Framtidige romsonder
Av Johnny Grøneng Aase
|
Artikkel publisert i Nytt om Romfart, 27. årgang, nummer 101, januar-mars 1997, sidene 20-23 av Norsk Astronautisk Forening/www.romfart.no.
|
Skriv ut
Tips bekjent
|
Romorganisasjonar verda over planlegg i dag sonder som i dei næraste åra skal utforske heile Solsystemet. Fram til år 2005 vil rundt 20 nye farty frå Russland, Japan, USA og ESA granske planetar, asteroider og kometar. Dette vil vere investeringar på mange milliardar dollar. Korleis skal ein greie å få desse spennande prosjekta gjennom nasjonalforsamlingar som er så altfor glade i å kutte i forskingsbudsjett?
Det russiske romfartsbudsjettet er i dag berre ein brøkdel av summane som vart stilt til rådvelde medan Sovjetunionen enno eksisterte. Romprogrammet mista mykje prestisje då romsonda Mars 96 brann opp i jordatmosfæra den 17. november 1996. Dei fleste medlemslanda i ESA prøver å slanke dei nasjonale økonomiane, og dette går og ut over løyvingane til ESA. Også Vest-Europa lei eit stort prestisjetap i 1996. Tidleg i sommar eksploderte Ariane 501 med fire viktige Cluster forskingssatellittar om bord berre 37 s etter start. Bereraketten Ariane 5 er tiltenkt rolla som flaggskipet i det framtidige europeiske romprogrammet. Eksplosjonen har sett utviklinga av raketten nesten eit år attende.
USA prøver og å få budsjettbalanse. Den internasjonale romstasjonen Alpha vil bruke store ressursar. Dette fører til at løyvingane til vitskaplege romfarty har vorte reduserte med ein fjerdedel i budsjettåret 1996-97, og ein reknar med vidare reduksjonar fram til år 2001. Dette fører til at ein går bort frå store, kompliserte sonder som Galileo, Cassini og Mars Observer til mindre og enklare sonder med færre sensorar.
I eit forsøk på å lage eit langsiktig romsondeprogram har NASA sett ned ei arbeidsgruppe med eit mandat til å planlegge sonder fram til år 2015. Etter at ein fann strukturar i meteoritten ALH 84001 som kunne tyde på at det ein gong har eksistert livsformer på Mars, gav president Clinton ordre om at det skal haldast eit toppmøte om romforsking. Det er ikkje kome klare signal om kva tankar presidenten har. Møtet kan føre til ein solid, konkret auke i NASA sine budsjett, eller organisasjonen kan få vage og tvetydige instruksar om at framgang kan kome ved å arbeide betre, raskare og billegare. Tidleg i desember 1996 planla ein å halde møtet i den andre veka av januar 1997, men det kan verte utsett til februar dersom embedsmenn i den amerikanske administrasjonen vel å utsetje det til etter at budsjettet for 1998 har vorte presentert.
I 1996 er NASA sitt budsjett på 13,8 milliardar dollar. Ein ventar at dette skal minke til 12,3 i budsjettåret 2001. Samtidig vil andre delar av NASA sitt program vekse, og resultatet er at løyvingane til bygging av vitskaplege romfarty vert redusert frå 860 til 540 millionar dollar. I desse tala finn ein og romfarty som ikkje skal ut av jordbane, slik som Advanced X-Ray Astrophysics Facility og Gravity Probe-B. Løyvingane gjev fleire signal. Medan løyvingane til små og enkle romsonder i Discovery-programmet aukar med 115 millionar dollar, fell budsjettposten for store og kompliserte sonder som Cassini frå 435 millionar til null. I den første delen av denne femårsplanen vil løyvingane for drift av sonder ute på oppdrag først verte redusert; deretter vil dei auke frå 570 til 585 millionar.
Biletet er likevel ikkje heilt svart. Funnet av det som kan vere fossilar frå Mars har auka interessa for romfart i det breie laget av det amerikanske folket, noko som kan føre til auka løyvingar til NASA. Budsjettkutt tidleg på 90-talet har ført til at organisasjonen arbeider meir effektivt enn før, og nye idear har kome fram i lyset. Internasjonalt samarbeid fører til at ein kan dele kostnader, samstundes som ein reduserer risikoen for unødvendig dobbeltarbeid.
«Roadmap» er kodeordet for NASA sitt romsondeprogram fram mot år 2015. Rapporten vert offisielt kalla «Mission to the Solar System: Exploration and Discovery, A Mission and Technology Roadmap». Prosjektet starta seint i 1995 då Wesley T. Huntress Jr. (sjef for NASA sitt kontor for romvitskap (Office of Space Science/OSS)) og Jurgen Rahe (direktør for OSS si avdeling for utforsking av Solsystemet) ba Charles Elachi, direktør for rom- og jordvitskaplege program ved NASAs Jet Propulsion Laboratory, om å danne ei arbeidsgruppe med deltakarar frå staten, industrien og det vitskaplege miljøet. Dei 60 personane kom saman kvar månad i den første halvdelen av 1996.
Grunntanken i Roadmap er at sondene i framtida skal vere av Discovery-klassen eller enklare. Konkret tyder dette at utviklingsarbeidet og dei første 30 dagane i rommet ikkje skal koste meir enn 150 millionar 1992-dollar, og at kvar sonde skal skytast opp ned ein Delta bererakett eller ein enklare rakett. For å få meir komplekse ferder til å passe inn i denne trange forma, rekna arbeidsgruppa med at ny, framtidig teknologi ville redusere kostnadene og at det teknologiske utviklingsarbeidet igjen ville verte dekka av andre delar av NASA sitt budsjett.
I 1983 la ein liknande komité fram planar for amerikanske romsonder fram mot år 2000. Dei fleste punkta i denne planen er gjennomført eller undervegs i dag.
Roadmap legg fram tre hovudgrunnar for at USA skal involvere seg i utforskinga av andre himmellekamar.
Ein skal forsøke å finne ut korleis liv oppstår og leite etter livsformer utanfor Jorda. Dette inkluderer å finne og forstå bakgrunnen for eventuelle vassreservoar og organisk materiale på andre himmellekamar enn Jorda. Leitinga etter liv har pågått heilt sidan ein sendte opp dei første interplanetariske sondene, og høgdepunkta så langt har vore funnet av ALH 84001 og oppdaginga av liv i ekstreme miljø på Jorda. Ein har funne organismar i miljø som varierer frå kjerneprøver frå djupe lag av jordskorpa til vulkanske område på store havdjup ved Galapagos-øyane i Stillehavet.
Eit anna delmål er å kunne forklare korleis Solsystemet oppstod og seinare har utvikla seg, og kva rolle Jorda har spelt i dette puslespelet. Ein skal vidare kunne forklare kva utviklingskrefter som har skapt den store variasjonen av himmellekamar i Solsystemet.
Korleis kan menneska i framtida utnytte Solsystemet, og kan det true framtida vår som art? Ein ønsker å finne ut kva lekamar som ein kan granske vidare med bemanna ekspedisjonar, og om det eksisterer objekt som kan utnyttast i gruvedrift. Kollisjonen mellom Jupiter og kometen Schoemaker-Levy 9 i 1994 vakte oppsikt i media over heile verda. Dei aller fleste har spurt seg om dette kan skje med Jorda, og kva konsekvensane ville verte. Det siste fragmentet frå kometen hadde knapt nok slege ned på Jupiter før den amerikanske Kongressen gav ordre om at det skal utarbeidast ein tabell over kva himmellekamar som i framtida vil kunne vere ein risiko for Jorda.
Arbeidsgruppa har definert 30 ulike ferder, kva mål desse har og kva teknologi som er naudsynt for å gjennomføre desse ekspedisjonane i praksis.
Rekognosering
Ein ønsker å undersøke prøver frå ulike stader i Solsystemet for å finne ut kva kjemisk opphav vi har. Pluto/Kuiper Express vil foreta ei nærpassering av Pluto og månen Charon, og fly vidare ut i Kuiper-beltet for å granske dei iskalde småplanetane som eksisterer der ute. Denne sonda vil fullføre rekognoseringa av det kjende Solsystemet. I dag er det berre Pluto som ikkje har vorte vitja av ei romsonde. Multi-Body Visitors vil verte plasserte i solbaner som gjer det mogeleg for kvar sonde å vitje 2-3 kometar eller 4-5 asteroider i ein periode på 4-5 år. Ein ser og føre seg å plassere ei sonde i bane rundt ei asteroide, til dømes Ceres. Dette er den største av asteroidene. Banehøgda vil kunne variere mellom 10 og 100 km.
Small Body Sample Return skal lande på ein eller fleire himmellekamar og ta prøver på eit halvt kilo kvar stad over ein seks års periode, som sidan skal returnerast til Jorda. Ein vil spesielt sjå nærare på kometar og asteroider. Dette har aldri vore gjort tidlegare frå så fjerne himmellekamar. Sovjetunionen har henta heim overflatemateriale frå Månen med sonder i Luna-serien, men ein har aldri gått lenger ut i rommet. ESA planla lenge å returnere prøver frå ein komet med Rosetta-sonda, som skal skytast opp i år 2003, men ein kansellerte denne delen og valde å granske prøvematerialet lokalt på kometen.
I desember 1995 flaug ein instrumentkapsel frå Galileo-sonda inn i Jupiter si atmosfære. Ein ser føre seg å gjere dette med dei andre gassplanetane Saturn, Uranus og Neptun. Sonder i Giant Planet Deep Probes-serien skal undersøke den kjemiske samansetjinga og strukturen i atmosfærene heilt til dei vert knuste ved 100 atmosfærers trykk.
For å kunne gjennomføre dette må ein utvikle ny teknologi innan prøvetaking på små himmellekamar, lettare kraftkjelder og ultraeffektive framdriftsmetodar i det interplanetariske rommet.
Kjemien i det ytre Solsystemet
Vi veit at det eksisterer vatn på Jupiter sin måne Europa og organiske molekyl på Saturn-månen Titan. Titan vil verte vitja av den europeiske romsonda Huygens hausten 2004 (sjå artikkelen Cassini til Saturn i Nytt om Romfart nummer 101, 1997, sidene 12-19). Denne skal granske atmosfæra, ta bilete og sjå nærare på overflatematerialet. USA sin Titan Biologic Explorer vil sleppe ein ballong ut i atmosfæra. Denne skal bere med seg instrument som skal studere inngåande prosessane som går føre seg i hydrokarbonane på denne månen.
Galileo har i dei siste månadane returnert interessante bilete frå Europa. Ocean Explorer vil plassere ei sonde utstyrt med tre landingssonder og ein avansert radar i bane rundt denne månen. SAR-radaren om bord i Venus-sonda Magellan returnerte i den første halvdelen av dette tiåret fantastiske data frå Venus. Ocean Explorer skal avgjere om det er eit globalt hav under isen på Europa og kor tjukt dette islaget er. Dersom det syner seg at skorpa er mindre enn ein kilometer tjukk vil ein miniubåt frå ei av landingssondene smelte seg ned gjennom islaget og granske dette havet. Det er klart at ein treng å generere store mengder energi i ei lita sonde for å gjennomføre noko slikt, og dette set krav til utvikling av ny teknologi.
Skaping og utvikling av Jord-liknande planetar
Månen og Merkur er statiske himmellekamar som truleg har endra seg lite sidan dei vart skapte. På den andre sida av skalaen finn vi Jupiter-månen Io, som er i stadig endring på grunn av kraftig vulkanisme. Ein ønsker å plassere ei sonde i bane rundt Merkur, returnere prøver frå eit stort nedslagsbasseng på Månen og nytte ei spesiell sonde til å halde eit auge med prosessane på Io. Merkur har i dag berre vorte vitja tre gonger av sonda Mariner 10, og ho kunne berre fotografere halvparten av planeten si overflate. Den andre halvparten er ukjend.
Dei måneprøvene som vart returnert gjennom Apollo- og Luna-programma var alle tekne på Månen si framside. Det aktuelle bassenget er på baksida.
Vidare ønsker ein å plassere ut eit globalt nettverk av seismometer på Mars. Dei seismometra som vart ståande attende på Månen etter at Apollo-astronautane reiste heim gjorde det mogeleg å avgjere nøyaktig kor på Månen ulike seismologiske fenomen oppstod. Ein ønsker å ha same instrumenta på Mars.
På veg mot Halleys komet slepte dei sovjetiske sondene Vega 1 og 2 instrumentballongar ned i Venus-atmosfæra. USA vil gjere det same i framtida. Instrumentlasta skal lande på overflata i nokre timar, deretter stige opp att i dei øvre luftflaga for å kjølast ned. Desse ulike prosjekta set store krav til å overleve i fiendtlege miljø og å gjere geofysiske målestasjonar så små og effektive som mogelege.
Utvikling av Jord-liknande miljø
Ein ønsker å finne ut kva rolle rennande vatn har hatt for utviklinga av planeten Mars. Dei biologiske eksperimenta som vart sendt til planeten med Viking-sondene på 1970-talet synte at det for tida ikkje er liv på overflata, og at det kan eksistere oksidantar i overflatematerialet som kan øydeleggje eventuelt organisk materiale. Roadmap-rapporten støtter seg på teorien om at det kan eksistere vatn og liv lenger nede i overflatematerialet enn Viking-sondene kunne nå. På Jorda utvikla livet seg relativt raskt etter at planeten vart skapt. Ein antar difor at liv og kan ha utvikla seg på Mars då tilhøva på planeten var betre enn dei er i dag. Ein konkluderer med at den beste plassen å leite etter fossilar og organiske kjemikal er i sediment og mineral avsett i vatn.
Mars Surveyor 2001 vil verte plassert i bane rundt planeten og leite etter vatn og ulike mineral på overflata. Dei første prøvene kan verte returnerte til Jorda i 2005.
Kvifor har Venus utvikla ei kraftig drivhuseffekt? Dersom ein fekk svar på dette spørsmålet kan ein kanskje finne ut om dette er i ferd med å skje med vår eiga Jord. Det er og eit mål å få avklart om det ein gong har eksistert vatn på planeten, og kor dette i så fall har vorte av. Dette kan truleg avgjerast ved hjelp av ballongar og atmosfæresonder.
Det femte og siste satsingsområdet er å undersøke dei store prosessane som finn stad i Solsystemet. Ein skal undersøke korleis planetane sine magnetiske felt vert skapte og korleis dei endrar seg, korleis magnetosfærene og solvinden påverkar kvarandre og dynamikken bak rørslene i planetatmosfærene. Ein vil plassere sonder i bane rundt Neptun, i polbane rundt Jupiter og nær Saturn sitt ringsystem. Ein satellitt skal granske Merkur si magnetosfære. Vidare planlegg ein å skyte sonder mot fleire kometar for å granske korleis komaene og halane utviklar seg.
Roadmap-programmet krev at ein utviklar lettare romfarty med meir kunstig intelligens om bord, meir avanserte og varige måleinstrument og betre datasystem ved institutta på Jorda for å planleggje og operere romsondene og analysere og distribuere dataene dei returnerer. Likevel må ein ikkje falle i den fella det er å basere seg på berre ein eller to generelle typer romfarty, når ein i realiteten er nøydd til å skreddarsy kvar sonde for at ho skal kunne utføre oppdraget. Komplekse og dynamiske planetar som Jupiter og Saturn må verte observerte av fleire instrument samstundes for at ein skal skjøne dei store linjene i det som skjer på planeten. Dette fører til avanserte sonder som Galileo og Cassini. Statiske himmellekamar som Månen, Merkur og Ceres kan derimot verte undersøkte med flåter av sonder som kvar berre fører med seg ei handfull instrument.
| 
