעגל את מסלולה האליפטי. מגלן הייתה המשימה המוצלחת הרביעית של נאס"א לחקר נוגה, והביאה לסיומה של תקופה בת 11 שנים במהלכם לא שיגרה נאס"א אף משימה לחקר מערכת השמש (הקודמת הייתה פיוניר־ונוס ששוגרה ב־1978 גם כן לחקור את נוגה).

הגשושית נקראה על שמו של חוקר הארצות פרדיננד מגלן, שהיה הראשון לצאת להקיף את כדור הארץ בספינה ב־1519 (הוא לא סיים את המסע) והאירופאי הראשון ששט באוקיינוס השקט ונתן לו את שמו.

היסטוריה
החל מסוף שנות ה־70 מדענים עודדו שיגור משימה שתמפה את פני נוגה באמצעות מכ"ם. מיפוי נוגה באמצעות מצלמה הוא בלתי־אפשרי, זאת בגלל מעטה העננים העבה המכסה אל כל פני הכוכב. בתחילה, תוכננה להיבנות גשושית שכונתה "מקפת נוגה למיפוי באמצעות מכ"ם" ("Venus Orbiter Imaging Radar"), אך משהובן כי החללית לא תעמוד בתקציבים, התוכנית בוטלה ב־1982. ב־1983 המליצה וועדת חקר מערכת השמש של נאס"א להמשיך את התוכנית אך עם חללית קטנה שתכלול רק רכיב מדעי מרכזי אחד - המכ"ם. ב־1985 ניתן לחללית השם "מגלן".

מטרות המשימה היו:
 מיפוי רחב־היקף של נוגה באמצעות מכ"ם, באיכות הפרדה של קילומטר אחד.
 מיפוי טופוגרפי של נוגה ברזולוציה של 50 ק"מ במרחב האופקי ו־100 ק"מ במרחב האנכי.
 מיפוי שדה הכבידה של נוגה ברזולוציה של 700 ק"מ ובדיוק של 2 עד 3 ס"מ לשנייה בריבוע.
 הבנת מבנהו הגאולוגי של כוכב הלכת, כולל צפיפותו והדינמיקה שלו.

הגשושית תוכננה ונבנתה על ידי מרטין מריאטה ויוז איירקראפט, והמשימה נוהלה עבור נאס"א על ידי המעבדה להנעה סילונית (JPL).

מבנה החללית

על מנת לחסוך בעלויות הפיתוח, מגלן נבנתה מחלקיים שכבר פותחו בעבור משימות אחרות, כולל תוכנית וויאג'ר, גלילאו, יוליסס ומארינר 9. בסיס הגשושית, שנלקח מגשושיות הוויאג'ר, היה מצולע טבעתי בעל עשר פאות, אשר על כל אחת מהן הורכבה מערכת אחרת, כולל מחשב המשימה ומקלטי נתונים. קוטר הבסיס היה 4.6 מטרים וגובהו 6.4 מטרים. במרכז הטבעת מוקם מכל דלק כדורי שהכיל בשיגור 2,414 ק"ג דלק. משקל החללית עצמה היה 1,035 ק"ג, ועל כן משקל החללית בשיגור היה 3,499 ק"ג.

החללית יוצבה באמצעות שלושה גלגלי תגובה ו־24 מנועים שהונעו על ידי 132.5 ק"ג הידרזין שנשאה עימה הגשושית. מבין 24 המנועים 8 כוונו אחורה וסיפקו דחף של כ־445 ניוטון לתיקוני מסלול גדולים ולשליטה בחללית בעת הכניסה למסלול סביב נוגה. 4 מנועים נוספים מוקמו לאורך צידה של הגשושית וסיפקו כ־22 ניוטון דחף לשליטה בגלגול. 12 המנועים האחרונים היו הקטנים ביותר, וסיפקו כ־0.9 ניוטון לביצוע תיקוני גובה קלים וקיזוז פעולות גלגלי התגובה. לשם הכניסה למסלול צוידה הגשושית במאיץ מסוג סטאר 48 שהכיל 2,014 ק"ג דלק מוצק. מידע אודות מיקום וכיוון החללית התקבל מגירוסקופים וסורקי כוכבים שנשאה.

לתקשורת, נשאה מגלן אנטנת צלחת לטווח רחוק בקוטר 3.7 מטרים שנותרה מתוכנית וויאג'ר, ואנטנה לטווח בינוני שנותרה ממשימת מארינר 9. על האנטנה לטווח הרחוק הורכבה אנטנה לטווח קצר לביצוע מדידות שונות. בעודה מתקשרת עם רשת החלל העמוק יכלה הגשושית לקבל ולשדר מידע באותו זמן על תדרים שונים.

מגלן קיבלה אנרגיה חשמלית משני לוחות סולאריים, ברוחב 2.5 מטרים כל אחד, שהפיקו יחד 1,200 ואט בתחילת המשימה. עם התקדמות המשימה החלו הלוחות להפיק פחות ופחות אנרגיה בעקבות שינויי הטמפרטורה החדים שחוו. כשהייתה החללית נמצאת בצידה המואר של נוגה היו הלוחות הסולאריים מטעינים שתי סוללות נטענות ששימשו את החללית בעודה בצד החשוך של נוגה.

מערכת המחשבים שנשאה מגלן, שפותחה מהמערכת ששימשה את הגשושית גלילאו, כללה שני מחשבי ATAC-16 לבקרת הגישה, וארבעה מיקרו־מעבדים מסוג RCA 1802 לבקרת מערכת הפיקוד והנתונים (CDS). מערכת ה־CDS יכלה לשמור מידע במשך 3 ימים ולשלוט על הגשושית אם היו צצות בעיות בזמן שאין קשר עם כדור הארץ. לשמירת המידע והפקודות נשאה הגשושית שני מקלטים דיגיטליים בעלי קיבולת של עד 225 מגה־בייט.

המכ"ם

כיוון שאטמוספירת נוגה עבה ואטומה במיוחד, לא ניתן למפות אותה באמצעי מיפוי אופטיים רגילים, ולכן הוחלט למפות את נוגה באמצעות מכ"ם. רזולוציה של מכ"ם רגיל תלויה בגודל האנטנה שלו, דבר המגביל חלליות כיוון שישנן הגבלות עלות, שיגור ותמרון. לכן כדי להימנע מהצורך באנטנה גדולה, נעזרה מגלן בשיטת המפתח הסינתטי, בה אנטנה רגילה מדמה את פעילותה של אנטנה גדולה על ידי איסוף ואיחוד נתונים משידורים שונים לתמונה אחת, על ידי עיבוד נתונים מורכב שנעשה באמצעות מחשבים בכדור הארץ.

מערכת המכ"ם (RDRS) פעלה בשלושה מודים: מכ"ם מפתח סינתטי (SAR), מדידת גובה (ALT) ומד קרינה (RAD). המערכת סרקה את פני הקרקע של נוגה בעודה עוברת בין מוד למוד ובעודה מודדת את גאולוגיית, טופוגרפיית וטמפרטורת נוגה באמצעות האנטנות לטווח הרחוק והקצר.
 במוד SAR שידרה האנטנה לטווח רחוק כמה אלפי דפקים של גלי מיקרו כל שנייה, בעודה מודדת את שינויי התדירות בפוגעם בקרקע.
 במוד ALT שילבה המערכת פולסים של מוד ה־SAR יחד עם פעילות דומה של מד הגובה של החללית, ואספה מידע על גובה הקרקע של נוגה.
 במוד RAD קלטה האנטנה לטווח רחוק פליטות רדיותרמיות מיקרוגליות מפני נוגה. מידע זה שימש לאפיון טמפרטורת כוכב הלכת.
המידע שאספה המערכת שודר לכדור הארץ שם הורכב למפות על ידי שימוש במחשבים מתקדמים.

פרופיל משימה

השיגור והמסע
מגלן שוגרה ב־4 במאי 1989, 18:46:59 UTC, בתוך מעבורת החלל אטלנטיס ששוגרה למשימת STS-30 מ־39B־LC במרכז החלל קנדי שבפלורידה. לאחר שנכנסה המעבורת למסלול שוחררה הגשושית מתוך תא המטען שלה כשהיא מחוברת למאיץ IUS, וב־5 במאי, בשעה 01:06:00 UTC, הופעל המאיץ והכניס את הגשושית למסלול הליוצנטרי (סביב השמש), בו היא הקיפה את השמש 1.5 פעמים במהלך 15 חודשים, ולבסוף הגיעה אל נוגה ב־10 באוגוסט.

במקור תוכנן שיגורה של מגלן ל־1988 למסע שהיה נמשך רק כשישה חודשים, אך בעקבות אסון מעבורת החלל צ'לנג'ר ב־1986 נדחו מספר משימות, כולל שיגורן של הגשושיות גלילאו ומגלן, עד לחזרת צי המעבורות לפעילות בספטמבר 1988. כמו כן תוכננה מגלן להתאמה על גבי מאיץ מסוג קנטאור המונע בדלק נוזלי שהיה מותאם למעבורת, אך לאחר אסון הצ'לנג'ר בוטל מאיץ זה והיה צורך להתאים את הגשושית למאיץ ה־IUS שהונע בדלק מוצק והיה עוצמתי פחות. תאריך השיגור שתוכנן לגשושית היה אוקטובר 1989.

סיבוך נוסף שצץ היה הצורך בשיגור הגשושית גלילאו אל צדק, שבמשימתה נכלל ביצוע יעף על פני נוגה. גלילאו תוכננה לשיגור ב־1986, אך כאמור שיגורה נדחה, והופעלו לחצים לשגרה לפני סוף 1989. מכיוון שהיה חלון שיגור אל צדק באוקטובר, ומכיוון שנאס"א חששה מעומס היתר שהיה נובע משיגור שתי הגשושיות באותו חודש, הוקדם שיגורה של מגלן למאי, כך שמסלולה ארך שנה ושלושה חודשים.

כניסה למסלול

ב־1 באוגוסט 1990 הגיעה מגלן לקרבת נוגה והחלה בתמרון הכניסה למסלול סביבו, שמיקם אותה במסלול קוטבי אליפטי שהפריאפסיד היה בגובה של 295 ק"מ ובנטייה של כ־10° צפונה, והאפואפסיד היה בגובה של 7,762 ק"מ. במסלול זה השלימה מגלן הקפה מלאה של נוגה כל 3 שעות ו־9 דקות.

בכל הקפה הייתה הגשושית אוספת מידע עם המכ"ם בעודה מתקרבת אל הפריאפסיד, והייתה משדרת אותו לכדור הארץ עם התרחקותה מהכוכב לקראת הגעתה לאפואפסיד. צורת פעילות זו דרשה פעילות אינטנסיבית ממערכת גלגלי התגובה של החללית שסובבו את הגשושית בכל פעם שעברה ממצב איסוף מידע (שנמשך 37 דקות) למצב שידור מידע (שנמשך שעתיים). משימתה המרכזית של הגשושית הייתה למפות לפחות 70% מפני נוגה באמצעות המכ"ם במהלך "יום נוגה" אחד, השווה ל־243 ימי ארץ. כדי למנוע איסוף יתר של מידע בקווי הרוחב הצפוניים והדרומיים, מיפתה מגלן לסירוגין "רצועה צפונית" (מ־90° צפון ל־54° דרום) ו"רצועה דרומית" (מ־76° צפון ל־68° דרום). כמו כן, מכיוון שבפריאפסיד הייתה הגשושית בנטייה של כ־10° צפונה, מיפוי הקוטב הדרומי של נוגה היה בלתי אפשרי.

שלב מיפוי ראשון
 משך: 15 בספטמבר 1990 - 15 במאי 1991
 מטרה: השלמת מטרות המשימה המרכזית.
משימתה המרכזית של מגלן החלה ב־15 בספטמבר 1990, ומטרתה הייתה להשיג מפה "במבט לשמאל" של כ־70% מפני נוגה ברזולוציה מינימלית של ק"מ אחד לפיקסל. במהלך שלב המיפוי הראשון גובה הגשושית נע בין 2,000 ק"מ מעל הקוטב הצפוני ל־290 ק"מ סמוך לפריאפסיד. עם סיום שלב המיפוי ב־15 במאי 1991, השלימה מגלן 1,792 הקפות סביב נוגה, ומיפתה כ־83.7% מפני הכוכב ברזולוציה של בין 101 ל־250 מטרים לפיקסל.

הרחבת המשימה

שלב מיפוי שני
 משך: 15 במאי 1991 - 14 בינואר 1992
 מטרה: מיפוי הקוטב הדרומי של נוגה וחלקים נוספים שלא מופו בשלב הראשון.
שלב המיפוי השני החל מיד עם סיום שלב המיפוי הראשון, ומשימת הגשושית בשלב זה היה מיפוי האזורים שלא מופו בשלב המיפוי הראשון, כולל אזור נרחב בחצי הכדור הדרומי של נוגה. על מנת לבצע זאת היה צורך לכוון את מגלן מחדש ב־180°, כך שכעת המיפוי היה "במבט לימין". עם סיום שלב זה ב־14 בינואר 1992 מיפתה מגלן 54.5% מפני נוגה, אשר יחד עם האזורים שמופו בשלב הראשון, הרכיבו מפה שכיסתה 96% מפני נוגה.

שלב מיפוי שלישי
 משך: 15 בינואר 1992 - 13 בספטמבר 1992
 מטרה: מיפוי אזורים חסרים של נוגה באמצעות איסוף תצלומי סטריאו
שלב המיפוי השלשי החל מיד עם סיום שלב המיפוי השני, ומשימת הגשושית בשלב זה היה לאסוף תצלומי סטריאו של נוגה על מנת שניתן יהיה להרכיב מפה תלת־ממדית של נוגה ולהשלים את מפת נוגה משני השלבים הראשונים. עם סיום שלב זה ב־13 בספטמבר 1993 צולמו 21.3% של נוגה בסטריאו, שהשלימו את כיסוי מפת נוגה ל־98% מפני השטח.

שלב מיפוי רביעי
 משך: 14 בספטמבר 1992 - 23 במאי 1993
 מטרה: מיפוי שדה הכבידה של נוגה.
עם סיום שלב המיפוי השלשי חדלה מגלן למפות את פני נוגה. במקום זאת, החל מאמצע ספטמבר 1992 שמרה מגלן על כיוונה כך שהאנטנה לטווח הרחוק שלה כוונה תמיד אל עבר כדור הארץ, ורשת החלל העמוק (DSN) של נאס"א החלה לאסוף מידע בלתי פוסק של טלמטריה. זרם שוטף זה איפשר ל־DSN לאסוף מידע אודות שדה הכבידה של נוגה על ידי ניטור מהירות הגשושית. באזורים בהם שדה הכבידה היה חזק יותר הגבירה החללית את מהירותה, ושינוי המהירות נמדד על ידי רישום האותות שהתקבלו מהגשושית בהתבסס על אפקט דופלר. עם סיום השלב ב־23 במאי 1993 השלימה מגלן 1,878 הקפות סביב נוגה. מידע שאבד בתחילת שלב זה אילץ את הארכתו ב־10 ימים נוספים.

שלב מיפוי חמישי
 משך: 24 במאי 1993 - 29 באוגוסט 1993
 מטרה: ביצוע תמרון בלימה אטמוספירית, כניסה למסלול מעגלי וביצוע מדידות כבידתיות.
עם סיום שלב המיפוי הרביעי במאי 1993 שונה מסלולה של מגלן ממסלול אליפטי למסלול מעגלי על ידי טכניקה בשם בלימה אטמוספירית (האטה באמצעות חיכוך עם האטמוספירה) שטרם נוסתה עד אז. המסלול המעגלי אפשר ביצוע מדידות של שדה הכבידה ברזולוציה גבוהה משמעותית מאשר בשלב הקודם. בין ה־3 באוגוסט ל־29 באוגוסט 1993 (תקופת המיפוי של השלב החמישי) השלימה מגלן 2,885 הקפות סביב נוגה, והשיגה מידע כבידתי ברזולוציה גבוהה של 94% מנוגה.

בלימה אטמוספירית
 משך: 24 במאי 1993 - 2 באוגוסט 1993
 מטרה: עיגול מסלולה של מגלן.
טכניקת הבלימה האטמוספירית הייתה טכניקת האטה שנדונה עוד קודם, אך מעולם לא נוסתה. בתכנונים המוקדמים לביצוע האטה באמצעות חיכוך עם האטמוספירה הוצע השימוש במגיני חום, אך אלו סיבכו וייקרו את החלליות המתוכננות. לכן הוחלט לנסות גישה שונה לביצוע הבלימה האטמוספירית, זאת על ידי הכוונת מגלן לשכבותיה העליונות ביותר של אטמוספירת נוגה, שם היה חיכוך מועט שלא פגע בגשושית אך האט את מהירותה, כך שבתום חודשיים נכנסה מגלן למסלול כמעט מעגלי, כשגובה הפריאפסיד הועלה מ־180 ק"מ ל־540 ק"מ. טכניקת הבלימה האטמוספירית שימשה מאז גשושיות רבות שנשלחו לחקור כוכבי לכת שונים במערכת השמש, ובעיקר מאדים.

שלב מיפוי שישי
 משך: 16 באפריל 1994- 14 בספטמבר 1994
 מטרה: ביצוע מדידות כבידתיות וביצוע ניסויי רדיו.
שלב המיפוי השישי והאחרון היה הרחבה לשני שלבי המיפוי שקדמו לו, וגם בו בוצעו מדידות כבידתיות ברזולוציה גבוהה. לקראת סוף השלב בוצע ניסוי אחרון שכונה "ניסוי טחנת הרוח", שמטרתו היה לאסוף מידע אודות הרכב האטמוספירה העליונה של נוגה. בשלב זה השלימה מגלן 1,783 הקפות עד לסיומו ב־13 באוקטובר 1994, אז חדרה לאטמוספירת נוגה והתפרקה.

ניסוי טחנת הרוח
 משך: 6 בספטמבר 1994 - 14 בספטמבר 1994
 מטרה: איסוף מידע על ההרכב והדינמיקה של אטמוספירת נוגה.
בספטמבר 1994 הונמך מסלולה של מגלן על מנת לבצע את "ניסוי טחנת הרוח". במהלך הניסוי הגשושית מוקמה כך שהלוחות הסולאריים שלה פרושים במאונך לנתיב מסלולה, כך שהם יוכלו לשמש כ"דוושות" תחת השפעת החיכוך עם המולקולות שבאטמוספירה העליונה של נוגה. כדי למנוע את הסתובבות הגשושית בעקבות החיכוך שנוצר, הופעלו מנועי החללית ושמרו עליה יציבה. בצורה זו נאסף מידע בסיסי על האינטראקציה של הגזים באטמוספירה עם משטחי הלוחות הסולאריים. מידע זה סייע להבנת כוחות החיכוך בשכבות העליונות של האטמוספירה, ועל ידי כך סייע בתכנון לוויינים חדשים לכדור הארץ ולהעלאת שיטות חדשות לביצוע בלימה אטמוספירית בגשושיות עתידיות לחקר מערכת השמש.

גילויים

 חקירת המפות שיצרה מגלן סייעה ללמוד על השפעת התנגשויות, פעילות וולקנית וטקטונית בהיווצרות מבנה הקרקע של נוגה.
 התגלה כי פני הקרקע של נוגה מכוסים בעיקר בחומרים וולקניים, וכי תכונות קרקע געשיות, כגון מישורי לבה רחבים, מישורים מכוסים בכיפות לבה, והרי געש גדולים, נפוצים מאוד על פני נוגה.
 ישנם מעט מכתשי פגיעה על פני נוגה, דבר המעיד באופן כללי על "צעירותה" הגאולוגית של נוגה - פחות מ־800 מיליון שנה. מכתש קלאופטרה הוא מכתש פגיעה בקוטר 105 ק"מ שצולם בסריקת מכ"ם על ידי מגלן.
 קיומן של תעלות לבה ארוכות יותר מ־6,000 ק"מ מעלה את ההשערה שהלבה מתפרצת מנוגה בצורה חזקה ודלילה מאוד וזורמת בדומה למים הזורמים בנהרות.
 כיפות וולקניות דמויות פנקייקים מעלות את האפשרות לנוכחות לבה שנוצרה מאבולוציה נרחבת של סלעי הקרום.
 הסימנים האופייניים לטקטוניקת הלוחות - נדידת יבשות והיווצרות אגנים - אינם מצויים בנוגה. טקטוניקת כוכב הלכת נשלטת על ידי מערכת אזורי שבר גלובליים ומבנים כיפתיים רחבים ונמוכים הנוצרים מעליית ושקיעת מאגמה מן המעטפת.
 אף על פי שלנוגה ישנה אטמוספירה צפופה, פני הקרקע לא מציגים סימנים לשחיקה על ידי רוח, אלא רק מעט תנודות אבק וחול על ידי רוחות קלות. זאת בניגוד למאדים, לו יש אטמוספירה דלילה מאוד אך ניתן לראות עדויות לשחיקה על ידי רוחות ותנודות גדולות של אבק וחול (סופות אבק וחול הן דבר תדיר במאדים).
מגלן יצרה את המפה הראשונה (ועד כה הטובה ביותר) של נוגה באמצעות מכ"ם, הקרובה ביותר לאיכותה של מפה המורכבת מתצלומים באור נראה. משימות קודמות שחקרו את נוגה השיגו מפות מכ"ם באיכות נמוכה שהצביעו על מבנה של נוגה רק באופן כללי ביותר. מגלן לעומתם יצרה מפה ברזולוציה כזו שאיפשרה לנתח מכתשים, גבעות, רכסים ומבנים גאולוגיים וטופוגרפיים נוספים, בצורה המשתווה למפות של כוכבי לכת אחרים, שהורכבו מתצלומים באור נראה. המפה שיצרה מגלן היא כיום המפה המדויקת והמפורטת ביותר של נוגה. הגשושית הרוסית ונרה D, המתוכננת לשיגור ב־2024, עשויה להשיג מפה מדויקת יותר.

סיום המשימה

ב־9 בספטמבר 1994 פורסם כי משימתה של מגלן עתידה להסתיים באמצע אוקטובר, זאת בעקבות ירידה בכמות האנרגיה שהפיקו הלוחות הסולאריים ומכיוון שהמשימה השלימה את כל מטרותיה בהצלחה. בסוף אוגוסט 1994 החל תהליך סיום המשימה עם ביצוע מספר תמרונים שהנמיכו את מסלולה של מגלן אל תוך שכבותיה העליונות של אטמוספירת נוגה, על מנת להתחיל את "ניסוי טחנת הרוח" ב־6 בספטמבר 1994. הניסוי נמשך שבועיים ועם סיומו בוצעו מספר תמרונים נוספים שהנמיכו את מסלולה של מגלן עוד יותר לקראת סיום המשימה.

ב־11 באוקטובר 1994, בעת שמגלן נעה במהירות של כ־7 ק"מ לשנייה בוצע התמרון האחרון, שמיקם את החללית בגובה 139.7 ק"מ בפריאפסיד, עמוק בתוך האטמוספירה. בגובה זה נתקלה הגשושית בחיכוך עצום שחימם אותה לטמפרטורה של 126 מעלות צלזיוס.

ב־13 באוקטובר 1994, בשעה 10:05:00 UTC אבד הקשר עם הגשושית כשנעלמה מאחורי נוגה. צוות המשימה המשיך לחכות לקבלת שדרים נוספים עד לשעה 18:00 UTC, אז הוכרז על סיום המשימה. אף על פי שבתחילה הוערך כי מגלן תישרף באטמוספירת נוגה לחלוטין, לאחר סיום המשימה הוערך כי מספר חלקים ממנה פגעו בנוגה בסביבות השעה 20:00 UTC.

ראו גם
 פיוניר־ונוס
 תוכנית ונרה
 ונוס אקספרס
 תוכנית מארינר
 תוכנית וגה

קישורים חיצוניים

 
 דף הבית של הגשושית מגלן 
 תיאור המשימה ומידע נוסף 
 תצלומים ממגלן
 פרופיל המשימה באתר נאס"א

הערות שוליים

משימות לחקר נוגה
גשושיות אמריקאיות