Galileo (starpplanētu zonde)

Galileo bija NASA starpplanētu zonde Jupitera un tā pavadoņu pētīšanai. Tā tika palaista 1989. gada 18. oktobrī no kosmoplāna Atlantis STS-34 misijas laikā, izmantojot papildpakāpi IUS.

Galileo Jupiteru sasniedza 1995. gada 7. decembrī pēc vairāk kā sešu gadu ilga lidojuma, kura laikā tika veikti gravitācijas manevri pie Zemes un Veneras.

Galileo veica pirmo asteroīda pārlidojumu, atklāja pirmo asteroīda pavadoni, bija pirmais kosmiskais aparāts, kurš nonācis Jupitera orbītā, kā arī pirmais aparāts, kurš nosūtīja nolaižamo zondi Jupitera atmosfērā.

2003. gada 21. septembrī Galileo misija beidzās. Kosmiskais aparāts tika nosūtīts Jupitera atmosfērā ar gandrīz 50 km/s lielu ātrumu, kur tas sadega. Tas tika darīts, lai izvairītos no iespējas, ka uz kāda no Jupitera pavadoņiem varētu nonākt Zemes mikroorganismi.

Misijas vēsture 
Kosmiskā aparāta projektēšana sākās jau 1977. gadā, kad tika nolemts Jupitera atmosfēru pētīt ar zondes palīdzību. Misijas mērķis bija veikt Jupitera atmosfēras, tā pavadoņu un magnetosfēras izpēti, kā arī planētas un pavadoņu fotografēšana.

Bija plānots, ka Galileo orbītā ap Zemi nogādās ar kosmoplānu un pēc tam paātrinās ar kosmiskā velkoņa Centaur palīdzību. Tomēr pēc Challenger bojāejas pieņemtie jaunie drošības noteikumi uz kosmoplāna ļāva izmantot tikai vājākas raķešpakāpes. Pēc ilgstošiem pētījumiem, tika atrasta jauna lidojuma trajektorija, kura ļāva iztikt bez Centaur. Jaunā trajektorija, saukta par VEEGA (Venus-Earth-Earth Gravity Assist), izmantoja Zemes un Veneras pievilkšanās spēkus gravitācijas manevru veikšanai. Tā, gandrīz sešus gadus ilgajā lidojumā līdz Jupiteram, Galileo vienreiz pārlidoja Veneru (10.02.1990) un divreiz Zemi (08.12.1990. un 08.12.1992.). Pa ceļam Galileo veica vairāku asteroīdu izpēti. 1991. gada 29. oktobrī kosmiskais aparāts pārlidoja asteroīdu 951 Gaspra. 1993. gada 28. augustā, pārlidojot asteroīdu 243 Ida, tam tika atklāts pavadonis — Daktils. 1994. gadā Galileo no labas pozīcijas novēroja Šūmeikeru-Levi 9 komētas ietriekšanos Jupiterā.

Galileo primārā misija bija divus gadus ilga Jupitera un tā pavadoņu pētniecība. Kosmiskais aparāts lidoja apkārt Jupiteram pa izstieptām trajektorijām. Katrs cikls ilga apmēram divus mēnešus. Izstieptās orbītas ļāva Galileo izpētīt Jupitera milzīgo magnetosfēru. Orbītu trajektorijas tika plānotas tā, lai Galileo varētu cieši pārlidot Jupitera lielākos pavadoņus. Kopumā Galileo 35 reizes aplidoja Jupiteru. Savu galveno misiju Galileo izpildīja pilnībā un 1997. gada 7. decembrī sākās otra misija, kuras gaitā Galileo vairākkārt ļoti tuvu pārlidoja Eiropu un Jo. Ciešākais pārlidojums bija tikai 180 km attālumā no pavadoņa virsmas. Galileo elektroniskās sistēmas varēja ciest no spēcīgā starojuma, sevišķi spēcīgs starojums bija Jo apkārtnē. Tāpēc šo pavadoņu ciešākā izpēte bija atlikta uz pēdējo brīdi, kad iespējamais kosmiskā aparāta zaudējums būtu pieņemamāks.

Galileo kameras tika izslēgtas 2002. gada 17. janvārī, pēc tam, kad bija guvušas neatgriezeniskus bojājumus no spēcīgā starojuma. Ierakstošās iekārtas darbību NASA inženieri spēja atjaunot un tā darbojās līdz pat Galileo misijas beigām. 2003. gadā kosmiskais aparāts tika novirzīts no orbītas un nosūtīts pretim sadursmei ar Jupiteru. Pa ceļam Galileo veica savu pēdējo zinātnisko pētījumu, pārlidojot Amalteju, tika noteikta pavadoņa masa.

Kosmiskais aparāts 
Galileo sastāvēja no orbitālā aparāta un nolaižamās zondes. Galileo kosmiskais aparāts bija 9 m augsts, svēra 2380 kg, t.sk. 118 kg zinātniskās aparatūras, 339 kg nolaižamā zonde, 925 kg degviela.

Kosmisko aparātu uzbūvēja, sadarbojoties vairāku valstu speciālistiem. ASV kompānija Jet Propulsion Laboratory uzbūvēja orbitālo aparātu un vadīja visu projektu NASA vārdā. Vācijas kompānija Daimler Benz Aero Space AG (DASA) izstrādāja dzinējsistēmu, Hughes Aircraft Company NASAs Ames Research Center vadībā uzbūvēja Galileo nolaižamo zondi.

Galileo enerģiju nodrošināja divi radioizotopu termoelektriskie ģeneratori (RTG), kuri izmantoja plutoniju-238. Katrs RTG sākotnēji saturēja 10,8 kg plutonija-238 dioksīdu. Sākotnēji RTG ģenerēja 570 W jaudu, tomēr katru mēnesi jauda kritās par 0,6 W. Aparātam esot pie Jupitera jauda jau bija samazinājusies līdz 493 W.

Galileo dzinējsistēma sastāvēja no viena galvenā raķešdzinēja ar vilkmi 400 N un 12 nelieliem virziena maiņas dzinējiem pa 10 N katrs. Degvielu veidoja 925 kg monometilhidrazīns un slāpekļa tetroksīds. Divās atsevišķās tvertnēs atradās 7 kg saspiesta hēlija.

Lai nodrošinātu dažādu mērinstrumentu stabilitāti lidojuma laikā, Galileo bija sadalīts divās pretēji rotējošās daļās. Aparāta lielākā daļa, kurā atradās elektroniskās sistēmas, dzinēju bloks, RTG, lieljaudas antena un instrumentu masti, rotēja ar ātrumu 3,25 līdz 10,5 apgriezieni minūtē. Korpusa apakšējā daļā rotēja pretējā virzienā.

Galileo nolaižamā zonde 

Galileo nolaižamo zondi uzbūvēja ASV kompānija Hughes Aircraft Company. Zonde bija 339 kg smaga, 1,25 m plata un 0,86 m augsta. Zonde bija uzbūvēta tā, lai tā spētu izturēt milzīgo karstumu un spiedienu, brīdī, kad zonde ar ātrumu 47,8 km/s ielidotu Jupitera atmosfērā.

Nolaižamā zonde no Galileo tika palaista 1995. gada 13. jūlijā, jau 5 mēnešus pirms nonākšanas pie Jupitera. Pēc nonākšanas Jupitera atmosfērā, zonde mazāk kā 2 minūšu laikā tika nobremzēta no ātruma 47 km/s līdz zemskaņas ātrumam. Bremzēšanas laikā aparātam bija jāiztur līdz 230 g liels paātrinājums.
 Zonde bremzējot bija pakļauta milzīgam karstumam, kurš sasniedza gandrīz 14000 K. No karstuma zondi sargāja masīvs siltuma vairogs, kurš veidoja gandrīz pusi (145 kg) no visas zondes masas. Bremzēšanas laikā apmēram 60% no šī vairoga tika zaudēti.

Kad zondes ātrums bija samazinājies līdz 0,9 M, tā izšāva nelielu izpletni. Pēc tā izplešanās, atsprāga bultas, atbrīvojot zondes aizmugures daļas vāku. Tas savukārt izvilka galveno izpletni. Viss process kopumā aizņēma mazāk par 2 sekundēm.

Zonde Jupitera atmosfērā darbojās 58 minūtes, vācot informāciju par vietējiem laikapstākļiem. Aparāts atslēdzās, kad bija iedziļinājies atmosfērā par 150 km. Tobrīd zondes apkārtnē jau bija 23 atmosfēras liels spiediens un 153o C temperatūra. Vēja ātrums tobrīd pārsniedza 600 km/h.

Nolaižamā zonde datus noraidīja orbitālajam aparātam, kurš tos pārsūtīja uz Zemi. Kopumā tika pārraidīti 3,5 Mb datu.

Nolaižamā zonde sevī saturēja vairākus mērinstrumentus:
 mērinstrumenti atmosfēras struktūras noteikšanai (temperatūras, spiediena, blīvuma mērīšanai)
 masspektrometrs (atmosfēras ķīmiskā sastāva noteikšanai)
 nefelometrs (mākoņu pētīšanai)
 ierīce zibens reģistrēšanai, lādēto daļiņu reģistrēšanai
 ierīce hēlija daudzuma mērīšanai
 ierīce starojuma plūsmu un enerģijas mērīšanai

Orbitālā aparāta nozīmīgākie atklājumi 
Sava garā lidojuma laikā Galileo ieguva informāciju, kura ļāva zinātniekiem labāk izprast Jupitera un tā pavadoņu dabu:
 Galileo pirmoreiz novēroja amonjaka mākoņus citas planētas atmosfērā
 tika apstiprināts, ka uz Jo ir plaša vulkāniskā aktivitāte. Tā ir 100 reižu lielāka kā uz Zemes. Šāda aktivitāte bija Zemei tās „jaunībā”
 sarežģīta lādēto daļiņu kustība Jo atmosfērā rada milzīgas strāvas plūsmas, kuras savienojas ar Jupitera atmosfēru
 vairāki pierādījumi apstiprina, ka zem Eiropas ledus klātās virsmas atrodas šķidrs okeāns
 Ganimēdam tika konstatēts pašam savs elektriskais lauks
 tika gūts pierādījums, ka Eiropai, Ganimēdam un Kallisto zem redzamās virsmas atrodas šķidrs sālsūdens slānis
 gūti pierādījumi, ka ap Eiropu, Ganimēdu un Kallisto ir plāns atmosfēras slānis — eksosfēra
 Jupitera gredzenu sistēma veidojas no putekļiem, kurus izsit meteoroīdi, ietriecoties četros Jupitera pavadoņos — Metīdā, Adrastejā, Amaltejā un Tēbē
 izpētīta Jupitera magnetosfēra

Eksperimenti lidojuma laikā

Galileo zvaigžņu skeneris 
Zvaigžņu skeneris bija mazs optiskais teleskops, kuru kosmiskais aparāts izmantoja, lai noteiktu atrašanās vietu izplatījumā. Ierīci varēja izmantot arī citiem mērķiem. Primārās misijas laikā tika atklāts, ka zvaigžņu skeneris spēja noteikt augstas enerģijas daļiņas kā trokšņu signālus. Kad dati bija apstrādāti, izrādījās ka šīs daļiņas pārsvarā bija > 2 MeV elektroni, kuri atradās Jupitera magnētiskajās joslās.

Otrs atklājums notika 2000. gadā. Zvaigžņu skeneris novēroja vairākas zvaigznes, tostarp arī otrā zvaigžņlieluma zvaigzni Buru Delta. Pēkšņi zvaigzne satumsa zem skenera jutības robežas. Tā nebija redzama 8 stundas. Turpmākā Galileo datu apstrāde un astronomu novērojumi pierādīja, ka Buru Delta ir spožākā zināmā aptumsuma maiņzvaigzne. Savā maksimumā, tā ir spožāka pat par Algolu. Zvaigznes spožums ik pēc 45 dienām samazinās par 30%.

Attālinātā dzīvības noteikšana 
ASV astronoms Karls Seigans, interesējoties par to, vai dzīvību uz Zemes varētu atklāt no kosmosa, 1980. gadu beigās ierosināja veikt eksperimentu, izmantojot Galileo instrumentus. Eksperiments notika Galileo pietuvojoties Zemei 1990. gada decembrī. Pēc datu iegūšanas un apstrādes, K. Seigans 1993. gadā publicēja rakstu žurnālā Nature. Galileo atklāja pazīmes, kuras tagad pazīstamas kā „Seigana dzīvības kritēriji”. Tie bija:
 spēcīga gaismas absorbcija redzamās gaismas sarkanās krāsas frekvencēs (sevišķi virs kontinentiem), kuru izraisīja augos esošais hlorofils;
 molekulārā skābekļa absorbcijas joslas, kuras arī saistāmas ar augu aktivitāti;
 infrasarkanā starojuma absorbcijas joslas, kuras izraisa ≈1 µmol metāna molā Zemes gaisa. Metāns ir gāze, kura rodas vulkāniskās vai bioloģiskās darbības rezultātā.
 īsviļņu radioviļņu esamība, kuri nav raksturīgi nevienam zināmam dabiskam avotam.

Galileo optiskais eksperiments 
1992. gada decembrī, Galileo veicot otro gravitācijas manevru pie Zemes, tika veikts eksperiments — saziņa ar kosmisko aparātu, izmantojot jaudīgus lāzerus, kuri nosūta debesīs gaismas impulsus, kurus var uztvert ar kosmiskā aparāta CCD. Eksperimentu nodēvēja par GOPEX (Galileo OPtical EXperiment). Lāzera signāli tika raidīti no divām vietām, Table Mountain observatorijas Kalifornijā un Starfire Optical Range laboratorijas Ņūmeksikā. Eksperimentā pierādījās, ka lāzera impulsi bija redzami pat 6000000 km attālumā. Eksperiments tika uzskatīts par izdevušos, lai gan dažādu apstākļu dēļ tika uztvertas tikai apmēram 1/3 daļa no visām pārraidēm. Eksperiments pierādīja, ka ir iespējams konstruēt ierīces ātrām lielu apjomu datu pārraidēm starp Zemi un kosmiskajiem aparātiem.

Asteroīdu novērojumi

951 Gaspra pārlidojums 

1991. gada 29. oktobrī Galileo 1600 km attālumā pārlidoja asteroīdu 951 Gaspra. Pārlidošanas laikā kosmiskā aparāta ātrums bija apmēram 8 km/s. Tika uzņemti vairāki attēli kā arī veikti mērījumi, izmantojot NIMS (spektrometrs kartēšanai tuvu infrasarkanajam spektram). Uz Zemi pārraidītajos attēlos bija redzams, ka 951 Gaspra ir neregulāras formas, krāteriem izrobots asteroīds. Tā izmēri bija 18,2 x 10,5 x 8,9 km.

243 Ida pārlidojums 
1993. gada 28. augustā Galileo 2400 km attālumā pārlidoja asteroīdu 243 Ida. Tika atklāts, ka 243 Ida ir arī neliels pavadonis, kuru vēlāk nodēvēja par Daktilu. Daktils ir apmēram 1,4 km diametrā liels. Tas ir pirmais atklātais asteroīda pavadonis. Izmantojot Galileo mērinstrumentus, tika konstatēts, ka Daktils ir spektrāli atšķirīgs no 243 Ida.

Atsauces

Ārējās saites 

 Galileo mājaslapa
 Galileo Mission Profile 
 Mission to Jupiter: a History of the Galileo Project, by Michael Meltzer, NASA SP 2007-4231

Starpplanētu zondes
Jupitera izpēte