ESA chce małej sondy, którą będzie można zbudować w kilka miesięcy i wysłać do planetoidy zagrażającej Ziemi. Demonstrator ma powstać do 2030 r.
Astronomowie odkrywają planetoidę, która za kilka lat może uderzyć w Ziemię. Wiemy, dokąd leci, ale nie wiemy, czy jest litą skałą, luźnym rumowiskiem, czy tylko obracającą się stertą gruzu. Słabo, prawda? Od tego przecież zależy, czy należy w nią uderzyć sondą, wysadzić ładunek w pobliżu, czy po prostu poprawić obliczenia i odwołać alarm. ESA chce więc maszyny na czarną godzinę: małej, taniej i możliwej do zbudowania w miesiące, a nie przez większą część dekady.
Najpierw trzeba poznać przeciwnika
Ludzkość udowodniła już, iż potrafi zmienić ruch ciała niebieskiego. We wrześniu 2022 r. amerykańska sonda DART zderzyła się z Dimorphosem i skróciła jego okres obiegu wokół większej planetoidy Didymos. Jak pisaliśmy w tekście: NASA przesunęła asteroidę uderzeniem. To nie atak, to ratunek, skutki kolizji były bardziej złożone, niż proste przekazanie energii przez rozpędzoną sondę. Materiał wyrzucony z powierzchni zadziałał trochę jak dodatkowy silnik i jeszcze mocniej zmienił ruch obiektu.
To świetna wiadomość dla obrony planetarnej, ale także mocne ostrzeżenie. Skuteczność uderzenia zależy od struktury celu. Inaczej zachowa się zwarta skała, inaczej porowaty obiekt, a jeszcze inaczej luźne rumowisko utrzymywane razem przez słabą grawitację.
Przed próbą zmiany kursu trzeba więc ustalić rozmiar planetoidy, jej masę, kształt, skład, tempo obrotu, ułożenie osi oraz budowę powierzchni i wnętrza. Obserwacje z Ziemi dostarczą części danych, ale przy małym, ciemnym i odległym obiekcie mogą pozostawić bardzo duży margines niepewności.
Najlepszym rozwiązaniem jest wysłanie sondy zwiadowczej. Tyle iż dzisiejsze misje międzyplanetarne projektuje się przez kilka lat i zwykle kosztują setki milionów euro. Planetoida nie ma obowiązku czekać, aż zakończą się konsultacje, przetargi i testy.
Nawet rekordowo szybki RAMSES może nie zdążyć
ESA już próbuje przyspieszać budowę skutecznych sond zwiadowczych. Najlepszym przykładem jest RAMSES, który ma polecieć do Apophisa – planetoidy o średnicy około 375 m. 13 kwietnia 2029 r. Apophis przeleci około 32 tys. km nad powierzchnią Ziemi. Znajdzie się więc bliżej, niż wiele satelitów geostacjonarnych, ale zderzenie z naszą planetą zostało wykluczone.
RAMSES ma dotrzeć do niego przed największym zbliżeniem i obserwować, jak ziemska grawitacja rozciąga planetoidę, zmienia jej obrót i być może wywołuje osuwiska. Jak pisaliśmy w tekście: Europa i Japonia chcą ratować ludzkość. Polecą na asteroidę Apophis, będzie to nie tylko misja naukowa, ale także próba generalna przed spotkaniem z rzeczywistym zagrożeniem.
Europejska agencja chce doprowadzić RAMSES-a do celu zaledwie 3,5 roku od rozpoczęcia budowy. Samo projektowanie, składanie i testowanie statku przed startem ma zająć mniej niż 2 lata. W świecie dużych misji kosmicznych jest to tempo wręcz ekspresowe.
Nadal może być jednak za wolne. Niebezpieczny obiekt może zostać wykryty późno, mieć wyjątkowo niekorzystną orbitę albo wymagać startu w bardzo wąskim oknie. o ile przygotowania potrwają 3 lata, sonda może być gotowa dokładnie wtedy, gdy planetoida znajdzie się już poza zasięgiem albo pozostanie za mało czasu w późniejszą misję ratunkową. Dlatego ESA chce zejść z lat do miesięcy.
Sonda nie będzie czekać gotowa w magazynie
Agencja już teraz uruchomiła konkurs SysNova, w którym firmy, startupy i zespoły badawcze mają zaproponować całą architekturę szybkiego rozpoznania planetoid. Chodzi o projekt możliwy do wielokrotnego wykorzystania i dostosowania do różnych celów.
Taka platforma mogłaby korzystać ze standardowego korpusu, gotowego komputera, powtarzalnego układu napędowego oraz wcześniej sprawdzonych czujników. Po wykryciu zagrożenia inżynierowie nie zaczynaliby od pustej kartki. Wybieraliby potrzebne moduły, dostosowywali zbiorniki i oprogramowanie do konkretnej trajektorii, a następnie przechodzili od razu do montażu.
ESA chce też uprościć zakupy, testy i certyfikację. W misji ratunkowej nie każda śrubka musi być tworzona specjalnie na zamówienie. Tam, gdzie jest to bezpieczne, można korzystać z elementów dostępnych komercyjnie albo produkowanych seryjnie dla innych satelitów.
Mała maszyna zabierze tylko to, co naprawdę potrzebne
Nowa sonda nie ma być latającym laboratorium zdolnym przeprowadzić kilkadziesiąt eksperymentów dla różnych zespołów naukowych. Jej zadaniem będzie przede wszystkim zebrać minimalny zestaw danych pozwalający podjąć decyzję o obronie Ziemi.
ESA dopuszcza konstrukcje wielkości CubeSata, mikrosatelity albo inne niewielkie platformy. Wcześniejsze analizy agencji obejmowały m.in. rozbudowanego CubeSata 12U-XL z kamerami termicznymi i hiperspektralnymi.
Kamera pokazałaby kształt, kratery, głazy i sposób obracania się planetoidy. Obserwacje termiczne pomogłyby ocenić adekwatności powierzchni i sprawdzić, jak gwałtownie skała nagrzewa się oraz stygnie. Analiza widma pozwoliłaby w przybliżeniu określić skład materiału.
Do tego potrzebne byłyby niezwykle precyzyjna nawigacja i łączność. Mała sonda musi samodzielnie odnaleźć ciemny obiekt, którego pozycja może być znana z ograniczoną dokładnością, zbliżyć się do niego i przesłać dane przez miliony kilometrów.
Każdy dodatkowy instrument zwiększa masę, pobór energii, koszt oraz czas testowania. Projektanci będą więc musieli odpowiedzieć na niewygodne pytanie: z czego można zrezygnować, nie ryzykując błędnej decyzji o losie planety?
Nie zawsze musi zatrzymać się przy planetoidzie
Chyba najbardziej wartościowa byłaby misja, która dogoni obiekt, wyrówna z nim prędkość i przez dłuższy czas będzie prowadzić obserwacje. Takie spotkanie wymaga jednak dużej ilości paliwa, odpowiedniego napędu i długiego lotu.
W sytuacji awaryjnej wystarczający może okazać się szybki przelot. Sonda minęłaby planetoidę z dużą prędkością, wykonując serię zdjęć i pomiarów w krótkim oknie. Dostałaby mniej danych, ale dotarłaby wcześniej i byłaby znacznie prostsza.
ESA dopuszcza również wykorzystanie napędu elektrycznego, wielu niewielkich sond, dużej autonomii oraz nietypowych sposobów dotarcia do celu. Jedna maszyna mogłaby sfotografować obiekt, druga przelecieć bliżej, a kolejna pełnić funkcję przekaźnika.
Istotne nie jest stworzenie najbardziej efektownej misji. Liczy się przede wszystkim odpowiedź dostarczona na czas. Pełna mapa planetoidy przesłana tydzień po terminie podjęcia decyzji miałaby mniej wartości niż kilka gorszych zdjęć otrzymanych odpowiednio wcześnie.
Rakieta nie musi czekać razem z sondą
Koszt i czas może ograniczyć także sposób startu. ESA chce, aby proponowane konstrukcje dało się wysyłać jako dodatkowy ładunek przy innej misji. Niewielka sonda mogłaby otrzymać miejsce obok większego satelity, a po odłączeniu użyć własnego napędu do opuszczenia okolic Ziemi. W grę wchodzą również mikrorakiety i inne, bardziej elastyczne systemy startowe.
Taka elastyczność będzie jednak bardzo trudna do osiągnięcia. Planetoidy nadlatują z różnych kierunków i z różnymi prędkościami. Rakieta lecąca na dogodną orbitę dla jednego celu może być całkowicie bezużyteczna przy drugim. Właśnie dlatego ESA nie szuka sondy przeznaczonej wyłącznie dla jednej znanej skały. Architektura ma działać w wielu scenariuszach i umożliwiać szybkie dostosowanie trajektorii.
Statek powinien być także zdolny do co najmniej 3 lat pracy podczas lotu po orbicie wokół Słońca. Mała i tania konstrukcja przez cały czas musi przetrwać promieniowanie, wielkie różnice temperatur oraz długie okresy bez kontaktu z Ziemią.
Koszt ma spaść do 50 mln euro
Tradycyjne misje międzyplanetarne pochłaniają setki milionów euro. ESA chce zmniejszyć tę kwotę o cały rząd wielkości. Docelowy koszt kompletnej misji referencyjnej ma wynosić maksymalnie 50 mln euro bez ceny startu. W tej kwocie muszą zmieścić się projekt, budowa sondy, instrumenty, obsługa lotu i zakończenie misji. To oczywiście przez cały czas ogromne pieniądze, ale stosunkowo niewielkie w porównaniu z kosztami dużych programów kosmicznych oraz konsekwencjami uderzenia planetoidy zdolnej zniszczyć miasto albo cały region.
Niższa cena ma pozwolić nie tylko oszczędzać. Taka sonda mogłaby zostać wysłana również wtedy, gdy ryzyko kolizji nie pozostało stuprocentowe. Przy misji kosztującej kilkaset milionów euro politycy mogą długo czekać na potwierdzenie zagrożenia. Problem w tym, iż wraz ze wzrostem pewności zwykle maleje czas na reakcję.
Tania misja zwiadowcza daje możliwość wystartowania wcześniej, zebrania danych i sprawdzenia, czy rzeczywiście potrzebujemy znacznie droższego uderzenia kinetycznego. Może też wykazać, iż zagrożenia nie ma, zanim rządy zaczną budować kosmiczny pocisk ratunkowy.
Pierwsza wersja ma być gotowa przed końcem dekady
ESA przyjmuje pomysły do 10 września 2026 r. Najwyżej ocenione zespoły przygotują pełniejsze propozycje, a kilka wybranych otrzyma finansowanie na maksymalnie 6-miesięczne studia wstępne. Każdy zespół dostanie do 120 tys. euro na opracowanie koncepcji misji, napędu, instrumentów, lotu, łączności, obsługi naziemnej oraz kosztów. Zwycięski pomysł może później trafić do bardziej szczegółowego projektowania.
Demonstrator całej zdolności ma być możliwy do uruchomienia najpóźniej w 2030 r. Nie oznacza to, iż w tym roku gotowa sonda będzie już czekać na zagrażającą Ziemi planetoidę. ESA chce do tego czasu pokazać, iż szybka, mała i powtarzalna misja jest technicznie oraz finansowo wykonalna.
Najtrudniejsze może okazać się nie zmniejszenie kamery czy zbiornika paliwa, ale zmiana sposobu działania agencji i przemysłu. Sond kosmicznych nie buduje się dzisiaj w miesiące właśnie dlatego, iż każdy projekt jest wyjątkowy, a procedury zostały stworzone tak, aby maksymalnie ograniczać ryzyko.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
