Кіріспе
NASA үлгілерді қайтару зонды
NASA үлгілерді қайтару миссиясы
the NASA sample return mission
Genesis ғылыми тобы ластанудың бір бөлігін жоюға немесе болдырмауға болатынын, ал күн желiнің бөлшектерін түрлi әдiстермен талдау мүмкiндiгiн көрсеттi, соның нәтижесiнде миссияның барлық маңызды ғылыми мақсаттарына қол жеткiзiлдi.
Миссияның профилі
Genesis – Калифорния технология институтының NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) басқаратын Discovery класындағы ғарыш миссиясы. Ғарыш кемесі Lockheed Martin Space Systems компаниясымен жобаланып, НАСА-ның жалпы миссиялық шығындары есебінен құрастырылды. НАСА 2001 жылғы 8 тамызда, 16:13:40 UTC уақытында Канавералдан Delta II 7326 зымыранымен ұшырды. Миссия траекториясын әзірлеуге Мартин Ло жетекшілік етті. Ұшырылғаннан кейін Genesis Күн-Жер жүйесіне бет алды, содан кейін 2001 жылғы 16 қарашада эллипстік орбитаға ену үшін Лиссажу орбиталық маневрін орындады. Genesis 3 желтоқсанда коллекторлық массивтерін ашып, күн желi бөлшектерін жинауды бастады. Жинау процесі 850 күннен соң, 2004 жылғы 1 сәуірде аяқталды, ал ғарыш кемесі Genesis айналасында бес гало циклын аяқтады. Genesis 2004 жылғы 22 сәуірде Жерге қайта оралды. Қайта оралу фазасында Жерге орбиталық жолмен ұшып өтті, осылайша ғарыш кемесін күндіз қалпына келтіруге мүмкіндік болды, ал тікелей жақындау кемеге түнгі уақытта қалпына келтіруді талап ететін еді. Бір гало циклын аяқтағаннан кейін, Genesis үлгісін қайтару капсуласы ғарыш кемесінен бөлініп, 2004 жылғы 8 қыркүйекте жоспарланған қалпына келтіру үшін Жерге оралды.
NASA launched the craft on a Delta II 7326 rocket on August 8, 2001, at 16:13:40 UTC from Cape Canaveral. The development of the trajectory for the mission was led by Martin Lo. Following launch, Genesis cruised to the Earth Sun then performed a Lissajous orbit insertion maneuver, entering an elliptical orbit about on November 16, 2001. Genesis exposed its collector arrays on December 3, and began collecting solar wind particles. The collection process ended after 850 days, on April 1, 2004, with the spacecraft completing five halo loops around Genesis began its return to Earth on April 22, 2004. The return phase included an orbital detour toward the Earth so that the craft could be recovered during the daytime, as a direct approach would have forced it to be recovered at night. After completing one halo loop about , the Genesis sample return capsule separated from the spacecraft bus and returned to Earth for the planned recovery on September 8, 2004.
Қалпына келтіру кезеңі
Жинақтау кезеңі аяқталғаннан кейін коллектор массивтері үлгіні қайтару капсуласына орналастырылды және ғарыш кемесі Жерге оралды. Капсула Жерге жақындағанда және қайта кірудің алғашқы кезеңдерінде бәрі жақсы болып көрінді. Капсуланы алып шығу үшін кең ауқымды жоспар жасалды. Құрамы нәзік үлгілерге қалыпты парашютпен қону зиян келтіруі мүмкін болғандықтан, миссия жоспарында үлгіні қайтару капсуласын ауада ұстап алу көзделген. Жер бетінен шамамен жоғарыда, жылдамдықты төмендету үшін тормоздық парашют ашылуға тиіс болды. Содан кейін, биіктігінен, үлгіні одан әрі баяулату және капсуланы тұрақты ұшу режимінде қалдыру үшін үлкен парафлейл ашылуға тиіс болды. Бір тікұшақ, екінші тікұшақ резерв ретінде бола отырып, бес метрлік ілгекпен капсуланың парашютын ұстап алуға тырысатын еді. Алып шығарылғаннан кейін капсула жұмсақ қонуға түсуі керек еді. Үлгіні қайтару капсуласы 2004 жылдың 8 қыркүйегінде сағат 16:55 UTC-де Солтүстік Орегон аймағынан Жер атмосферасына шамамен жылдамдықпен кірді. Жоспарланған ауада ұстап алу мүмкін болмады, ал капсула Юта штатының Туэле округіне қарасты Дугвей сынақ алаңының шөл даласына құлады. Капсула соқтығысқанда ашылып, ішкі үлгі капсуласының бір бөлігі де зақымданады. Зақымдар жылдамдығын ескере отырып, күткеннен азырақ болды; ол біршама жұмсақ топыраққа құлаудың нәтижесінде азайтты. Парашютты ашу жүйесіндегі пайдаланбаған пиротехникалық құрылғылар және батареялардан шыққан улы газдар апат орнына құтқару тобының жақындауын кешіктірді. Барлық қауіпсіздік шаралары сақталғаннан кейін зақымдалған үлгіні қайтару капсуласы қамтамасыз етіліп, тексеру үшін таза бөлмеге көшірілді; сонымен қатар, оқытылған персонал коллектор фрагменттерін іздеу үшін алаңды мұқият қарап шықты және болашақта ықтимал ластанушы заттарды анықтау үшін анықтама ретінде сақтау үшін жергілікті шөл топырағынан үлгі алды. Юта сынақ және оқу полигонындағы Genesis командасының мүшелерінің құтқару жұмыстары – түрлі коллекторларды тексеру, тізімдеу және қаптау сияқты шараларды қамтыды – төрт аптаға созылды.
The capsule broke open on impact, and part of the inner sample capsule was also breached. The damage was less severe than might have been expected given its velocity; it was to some extent cushioned by falling into fairly soft ground. Unfired pyrotechnic devices in the parachute deployment system and toxic gases from the batteries delayed the recovery team's approach to the crash site. After all was made safe, the damaged sample return capsule was secured and moved to a clean room for inspection; simultaneously a crew of trained personnel scoured the site for collector fragments and sampled the local desert soil to archive as a reference by which to identify possible contaminants in the future. Recovery efforts by Genesis team members at the Utah Test and Training Range – which included inspecting, cataloging and packaging various collectors – took four weeks.
Ғарыш кемесі автобусының тағдыры
2004 жылғы 8 қыркүйекте үлгіні қайтару капсуласын жібергеннен кейін, ғарыш кемесінің корпусы Жер-Күн Лагранж нүктесіне қарай қайта оралды. 2004 жылғы 6 қарашада траекторияны түзету маневрі жасалды, бұл ғарыш кемесі корпусының ұзартылған миссияда қолданылмаса, ақырында кетуіне мүмкіндік берді. 2004 жылғы 2 желтоқсанда корпусқа соңғы командалар жіберілді, осымен Genesis қысқы ұйқыға енгізілді. Осы "қауіпсіз" режимде ол өз жағдайы туралы ақпаратты беруді жалғастырады және күн батареяларын Күнге қарай өздігінен бағыттайды. Ғарыш кемесінің корпусы 2005 жылғы 1 ақпанда Жер алдында гелиоцентрлік орбитада қалып, ғарышқа ұшып кетті.
Сынама алу және оның нәтижелері
Алғашқы зерттеулер көрсетті, кейбір пластиналар соқтығысқанда сынып қалған, ал басқалары көбінесе зақымсыз қалған. Капсулаға шөлдің тозаңы енді, бірақ сұйық су емес. Күн желiнiң бөлшектерi пластиналарға сіңіп кетеді деп күтiлген, ал ластанушы тозан бетiнде ғана жатыр деп есептелгендіктен, тозаңды үлгілерден бөліп алу мүмкiн болды. Күтпегендей, үлгіні талдау процесінде ең қиын болғаны апат кезінде енген жер бетiндегi шөл топырағы емес, керiсiнше, аппараттың өз құрамы – майлау материалдары мен аппарат құрастыру материалдары болды. Талдау тобы олардың негізгі ғылыми мақсаттарының көпшiлiгiне жете алатындарын мәлімдеді. 2004 жылдың 21 қыркүйегінде үлгіні алу басталды, ал 2005 жылдың қаңтарында алюминий пластинадан алынған алғашқы үлгі Вашингтон университетінің ғалымдарына талдау үшін жіберілді. Genesis күн желi үлгілерi NASA Джонсон ғарыш орталығында ұзақ мерзiмді сақтауға алынды, осылайша үлгіні талдау техникасы дамыған сайын, ғалымдар қауымдастығына алдағы ондаған жылдарда таза күн желi үлгілерi қол жетiмдi болады. Асыл газдардың элементтiк және изотоптық құрамы бойынша қалған нәтижелер 2009 жылы жарияланды. Нәтижелер "жас" (~100 миллион жыл) күн желiн қамтитын ай үлгілерiнен алынған деректермен сәйкес келедi, бұл күн желiнiң құрамы кем дегенде соңғы 100 миллион жылда өзгермегенiн көрсетедi. Команда 2008 жылдың 10 наурызында Genesis концентраторынан алынған кремний карбидi пластинасының талдауы көрсеткенiн хабарлады, Күнде Жерге, Айға, Марсқа және метеориттерге қарағанда оттегі-16 (^{16}O) көп мөлшерде бар. Бұл белгiсiз процесс iшкi планеталар мен астероидтар белдеуiн құрайтын шаң бөлшектерi бiрiгiсiнен бұрын Күннiң протопланеталық материалынан шамамен 6% оттегі шығарған дегендi бiлдiредi.
Азот изотоптары
Азот мақсатты элемент болды, себебі Күн жүйесі материалдарындағы оның изотоптық вариацияларының шамасы мен тегі белгісіз еді. Зерттелген материал имплантацияланған күн желi азотының |^{15}N/^{14}N қатынасы 2.18-ге тең екенін көрсетті (яғни, Жер атмосферасына қарағанда |^{15}N-ге қатысты ≈40% кем). Протосол тумандығының |^{15}N/^{14}N қатынасы 2.27 болды, бұл Күн жүйесі объектілері үшін белгілі ең төменгі |^{15}N/^{14}N қатынасы. Бұл нәтиже Күн жүйесінің қалыптасу кезеңіндегі азот изотоптарының жоғары айырмашылығын көрсетеді және Күн жүйесі резервуарларында байқалған |^{15}N-ге қатысты кемітілген компоненттерді түсіндіреді.
Қателіктерді тергеу жөніндегі кеңес (MIB)
16 мүшеден тұратын NASA апаттық жағдайларды тергеу кеңесі (MIB) тағайындалды, оның құрамында пиротехника, авиация және басқа да маманданулар бойынша сарапшылар бар. MIB өз жұмысын 2004 жылдың 10 қыркүйегінде Дагуэй сынақ алаңына келген кезде бастады. Кеңес Джонсон ғарыш орталығында сақталуға тиіс барлық ғылыми жабдықтар босатылуы мүмкін екенін және кеңестің жұмысына қажет емес екенін анықтады. JPL және Lockheed Martin ұшу деректері мен басқа да құжаттарды MIB үшін дайындауға кірісті. 2004 жылдың 20 қыркүйегінде MIB ғылыми материалдары алынып тасталғаннан кейін, капсула MIB пайдалануы үшін Денвер қаласының жанындағы Lockheed Martin Space Systems мекемесіне көшірілетінін хабарлады. Парашюттердің ашылмауының алғашқы себебі 14 қазанда жарияланған баспасөз хабарламасында айтылды. Lockheed Martin жүйені үдеу сенсорының (G сенсоры) ішкі механизмдерін дұрыс бағытта орнатпаған (кері орнатылған), ал жобаны қарау кезінде бұл қателік байқалмаған. Үдеу сенсоры бұрыс жоба бойынша орнатылған. Дұрыс жобаға сәйкес, сенсордың ішінде электрлік байланыс орнатылып, күтілетін максималды үдеуге дейін сақталып, парашютті ашу тізбегін бастау үшін 3g үдеуде қайтадан үзілуі тиіс еді. Бірақ ешқандай байланыс орнатылмады. Осындай парашют жүйесі 2006 жылы сәтті қонған Stardust кометалық үлгілерін әкелген ғарыш кемесінде де қолданылған. NASA тергеу кеңесінің төрағасы Майкл Рышкевич NASA-дағы қатаң тексеру процедураларының ешқайсысы бұл қателікті анықтамағанын атап өтті: «Бұл қателікті шатастыру өте оңай». Бұл оқиға Эдвард А. Мерфиге қазіргі танымал Мерфи заңын жасауға түрткі болған бастапқы оқиғаға ұқсас: кері орнатылған үдеу сенсоры. 2006 жылдың 6 қаңтарында Рышкевич Lockheed Martin компаниясының кемедегі алдын ала сынақ процедурасын өткізіп жібергенін және бұл сынақ мәселені анықтауға мүмкіндік бергенін мәлімдеді.