Stworzenie mapy topografii planety wymagało nie lada wysiłku inżynieryjnego i zręcznego pilotażu, a osiągnięcie to nadal procentuje dziesiątki lat później.
W 2000 roku dowódca Kevin Kregel poprowadził misję wahadłowca kosmicznego Endeavour, wyposażonego w maszt o długości 200 stóp, na potrzeby misji wahadłowca radarowego topograficznego (SRTM), której celem było stworzenie szczegółowej mapy 3D Ziemi. Pomimo wyzwań technicznych, takich jak elastyczność masztu i zamarznięte strumienie gazu, innowacyjne rozwiązania, takie jak manewr rzucania w locie, umożliwiły zespołowi sporządzenie mapy ponad 80% powierzchni Ziemi. Obecnie dane SRTM w dalszym ciągu pomagają w globalnych badaniach środowiskowych i ekonomicznych.
Misja promu kosmicznego
Kevin Kregel miał na swoim miejscu swój szczęśliwy kapelusz wędkarski, wraz z zestawem sprzętu wędkarskiego nad miękkim brzegiem i mocno zapiętym paskiem podbródkowym. Nadszedł czas, aby spróbować manewr rzutu muchowego. Komandor Kregel nie łowił pstrągów w górskim potoku. Był za sterami promu kosmicznego Dążyć. Zamiast dzierżyć wędkę muchową, on i załoga 97. misji wahadłowca przygotowywali się do umieszczenia smukłego masztu o długości 200 stóp na miejscu drugiego dnia 11-dniowej wyprawy mającej na celu stworzenie bezprecedensowej mapy Ziemi.
Z jednym końcem zamontowanym w komorze ładunkowej orbitera, a drugim wspartym w przestrzeń kosmiczną, maszt stanowił centralną część statku kosmicznego. Misja topograficzna wahadłowca radarowego (SRTM). Był to także najdłuższy instrument, jaki kiedykolwiek przewieziono na pokładzie statku A prom kosmiczny. Detektor na końcu masztu i jeden umieszczony w komorze wahadłowca były gotowe do zbierania odbić wiązki radarowej skierowanej w stronę Ziemi poniżej. Po pierwsze, chodziło o poruszenie kruchego masztu, aby precyzyjnie ustawić instrument na orbicie. Wykonanie tego z detektorem ciężkim jak fortepian przymocowanym na drugim końcu będzie trudnym zadaniem.
Zamykanie luk w mapowaniu
Prawie ćwierć wieku po misji sporządzenia mapy świata dane SRTM nadal dostarczają wyników. Tylko w tym roku pomogło prognozowanie pożarów dla irańskich gór Zagros, śledzenie erozja gleby w Republice Południowej Afrykiocenianie ryzyko powodziowe na wybrzeżu Brazyliia nawet określenie lokalizacji elektrowni wiatrowych wytwarzających energię wpływać na wartość nieruchomości. Co roku publikuje się dziesiątki tysięcy artykułów naukowych, które opierają się na mapach SRTM w tych i innych badaniach środowiskowych, ekonomicznych, rolniczych i bezpieczeństwa publicznego.
Kiedy Dążyć wystrzelony 11 lutego 2000 r., znaczna część powierzchni Ziemi była tajemnicą, biorąc pod uwagę topografię. Nikt nie znał dokładnych wysokości wielu gór świata ani głębokości dolin między nimi. Tam, gdzie istniały informacje o wysokości, mapy topograficzne różniły się jakością i skalą w zależności od kraju. Rezultatem była niekompletna mozaika map.
Przed rokiem 2000 skorygowanie tych braków w mapowaniu okazywało się nieuchwytne. Większość satelitów obrazujących miała trudności z widzeniem przez zachmurzenie, szczególnie nad fragmentami Ameryki Południowej i Afryki; latanie na instrumentach mapujących w samolotach przelatujących odległych regionach było drogie; a w niektórych przypadkach kraje odmówiły dostępu do map z powietrza z powodu konfliktów politycznych. Naukowcy i inżynierowie przy NASALaboratorium Napędów Odrzutowych postanowiło rozwiązać problemy za pomocą instrumentu, który potrafiłby przejrzeć chmury i sporządzić mapę dużej części planety podczas jednej misji wahadłowca kosmicznego.
Techniczne triumfy w kosmosie
Ich rozwiązaniem był instrument SRTM, który teraz zwisa z sufitu w Centrum Stevena F. Udvara-Hazy’ego w Smithsonian National Air and Space Museum w hrabstwie Fairfax w Wirginii. Tylko ułamek jego delikatnego masztu wystaje ze złotego pojemnika, w którym był przechowywany podczas podróży na orbitę i z powrotem. W pełni rozłożona kratownica ze smukłych prętów osiągnęłaby dwie trzecie długości boiska do piłki nożnej. Po spakowaniu całość zwinęła się jak akordeon i zmieściła się w kanistrze, który jest nieco wyższy niż przeciętny dorosły.
System radarowy będący sercem instrumentu SRTM wykonał dwa loty Dążyć za wcześniejsze wysiłki związane z mapowaniem. Podczas tych misji instrument oferował dwuwymiarowy widok Ziemi z orbity. Łącząc dane z różnych punktów obserwacyjnych, naukowcy z NASA stworzyli stereoskopowe obrazy, które ukazały oszałamiające trójwymiarowe widoki topograficzne. Jednak konieczność wielokrotnych przelotów nad lokalizacjami spowolniła ten proces i choć chmury są przezroczyste dla radarów, zmiany w atmosferze pomiędzy orbitami ograniczają jakość i dokładność otrzymanych map. Misje skupiały się głównie na obszarach zainteresowań naukowych w Ameryce Południowej, Afryce, Europie, Azji i Oceanii, obejmując około 10 procent powierzchni planety podczas każdego z dwóch lotów.
Dzięki antenie radarowej zamontowanej na końcu masztu SRTM i drugiej w komorze wahadłowca, nowy instrument mógł w sposób ciągły oglądać Ziemię w 3D, zapewniając, że zmiany atmosferyczne z jednej orbity na drugą nie będą już stanowić problemu. Ponieważ mógł rejestrować obrazy podczas jednego przelotu nad dowolnym obszarem, SRTM byłby w stanie skanować duże obszary planety i ujawniać szczegółową topografię prawie dziesięć razy szybciej niż jego poprzednik. W sumie SRTM zebrał dane dotyczące wysokości ponad 80 procent powierzchni Ziemi podczas jednego lotu, obejmującego obszary widoczne na mapach u góry tej strony.
Wyzwania przezwyciężone na orbicie
Gdyby nie nieważkość orbity, ważąca tysiąc funtów antena radarowa byłaby zdecydowanie za ciężka, aby unieść delikatny maszt. Ale nawet w kosmosie nadal istnieje problem bezwładności – oporu obiektów posiadających masę na zmiany ruchu. Oznaczało to, że maszt SRTM będzie się uginał za każdym razem, gdy statek kosmiczny będzie się obracał, aby ustawić instrument w odpowiedniej pozycji do mapowania planety poniżej. Pomimo sztywnej konstrukcji długi maszt działał jak sprężyna, a antena kołysała się na końcu po wszelkich manewrach wahadłowca.
„To bardzo małe odchylenie kątowe, mniejsze niż jeden stopień” – powiedział Scott Hensley, starszy pracownik naukowy w JPL który pomógł opracować instrument SRTM, „ale przekłada się to na duży błąd”. Wniosek oznaczałby niedokładności rzędu tysiąca stóp (300 metrów) w elementach mapy topograficznej.
Zespół projektowy JPL przewidział wyginanie się i zainstalował system dysz gazowych na końcu masztu, aby przeciwdziałać kołysaniom. „To był naprawdę mądry pomysł” – powiedział Hensley. „Działało przez około półtora dnia, a potem myślę, że zamarzło, więc nie wyrzucało już gazu”. Na szczęście inżynier Bill Layman nakreślił plan awaryjny dotyczący rzucania na muchę na wypadek problemów z odrzutowcami. Co prowadzi nas do Kregela i jego kapelusza wędkarskiego.
Manewr rzucania muchą Laymana naśladował ruchy stosowane przez wędkarzy sportowych podczas rzucania długimi, elastycznymi wędkami muchowymi. Aby obrócić maszt SRTM do odpowiedniej pozycji, Kregel (na zdjęciu powyżej, po lewej) i Dążyć pilot Dominic Gorie jako pierwszy użył krótkiej serii silników wahadłowca, porównywalnej z początkowym machnięciem wędki muchowej. To spowodowało, że maszt wygiął się lekko do tyłu, gdy wahadłowiec zakręcił, a następnie odbił się do przodu. Kiedy maszt się wyprostował, drugi impuls silników przyspieszył obrót wahadłowca, naśladując przednią część rzutu. Czas i siłę pchnięć dostrojono tak, aby zapobiec dalszym wibracjom podczas ustawiania masztu na miejscu. Odwrócenie procedury steru strumieniowego spowodowało, że wszystko zatrzymało się cicho, bez wibracji, a system radarowy był w pozycji umożliwiającej rozpoczęcie mapowania.
W odróżnieniu od strumieni zamarzniętego gazu, manewr rzucania w powietrze opierał się na ograniczonych zapasach paliwa pędnego wahadłowca. Oznaczało to, że technika ta mogła potencjalnie skrócić misję. Jednak Kregel i Gorie zdołali wykonać manewr rzutu muchowego, aby sześciokrotnie zmienić położenie SRTM z wystarczającą wydajnością, aby pozostawić wystarczającą ilość paliwa do ukończenia pełnego harmonogramu mapowania. Sprawne pilotowanie dało zespołowi wahadłowca wystarczająco dużo czasu na zebranie danych o wysokości nad większą częścią lądu Ziemi, pomiędzy południowym krańcem Grenlandii a południowym krańcem Ameryki Południowej.
Zdjęcie z Obserwatorium Ziemi NASA wykonane przez Michalę Garrison, wykorzystujące dane topograficzne z misji wahadłowca radarowego topograficznego (SRTM) i dane dotyczące granic pokrycia SRTM z Służby Geologicznej Stanów Zjednoczonych (USGS). Zdjęcia i ilustracje z biblioteki obrazów i wideo NASA, STS-99. Historia autorstwa Jamesa Riordona/zespołu NASA ds. wiadomości o Ziemi.
