Rekonstruerende Cassinier kaster sig ind i Saturn

Da NASAs Cassini-rumfartøj foretog sit skæbnesvangre dyk ind i den øvre atmosfære af Saturn den 15. september, rumfartøjet live-streamede data fra otte af dets videnskabelige instrumenter, sammen med aflæsninger fra en række tekniske systemer. Mens analyse af videnskabelige data fra det sidste dyk vil tage noget tid, Cassini-ingeniører har allerede en ret klar forståelse af, hvordan selve rumfartøjet opførte sig, da det gik ind. Dataene er nyttige til at evaluere modeller af Saturns atmosfære, som holdet brugte til at forudsige rumfartøjets adfærd ved missionens afslutning, og de hjælper med at give en baseline for planlægning af fremtidige missioner til Saturn.

Den øverste blandt disse tekniske data, eller telemetri, er målinger, der angiver ydeevnen af ​​rumfartøjets små attitude-control thrustere. Hver thruster var i stand til at frembringe en kraft på en halv newton, hvilket nogenlunde svarer til vægten af ​​en tennisbold på Jorden.

I de sidste øjeblikke af sit dyk, Cassini rejste gennem Saturns atmosfære, som havde omtrent samme tæthed som den spinkle gas, hvor den internationale rumstation kredser over Jorden. Med andre ord, der er næsten ingen luft der overhovedet. På trods af at dette lufttryk er tæt på at være et vakuum, Cassini rejste omkring 4,5 gange hurtigere end rumstationen. Den højere hastighed multiplicerede kraftigt kraften, eller dynamisk tryk, at den tynde atmosfære udøvede på Cassini. Det er ligesom forskellen mellem at holde din hånd uden for vinduet i en bil, der bevæger sig med 15 mph, versus en, der bevæger sig med 65 mph.

Data viser, at da Cassini begyndte sin endelige tilgang, i timen før atmosfærisk indtræden gyngede det subtilt frem og tilbage med brøkdele af en grad, forsigtigt at pulsere sine thrustere hvert par minutter for at holde dens antenne rettet mod Jorden. Den eneste forstyrrende kraft på det tidspunkt var et let træk fra Saturns tyngdekraft, der forsøgte at rotere rumfartøjet.

"For at holde antennen rettet mod Jorden, vi brugte det, der kaldes 'bang-bang kontrol, " sagde Julie Webster, Cassinis operationschef for rumfartøjer ved NASAs Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Californien. "Vi giver rumfartøjet et snævert område, som det kan rotere over, og når den banker op mod den grænse i én retning, den affyrer en thruster for at tippe tilbage den anden vej." (Dette område var faktisk lille:kun to milliradianer, hvilket svarer til 0,1 grad. De rekonstruerede data viser, at Cassini subtilt korrigerede sin orientering på denne måde indtil omkring tre minutter før tab af signal.)

På dette tidspunkt, omkring 1, 200 miles (1, 900 kilometer) over skytoppene, rumfartøjet begyndte at støde på Saturns atmosfære. Cassini nærmede sig Saturn med sin 36 fod lange (11 meter) magnetometerbom pegende ud fra rumfartøjets side. Den svage gas begyndte at skubbe mod bommen som en løftestang, tvinger den til at rotere lidt i retningen bagud (eller bagud). Som svar, thrusterne affyrede korrigerende gasstråler for at forhindre bommen i at rotere længere. I løbet af de næste par minutter, som ingeniører havde forudsagt, thrusterne begyndte at skyde længere, hyppigere pulser. Kampen med Saturn var begyndt.

Med sine thrustere, der skyder næsten konstant, rumfartøjet holdt stand i 91 sekunder mod Saturns atmosfære - thrusterne nåede 100 procent af deres kapacitet i løbet af de sidste 20 sekunder eller deromkring, før signalet gik tabt. De sidste otte sekunders data viser, at Cassini langsomt begyndte at vælte bagover. Da dette skete, antennens snævert fokuserede radiosignal begyndte at pege væk fra Jorden, og 83 minutter senere (rejsetiden for et signal fra Saturn), Cassinis stemme forsvandt fra monitorer i JPL-missionskontrol. Først, de faktiske telemetridata forsvandt, efterlader kun et radiosignal. Derefter, 24 sekunder efter tab af telemetri, stilhed.

Disse data forklarer, hvorfor de, der ser signalet – der fremstår som en høj grøn spids på et snoet plot af Cassinis radiofrekvens – i missionskontrol og live på NASA TV – så, hvad der så ud til at være en kort udsættelse, næsten som om rumfartøjet gjorde et kort comeback. Signalets spids begyndte først at aftage i løbet af et par sekunder, men rejste sig så kort igen, før den forsvandt med endelighed.

"Ingen, det var ikke et comeback. Bare en sidesløjfe af radioantennens strålemønster, " sagde Webster. I det væsentlige, udsættelsen var en ufokuseret del af det ellers smalle radiosignal, der roterede til syne, da rumfartøjet langsomt begyndte at vælte.

"I betragtning af at Cassini ikke var designet til at flyve ind i en planetarisk atmosfære, det er bemærkelsesværdigt, at rumfartøjet holdt fast så længe, ​​som det gjorde, tillader dets videnskabelige instrumenter at sende data tilbage til sidste sekund, " sagde Earl Maize, Cassini projektleder hos JPL. "Det var et solidt bygget håndværk, og det gjorde alt, hvad vi bad om det."