MESSENGER (sonda kosmiczna)

MESSENGER

Artystyczna ilustracja sondy MESSENGER na orbicie Merkurego (strona internetowa NASA)
Inne nazwy	S28391
Zaangażowani	NASA
Indeks COSPAR	2004-030A
Rakieta nośna	Delta II 7925H-9.5
Miejsce startu	Stacja Sił Powietrznych Cape Canaveral, Stany Zjednoczone
Cel misji	Merkury
Orbita (docelowa, początkowa)
Okrążane ciało niebieskie	Merkury
Perycentrum	200 km[1]
Apocentrum	15 000 km
Czas trwania
Początek misji	3 sierpnia 2004 (06:15:56,537 UTC)
Koniec misji	30 kwietnia 2015
Wymiary
Wymiary	kadłub: 1,44 m × 1,28 m × 1,85 m rozpiętość całkowita 6,14 m
Masa całkowita	1107 (w tym 599,4 kg paliwa)[2] kg
Multimedia w Wikimedia Commons

MESSENGER (pol.) posłaniec, skrótowiec pełnej nazwy: Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry and Ranging – sonda kosmiczna amerykańskiej agencji NASA, której celem było badanie planety Merkury. Była to pierwsza misja poświęcona tej planecie od czasu Marinera 10, tj. od 33 lat. Sonda wystrzelona została 3 sierpnia 2004 roku.

Sonda została zaprojektowana w celu zbadania charakterystyki i środowiska Merkurego z orbity wokółplanetarnej. Jej zadaniem było poznanie chemicznych właściwości powierzchni planety, historii geologicznej, natury pola magnetycznego, wielkości i stanu jądra oraz natury egzosfery i magnetosfery planetarnej.

Misja orbitalna sondy przewidziana była na jeden rok ziemski (4 lata merkuriańskie), jednak dwukrotnie ją przedłużano. Ostatecznie zakończyła się 30 kwietnia 2015 roku uderzeniem statku w powierzchnię planety^[3].

Misję MESSENGER-a ma uzupełnić, planowana na lata 2018–2028, misja BepiColombo, będąca zarazem pierwszą wspólną misją agencji kosmicznych ESA i JAXA.

Szkielet sondy był zbudowany z epoksydów grafitowych, co zapewniało lekkość i wytrzymałość konstrukcji.

Dwa panele ogniw słonecznych dostarczały 385-485 W mocy podczas lotu i 640 W na orbicie Merkurego. Ładowały one akumulator Ni-MH, będący źródłem energii elektrycznej dla statku.

Statkiem zarządzały dwa niezależne, zintegrowane moduły elektroniczne, w których skład wchodziły komputery RAD6000, odporne na promieniowanie. Każdy moduł zawierał po dwa procesory: główny, taktowany z częstotliwością 25 MHz, i zapasowy, taktowany z częstotliwością 10 MHz. Do przechowywania danych służyły dwa dyski typu SSD, każdy o pojemności 1 GB. Komputer pokładowy pobierał, kompresował i zapisywał na nich zdjęcia i dane z instrumentów naukowych, sortował je, a najważniejsze informacje przesyłał w pierwszej kolejności na Ziemię. Operatorzy misji mogli również sami decydować, które dane i w jakiej kolejności chcą pobierać.

System określania pozycji statku używał szukaczy gwiazd oraz zespołu czterech żyroskopów i czterech przyspieszeniomierzy. Jako układ zapasowy służyło sześć wykrywaczy Słońca. Położenie statku zmieniane było za pomocą czterech żyroskopów lub silniczkami o małym ciągu.

MESSENGER odbierał komendy z Ziemi i nadawał dane przez anteny pasma X z fazowaniem (polaryzacja kołowa).

Sonda wymagała specjalnej ochrony przed promieniowaniem słonecznym, szczególnie intensywnym w sąsiedztwie Merkurego – natężenie promieniowania słonecznego jest tam 11 razy większe niż na Ziemi, a temperatura powierzchni Merkurego sięga 450 °C. Wszystkie systemy były utrzymywane w temperaturze pokojowej dzięki okryciu jednej całej strony statku ceramiczną osłoną odporną na wysokie temperatury. Wymagała ona, aby sonda była zwrócona do Słońca zawsze osłoniętą stroną.

• Podwójny system obrazowania (Mercury Dual Imaging System, MDIS) – zestaw dwóch kamer (wąsko- i szerokokątnej) do fotografowania powierzchni Merkurego i zbierania danych topograficznych. Umieszczone na ruchomej platformie pozwalającej na obserwowanie wybranych obszarów, niezależnie od pozycji całego statku.
• Spektrometr promieniowania gamma i neutronów (Gamma-Ray and Neutron Spectrometer, GRNS) – przyrząd wykrywający izotopy promieniotwórcze w skorupie Merkurego. Pozwalał na określenie względnej obfitości pierwiastków budujących badaną planetę. Miał również pomóc zweryfikować hipotezę o lodzie zalegającym na biegunach planety, które nigdy nie są wystawione na bezpośrednią ekspozycję słoneczną.
• Spektrometr promieniowania rentgenowskiego (X-Rays Spectrometer, XRS) – zadania podobne jak GRNS. Miał pomóc wykryć niskoenergetyczne promieniowanie X jakie może emitować powierzchnia Merkurego pod wpływem promieni gamma i X emitowanych przez Słońce.
• Magnetometr (Magnetometer, MAG) – przyrząd służący do badania pola magnetycznego planety, a tym samym do wykrywania skał o właściwościach magnetycznych. Umieszczony na wysięgniku o długości 3,6 metra.
• Wysokościomierz laserowy (Mercury Laser Altimeter, MLA) – wykonywanie map topograficznych Merkurego i pomiar odległości statek-planeta.
• Spektrometr składu atmosfery i powierzchni (Mercury Atmospheric and Surface Composition Spectrometer, MASCS) – spektrometr pracujący w paśmie podczerwieni i ultrafioletu, co pozwalało mu określać skład gazów (atmosfery) i ciał stałych (powierzchnia Merkurego).
• Spektrometr cząstek energetycznych i plazmy (Energetic Particle and Plasma Spectrometer, EPPS) – służył do badania składu, dystrybucji i energii cząstek naładowanych (elektronów i jonów) w magnetosferze Merkurego.
• Eksperyment radiowy (Radio Science, RS) – służył dopplerowskiemu pomiarowi prędkości statku podczas orbitowania wokół Merkurego, co pozwoliło na wyznaczenie rozkładu masy pod powierzchnią planety (odróżnianie, np. gęstych skał od pustych przestrzeni).

• lipiec 1999 – NASA wybiera misję MESSENGER jako siódmą misję programu Discovery
• grudzień 1999 – wstępne prace projektowo-badawcze
• lipiec 2001 – rozpoczęcie końcowych prac projektowych
• luty 2003 – rozpoczęcie montażu i testowania elementów statku
• grudzień 2003 – MESSENGER przechodzi testy środowiskowe w Goddard Space Flight Center
• marzec 2004 – końcowe przygotowania przed startem w Astrotech Space Operations
• 10 marca 2004 – pierwsza planowana data startu (kolejna planowana data była określona na 11 maja)
• 24 marca 2004 – decyzja o przesunięciu startu na przełom lipca i sierpnia z powodu opóźnień w montażu sondy i przygotowaniu oprogramowania procedur awaryjnych
• 29 czerwca 2004 – przełożenie startu na 2 sierpnia w związku z opóźnieniem montażu innej rakiety Delta II
• 21 lipca 2004 – umieszczenie statku w rakiecie nośnej
• 2 sierpnia – opóźnienie startu o 24 h z powodów niesprzyjających warunków atmosferycznych

• 3 sierpnia 2004 – start i wyniesienie w przestrzeń kosmiczną
• 24 sierpnia 2004^[4] – wykonanie manewru TCM-1 o godz. 21:03:35. Na 215 sekund włączono silniczki średniego ciągu (dV=18 m/s) w celu skorygowania orbity heliocentrycznej
• 24 września 2004 – o godz. 18:00 wykonano manewr TCM-2. Na 62 sekundy włączono silniczki średniego i małego ciągu (dV=4,59 m/s). Ostateczne skorygowanie orbity heliocentrycznej
• 18 listopada 2004 – manewr TCM-3. Włączenie na 48 sekund silniczków średniego ciągu (dV=3,2 m/s)
• 23 czerwca 2005 – manewr TCM-5. Na 174 sekundy włączono silniczki małego ciągu (dV=1,1 m/s)
• 21 lipca 2005 – o godz. 18:00:01 wykonano manewr TCM-6. Na 23 sekundy włączono silniczki małego ciągu (dV=0,1 m/s)
• 2 sierpnia 2005 – o godz. 19:13 sonda zbliżyła się do Ziemi wykonując manewr asysty grawitacyjnej. Zbliżenie na odległość 2348 km miało miejsce nad Mongolią. Średnia odległość sondy od Słońca zmniejszyła się o ponad 33 mln km
• 12 grudnia 2005 – o godz. 11:30 wykonano manewr DSM-1. Na 524 sekundy uruchomiono silnik główny sondy (dV=316 m/s)
• 22 lutego 2006 – o godz. 16:00 wykonano manewr TCM-10. Na ponad 2 minuty włączono silniczki małego ciągu (dV=1,4 m/s)
• 12 września 2006 – złożony manewr TCM-11. O godz. 23:00 na 23 sekundy włączono jeden z zestawów silniczków dużego ciągu, a o godz. 23:10, na 202 sekundy, drugi zestaw, prostopadły do pierwszego (dV=1,68 m/s)
• 5 października 2006 – o godz. 22:30 wykonano manewr TCM-12. Włączenie silniczków na 58 sekund (dV=0,498 m/s)

• 24 października 2006 – o godz. 08:34 sonda zbliżyła się do Wenus na odległość 2987 km. Manewr ten zmienił orbitę heliocentryczną sondy z 0,6 × 1,065 j.a. (nachylenie 2,6°) na 0,55 × 0,90 j.a. (nachylenie 8,1°)
• 3 grudnia 2006 – manewr TCM-13. Silniki sondy zostają włączone trzykrotnie: o godz. 00:00 (na 1670 sekund), o godz. 01:00 (na 97 sekund) i o godz. 06:00 (na 1640 sekund). Łączna zmiana prędkości wyniosła 25,6 m/s
• 25 kwietnia 2007 – o godz. 17:30 wykonano manewr TCM-15. Na 140 sekund włączono silniczki sondy (dV=0,568 m/s). Krótko po jego rozpoczęciu sonda zaczęła tracić orientację. Kompensowanie ciągłym uruchamianiem silniczków spowodowało dV mniejsze od planowanego (dV=0,767 m/s)
• 25 maja 2007 – o godz. 20:00 wykonano manewr TCM-16. Uruchomienie silniczków na 36 sekund (dV=0,212 m/s)
• 5 czerwca 2007 – o godz. 23:08 nastąpiło drugie zbliżenie do Wenus. Najmniejsza odległość do planety wyniosła 338 km
• 17 października 2007 – o godz. 22:00 wykonano manewr DSM-2. Na ponad 5 minut uruchomiono silnik główny sondy (dV=226 m/s). O 22:30 na około 2 minuty włączono silniczki małego ciągu (dV=1,4 m/s)
• 19 grudnia 2007 – o godz. 22:00 wykonano manewr TCM-19. Włączenie silniczków na 110 sekund (dV=1,1 m/s)

• 14 stycznia 2008 – o godz. 19:04:39 sonda pierwszy raz zbliżyła się do Merkurego (min. odległość 201,4 km) dokonując manewru asysty grawitacyjnej^[2]. W jego wyniku parametry orbity heliocentrycznej zmieniły się z 0,33 × 0,75 j.a. na 0,32 × 0,70 j.a.
• 19 marca 2008 – o godz. 19:30 wykonano manewr DSM-3 (dV=72,2 m/s)
• 3 lipca 2008 – ogłoszenie odkrycia wody w egzosferze Merkurego^[5]
• 6 października 2008 – o godz. 08:40 nastąpiło drugie zbliżenie do Merkurego (minimalna odległość 199,4 km)^[6]
• 15 października 2008 – osiągnięcie największej prędkości (w stosunku do Słońca) w trakcie misji – 62,979 km/s^[7]
• 4 grudnia 2008 – o godz. 20:30 wykonano manewr DSM-4A (dV=219 m/s)
• 8 grudnia 2008 – o godz. 20:30 wykonano manewr DSM-4B (dV=24,7 m/s)
• 29/30 września 2009 – trzecie zbliżenie do Merkurego (min. odległość 228 km)^[8]. Wykonano kolejne zdjęcia Merkurego^[9][10]
• 29 listopada 2009 – manewr DSM-5
• 18 marca 2011 – wejście na orbitę Merkurego jako pierwszy obiekt zbudowany przez człowieka
• 29 marca 2011 – pierwsze zdjęcia Merkurego
• 4 kwietnia 2011 – rozpoczęła się 12-miesięczna faza badań naukowych
• 9 listopada 2011 – NASA ogłasza, że przedłuży orbitalną misję MESSENGER-a o rok
• 17 marca 2012 – zakończenie misji podstawowej
• 18 marca 2012 – oficjalne rozpoczęcie misji przedłużonej^[11]
• 17 marca 2013 – zakończenie misji przedłużonej
• 18 marca 2013 – rozpoczęcie drugiej misji przedłużonej^[12].
• 25 marca 2015 – sonda po raz 4000. okrążyła planetę. Jej orbita przebiegała coraz bliżej powierzchni Merkurego^[13].
• 28 kwietnia 2015 – wykonany został ostatni z siedmiu manewrów korekcyjnych. W związku z wyczerpaniem się paliwa sonda nie mogła już zmienić orbity. Pod koniec misji Messenger prowadził badania na bardzo niskiej orbicie nad powierzchnią Merkurego. W ciągu ostatniego miesiąca sonda przelatywała na wysokości od 5 do 35 km nad powierzchnią^[14].
• 30 kwietnia 2015 o 19:26 UTC – sonda roztrzaskała się o powierzchnię Merkurego, po wykonaniu 4105 orbit wokół planety^[15]. Sonda wykonała ponad 277 tysięcy zdjęć. Rozbiła się po niewidocznej z Ziemi w tym czasie stronie planety^[16]. Messenger uderzył w powierzchnię z prędkością około 14 tys. km/godz. Na powierzchni Merkurego powstał krater o średnicy około 16 metrów^[14]. Misja pozwoliła ustalić, że promień planety zmniejszył się o siedem kilometrów, co zgadza się z modelem termicznym. Według tych danych promień Merkurego wynosi 2440 kilometrów^[17].

Całkowity koszt misji wyniósł około 446 milionów USD. W sumie tej zawarty jest koszt budowy sondy i jej instrumentów naukowych, rakiety nośnej oraz koszty operacyjne podczas całej misji^[2].

Zobacz wiadomości w Wikinews: "Posłaniec" NASA mija Wenus Powrót do Merkurego po 33 latach Sonda MESSENGER przygotowana do wejścia na orbitę Merkurego

• Mariner 10

• Oficjalna strona misji (ang.)
• NASA (ang.)
• Jonathan's Space Home Page (ang.)
• Loty Kosmiczne (pol.)