World

ยานสำรวจลูซี่ของนาซ่าจะเยี่ยมชมดาวเคราะห์น้อย 8 ดวงใน 12 ปี นี่คือวิธีการทำงาน

หน้าแรก ข่าวสาร Spaceflight การพรรณนาของศิลปิน (ไม่ขยายขนาด) ของดาวเคราะห์น้อยโทรจันที่กระจุกตัวอยู่ข้างหน้าและข้างหลังดาวพฤหัสบดี (เครดิตภาพ: NASA/JPL-Caltech) การบินผ่านดาวเคราะห์น้อยแปดดวงซึ่งส่วนใหญ่อยู่ในพื้นที่ที่ยังไม่ได้สำรวจอย่างสมบูรณ์ภายในเวลาเพียง 12 ปีเป็นสิ่งที่ท้าทาย แต่นั่นคือสิ่งที่ภารกิจล่าสุดของ NASA จะทำเพื่อสำรวจประเภทของหินอวกาศที่เรียกว่า โทรจันซึ่งกระจุกอยู่ข้างหน้าและข้างหลังดาวพฤหัสบดีในวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ ยานอวกาศชื่อ Lucy จะเปิดตัวในวันเสาร์ (16 ต.ค.) จากสถานี Cape Canaveral Space Force ในฟลอริดาด้วยจรวด United Launch Alliance Atlas V Liftoff มีกำหนดการเวลา 5:34 น. EDT (0934 GMT) และการถ่ายทอดสดของ NASA จะเริ่มเวลา 5:00 น. EDT (0900 GMT); คุณสามารถรับชมสดได้ที่ Space.com โดยได้รับความอนุเคราะห์จาก NASA หรือโดยตรงผ่าน NASA TV ลูซี่เป็นความท้าทายที่ไม่ธรรมดาสำหรับไบรอัน ซัทเทอร์ สถาปนิกภารกิจของบริษัทการบินและอวกาศ ล็อกฮีด มาร์ติน ผู้ออกแบบวิถีโคจรของยานอวกาศ เนื่องจากทีมต้องการเยี่ยมชมวัตถุประเภทหนึ่งมากกว่าที่จะไปยังจุดหมายปลายทางที่เฉพาะเจาะจง “โดยปกติ งานของฉันคือ ‘โอเค เราต้องการไปดาวอังคาร’ และฉันก็รู้ว่าเรากำลังจะไปไหน” เขาบอกกับ Space.com “อันนี้แตกต่างเพราะคุณไม่รู้ว่าคุณต้องการไปที่ไหน มีทางเลือกมากกว่า 5,000 ทาง” ที่เกี่ยวข้อง: ภารกิจของลูซี่ในการสำรวจดาวเคราะห์น้อยโทรจัน 7 ดวงที่ NASA อธิบาย แต่นั่นเป็นความท้าทายที่สองของซัทเทอร์ อย่างแรกของเขาคือการหาวิธีออกไปยังโทรจันเลย เนื่องจากไม่มียานอวกาศใดเคยไปเยี่ยมชมกระจุกของดาวเคราะห์น้อยที่มีลักษณะคล้ายสิ่งแวดล้อม นั่นคือ ฝูง L4 ซึ่งอยู่ห่างจากดาวพฤหัสบดีในวงโคจรประมาณ 60 องศา และ L5 ฝูงซึ่งพบในระยะเดียวกันหลังดาวเคราะห์ยักษ์ ขณะที่เขามองดูระบบสุริยะ ซัทเทอร์พบวิธีแก้ปัญหาที่สวยงามซึ่งอธิบายได้ดีที่สุดว่าเป็นนักปั่นโทรจัน หลังจากปล่อย ลูซี่จะแกว่งไปแกว่งมาที่โลกสองครั้งเพื่อให้ตัวเองอยู่ในแนวเดียวกัน จากนั้นจึงเดินผ่านวงโคจรของดาวพฤหัสบดีไป กลีบด้านนอกของวงรีนี้ได้รับการออกแบบมาอย่างพิถีพิถันเพื่อให้สอดคล้องกับฝูงโทรจัน L4 เมื่อมันเคลื่อนผ่านตำแหน่งเดียวกัน ทำให้ลูซี่หยิบ flybys สี่ตัวแรกของมันได้ (ในช่วงนอกสุดของวงโคจรนี้ ลูซี่จะกลายเป็นยานอวกาศพลังงานแสงอาทิตย์ที่บินได้ไกลที่สุดจากดวงอาทิตย์ โดยจะสะกิดเจ้าของสถิติปัจจุบัน ซึ่งเป็นยานอวกาศจูโนจูปิเตอร์ของ NASA ภารกิจอื่นของหน่วยงานอวกาศไปยังดาวเคราะห์ยักษ์ ขอบเขต เช่น โพรบกาลิเลโอจูปิเตอร์และแคสสินีที่กำลังศึกษาดาวเสาร์ได้อาศัยพลังงานนิวเคลียร์ซึ่งมีความน่าเชื่อถือมากกว่าในความมืดของระบบสุริยะชั้นนอก) แผงสุริยะของลูซีคลี่ออกระหว่างการทำงานของยานอวกาศก่อนปล่อย ลูซี่จะกลายเป็นยานอวกาศที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อเสี่ยงภัยจากดวงอาทิตย์ให้ไกลที่สุด ภาพ ในขณะที่ยานอวกาศอยู่ใกล้โลกมากที่สุด ดาวพฤหัสบดีอยู่ในพื้นที่เดียวกับที่ลูซี่บินผ่านในช่วงการบินครั้งแรก การบินผ่านโลกนี้จะปรับเส้นทางของลูซี่กลับออกไปด้านนอก และเมื่อมันเข้าใกล้จุดสิ้นสุดของเส้นทางของมัน มันก็จะอยู่ที่ระยะโคจรของดาวพฤหัสบดีอีกครั้ง คราวนี้เหมือนกับฝูง L5 ที่เคลื่อนตัวไปตามดาวเคราะห์ยักษ์ที่กวาดผ่าน พื้นที่เดียวกันของพื้นที่ “จากด้านบนระบบสุริยะมองลงมา มันเป็นเพียงวงรีธรรมดา” เควิน เบอร์รี่ วิศวกรการบินและอวกาศที่ศูนย์การบินอวกาศก็อดดาร์ดของนาซ่าในรัฐแมรี่แลนด์และหัวหน้าทีมพลศาสตร์การบินของภารกิจลูซีกล่าวกับ Space.com “วงรีจะเกิดขึ้นซ้ำทุกๆ 6 ปี และทุกสิ่งทุกอย่างจะเคลื่อนที่ไปรอบๆ” อันที่จริง วงโคจรมีความเสถียรมากจนลูซี่จะวนซ้ำระหว่างวงโคจรของดาวพฤหัสบดีกับโลก โผล่เข้าไปในฝูงโทรจันบนเส้นทางอื่น เป็นเวลากว่าล้านปีแล้วที่ทีมภารกิจได้คำนวณ ให้ชื่อเล่นว่า โทรจัน ไซเคิล “มันเป็นงานศิลปะจริงๆ” เบอร์รี่กล่าว (นาซ่าและทีมภารกิจมักแสดงแผนภาพวงโคจรที่แก้ไขดาวพฤหัสบดีให้เข้าที่ ซึ่งจะแยกและบิดวงรีให้เป็นรูปที่ 8 ที่เชื่อมต่อกันในรูปแบบที่ซับซ้อนซึ่ง Berry กล่าวว่าทีมเรียกว่า “แผนภาพเพรทเซล”) (เครดิตภาพ: ตะวันตกเฉียงใต้) สถาบันวิจัย)ที่เกี่ยวข้อง: ภารกิจดาวเคราะห์น้อยลูซี่ของ NASA จะสำรวจความลึกลับของระบบสุริยะยุคแรก การเลือกเป้าหมาย แต่การไปถึงโทรจันโดยทั่วไปเป็นเพียงความท้าทายชิ้นเดียวของซัทเทอร์: ยังมีเป้าหมายที่เป็นไปได้หลายพันเป้าหมายให้เลือก “ฉันไม่รู้จักโทรจันที่ดีจากโทรจันที่ไม่ดี” ซัทเทอร์กล่าว และนักวิทยาศาสตร์ของ Lucy ก็ไม่จำเป็นต้องชอบหินก้อนใดเป็นพิเศษที่ยานอวกาศต้องเห็นเช่นกัน แต่ทีมต้องการเยี่ยมชมโทรจันที่รวบรวมความหลากหลายของภูมิภาค โดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของสี โดยมีดาวเคราะห์น้อยสีเทาและสีแดงแบ่งปันพื้นที่ใกล้เคียง ดังนั้นซัทเทอร์จึงให้ทีมวิทยาศาสตร์รวบรวมรายชื่อดาวเคราะห์น้อย 20 ดวงในสองคอลัมน์โดยหวังว่าจะบินได้ทีละชุด นั่นคือข้อมูลที่ซัทเทอร์ต้องการในปี 2556 เพื่อเริ่มดูเส้นทางเฉพาะที่ยานอวกาศสามารถทำได้ ขั้นแรก สุ่มเลือกดาวเคราะห์น้อยหนึ่งดวงจากแต่ละคอลัมน์ของรายการ และพิจารณาว่าลูซี่จะต้องบินผ่านก่อนใคร จากนั้นข้ามไปที่ flyby ที่สองและย้อนกลับโดยกำหนดว่าต้องไปครั้งแรกอย่างไรเพื่อให้ flyby เกิดขึ้น ให้ร่างวงรีโดยพิจารณาจากจุดสองจุดในเวลาและการออกแบบโทรจันพื้นฐาน และดูว่าภารกิจสมมุติฐานสามารถเริ่มต้นได้จากจุดใดในระบบสุริยะ “ฉันแค่วางแผนต่อไปเพื่อดูว่ามันเคยลงมาใกล้โลกไหม” ซัทเทอร์กล่าว “โดยส่วนใหญ่แล้วมันก็ไปในทิศทางที่แปลก ๆ ” แต่ในที่สุด เขาก็ตีคู่ที่ได้ผล ยูรีเบตส์และโอรุส โทรจันทั้งสองนี้อยู่ในฝูง L4 ก่อนดาวพฤหัสบดีในวงโคจรของมัน และมีขนาดใกล้เคียงกัน โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 40 ไมล์ (64 กิโลเมตร) หรือมากกว่านั้น แต่ Eurybates เป็นสีเทาในขณะที่ Orus ค่อนข้างแดง “วิถีนั้น เมื่อฉันบินย้อนเวลากลับไป มันใกล้โลกมาก” ซัทเทอร์กล่าว “ฉันก็เลยตื่นเต้น” ฝูงบินทั้งสองนั้นเป็นกระดูกสันหลังของภารกิจ แต่เป้าหมายของซัทเทอร์เมื่อเขาคิดค้นวงรีโทรจันคือเพื่อให้พอดีกับดาวเคราะห์น้อยสี่หรือห้าดวงในภารกิจเพื่อให้นักวิทยาศาสตร์มีช่วงของหินอวกาศที่พวกเขาต้องการอย่างแท้จริง และแน่นอน ฝูงโทรจันส่วนใหญ่เป็นพื้นที่ว่าง “ฉันจะบอกว่ามีความเข้าใจผิดที่บินผ่านกลุ่มดาวเคราะห์น้อยโทรจันหรือแม้แต่ดาวเคราะห์น้อยในแถบหลักก็เหมือนกับ ‘Star Wars'” Cathy Olkin รองผู้ตรวจสอบหลักของภารกิจและนักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์ที่ Southwest Research Institute (SwRI) ใน โคโลราโดบอก Space.com “เราไม่ต้องหลบดาวเคราะห์น้อยเหมือนในหนัง” ดังนั้นการหาดาวเคราะห์น้อยเพิ่มเติมจึงอาจใช้ได้ผล แต่ก็เป็นไปได้ “เราต้องการความหลากหลาย และฉันคิดว่ามันอยู่ระหว่างปีครึ่งระหว่างการเผชิญหน้ากัน ดังนั้นฉันพนันได้เลยว่าคุณมีหลายอย่างในระหว่างนั้น เราก็แค่บินโดยบังเอิญ ดังนั้นเพื่อ พูด” ซัทเทอร์พูดถึงความคิดของเขา “และในความเป็นจริง ขาของวิถีโคจรที่เดินทางจากโลกไปยังยูรีเบตส์ ซึ่งกำลังบินผ่านดาวเคราะห์น้อยในแถบหลัก ดังนั้นฉันพนันได้เลยว่าคุณมีของอยู่ในนั้นด้วย ที่เรากำลังบินเข้าใกล้” ตรวจสอบได้เช่นกันครับ ดังนั้นซัทเทอร์จึงทิ้งลักษณะการโคจรของดาวเคราะห์น้อย 750,000 ดวงลงในไฟล์ Excel คุณอ่านถูกต้องแล้ว “โดยพื้นฐานแล้วฉันใช้ Excel ซึ่งเป็นโปรแกรมสเปรดชีตที่เราทุกคนใช้สำหรับงบประมาณและภาษีของเราและทุกอย่างอื่น ๆ และฉันได้ใส่เครื่องขยายพันธุ์วงโคจรลงใน Excel” เขากล่าว อย่างที่ใครคนหนึ่งทำ ซัทเทอร์ออกแบบระบบที่จะใช้วงโคจรพื้นฐานและวิ่งผ่านดาวเคราะห์น้อยเหล่านั้นทั้งหมด โดยระบุสิ่งที่อยู่ใกล้เคียง “ผมแค่รอจนถึงสิ้นวัน และผมจะกดปุ่มเมื่อผมกลับบ้านจากที่ทำงานในตอนเย็น” เขากล่าว “มันจะวิ่งตลอดทั้งคืน และฉันมาในตอนเช้า และจะมีเซอร์ไพรส์เล็กน้อยสำหรับฉัน” ภายในสองเดือน เขาได้ออกแบบแผนการเดินทางของลูซี่ให้บินผ่านดาวเคราะห์น้อยเจ็ดดวงที่แตกต่างกัน (หลังจากยืนยันวาระนั้นแล้ว นักวิทยาศาสตร์ระบุดวงจันทร์ดวงเล็กๆ ที่ตอนนี้เรียกว่า Queta ซึ่งโคจรรอบเป้าหมายโทรจันแรกของ Lucy นั่นคือ Eurybates ซึ่งทีมภารกิจหวังว่าจะสังเกตเช่นกัน ทำให้เป้าหมายของยานสำรวจมีจำนวนถึงแปดดวง) ภายในหกเดือน ซัทเทอร์ก็ปรับ- ปรับวงโคจรด้วยการซ้อมรบทั้งหมดที่จำเป็นในการสังเกตแต่ละวัตถุที่กำหนด Hal Levison ผู้ตรวจสอบหลักของภารกิจและนักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์อีกคนที่ SwRI บอกกับ Space.com ว่า “เราอยู่บนขอบของวิถีและไม่สามารถเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยจากสิ่งที่เราจะทำ” เนื่องจากซัทเทอร์ได้รวมแผนภารกิจไว้ด้วยกัน นักวิจัยที่ NASA Goddard ได้พัฒนาระบบที่สามารถดำเนินการตามกระบวนการเดียวกันโดยอัตโนมัติ “เครื่องมือนั้นสามารถทำในสิ่งที่ฉันทำในระยะเวลาหนึ่งสัปดาห์ของการเพิ่มประสิทธิภาพ สามารถทำได้ภายในครึ่งชั่วโมง” ซัทเทอร์กล่าวถึงโครงการนี้ ทีมงานได้ให้ระบบทำการเจาะที่ภารกิจดาวเคราะห์น้อยโทรจันด้วย เผื่อไว้ด้วย “ในท้ายที่สุด มันไม่ใช่เลย เราไม่พบอะไรที่ดีไปกว่าวิถีดั้งเดิมแล้ว” เขากล่าวในการทบทวนนั้น “นั่นคือสิ่งที่เราควรเสนอ นั่นคือสิ่งที่ดีที่สุด” นั่นคือวิถีที่ลูซี่จะบินหลังจากปล่อย: ผ่านโลกไปสองครั้งเพื่อเร่งความเร็วของยานอวกาศ แล้วออกไปวนรอบโทรจัน ทั้งหมดบอกว่า ภารกิจนี้วางแผนไว้เป็นเวลา 12 ปี โดยในระหว่างนั้นมันจะสังเกตดาวเคราะห์น้อยแปดดวง รวมถึงโทรจันอีกหลากหลาย “ดาวเคราะห์กำลังเรียงตัวกันอย่างแท้จริงเพื่อให้เราทำสิ่งนี้ได้” เลวิสันกล่าว “เหล่าทวยเทพแห่งกลไกท้องฟ้ากำลังยิ้มให้กับภารกิจนี้จริงๆ” ส่งอีเมลถึง Meghan Bartels ที่ mbartels@space.com หรือติดตามเธอทาง Twitter @meghanbartels ติดตามเราบน Twitter @Spacedotcom และบน Facebook เข้าร่วม Space Forums ของเราเพื่อพูดคุยในภารกิจล่าสุด ท้องฟ้ายามค่ำคืน และอีกมากมาย! และหากคุณมีเคล็ดลับข่าวสาร แก้ไข หรือแสดงความคิดเห็น โปรดแจ้งให้เราทราบที่: community@space.com เมแกนเป็นนักเขียนอาวุโสที่ Space.com และมีประสบการณ์มากกว่าห้าปีในฐานะนักข่าววิทยาศาสตร์ในนิวยอร์กซิตี้ เธอเข้าร่วม Space.com ในเดือนกรกฎาคม 2018 โดยมีงานเขียนก่อนหน้านี้ตีพิมพ์ในร้านค้าต่างๆ เช่น Newsweek และ Audubon เมแกนสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาโทด้านวารสารศาสตร์วิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยนิวยอร์ก และปริญญาตรีสาขาคลาสสิกจากมหาวิทยาลัยจอร์จทาวน์ และในเวลาว่าง เธอชอบการอ่านและเยี่ยมชมพิพิธภัณฑ์ ติดตามเธอทาง Twitter ได้ที่ @meghanbartels

Leave a Reply

Your email address will not be published.

Back to top button