Reaktywacja starej sondy NASA

Kiedy 12 sierpnia 1978 roku z Przylądka Canaveral startował trzeci próbnik International Sun-Earth Explorer (ISEE-3) nikt nie podziewał się, że będzie to jedna z najbardziej owocnych i długowiecznych misji kosmicznych w dziejach ludzkości. Po 36 latach ta niemal w 100% sprawna sonda powraca w pobliże Ziemi (już jako International Cometary Explorer). Członkowie pewnego zespołu skontaktowali się już z nią i spróbują ją reaktywować.

Program badawczy ISEE 

Sonda ISEE-3 był pokłosiem amerykańsko-europejskiego programu badawczego International Sun-Earth Explorer, którego celem była obserwacja oddziaływania zdominowanego przez wiatr słoneczny środowiska międzyplanetarnego na ziemską magnetosferę. Próbnik został wystrzelony z Ziemi 12 sierpnia 1978 roku i w przeciwieństwie do swoich dwóch poprzedniczek (ISEE-1 i ISEE-2, które krążyły wokół Ziemi) umieszczono go na orbicie halo wokół punktu L1 układu Słońce-Ziemia. Z tego wyjątkowego miejsca sonda mogła monitorować parametry wiatru słonecznego na około godzinę jego przed dotarciem do ziemskiej magnetosfery.

Gdy po ponad 3 latach misja główna ISEE-3 dobiegła końca, niemal wszystkie instrumenty naukowe były sprawne a w zbiornikach nadal znajdowało się 75% zapasu paliwa (około 68 kg). Wystarczało tylko znaleźć nowe zastosowanie.

Mniej więcej w tym samym czasie narodził się pomysł wykorzystania ISEE-3 do przelotu obok komety. Pomimo braku kamer, większość instrumentów sondy znakomicie nadawała się do zbadania oddziaływania wiatru słonecznego na rozdętą atmosferę kometarną. Zrealizowanie takiej misji było to o tyle łatwiejsze, że znano już "tani" sposób na ucieczkę sondy z punktu L1 w przestrzeń międzyplanetarną. Ów niezwykły plan został opracowany w latach siedemdziesiątych przez Roberta Farquhara (naukowca z Goddard Space Flight Center) i zakładał na przeprowadzenie skomplikowanej serii manewrów z wykorzystaniem silniczków korekcyjnych sondy i pola grawitacyjnego Księżyca.

Rys. NASA

Program badawczy ICE

Po wybraniu odpowiedniej komety i uzyskaniu akceptacji misji przez NASA, 10 czerwca 1982 roku rozpoczęto manewr w wyniku którego sonda opuściła orbitę halo wokół punktu L1. Półtorej roku później, 22 grudnia 1983 roku - po piątym i ostatnim przelocie obok Księżyca - już jako International Cometary Explorer (ICE) sonda uwolniła się z więzów grawitacji Ziemi i wyruszyła na spotkanie z kometą 21P/Giacobini-Zinner.

Do przelotu ICE obok 21P/Giacobini-Zinner doszło 11 września 1985 roku - jak oszacowano w tym dniu o 9:10 czasu uniwersalnego sonda przeleciała przez warkocz w odległości zaledwie 7862 kilometry od jądra. Pomimo obaw, ICE przetrwała przelot i wykonała unikalne pomiary, dzięki którym dopracowano ówczesne modele kometarne. Było to również historyczny, pierwszy bliski przelot sondy kosmicznej obok komety, dzięki któremu Amerykanie uprzedzili Europejczyków (misja Giotto), Rosjan (Wega 1 i Wega 2) oraz Japończyków (Suisei i Sakigake).

Kilka miesięcy później (w marcu 1986) sonda przeprowadziła także obserwacje komety 1P/Halley, jednak wykonane ogromnej odległości (ponad 28 milionów kilometrów), nie przedstawiały tak spektakularnej wartości naukowej jak te zebrane we wrześniu 1985 roku. W kolejnych latach sonda prowadziła jeszcze misję heliosferyczną: m.in. wykonywała pomiary koronalnych wyrzutów masy oraz badania promieniowania kosmicznego.

Tak z grubsza wyglądał dotychczasowy przebieg misji ISEE-3/ICE.

ISEE-3 Reboot Project

W 1983 roku po wyrwaniu się z więzów ziemskiej grawitacji, sonda ICE znalazła się na orbicie o parametrach zbliżonych do orbity ziemskiej: aphelium 1.03 j.a. (jednostka astronomiczna = około 150 milionów kilometrów), peryhelium 0,93 j.a., nachyleniu płaszczyzny orbity 0,1° i okresie obiegu 355 dni. Znajdując się na nieco szybszej orbicie, sonda stopniowo oddalała się od Ziemi. Ponieważ ICE została wyposażona w nadajnik o mocy zaledwie 5 W, kontakt z nią był coraz trudniejszy. Ostatecznie 5 maja 1997 roku NASA zakończyła misję ICE - nie wyłączono jednak sondy pozwalając nadajnikowy emitować sygnał nośny (carrier).

W ciągu kilku następnych lat ICE znalazła się po drugiej stronie Słońca, a następnie zaczęła ponownie zbliżać się do Ziemi. W 2008 roku w trakcie krótkiego kontaktu z sondą ustalono, że niemal wszystkie jej instrumenty są sprawne a w zbiornikach znajduje się spory zapas paliwa (wystarczał na zmianę prędkości sondy o 150 m/s). Odżyła wówczas stara (z kwietnia 1986) idea reaktywacji sondy, odpalenia jej silników korekcyjnych i ponownego skierowania jej na orbitę halo wokół punktu L1 układu Słońce-Ziemia.

Ponieważ czas uciekał a NASA nie była zainteresowana przechwyceniem sondy, zadania tego podjął się "cywilny" zespół inżynierów, programistów i naukowców (ISEE-3 Reboot Project). Na szczęście agencja nie pozostała kompletnie bierna - dzięki specjalnemu porozumieniu przekazała wszystkie specyfikacje techniczne sondy, zobowiązała się do udostępniania anten sieci DSN (Deep Space Network) oraz przekazała członkom ISEE-3 Reboot Project budynek znajdujący się na terenie Ames Research Center (sam budynek nazywany jest pieszczotliwie McMoons ponieważ wcześniej mieściła się tam restauracja McDonald's).

Jednak pierwszą przeszkodą napotkaną przy realizacji tego projektu były finanse, a raczej ich brak. Jak szybko oszacowano budżet tego przedsięwzięcia powinien wynosić co najmniej 125 000 dolarów (m.in. zakup sprzętu, wynajem łączy telekomunikacyjnych, wynagrodzenia dla osób współpracujących z zespołem itp.). Ponieważ nie udało się uzyskać niezbędnych funduszy od NASA, członkowie zespołu wystosowali apel do społeczności międzynarodowej z prośbą o przekazywanie datków na ten cel. Wkrótce zaczęły napływać pierwsze pieniądze i 14 maja 2014 roku dzięki sumarycznemu wsparciu ponad 1800 darczyńców udało się uzbierać wymaganą sumę. Warto dodać, że fundusze napływają nadal - obecnie to już ponad 159 000 dolarów i ponad 2200 fundatorów).

Potwierdzenie odebrania sygnału nośnego z ISEE-3.

W końcu, po wielomiesięcznych przygotowaniach, tygodniach testów, napisaniu setek stron oprogramowania i zamontowaniu specjalnej aparatury na radioteleskopie Arecibo nadszedł dzień nawiązania łączności z ISEE-3. Pierwszy sukces zespół odniósł 19 maja br., wówczas dzięki ogromnemu radioteleskopowi  udało się odebrać słaby sygnał nośny z ISEE-3. Po dokonaniu niewielkich korekt, 29 maja dokonano kolejnego ważnego kroku naprzód: nawiązano dwukierunkową komunikację z sondą i zrekonfigurowano jej system komunikacyjny (udało się uzyskać nieco danych inżynieryjnych).

Obecnie głównym zadaniem stojącym przed zespołem jest niewielkie skorygowanie prędkości obrotowej sondy (z analizy telemetrii wynika, że ISEE-3 wiruje się z szybkością 19,16 obrotów na minutę, podczas gdy specyfikacja techniczna zakłada 19,75 obr./min.). Krytycznym momentem będzie jednak główny manewr korekty trajektorii sondy, którego przeprowadzenie zaplanowane jest na okres od 30 czerwca do 2 lipca. Jeśli w tych dniach nie uda się go przeprowadzić, sonda ominie Księżyc w zbyt dużej odległości i ponownie oddali się od Ziemi (i powróci za jakieś 30 lat).

Jeśli jednak wszystko pójdzie zgodnie z planem, 10 sierpnia br. sonda ISEE-3 przeleci w odległości około 50 kilometrów od powierzchni Księżyca. Dwa dni później wykonany zostanie dodatkowy manewr, który skieruje sondę do punktu L1 w układzie Słońce-Ziemia. ISEE-3 dotrze tam pod koniec roku.

Jaki będzie dalszy los sondy ISEE-3? Na razie nie ma nic pewnego! Jak mówi porzekadło: stare to jest dobre ale wino. Pewne natomiast jest, że jeszcze napiszę o ISEE-3.

Dodatkowe informacje

• Stronę zespołu ISEE-3 Reboot Project można znaleźć tutaj.
• Dodatkowe informacje o misji ISEE-3 i ICE można znaleźć tutaj oraz tutaj
• Animacja przechwycenia sondy