Stardust

Stardust (no angļu valodas — 'zvaigžņu putekļi') ir NASA starpplanētu zonde Vilda 2 komētas un tās astes izpētei. Zonde tika palaista 1999. gada 7. februārī no Kanaveralas kosmodroma ar Delta II nesējraķeti. Kosmiskais aparāts nolidoja aptuveni 5 miljardus km un atgriezās pie Zemes 2006. gada 15. janvārī, lai nogādātu savākto materiālu kapsulu. Tā bija pirmā paraugu iegūšanas misija, kura savāca kosmiskos putekļus un nogādāja tos uz Zemi.

2007. gadā kosmiskais aparāts uzsāka jaunu misiju (NeXT jeb New Exploration of Tempel 1).  Stardust veica Tempela 1 komētas pārlidojumu.  kosmiskā aparāta aktīvā darbība tika beigta, izslēdzot raidītāju.

Sākotnējā misija 
NASA sāka Stardust būvniecību 1996. gadā. Pēc palaišanas 1999. gadā Stardust lidoja pa orbītu, kas atradās aiz Zemes orbītas, bet šķērsoja to. Delta II raķetei nebija pietiekami daudz jaudas, lai nogādātu zondi pa tiešo uz Vilda 2 komētu. Tāpēc Stardust 2001. gada janvārī pietuvojās Zemei gravitācijas manevra veikšanai. Zemes ietekme ļāva Stardust sasniegt komētas orbītu.

Stardust pārlidoja Vilda 2 komētu 2004. gada 2. janvārī. Pārlidojums notika 240 km attālumā no komētas. Stardust ievāca putekļu paraugus no komētas astes, kā arī uzņēma komētas kodola attēlus. Pirms tam, 2002. gada 2. novembrī Stardust 3300 km attālumā bija pārlidojis asteroīdu 5535 Annefrank, nofotografējot to.
Pa ceļam aerogela kolektorā tika savākti arī starpzvaigžņu putekļi. 2000. gadā no marta līdz maijam un 2002. gadā no jūlija līdz decembrim kosmiskais aparāts atradās putekļu joslā, kura, kā tiek uzskatīts, sākas ārpus Saules sistēmas. Tobrīd paraugi tika ievākti aerogela kolektora otrā pusē.

Paraugu kapsula no Stardust nolaidās uz Zemes 2006. gada 15. janvārī apmēram 10:10 UTC. Tas notika Jūtas štata tuksnesī. Kapsula atmosfērā iegāja ar 12,9 km/s lielu ātrumu ļoti slīpā trajektorijā. Jūtas štata rietumdaļā un Nevadas austrumos krītošā kapsula bija redzama kā liela ugunīga bumba. Nolaišanās laikā vēji kapsulu par vairākiem km novirzīja no plānotās trajektorijas.

Stardust pēc kapsulas palaišanas tika ievirzīta citā orbītā, lai neskartu Zemes atmosfēru. Pēc manevra veikšanas aparātam palika mazāk par 20 kg hidrazīna. Pašreiz kosmiskais aparāts atrodas heliocentriskā orbītā. 2009. gada 14. janvārī tas vēlreiz palidoja garām Zemei.

NeXT misija 

2006. gada 19. martā Stardust misijas speciālisti paziņoja, ka zondi iespējams nosūtīt nākamajā misijā, nofotografēt Tempela 1 komētu. Šo komētu 2005. gadā bija apmeklējis NASA kosmiskais aparāts Deep Impact, ietriecot tajā impaktoru. Tolaik Deep Impact nebija iespējams iegūt labu triecienkrātera attēlu, jo pēc trieciena pacēlās liels putekļu mākonis, tāpēc būtu noderīgi komētu nofotografēt vēlreiz.

2007. gada 3. jūlijā tika apstiprināta jaunā misija, nodēvējot to par NExT (New Exploration of Tempel 1). NExT ļautu iegūt informāciju par izmaiņām komētas kodolā pēc tam, kad komēta bijusi pietuvojusies Saulei. Misijā atkal tiktu kartēta Tempela 1 komēta, tai kļūstot par precīzāk kartēto komētu. Bija paredzams, ka NExT komētu pārlidos 2011. gada 14. februārī.

 Stardust veica Zemes pārlidojumu, iegūstot papildu paātrinājumu.

 zonde veica trajektorijas korekcijas manevru, kas sākās 21.00 UTC un ilga 130 sekundes. Šajā manevrā tika iztērēti aptuveni 300 g degvielas un zondes ātrums tika izmainīts par 2,6 m/s. 7. februārī, Stardust divpadsmit gadu jubilejā, tika veikts vēl viens korekcijas manevrs, kas sākās 21.00 UTC un ilga 30 sekundes.

 Stardust veica Tempela 1 komētas pārlidojumu. Vistuvāk komētai zonde bija 04.39 UTC 181 km attālumā no tās virsmas. Stundu pēc palidošanas garām kosmiskais aparāts tika pagriezts tā, lai liela pastiprinājuma antena būtu vērsta uz Zemi.

 kosmiskā aparāta aktīvā darbība tika beigta. Tika veikts pēdējais manevrs, iztērējot visu degvielu. Pēc tam tika izslēgti raidītāji.

Aparāta uzbūve 
Stardust kosmiskā aparāta rāmis ir 1,6 m augsts, 0,66 m plats un 0,66 m dziļš. Tā vienā pusē ir piestiprināta lieljaudas antena. Aparāta pilnā masa bija 385 kg, t.sk. degviela 85 kg. Abos aparāta sānos atrodas 4,8 m gari saules bateriju paneļi. Paraugu kapsula svēra 46 kg. Tā bija piestiprināta vienā no aparāta pusēm (augšā). Paraugu ņemšanas disks ar aerogelu varēja tikt izņemts no kapsulas paraugu ievākšanas laikā. Aparāta apakšdaļā atrodas dzinēju sistēma. Tā sastāv no 8 dzinekļiem ar vilci 4,4 N katram un 8 dzinekļiem pa 0,9 N katram. Dzinekļu darbību nodrošina hidrazīns. Aparāta priekšpusi klāj vairogs, kurš pasargā to no sīku daļiņu triecieniem. Divi mazāki vairogi aizsargā saules bateriju paneļus. Saules baterijas, atkarībā no attāluma līdz Saulei, spēj saražot 170—800 W enerģiju.

Instrumenti

Aerogela paraugu kolektors 

Komētas un starpzvaigžņu putekļu daļinas tika uztvertas ļoti zema blīvuma aerogelā. Katram no putekļu veidiem tika atvēlēta vairāk par 1000 cm2 liela virsma. Kolektors metāla režģī saturēja 90 aerogela blokus. Tas bija apmēram tenisa raketes lielumā.

Kad Stardust pārlidoja komētu, tās astē uztvertās daļiņas ar ātrumu 6,1 km/s ietriecās aerogelā. Lai gan uztvertās daļiņas bija mazākas par smilšu graudu, tās ietriecoties aerogelā sadalījās vai pat iztvaikoja.

Daļiņu uztveršanai tika izmantota uz silīciju bāzēta viela ar ļoti porainu struktūru. 99,9 % no tās aizņēma tukšumi. Aerogels ir 1000 reizes mazāk blīvs kā stikls. Kad daļiņa ietriecas aerogelā, tā iedziļinās tajā par aptuveni 200 saviem garumiem.

Pēc paraugu ievākšanas, aerogels tika ievietots Paraugu atpakaļnogādāšanas kapsulā, kura tika palaista atmosfērā, bet pats aparāts mainīja kursu.

Par kapsulas nolaišanos bija zināmas šaubas, jo tā bija apgādāta ar tādu pašu izpletni kā Genesis zonde, kurai 2004. gadā izpletnis pilnībā nenostrādāja. Tomēr Stardust kapsula piezemējās normāli.

Starpzvaigžņu putekļu meklēšanai aerogelā, speciālā mikroskopā tika uzņemts apmēram miljons attēlu. Stardust@home projekta ietvaros katrs interneta lietotājs var pieteikties programmā un palīdzēt meklēt putekļu pēdas aerogelā.

Komētas un starpzvaigžņu putekļu analizators 
Komētas un starpzvaigžņu putekļu analizators (CIDA) ir lidojuma masspektrometrs, kurš nosaka atsevišķu putekļu uzbūvi, kad tie ietriecas sudraba uztveršanas platē. CIDA instrumenta mērķis ir uztvert putekļu daļiņas un veikt to tūlītēju apstrādi, sastāva noteikšanai, datus pārraidot uz Zemi.

CIDA nosaka atsevišķu jonu masas, nosakot to lidošanas ilgumu instrumentā.

Līdzīgas konstrukcijas CIDA tika izmantoti arī uz Giotto un Vega programmas kosmiskajiem aparātiem. Tolaik tika noteikts Haleja komētas astē esošo putekļu ķīmiskais sastāvs.

Navigācijas kamera 
Navigācijas kamera tika izmantota kosmiskā aparāta orientēšanai uz komētu un arī fotogrāfiju uzņemšanai. Kamera darbojas, izmantojot „periskopu”. Lai daļiņu triecieni netraumētu kameru, tās korpuss ir paslēpts aiz vairoga.

Paraugu apstrāde 
Pēc piezemēšanās paraugu kapsula tika nogādāta uz Džonsona kosmisko centru Vebsterā, Teksasas štatā. Šajā centrā glabājas arī lielākā daļa no Mēness iežu paraugiem, kurus ieguva Apollo programmas ietvaros. Šeit kapsula tika novietota tīrā telpā (telpas tīrības pakāpe bija 100 reizes lielāka kā operāciju blokam slimnīcā) un atvērta.

Pēc NASA vērtējuma, aerogelā atrodas apmēram miljons putekļu daļiņas. Apmēram 10 no tām ir 100 µm lielas. Lielākā daļiņa ir apmēram 1 mm liela. Pašreiz apmēram 150 zinātnieku no visas pasaules analizē šīs putekļu daļiņas.

Paraugu analīze 
2006. gada decembra žurnālā Science ir publicēti septiņi raksti par Stardust paraugu analīzi. Putekļos ir konstatēti vairāki organiskie savienojumi, no kuriem, divi satur slāpekli. Tika atklāti alifātiskie savienojumi ar garāku uzbūvi kā līdz šim starpzvaigžņu telpā konstatētie. Daudz ir silikātu savienojumu, tostarp olivīns un piroksēns. Kristālisko silikātu klātbūtne Vilda 2 komētas uzbūvē apstiprina jau agrāk veikto spektroskopisko pētījumu rezultātus. Tika atklātas dažas tīra oglekļa daļiņas. Aerogelā tika atklāts arī metilamīns un etilamīns, lai gan tos nevarēja piesaistīt konkrētām putekļu daļiņām.

Atsauces

Ārējās saites 

 Stardust projekta mājas lapa
 Stardust@Home mājas lapa
 Stardust uzņemtie attēli 

Starpplanētu zondes