Eén laatste baan: hoe en waarom NASA zijn eigen ruimtevaartuig doodt

By | February 11, 2024

NASA/JPL

Al meer dan tien jaar zoekt NASA’s NEOWISE-missie (Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer) de hemel af naar objecten die zich in de buurt van de aarde bevinden. Met behulp van zijn infraroodvisie heeft het ruimtevaartuig, dat boven het aardoppervlak draait, gezocht naar asteroïden en kometen in het hele zonnestelsel en is het gebruikt om de planetoïden en kometen te identificeren die mogelijk in de buurt van de aarde komen.

Je kent de naam misschien omdat hij werd gebruikt voor een van de ontdekkingen van de missie: komeet NEOWISE, de helderste komeet in meer dan twintig jaar toen hij in 2020 de aarde passeerde.

Maar de NEOWISE-missie zal binnenkort eindigen als het ruimtevaartuig in de atmosfeer van de aarde zal duiken en zal verbranden. Het team bereidt zich voor op dat einde begin volgend jaar, waarbij ze zoveel mogelijk wetenschap uit het ruimtevaartuig halen voordat het niet langer bruikbaar is.

Een missie kan op verschillende manieren eindigen. Als een ruimtevaartuig afhankelijk is van zonne-energie, zoals velen doen, kan het mislukken omdat de panelen minder efficiënt worden. Dat is wat er gebeurde met de InSight-lander op Mars, waarvan de zonnepanelen bedekt waren met stof dat werd meegevoerd door de wind die in de loop van de tijd heviger werd totdat hij uiteindelijk niet langer genoeg energie kon genereren om de activiteiten te ondersteunen. Of een ruimtevaartuig in een baan om de aarde zou zonder brandstof kunnen komen te zitten, waardoor het zich niet meer kan oriënteren en informatie terug naar de aarde kan sturen, zoals het geval was met de Kepler-ruimtetelescoop.

De zonnepanelen van de Mars InSight-lander zaten te veel onder het stof om in 2022 te kunnen blijven functioneren. NASA / JPL Caltech

Soms is een missie niet meer nodig omdat deze is vervangen door nieuwere en betere technologie. Zo was de Spitzer Space Telescope een pionier op het gebied van infraroodastronomie, maar met de lancering van de krachtigere James Webb Space Telescope aan de horizon was dat niet meer nodig.

Maar wat gebeurt er met een ruimteschip als zijn missie is voltooid? Hoe schakel je deze dingen uit? We spraken met leden van het team van NEOWISE, een NASA-missie die zich voorbereidt om volgend jaar offline te gaan, om erachter te komen.

Een fantastische afwerking

Sommige ruimtevaartuigen kunnen veilig de ruimte in drijven, zolang er geen risico bestaat dat ze iets raken of schade veroorzaken. Dat is wat er gebeurde met Spitzer, die zich de komende vijftig jaar langzaam van de planeet zal verwijderen terwijl hij om de zon draait en de aarde volgt.

Ruimtevaartuigen die zich in een baan rond planeten bevinden, moeten echter zorgvuldig worden weggegooid. Toen de Cassini-missie naar Saturnus ten einde liep, werd deze op dramatische wijze in de atmosfeer van de planeet gestort of buiten zijn baan gebracht, waardoor deze opzettelijk uit elkaar viel en werd vernietigd. Dit zorgde ervoor dat er geen kans was op besmetting van de manen van Saturnus die mogelijk bewoonbaar zouden kunnen zijn. De laatste afdaling maakte ook een reeks ongelooflijk nieuw onderzoek naar de atmosfeer van Saturnus mogelijk.

Het NEOWISE-ruimtevaartuig draait in een baan om de aarde en moet daarom ook veilig worden afgevoerd. Er bestaat bezorgdheid dat het ruimtevaartuig geen ruimteafval zal worden, een groeiend probleem in sommige banen, en dat het vertrek uit de ruimte voor niemand op de grond een bedreiging mag vormen.

Het laatste punt is niet vanzelfsprekend. Er zijn gevallen geweest waarin delen van ruimtevaartuigen uit de baan zijn geland, zoals het Skylab-ruimtestation, dat in 1979 uit de baan viel en delen ervan in Australië landden.

Grote delen van Skylab, zoals deze zuurstoftank, vielen in 1979 in de Australische woestijn. Craigboy/Creatieve Commons

Tegenwoordig moeten missies plannen hoe ze vóór de lancering zullen worden gedeorbiteerd.

Een gespecialiseerd team van JPL (NASA’s Jet Propulsion Laboratory) analyseert hoe scheidingen eruit zullen zien op basis van ruimtevaartuigfactoren zoals de massa en snelheid. Dit maakt de effecten van deorbitatie voorspelbaar.

“De kans dat puin valt en iemand verwondt, is zeer klein, als dat al het geval is”, zegt Joseph Hunt, projectmanager voor NEOWISE bij JPL. De baan van het ruimtevaartuig zal dalen en begin volgend jaar zal het in de atmosfeer van de aarde opbranden.

“We willen deze missie met waardigheid voltooien”, zei Hunt.

Waarom NEOWISE eindigt

NEOWISE heeft geen brandstof meer – er is geen drijfgas aan boord – en het is ook geen antiek geworden. Maar de activiteit van de zon dwingt tot zonsondergang.

Het ruimtevaartuig bevindt zich in een lage baan om de aarde, ongeveer 480 kilometer van het oppervlak van de planeet, en dat betekent dat het wordt beïnvloed door de atmosfeer van de planeet.

“De zon zendt voortdurend geladen deeltjes en straling uit in meerdere golflengten. Wanneer het de atmosfeer van de aarde raakt, kan inflatie optreden. Het kan ervoor zorgen dat de atmosfeer iets verder uitzet dan de normale hoogte”, legt Amy Mainzer, hoofdonderzoeker van de NEOWISE-missie, uit.

Een collage van foto’s toont variaties in de activiteitsniveaus van de zon over een periode van tien jaar. David Chenette, Joseph B. Gurman, Loren W. Acton

De zon heeft een activiteitscyclus van ongeveer 11 jaar, soms actiever en soms minder actief. NEOWISE had geluk en begon zijn uitgebreide missie tijdens een periode die het zonneminimum wordt genoemd, toen de zonneactiviteit laag was. En het was een bijzonder rustig zonneminimum, dus de atmosfeer was minder uitgebreid dan normaal. Dit alles heeft ervoor gezorgd dat het ruimtevaartuig langer kon overleven.

“Uiteindelijk is het echt aan Moeder Natuur.”

Deze lage zonneactiviteit duurt echter niet eeuwig, en we gaan nu een periode in van verhoogde zonneactiviteit, waarbij meer straling de atmosfeer beïnvloedt door gebeurtenissen zoals zonnevlammen. En dat betekent het einde voor het ruimteschip.

“Je zou denken dat we in de ruimte waren, in een baan van zo’n 500 kilometer, je zou denken dat er totaal geen atmosfeer zou zijn. Maar niet helemaal”, aldus Mainzer. “Er is nog een klein beetje over, en dat is genoeg om sleepkrachten te creëren die aan het ruimtevaartuig trekken en het uiteindelijk de atmosfeer in sleuren.”

Zonder voortstuwing aan boord kan het ruimtevaartuig niet terugduwen of naar een andere baan bewegen. Het kan alleen op zijn plaats draaien, dus het is “een strijd die we niet kunnen winnen”, zei Mainzer.

Wetende dat het einde nabij is, stelt het NEOWISE-team een ​​datum vast waarop ze ermee instemmen de missie te voltooien. Het probleem is dat naarmate de weerstand van de atmosfeer toeneemt, het steeds moeilijker wordt om het ruimtevaartuig te besturen, en dat het vermogen om het te besturen drastisch en snel afneemt.

“Uiteindelijk bepalen de wetten van de natuurkunde altijd wat er gebeurt”, zei Mainzer. “Uiteindelijk is het echt aan Moeder Natuur.”

Een tweede leven

NEOWISE is actief sinds 2013 en heeft dus een goed trackrecord van 11 jaar. Maar in feite is het al in zijn tweede leven. Dat komt omdat het voorheen een heel andere missie was genaamd WISE.

Werknemers bereiden het WISE-ruimtevaartuig voor op de lancering in 2009. Doug Kolkow / NASA

WISE, of Wide Field Infrared Survey Explorer, werd gelanceerd in 2009 en is ontworpen om objecten binnen het zonnestelsel en daarbuiten te bestuderen, inclusief de Melkweg en verder weg gelegen sterrenstelsels. Gedurende die tijd ontdekte de missie duizenden kleine objecten die kleine planeten worden genoemd, evenals vele sterrenhopen. Het ontdekte ook de eerste Earth Trojan, een asteroïde die een baan deelt met de aarde.

De missie maakte gebruik van infrarooddetectoren, die tot zeer lage temperaturen moeten worden gekoeld om te kunnen functioneren. De oorspronkelijke temperatuur was slechts 8 Kelvin en werd bereikt met vast waterstof als koelmiddel.

Maar er wordt koelvloeistof verbruikt. In 2011 was de missie voltooid, was de koelvloeistof op en werd het ruimtevaartuig in winterslaap gebracht. “Ik dacht dat dit het einde van het verhaal was”, zei Mainzer.

Maar later, in 2013, was NASA geïnteresseerd in het gebruik van een ruimtevaartuig om naar objecten in de buurt van de aarde te zoeken, en het team realiseerde zich dat het WISE-ruimtevaartuig daartoe in staat zou kunnen zijn. Het werd gedurende enkele maanden gereactiveerd en afgekoeld tot de nieuwe bedrijfstemperatuur. Het ruimtevaartuig stabiliseerde zich op 75 Kelvin, “wat lijkt op een warme zomerdag voor een cryogene wetenschapper”, zei Mainzer.

Een reeks vage rode stippen vertegenwoordigt komeet C/2020 F3 NEOWISE, ontdekt door het NEOWISE-ruimtevaartuig in 2020. NASA / JPL Caltech

Bij deze warmere temperatuur zouden twee van de vier kanalen niet goed functioneren, maar de overige twee kanalen zouden nog steeds voor de wetenschap kunnen worden gebruikt. De afgelopen tien jaar heeft het ruimtevaartuig de hemel onderzocht en duizenden objecten in de buurt van de aarde gezocht en gevonden met behulp van miljoenen infraroodmetingen.

“Het was een ongelooflijke kosmische jackpot om zoveel tijd met het ruimtevaartuig door te brengen,” zei Mainzer. “Het had niet mogen gebeuren.”

Zeg vaarwel

Hoewel NEOWISE inmiddels ten einde loopt, zal het niet lang meer duren voordat het een opvolger krijgt. De NEO Surveyor-missie, die in 2027 moet worden gelanceerd, is ook een infrarood ruimtevaartuig geïnspireerd op het succes van NEOWISE. Het zal profiteren van verbeteringen in IR-detectoren, die de afgelopen decennia veel krachtiger zijn geworden, deels dankzij technologie die wordt aangedreven door camera’s van mobiele telefoons.

Een artistieke interpretatie van NEO Surveyor. NASA

Mainzer zal ook de PI voor NEO Surveyor zijn en is al druk bezig met het toezicht houden op de komst van hardware voor het ruimtevaartuig voorafgaand aan de integratie.

Vóór deze lancering werkt het team echter nog steeds aan het voltooien van de NEOWISE-missie en alles wat daarbij komt kijken. NASA houdt er niet van om het einde van missies te laten zien, zei Hunt, en concentreert zich liever op nieuwe lanceringen of nieuw verworven gegevens. Je wilt er echter voor zorgen dat de missie met de nodige tamtam eindigt. Dit omvat onder meer het spreken met de media, het vieren van missiesuccessen en het produceren van rapporten en interne documenten.

Om nog maar te zwijgen van het feit dat het ruimtevaartuig tot de allerlaatste minuut wetenschappelijk werk blijft verrichten, dus de missieoperaties moeten worden voortgezet. “Met deze missies weet je nooit wanneer het grootste stukje wetenschap wordt gepubliceerd of wanneer de grootste observaties plaatsvinden,” zei Hunt. “Het kan de dag zijn voordat we het uitschakelen!”

Wanneer de laatste dag van de missie aanbreekt, zal het een bitterzoete ervaring zijn voor het team. NEOWISE heeft in zijn bestaan ​​veel meer bereikt dan ooit werd verwacht, maar het zal toch triest zijn als het moet mislukken.

“In zekere zin zijn deze ruimteschepen kleine verlengstukken van onszelf. Het is alsof je ogen in de lucht kijken. Je kunt zien wat het ziet, ‘zei Mainzer. Maar wat haar motiveert bij de volgende missie, zo voegde ze eraan toe, is het grote plezier dat zij en het team hadden met NEOWISE. Nu is het tijd voor het volgende avontuur, zei ze: “Laten we nog meer geweldige dingen zien!”

Redactionele aanbevelingen






Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *