Należący do ESA satelita Cluster, Salsa, był pionierskim momentem dzięki celowemu ponownemu wejściu w atmosferę ziemską, redukując śmieci kosmiczne i pogłębiając naszą wiedzę na temat dynamiki pogody kosmicznej.
To historyczne ponowne wejście na Ziemię kończy 24-letnią misję, która ujawniła krytyczne spostrzeżenia na temat ziemskiej magnetosfery i jej interakcji z wiatrami słonecznymi, torując drogę przyszłym misjom mającym na celu poprawę globalnej komunikacji i bezpieczeństwa w podróżach kosmicznych i powietrznych.
Ukierunkowane ponowne wejście satelity klastrowego ESA
Zeszłej nocy pierwszy satelita należący do kwartetu Cluster należącego do ESA bezpiecznie wrócił na Ziemię w ramach pierwszego na świecie „ukierunkowanego ponownego wejścia”, co oznaczało wspaniałe zakończenie tej niezwykłej misji.
Statek kosmiczny nazwany „Salsa” (Cluster 2) ponownie wszedł w atmosferę ziemską 8 września 2024 r. o godzinie 20:47 CEST nad południowym Pacyfikiem. W tym regionie ryzyko dotarcia odłamków do lądu jest całkowicie zminimalizowane.
W ciągu ostatnich dwóch dekad spędzonych w przestrzeni kosmicznej Cluster dostarczył bezcennych danych na temat interakcji Słońca z ziemskim polem magnetycznym, pomagając nam lepiej zrozumieć i prognozować pogodę kosmiczną. Dzięki temu pierwszemu w historii celowemu ponownemu wejściu na orbitę Cluster przejdzie do historii z drugiego powodu – pomagając ESA stać się światowym liderem w zrównoważonej eksploracji kosmosu.
Ponowne wejście na orbitę jest następstwem zmiany orbity Salsy w styczniu 2024 r., tak aby celować w region możliwie najdalej od zaludnionych regionów. Gwarantowało to, że wszelkie części statku kosmicznego, które przetrwają ponowne wejście, spadną do otwartego oceanu.
W ciągu ostatnich dni, tygodni i miesięcy operatorzy statków kosmicznych ESA uważnie obserwowali zbliżającą się do Ziemi salsę, tylko raz nieznacznie zmieniając trajektorię statku kosmicznego, aby utrzymać ją na właściwej drodze.
Strategia Zero Debris ESA
Obecnie misje satelitarne są projektowane zgodnie z przepisami, które wymagają od nich minimalizacji ryzyka spowodowania szkód po powrocie na Ziemię. Jednak gdy w latach 90. XX w. budowano Klaster, takich przepisów nie obowiązywały. Bez interwencji cztery satelity Gromady w naturalny sposób ponownie weszły w ziemską atmosferę – ale z mniejszą kontrolą nad tym, kiedy i gdzie to nastąpi.
Dyrektor operacyjny ESA, Rolf Densing, wyjaśnia, dlaczego ESA zdecydowała się zakończyć misję w ten sposób: „Ponowne wejście Salsy zawsze wiązało się z bardzo niskim ryzykiem, ale chcieliśmy przesunąć granice i jeszcze bardziej zmniejszyć zagrożenie, demonstrując nasze zaangażowanie w działania ESA Podejście „zero zanieczyszczeń”.
„Badając, jak i kiedy Salsa i pozostałe trzy satelity Cluster spalają się w atmosferze, uczymy się wiele na temat nauki o ponownym wejściu w atmosferę, co, miejmy nadzieję, pozwoli nam zastosować to samo podejście do innych satelitów, gdy dobiegną końca. ”
Odkrycie niewidzialnej tarczy Ziemi
Powrót Salsy oznacza koniec wyjątkowej misji, która ostatecznie pomoże chronić ludzkość przed naszym burzliwym Słońcem.
Woda? Ciepło? Minerały? Wszystkie niezbędne do życia, ale nie występujące wyłącznie na planecie Ziemia. Być może kluczową rzeczą, która czyni Ziemię niezwykłym światem nadającym się do zamieszkania, w którym może rozwijać się życie, jest jej potężna magnetosfera.
Zaledwie kilkaset kilometrów nad naszymi głowami toczy się nieustanna walka pomiędzy siłami natury. Jak statek podczas niekończącej się burzy, Ziemia jest bombardowana rojami cząstek wyrzucanych ze Słońca z prędkością ponaddźwiękową.
Większość tych cząstek wiatru słonecznego jest odchylana przez magnetosferę i przepływa obok niej nieszkodliwie. Ale tarcza Ziemi nie jest kuloodporna. Podmuchy wiatru słonecznego mogą go bezlitośnie ściskać, wypychając energetyczne cząstki przez słabe punkty i potencjalnie uszkadzając sprzęt elektroniczny, w tym ważne satelity krążące w przestrzeni kosmicznej.
Odkrywanie tajemnic magnetosfery
Może to brzmieć jak science fiction, ale naukowcy badają ten ciągły spór między Słońcem a Ziemią od wielu lat, najpierw z Ziemi, a następnie przy pomocy pojedynczych satelitów. Jednak złożoność połączenia Słońca z Ziemią zawsze im umykała. Dopóki nie pojawił się Cluster.
Dyrektor ds. nauki, prof. Carole Mundell, mówi: „Cluster to pierwsza misja, która ma na celu wykonanie szczegółowych badań, modeli i map 3D ziemskiego pola magnetycznego, a także powiązanych procesów wewnątrz niego i wokół niego. Z dumą możemy powiedzieć, że dzięki Cluster i innym misjom ESA pogłębiła wiedzę ludzkości na temat interakcji wiatru słonecznego z magnetosferą, pomagając nam przygotować się na niebezpieczeństwa, jakie może ze sobą nieść”.
Przyszłość monitorowania magnetosfery
Nasze zrozumienie pogody kosmicznej – warunków środowiskowych w przestrzeni kosmicznej spowodowanych aktywnością Słońca – zależy od zrozumienia wielu różnych czynników: zachowania Słońca, sposobu, w jaki wiatr słoneczny przemieszcza się w przestrzeni oraz reakcji ziemskiej magnetosfery.
Dzięki Cluster ESA podjęła wyzwanie odkrycia, w jaki sposób magnetosfera Ziemi reaguje na wiatr słoneczny. Inne misje ESA badały różne etapy procesu, np. za pomocą sondy Solar Orbiter, SOHO, Proba-2I Ulisses obserwując samo Słońce i Rój I Podwójna Gwiazda badając także środowisko magnetyczne Ziemi. Double Star skupił się na „ogonie magnetycznym” rozciągającym się od planety Ziemia, a Swarm w dalszym ciągu analizuje samo pole magnetyczne Ziemi.
Misje starsze i przyszłe
Latarka naukowa Cluster zostanie przekazana ESA/Chińskiej Akademii Nauk Wiatr słoneczny Magnetosfera Ionosfera Link Explorer (Uśmiech), której start zaplanowano na koniec 2025 r.
Kilka lat później misja ESA Vigil wyruszy w przestrzeń kosmiczną, aby ułożyć w całość różne elementy układanki, a jej celem będzie dostarczanie ciągłych danych w czasie zbliżonym do rzeczywistego na temat potencjalnie niebezpiecznej aktywności Słońca. Ostatecznie pomoże nam to zapewnić bezpieczną łączność satelitarną oraz podróże kosmiczne i powietrzne.
Odkrywanie tajemnic magnetosfery
Podczas gdy większość misji badających zjawiska magnetyczne Ziemi koncentruje się na równiku, kwartet z Cluster krążył nad biegunami, gdzie występuje duża aktywność magnetyczna. Wiatr słoneczny w tym obszarze może zanurzyć się głębiej w górne warstwy atmosfery Ziemi, powodując powstawanie spektakularnych zorzy polarnej.
Zdolność Cluster do obserwacji wyższych szerokości geograficznych niż inne misje oznaczała, że odsłoniła części magnetosfery, których nigdy wcześniej nie byliśmy w stanie „zobaczyć” za pomocą wielu statków kosmicznych jednocześnie.
Poprzez mapowanie ziemskiego pola magnetycznego i porównanie go z MarsZe względu na słaby, współczesny magnetyzm, Cluster ponownie potwierdził znaczenie naszej magnetosfery w ochronie nas przed wiatrem słonecznym.
Przełomowy wkład klastra
Misja pomogła nam również zrozumieć słabe strony magnetosfery, w tym sposób, w jaki cząsteczki wiatru słonecznego mogą przedrzeć się przez tarczę. Odkryto nawet pochodzenie „zabójcze elektrony’, energetyczne cząstki w zewnętrznym pasie promieniowania otaczającego Ziemię, które mogą powodować spustoszenie w satelitach.
Stale monitorując i rejestrując dynamikę i właściwości ziemskiej magnetosfery przez dwie dekady, Cluster zgromadził bezprecedensowe bogactwo danych, umożliwiając naukowcom dokonanie naprawdę przełomowych odkryć, w tym dotyczących trendów długoterminowych.
Po niezwykle udanych 24 latach spędzonych w przestrzeni kosmicznej ESA podjęła decyzję o deorbitacji czterech satelitów Cluster na lata 2024–2026. Zaplanowanie ponownych wejść na Ziemię w tym czasie umożliwiło statkowi kosmicznemu Cluster wniesienie wkładu do nauki o ponownym wejściu w atmosferę w ramach ostatecznego pożegnania.
„Konstrukcja statku kosmicznego Cluster, obejmująca wiele statków kosmicznych, zawsze była kluczem do jego sukcesu” – wyjaśnia Philippe Escoubet, kierownik misji Cluster.
„Wykorzystując cztery statki kosmiczne zamiast jednego, Cluster był w stanie w unikalny sposób mierzyć wiele obszarów przestrzeni jednocześnie. Gdy sonda Cluster zbliży się do siebie, będzie mogła zagłębić się w delikatniejsze struktury magnetyczne w przestrzeni bliskiej Ziemi. Gdy byliby dalej od siebie, mogliby uzyskać szerszy obraz działań na szerszą skalę.
A teraz ESA wykorzystuje fakt, że istnieją cztery satelity Cluster, aby lepiej zrozumieć, jak działają ponowne wejścia w atmosferę. Porównując ponowne wejścia na orbitę czterech identycznych satelitów w różnych warunkach pogody kosmicznej i przy nieco innych trajektoriach, zespół ESA zajmujący się śmieciami kosmicznymi przeprowadza cenny eksperyment dotyczący rozpadu satelitów w atmosferze. Ostatecznie sprawi to, że ponowne wejścia na orbitę satelitów będą jeszcze bezpieczniejsze.
Od porażki do sukcesu
Chociaż Cluster odniósł ogromny sukces naukowy, jego początki nie przebiegały bez problemów.
Rakieta użyta do wystrzelenia satelitów Rumba (Klaster 1) i Tango (Klaster 4) w 2000 roku pozostawiła je na nieprawidłowej orbicie, zmuszając je do dotarcia do satelity zdanego na własny napęd i górny stopień rakiety. właściwą pozycję, aby dołączyć do Salsy (klaster 2) i Samby (klaster 3).
Nieszczęście nastąpiło po nieudanej premierze oryginalnego kwartetu Cluster w 1996 roku.
Od tego czasu misja poczyniła ogromne postępy, znacznie przekraczając pierwotnie planowany czas trwania i w ogromnym stopniu przyczyniając się do zrozumienia interakcji między Słońcem a Ziemią. Wczoraj Cluster stał się kluczowym elementem wysiłków ESA na rzecz bardziej zrównoważonej eksploracji kosmosu.
