Sonda leciała w stronę Ziemi. NASA musiała zareagować

Stara sonda Swift zaczęła zbyt gwałtownie opadać. NASA wstrzymuje badania i szykuje misję, która podniesie ją na wyższą orbitę.

Neil Gehrels Swift Observatory to satelita, który od 2004 r. obserwuje tzw. rozbłyski gamma – niezwykle krótkie, ale potwornie energetyczne błyski promieniowania powstające m.in. przy zapadaniu się masywnych gwiazd czy zderzeniach gwiazd neutronowych. To zjawiska tak jasne, iż przez kilka sekund potrafią przyćmić całe galaktyki.

Swift został zaprojektowany właśnie po to, żeby takich zjawisk nie przegapiać. Ma na pokładzie teleskop do wykrywania promieniowania gamma, a także instrumenty obserwujące w promieniach X i w ultrafiolecie. Gdy detektor wychwyci rozbłysk, sonda błyskawicznie obraca się w jego stronę i włącza pozostałe teleskopy, żeby zarejestrować każdy ułamek sekundy tego kosmicznego fajerwerku. Z czasem jednak choćby najlepsza misja trafia na zupełnie przyziemny problem – dosłownie.

Wszystko przez słońce

Swift krąży na niskiej orbicie okołoziemskiej, czyli na wysokości kilkuset kilometrów nad Ziemią. To ten sam rejon, gdzie latają m.in. Międzynarodowa Stacja Kosmiczna i wiele satelitów obserwacyjnych.

Wbrew pozorom to nie jest to jednak idealna próżnia. W górnych warstwach atmosfery wciąż znajdują się bardzo rozrzedzone cząsteczki gazu. Kiedy satelita pędzi z prędkością kilku kilometrów na sekundę, te resztki powietrza stawiają mu opór. To właśnie opór aerodynamiczny, czyli siła, która działa hamująco na każdy obiekt poruszający się w gazie lub cieczy.

Do tego dochodzi jeszcze jeden efekt, a mianowicie aktywność Słońca. Gdy nasza gwiazda jest bardziej pobudzona (wysyła więcej promieniowania i cząstek) górne warstwy atmosfery nagrzewają się i puchną, podnosząc się na większe wysokości. Satelita, który dotąd leciał w stosunkowo rzadkim gazie, nagle zaczyna taranować gęstsze warstwy, a jego orbita szybciej się obniża.

Tak właśnie stało się ze Swiftem. W lutym jego średnia wysokość spadła poniżej ok. 400 km i przez cały czas malała. jeżeli nie zrobi się nic, orbita będzie się dalej wysypywać, aż w końcu sonda wejdzie w gęstsze warstwy atmosfery i spłonie.

NASA wciska hamulec

Żeby kupić sobie czas, NASA zdecydowała się na dość nieintuicyjny krok: tymczasowo ogranicza to, z czego Swift słynie, a mianowicie szybkie obracanie się za każdym interesującym zjawiskiem.

Każdy obrót to zmiana orientacji statku względem kierunku ruchu. A to z kolei wpływa na to, jak duży front satelita wystawia naprzód w górnych warstwach atmosfery. Im większa powierzchnia czołowa, tym większy opór i szybsze wytracanie wysokości.

Właśnie dlatego od 11 lutego sonda pracuje w trybie oszczędnym. Oznacza to, iż przez cały czas wykrywa rozbłyski gamma dzięki głównego detektora, ale nie wykonuje gwałtownych zwrotów, by od razu śledzić je innymi teleskopami.

Swift jest trzymany w orientacji, która minimalizuje opór i jak najbardziej spowalnia spadek orbity. To trochę tak, jakby pilot samolotu ustawił maszynę w idealnie opływowej konfiguracji, wyłączył zbędne manewry i starał się jak najdłużej utrzymać wysokość, czekając na pomoc.

Wielki podnośnik zamiast śmierci w atmosferze

Standardowy scenariusz dla starzejących się satelitów na niskiej orbicie jest brutalny, ale prosty. zwykle pozwala się im stopniowo zejść niżej, aż naturalny opór atmosfery ściągnie je do gęstszych warstw, gdzie ulegają spaleniu. To bezpieczny i zgodny z zasadami sposób pozbywania się kosmicznych śmieci.

Tym razem NASA chce jednak spróbować czegoś innego. Zamiast spisywać Swifta na straty, agencja zleciła firmie Katalyst Space Technologies z Arizony misję podniesienia orbity, czyli tzw. reboost.

Reboost to manewr, w którym do satelity dociera inny statek kosmiczny, łapie go lub w inny sposób się z nim łączy, a następnie używa własnego napędu, by wspólnie wynieść cały zestaw na wyższą orbitę. Wyżej atmosfera jest rzadsza, więc opór mniejszy, a życie satelity – odpowiednio dłuższe.

Jeśli misja ma się powieść, to Swift w momencie operacji musi wciąż krążyć na tyle wysoko, by można było bezpiecznie przeprowadzić manewr. NASA szacuje, iż średnia wysokość orbity powinna być powyżej ok. 300 km. Stąd cała operacja z minimalizowaniem oporu właśnie teraz.

Co dalej ze Swiftem i jego polowaniem na rozbłyski?

Na razie Swift działa w trybie przetrwania. Wciąż może wykrywać nowe rozbłyski gamma, ale nie śledzi ich już kompletem instrumentów. Dla astronomów oznacza to mniejszą ilość szczegółowych danych, ale w zamian szansę, iż cała misja potrwa kilka lat dłużej.

Jeśli w lecie na orbitę rzeczywiście poleci misja Katalyst Space Technologies i uda się podnieść wysokość orbity Swifta, stara sonda dostanie drugą młodość. Będzie mogła wrócić do bardziej aktywnego trybu pracy i dalej dostarczać danych o najbardziej gwałtownych zjawiskach we Wszechświecie.

Paradoksalnie więc to, iż dziś Swift musi się oszczędzać, może sprawić, iż dłużej pozostanie jednym z naszych najważniejszych kosmicznych strażników nagłych eksplozji w odległych galaktykach. A jeżeli cała operacja zakończy się sukcesem, może stać się wzorem, jak ratować inne starzejące się, ale wciąż bezcenne sondy.

*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI