Cassini-Huygensin lentosuunnitelmaa muutetaan

Cassini on suurikokoinen avaruusluotain, joka saapuu Saturnukseen vuonna 2004. Sen mukana lentää eurooppalaisvalmisteinen Huygens-sondi, joka laskeutuu Saturnuksen suurimman kuun Titanin pinnalle. Huygensin mukana on myös Suomessa valmistettuja ilmakehätutkimuslaitteita, joiden tiedot Huygens lähettää Cassinin kautta Maahan.

Viime syksynä Huygensin radiolaitteistoista löydettiin suunnitteluvirhe, jonka seurauksena Huygensin radiovastaanotin ei pysty muuttamaan taajuutta siinä määrin, kuin alusten välisestä nopeuserosta johtuva doppler-siirtymä edellyttäisi. Siksi Cassini ja Huygens eivät mahdollisesti voisi lukittaa keskinäistä tietolinkkiään, jolloin Huygensin tiedot eivät välittyisi eteenpäin.

Radiosignaalin Doppler-siirtymä on samanlainen taajuuden muutos kuin on lähestyvän tai etääntyvän junan pillin äänen korkeuden muuttuminen: kun juna lähestyy, kuulostaa sen pillin ääni korkeammalta kuin silloin kun juna etääntyy. Cassinin ja Huygensin välinen nopeusero saa samoin aikaan sen, että radiosignaalien taajuudet muuttuvat lentotilanteen mukaan. Vaikka doppler-siirtymä on huomioitu Huygensin radiolaitteissa, sen vastaanottimen taajuusalue on jäänyt hieman liian kapeaksi.

Jotta alusten välinen nopeusero saadaan sellaiseksi, ettei radiotaajuuden siirtymä ole liian suuri, on NASAn ja ESAn yhteinen tutkimusryhmä päättänyt ehdottaa luotaimien lentoon pieniä muutoksia. Muutosten ansiosta Huygensin lähettämistä tiedoista lähes 100% saadaan pelastettua ilman, että Cassinin lentoon pitää tehdä suuria muutoksia. Cassinin ja Huygensin yhteinen koreografia on suunniteltu ennalta hyvin tarkasti, joten siihen tehtävillä muutoksilla on helposti suuria vaikutuksia koko lentoon - etenkin kun Huygensin pudotus ja sen tietojen vastaan ottaminen tapahtuvat heti Saturnukseen saapumisen aikaan.

Uusi lentosuunnitelma

Tutkimusryhmä ehdottaa Cassinin ensimmäisten Saturnuksen ympärilentojen muuttamista siten, että heti Saturnuksen kiertoradalle asettumisen jälkeen luotainparin kaksi ensimmäistä kierrosta planeetan ympärillä ovat aikaisemmin suunniteltua lyhyempiä, joiden jälkeen suunnitelmaan lisätään kierros, jonka ansiosta Huygensin lentoradan geometria saadaan suotuisaksi.

Uudella lentoradallaan Cassini lentää aiemmin kaavailtua korkeammalta Titanin yli - korkeus on 65000 km 1200 km:n sijaan - jolloin nopeusero alusten välillä ei muodostu liian suureksi. Korkean lentoradan ansiosta suunnitelma säilyy alkuvaiheita lukuunottamatta samanlaisena, sillä Cassini saa näin kiinni suunnitelmansa helmikuun 2005 puolivälissä.

Vaikka Saturnukseen saapumisen jälkeiset ajat tulevat hieman muuttumaan, ei uusi suunnitelma muuta Saturnukseen saapumisen aikaa: se on edelleen heinäkuun ensimmäinen vuonna 2004. Tosin Huygensin irroittaminen ja sen laskeutuminen Titanin pilviverhon ja kiinnostavan ilmakehän läpi tapahtuvat aiottua myöhemmin. Cassini lentää ensin Titanin ohi 26. lokakuuta 2004 ja uudelleen 13. joulukuuta, minkä jälkeen 25. joulukuuta se irrottaa Huygensin mahansa alta lentämään kohti Titania. Huygensin lento kestää 22 päivää, kunnes se laskeutuu Titaniin 14. tammikuuta 2005 - seitsemän viikkoa aikaisemmin aiottua myöhemmin.

Ratkaisun jälkeen hienosäätöä

“Avaruuslennot ovat monimutkaisia, ja niiden aikana saattaa aina ilmetä yllättäviä ongelmia”, sanoi John Credland, ESAn avaruustutkimusohjelmien osaston johtaja. “Ja kun niin käy, niin organisaation toiminnan mittari on se miten se pystyy ratkaisemaan ongelman.”

Uusi lentosuunnitelma vaikuttaa hieman Cassinin polttoaineenkulutukseen, sillä muutokset lisäävät kulutusta noin neljänneksellä Cassiniin nelivuotista käyttöä varten varatusta varapolttoaineesta. Huygensin tietokoneohjelmiin tehdään muutoksia, jotka testataan mahdollisimman hyvin Maan päällä ja ladataan alukseen ennen laskeutumista. Cassini tulee myös yhteydenpidon aikaan pakottamaan Huygensin radiot toimimaan “non-Doppler” -tilassa, eli lähettämään tietojaan vaikkei linkki olisi niiden mielestä tarpeeksi hyvä. Lisäksi Huygensin lämmitys aloitetaan aikaisemmin kuin suunniteltiin, sillä lämpimänä radiolaitteet pystyvät virittymään paremmin.

“Olen luonnollisesti hyvin iloinen siitä, että onnistuimme keksimään hyvä ratkaisun ongelmaan”, totesi ESAn Kai Clausen, joka toimii Integral-satelliitin projektijohtajana ja oli tutkimusryhmän varapuheenjohtaja.

“Silti edessä on vielä paljon työtä, sillä nyt uusi lentosuunnitelma ja tekniset ratkaisut pitää käydä läpi yksityiskohtaisesti, tarkistaa kaikki, testata ja toteuttaa ne seuraavien vuosien aikana. Lennolla on vielä paljon epävarmuuksia, kuten esimerkiksi muutosten vaikutuksen Huygensin laskeutumispaikkaan, mutta nämä ovat pieniä ongelmia”, kertasi vielä ESAn Huygens-projektin tieteellinen johtaja Jean-Pierre Lebreton ja huokaa: “On kuitenkin hyvä, että meillä on nyt ratkaisu. Tämän jälkeen kaikki on vain hienosäätöä.”