Lucy (uzay aracı)

Lucy, on iki yıllık planlanan bir yolculukta, ikisi asteroit kuşağında olmak üzere Jüpiter'in Güneş etrafındaki yörüngesini paylaşan altı Jüpiter truvalısını ziyaret edecek olan bir NASA uzay sondasıdır. Aracın ziyaret etmesi planlanan cisimlere yakın uçuş gerçekleştirmesi beklenmektedir. Aracın maliyeti 981 milyon ABD Dolarıdır.
Lucy, 4 Ocak 2017 tarihinde Psyche görevi ile birlikte NASA Discovery Programı'nın 13. ve 14. görevleri olarak seçilmiştir.
Görev ismi Lucy adı verilen fosile atfen seçilmiştir. Güneş sisteminin oluşumunda var olduğu düşünülen ve bu sistemin bir fosili olarak nitelenebilecek olan Truva cisimlerinin incelenmesi ana görevi kapsamında bu isim tercih edilmiştir. Fosilin ismi ise bulunuşunu kutlamak için, bulunduğu akşam verilen yemekte dinlenilen Beatles grubunun Lucy in the Sky with Diamonds parçasında adı geçen kızdan esinlenilerek verilmiştir. Uzay aracı, L'TES cihazı için laboratuvar ürünü elmaslardan yapılmış bir disk taşımaktadır.
Genel bakış
Lucy, 16 Ekim 2021 saat 09:34 UTC'de United Launch Alliance Atlas V fırlatma aracının 401 varyantıyla Cape Canaveral SLC-41'den fırlatılmıştır. Dünya'dan ilk yerçekimi yardımını 16 Ekim 2022'de almış ve 2023'te 152830 Dinkinesh asteroitine doğru bir yaklaşma gerçekleştirdikten sonra, 2024'te başka bir yerçekimi yardımı daha alarak Jüpiter'e doğru olan uçuşuna başlayacaktır. 2025 yılında, adını Lucy insansı fosilinin kaşifinden alan 52246 Donaldjohanson iç ana kuşak asteroitinin yanından geçecektir. 2027 yılında L4 Truva bulutuna (Jüpiter'in yaklaşık 60 önündeki yörüngede dönen Yunan kampı) ulaşacak ve burada dört Truva asteroiti; 3548 Eurybates (uydusuyla birlikte), 15094 Polymele, 11351 Leucus ve 21900 Orus'un yakınından geçecek. Bu geçişlerden sonra Lucy, 2031 yılında L5 Truva bulutuna (Jüpiter'in yaklaşık 60 arkasında kalan Truva kampı) doğru başka bir yerçekimi yardımı almak için Dünya'ya dönecek. 2033 yılında uydusu Menoetius ile birlikte ikili bir Truva asteroiti olan 617 Patroclus'u ziyaret edecek. Görevin Patroclus-Menoetius geçişiyle sona erebileceği, ancak bu noktada Lucynin L4 ve L5 bulutları arasında 6 yıllık istikrarlı bir yörüngede olacağından görevin uzatılmasının mümkün olabileceği düşünülmektedir.
Görev yükü, yüksek çözünürlüklü bir görünür ışık görüntüleyici, optik ve yakın kızılötesi görüntüleme spektrometresi ve bir termal kızılötesi spektrometre olmak üzere üç cihazdan oluşur. Boulder, Colorado'daki Southwest Araştırma Enstitüsü'nden Harold F. Levison baş araştırmacı, Southwest Araştırma Enstitüsü'nden Cathy Olkin ise görevin baş araştırmacı yardımcısıdır. Projeyi NASA'nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi yönetecek.
Jüpiter truvalarının keşfi, Gezegen Bilimi On Yıl Araştırması'nda belirtilen yüksek öncelikli hedeflerden biridir. Jüpiter truvaları, yer tabanlı teleskoplar ve Geniş Alan Kızılötesi Araştırma Gezgini tarafından "az güneş ışığı yansıtan... karanlık yüzeylere" sahip cisimler olarak gözlemlendi. Jüpiter, Güneş'ten veya Dünya-Güneş mesafesinin yaklaşık beş katı uzaklıktadır. Jüpiter truvaları da benzer bir mesafededir, fakat yörüngelerinde nerede olduklarına bağlı olarak Güneş'e biraz daha uzak veya yakın olabilirler. Asteroit kuşağında asteroit sayısı kadar truva cismi olabileceği tahmin edilmektedir.
Geliştirilme
NASA Lucy'yi, 5 Kasım 2014'te yayınlanan Discovery Programı Fırsat Duyurusu (Announcement of Opportunity AO) aracılığıyla seçti. Lucy, 2021 yılının sonuna kadar fırlatılmaya hazır olması gereken Discovery Programı için yapılan bir teklif çağrısı kapsamında sunulmuştu. Toplamda yirmi sekiz teklif alınmıştır.
30 Eylül 2015'te Lucy, her biri daha derinlemesine konsept tasarım çalışmaları ve analizleri üretmek için 3 milyon ABD doları hibe alan beş finalist görevden biri olarak seçildi. Diğer finalistler ise DAVINCI, NEOCam, Psyche ve VERITAS idi. 4 Ocak 2017 tarihinde Lucy ve Psyche geliştirme ve fırlatma için ilk görevler olarak belirlendi.
NASA 31 Ocak 2019 tarihinde, Lucynin Florida'daki Cape Canaveral'den Atlas V 401 fırlatma aracıyla, Ekim 2021'de fırlatılacağını duyurdu. Fırlatmanın toplam maliyetinin 148,3 milyon ABD doları olacağı tahmin ediliyordu. 11 Şubat 2019'da SpaceX, Lucy'yi "önemli ölçüde daha ucuz bir maliyetle" aynı yörüngeye fırlatabileceğini iddia ederek sözleşme teklifine itiraz etti. 4 Nisan 2019 tarihinde SpaceX, itirazını geri çekti.
28 Ağustos 2020'de NASA, Lucynin uzay aracını ve cihazlarını bir araya getirmek ve test etmek için Kilit Karar Noktası-D'yi (KDP-D) "yeşil ışık" ile geçtiğini duyurdu. Uzay aracının cihazları, 26 Ekim 2020 tarihinden itibaren L'LORRI ile birlikte fırlatma noktasına ulaştı. Lucy, 30 Temmuz 2021'de uzay aracı fırlatma hazırlıkları için bir C-17 nakliye uçağıyla Florida'ya taşındı ve 30 Eylül 2021'de roket kaportasına yerleştirildi.
Lucy, 16 Ekim 2021 saat 09:34 UTC'de 23 günlük fırlatma penceresinin başlangıcında fırlatıldı.
Bilimsel aletler
Aracın bilimsel yükü şunları içerir:
L'Ralph - pankromatik ve renkli görünür görüntüleyici (0.4-0.85 μm) ve kızılötesi spektroskopik eşleyici (1-3.6 μm). L'Ralph, New Horizons'taki Ralph cihazına dayanmaktadır ve Goddard Uzay Uçuş Merkezi'nde inşa edilmiştir. Yüzeydeki silikatları, buzları ve organik maddeleri ölçmek için kullanılacaktır. L'Ralph aleti 75 mm açıklığa sahip üç aynalı anastigmat f/6 tasarımına sahiptir. Teleskop yapısı, atermal bir görüntüleme sistemi sağlamak için tek bir alüminyum bloktan oluşur. Bir ışın ayırıcı daha uzun dalga boylu ışığı LEISA'ya iletir ve ∼960 nm'den kısa ışığı MVIC'ye yansıtır. Cihaz, LEISA dedektörünü ∼100 K'ye kadar soğutan 20 inç çapında bir radyatörle pasif olarak soğutulmaktadır. L'Ralph cihazının öncekilere kıyasla yeni bir bileşeni tarama aynası düzeneğidir. Tarama aynası, görünür görüntüler ya da kızılötesi spektrumlar oluşturmak üzere hedefi Ralph odak düzlemleri boyunca taramak için kullanılır.
L'LORRI - yüksek çözünürlüklü görüntüleyici. L'LORRI, New Horizonstaki LORRI cihazından türetilmiş ve Johns Hopkins Üniversitesi Uygulamalı Fizik Laboratuvarı'nda inşa edilmiştir. Truva yüzeyinin en detaylı görüntülerini sağlayacaktır. L'LORRI aynı dedektörü kullanır ve New Horizons LORRI ile aynı optik tasarıma sahiptir. Primer aynanın çapı 20,8 cm, sistemin odak uzaklığı 262 cm ve dedektör, Teledyne e2v'nin 1024 1024 inceltilmiş arka aydınlatmalı çerçeve transfer CCD'sidir. Her piksel 5 μrad'lık bir alan kaplar ve 15 μrad'dan daha az bir FWHM ile bir noktasal yayılım fonksiyonuna sahip olacaktır. Önceki aletten kayda değer farklılıkları, yedekli elektronik aksamın eklenmesi ve LORRI verilerini depolamak için bellek ve alet yerleşimindeki farklılıklardır. New Horizonsta LORRI aleti uzay aracının içinde yer alırken, Lucy L'LORRI bir Alet İşaretleme Platformuna (IPP) monte edilmiştir.
L'TES - termal kızılötesi spektrometre (6-75 μm). L'TES, OSIRIS-REx görevindeki OTES'e benzer ve Arizona Eyalet Üniversitesi'nde imal edilmiştir. Gözlemlenen truvaların termal özelliklerini ortaya çıkaracak ve bu da asteroitlerin yüzeyindeki malzemenin bileşimi ve yapısı hakkında bilgi verecektir. OTES, Bennu asteroitinin yüzey bileşimini ve termal ataletini türetmek için kullanılmıştır. Ancak, 5 AU'daki truva asteroitleri Bennu'dan çok daha soğuk olduğundan, Lucy görevi yüzey bileşimini türetmek için L'TES'i kullanmayı planlamamaktadır. Bunun yerine L'TES, asteroitlerin öncelikli olarak regolit özelliklerini anlamak için kullanılacaktır. L'TES, 15,2 cm çapında bir Cassegrain teleskopu, kimyasal buhar biriktirilmiş elmas ışın ayırıcılı bir Michelson interferometresi ve soğutulmamış, deuterated L-alanine doped triglycine sulfate (DLATGS) piroelektrik dedektörü dahil olmak üzere OTES ile aynı optik-mekanik tasarıma sahiptir. L'TES, teleskop bölmesini ve primer ayna iç çapını değiştirerek potansiyel bir dağınık ışık yolunu ortadan kaldırmak ve metroloji lazer sistemindeki iyileştirmeler de dahil olmak üzere daha önceki cihazdan sadece küçük farklılıklara sahiptir. Dahili bir kalibrasyon konisi kara cisim hedefi radyometrik kalibrasyon sağlar. L'TES cihazı 6-75 μm arasında veri toplar ve 300 cm-1 (7,4 μm) ile 1350 cm-1 (33 μm) arasında 2,310-8 W cm-2 sr-1/cm-1 gürültü eşdeğeri spektral radyansa (NESR) sahiptir. 75K'den daha yüksek sıcaklıklara sahip yüzeyler için L'TES sıcaklığı 2K hassasiyetle belirleyecektir. Cihazın %50 çevrelenmiş enerjisi 6,5 mrad'ı kapsamaktadır. L'TES'in tek bir veri alma modu vardır. Sürekli olarak girişm eğrileri toplar (her 0,5, 1,0 veya 2,0 saniyede bir) ve bunları uydu yer bağlantısından önce depolanmak üzere uzay aracına aktarır. Cihaz, en yakın yaklaşmadan bir gün önce, yani hedef cihazın FOV'unu doldurmadan önce veri toplamaya başlayacaktır. Veri toplama işlemi en yakın yaklaşmadan bir gün sonrasına kadar devam edecektir. L'TES cihazı her bir Truva asteroitinin parlaklığını günün farklı yerel saatlerinde dört noktada ölçecek ve ek olarak bir gözlemin alt güneş noktasının 30 içindeki bir konumu, diğerinin ise aydınlatılmamış yüzeyi ölçmesi gerekecektir.
Radyo bilimi araştırması, Doppler kaymalarını ölçmek için uzay aracı radyo telekomünikasyon donanımını ve yüksek kazançlı anteni kullanarak truvaların kütlesini belirleyecektir.
T2CAM - terminal izleme kamerası (T2CAM veya TTCAM), asteroitlerin şekillerini daha iyi sınırlandırmak için asteroitlerin geniş alan görüntülerini almak için kullanılacaktır.
Altın plak
Uzay aracının üzerinde fırlatılış tarihi, fırlatıldığı tarihte gezegenlerin konumları, fırlatıldığı tarihte Dünya'nın kıtaları, nominal yörüngesi ve Martin Luther King Jr., Carl Sagan, The Beatles ve daha birçok kişiden yirmi konuşma, şiir ve şarkı sözü içeren altın bir plak bulunmaktadır. Uzay aracı Güneş Sisteminden ayrılmayacağı ya da kasıtlı olarak bir gezegene çarpmayacağı için, insanlığın gelecek nesillerinin onu kurtarma şansı vardır.
Hedefler
Uzay aracı tarafından gerçekleştirilen uçuş gözlem geçişleri için hedeflenen belirli asteroitler aşağıda listelenmiştir:
İtki ve motor sistemi
Lucynin birkaç farklı motoru vardır:
Nammo LEROS 1c:
Adet: 1
Tip: hipergolik çift yakıtlı motor
Roket yakıtı: MON/Hidrazin
İtme kuvveti: 458 N (386-470 N)
Özgül itki: 324 s
Aerojet Rocketdyne MR-103J:
Adet: 8
Tip: katalitik tek terkipli itici
Roket yakıtı: Hidrazin
İtme kuvveti: 1 N (0,19-1,13 N)
Özgül itki: 202-224 s
Aerojet Rocketdyne MR-106L:
Adet: 6
Tip: katalitik tek terkipli itici
Roket yakıtı: Hidrazin
İtme kuvveti: 22 N (10-34 N)
Özgül itki: 228-235 s
Uçuş
Lucy konsepti 2014'ün sonlarında ortaya çıkmış ve 2015'te finansman için seçilmiş olsa da, uzay uçuşu 16 Ekim 2021'de Lucy uzay aracının United Launch Alliance Atlas V 401 fırlatma aracıyla geçici olarak oturtulacağı kararlı bir park yörüngesine fırlatılmasıyla başladı. Sonraki bir saat içinde ikinci aşama yeniden ateşlenerek Lucyyi Güneş-Jüpiter Truva asteroitlerinden oluşan iki gruba ve asteroit kuşağından planlanan üç geçişten biri sırasında ana kuşak asteroitlerine yakın uçuşlara yönelik on iki yıllık bir görev için, güneş merkezli bir gezegenler arası yörüngeye yerleştirdi. Uzay aracının planlanan 12 yıllık süre boyunca çalışır durumda kalması halinde, görevin uzatılması ve ek asteroit hedeflerine yönlendirilmesi muhtemeldir.
Güneş paneli açılma sorunları
16 Ekim 2021'de Lucy iki adet güneş panelini açmaya başladı. Panelin ilk açılışı sorunsuz bir şekilde gerçekleşmiş gibi görünse de, daha sonra güneş panellerinden birinin açık konumda güvenli bir şekilde kilitlenemediği ortaya çıktı. NASA'nın bilimden sorumlu yönetici yardımcısı Thomas Zurbuchen, uzay aracının "güvende ve stabil" olduğunu vurguladı. 26 Ekim'de yapılan daha sonraki testler, etkilenen panelin tam açılmanın yüzde 75 ila 95'i arasında olduğunu gösterdi. Ocak 2022 itibariyle uzay aracı seyir modundadır. NASA, panelin olduğu gibi kalmasına izin vermek de dahil olmak üzere bir dizi potansiyel seçeneği gözden geçirdiklerini belirtti. Ocak 2022'nin sonlarında NASA, güneş panellerinden birinin neden tam olarak açılmadığını ve güvenli bir şekilde kilitlenmediğini bulduklarını açıkladı. O dönemde ajansın görüşü, devreyi yeniden çalıştırarak Güneş panelini tamamen açıp yerine kilitlemeye çalışmak veya paneli tam olarak açmamayı seçmek şeklinde iki seçeneğin olduğuydu. Bir güneş paneli sadece kısmen açılmış olsa bile, uzay aracı görev için yeterli güç üretiyordu. NASA, seçeneklerini etraflıca değerlendireceğini ve sorunun görev için yakın bir risk teşkil etmemesi nedeniyle ancak (çok) daha sonraki bir zamanda harekete geçeceğini belirtti.
9 Mayıs 2022'de Lucy, kilidi açılmış güneş enerjisi panelinin açılmasını tamamlamak için ilk adımını gerçekleştirdi. Bu ilk adım, ekibin yer testlerinin uçuş sisteminin performansını yeterince yansıttığını ve paneli tamamen kilitleme amacı taşımadığını doğrulamayı amaçlıyordu. Veriler gözden geçirildikten sonra planlanan bir sonraki adım, güneş panelini tamamen kilitlemek için başka bir açma denemesiydi.
5 Ağustos 2022 tarihine kadar NASA, güneş panelinin 353 derece ile 357 derece arasında açık olduğunu (360 derece üzerinden) ancak kilitlenmediğini, bunun da uzay aracının görev operasyonları için gerektiği gibi çalışmasını sağlayacak kadar kararlı olduğunu bildirdi.
Ekip, 13 Aralık 2022'deki girişimin ardından güneş panelleriyle ilgili çalışmaları askıya aldı.
İlk fotoğraf
Lucy uzay aracı, Truva asteroitlerinin ilk görüntülerini Mart 2023'ün sonlarında çekti. Asteroitler bu görüntülerde hala tek ışık noktaları olarak görünse de, Lucy bilim insanları bu gözlemleri gelecekteki karşılaşmaları planlamaya yardımcı olacak önemli bilgileri toplamak için kullanabilecektir.
Lucy, yüksek çözünürlüklü görünür ışık kamerası L'LORRI ile asteroitleri gözlemlediğinde, Güneş'in asteroitlerin yüzeylerinden yansıyan ışığını görmektedir. Yansıyan toplam ışık miktarı büyük ölçüde asteroitlerin iç ve dış bileşenleri tarafından belirlenmektedir. Ayrıca asteroitlerin farklı açılardan gözlemlendiğinde ne kadar ışık yansıttığının gözlemlenmesiyle; asteroitin şekli, yüzey pürüzlülüğü ve topografyası dahil olmak üzere fiziksel özellikleri hakkında çok fazla veri elde edilir.
Faz açısı, Güneş, asteroit ve gözlemci arasındaki açıdır. Güneş, Dünya ve Asteroit neredeyse düz bir çizgideyse, yani faz açısı küçükse, asteroit daha parlak görünür. Nesneler arasındaki açı daha büyük olduğunda ise, asteroit daha sönük görünür. Bununla birlikte, tam görünür parlaklık hem asteroidin şeklinin hem de yüzey özelliklerinin bir fonksiyonudur. Bu nedenle, çok çeşitli faz açılarında yapılan gözlemler yüzeydeki malzemenin fiziksel özellikleri hakkında bilgi vermenin yanı sıra kraterler ve dağlar gibi daha büyük ölçekli topografya hakkında da ipuçları verebilir.
Truva cisimleri için, yörüngesi nedeniyle Dünya'dan sadece sınırlı bir faz açısı aralığı gözlemlenebilmektedir. Ancak, Lucy Dünya'dan çok uzakta (100 milyon milden fazla uzaklıkta) kendi yörüngesinde bulunduğu için asteroitlerin ne kadar parlak olduğunu tamamen yeni bir bakış açısından gözlemleyebilmektedir.