MESSENGER (pol.) posłaniec, skrótowiec pełnej nazwy: Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry and Ranging – sonda kosmiczna Amerykańskiej Agencji Kosmicznej NASA, której celem jest badanie planety Merkury. Jest to pierwsza misja poświęcona tej planecie od czasu Marinera 10, tj. od 33 lat. Sonda wystrzelona została 3 sierpnia 2004.

Sonda została zaprojektowana by badać charakterystykę i środowisko Merkurego z orbity wokółplanetarnej. Zadaniem sondy jest rozpoznanie chemicznych właściwości powierzchni planety, geologicznej historii, natury pola magnetycznego, wielkości i stanu jądra oraz natury egzosfery i magnetosfery.

Misja orbitalna sondy przewidziana jest na jeden rok ziemski (4 lata merkuriańskie), do tego czasu przeleci około 8 miliardów kilometrów.

Misję MESSENGERa ma uzupełnić, planowana na lata 2014-2022, misja BepiColombo, będąca zarazem pierwszą, wspólną misją agencji kosmicznych ESA i JAXA.

Budowa i działanie

Szkielet sondy zbudowany jest z epoksydów grafitowych, co zapewnia lekkość i wytrzymałość konstrukcji.

Dwa panele ogniw słonecznych dostarczają średnio 450 W mocy i ładują akumulator Ni-MH, będący źródłem energii elektrycznej dla statku.

Statkiem zarządzają dwa niezależne, zintegrowane moduły elektroniczne, każdy zawierający po dwa procesory: główny, taktowany z częstotliwością 25 MHz, i zapasowy, taktowany z częstotliwością 10 MHz. Do przechowywania danych służą dwa dyski typu SSD, każdy o pojemności 1 GB. Główny komputer, RAD6000, pobiera i zapisuje dane z instrumentów naukowych w celu ich odtworzenia po powrocie na Ziemię.

System określania pozycji statku używa szukaczy gwiazd oraz zespołu czterech żyroskopów i czterech przyspieszeniomierzy. Jako układ zapasowy służy sześć wykrywaczy Słońca. Położenie statku zmieniane jest za pomocą czterech żyroskopów lub silniczkami o małym ciągu.

MESSENGER odbiera komendy z Ziemi i nadaje dane przez anteny pasma X z fazowaniem (polaryzacja kołowa).

MESSENGER wymaga specjalnej ochrony przed promieniowaniem słonecznym, szczególnie intensywnym w sąsiedztwie Merkurego – natężenie promieniowania słonecznego jest tam 11 razy większe niż na Ziemi; temperatura powierzchni Merkurego sięga 450 °C. Wszystkie systemy statku są utrzymywane w temperaturze pokojowej dzięki okryciu całej jednej strony statku ceramiczną osłoną odporną na wysokie temperatury. Wymaga ona, aby statek był zwrócony do Słońca zawsze osłoniętą stroną.

Instrumenty naukowe

• Podwójny system obrazowania (Mercury Dual Imaging System, MDIS) – zestaw dwóch kamer (wąsko- i szerokokątnej) do fotografowania powierzchni Merkurego i zbierania danych topograficznych. Umieszczone na ruchomej platformie pozwalającej na obserwowanie wybranych obszarów, niezależnie od pozycji całego statku.
• Spektrometr promieniowania gamma i neutronów (Gamma-Ray and Neutron Spectrometer, GRNS) – przyrząd wykrywający izotopy promieniotwórcze w skorupie Merkurego. Pozwala na określenie względnej obfitości pierwiastków budujących badaną planetę. Ma również pomóc zweryfikować hipotezę o lodzie zalegającym na biegunach planety, które nigdy nie są wystawione na bezpośrednią ekspozycję słoneczną.
• Spektrometr promieniowania rentgenowskiego (X-Rays Spectrometer, XRS) – zadania podobne jak GRNS. Ma pomóc wykryć niskoenergetyczne promieniowanie X jakie może emitować powierzchnia Merkurego pod wpływem promieni gamma i X emitowanych przez Słońce.
• Magnetometr (Magnetometer, MAG) – przyrząd służący do badania pola magnetycznego planety, a tym samym do wykrywania skał o właściwościach magnetycznych. Umieszczony na wysięgniku o długości 3,6 metra.
• Wysokościomierz laserowy (Mercury Laser Altimeter, MLA) – wykonywanie map topograficznych Merkurego i pomiar odległości statek-planeta.
• Spektrometr składu atmosfery i powierzchni (Mercury Atmospheric and Surface Composition Spectrometer, MASCS) – spektrometr pracujący w paśmie podczerwieni i ultrafioletu, co pozwala mu określać skład gazów (atmosfery) i ciał stałych (powierzchnia Merkurego).
• Spektrometr cząstek energetycznych i plazmy (Energetic Particle and Plasma Spectrometer, EPPS) – służy do badania składu, dystrybucji i energii cząstek naładowanych (elektronów i jonów) w magnetosferze Merkurego.
• Eksperyment radiowy (Radio Science, RS) – służy dopplerowskiemu pomiarowi prędkości statku podczas orbitowania wokół Merkurego, co pozwoli na wyznaczenie rozkładu masy pod powierzchnią planety (odróżnianie, np. gęstych skał od pustych przestrzeni).

Historia misji

Przygotowania

• lipiec 1999 – NASA wybiera misję MESSENGER jako siódmą misję programu Discovery
• grudzień 1999 – wstępne prace projektowo-badawcze
• lipiec 2001 – rozpoczęcie końcowych prac projektowych
• luty 2003 – rozpoczęcie montażu i testowania elementów statku
• grudzień 2003 – MESSENGER przechodzi testy środowiskowe w Goddard Space Flight Center
• marzec 2004 – końcowe przygotowania przed startem w Astrotech Space Operations
• 10 marca 2004 – pierwsza planowana data startu (kolejna planowana data była określona na 11 maja)
• 24 marca 2004 – decyzja o przesunięciu startu na przełom lipca i sierpnia z powodu opóźnień w montażu sondy i przygotowaniu oprogramowania procedur awaryjnych
• 29 czerwca 2004 – przełożenie startu na 2 sierpnia w związku z opóźnieniem montażu innej rakiety Delta II
• 21 lipca 2004 – umieszczenie statku w rakiecie nośnej
• 2 sierpnia – opóźnienie startu o 24 h z powodów niesprzyjających warunków atmosferycznych

Przebieg misji

• 3 sierpnia 2004 – start i wyniesienie w przestrzeń kosmiczną
• 5 sierpnia 2004 – wykonanie manewru TCM-1 o godz. 21:03:35. Na 215 sekund włączono silniczki średniego ciągu (dV=18 m/s) w celu skorygowania orbity heliocentrycznej
• 24 września 2004 – o godz. 18:00 wykonano manewr TCM-2. Na 62 sekundy włączono silniczki średniego i małego ciągu (dV=4,59 m/s). Ostateczne skorygowanie orbity heliocentrycznej
• 18 listopada 2004 – manewr TCM-3. Włączenie na 48 sekund silniczków średniego ciągu (dV=3,2 m/s)
• 23 czerwca 2005 – manewr TCM-5. Na 174 sekundy włączono silniczki małego ciągu (dV=1,1 m/s)
• 21 lipca 2005 – o godz. 18:00:01 wykonano manewr TCM-6. Na 23 sekundy włączono silniczki małego ciągu (dV=0,1 m/s)
• 2 sierpnia 2005 – o godz. 19:13 sonda zbliżyła się do Ziemi wykonując manewr asysty grawitacyjnej. Zbliżenie na odległość 2348 km miało miejsce nad Mongolią. Średnia odległość sondy od Słońca zmniejszyła się o ponad 33 mln km
• 12 grudnia 2005 – o godz. 11:30 wykonano manewr DSM-1. Na 524 sekundy uruchomiono silnik główny sondy (dV=316 m/s)
• 22 lutego 2006 – o godz. 16:00 wykonano manewr TCM-10. Na ponad 2 minuty włączono silniczki małego ciągu (dV=1,4 m/s)
• 12 września 2006 – złożony manewr TCM-11. O godz. 23:00 na 23 sekundy włączono jeden z zestawów silniczków dużego ciągu, a o godz. 23:10, na 202 sekundy, drugi zestaw, prostopadły do pierwszego (dV=1,68 m/s)
• 5 października 2006 – o godz. 22:30 wykonano manewr TCM-12. Włączenie silniczków na 58 sekund (dV=0,498 m/s)

• 24 października 2006 – o godz. 08:34 sonda zbliżyła się do Wenus na odległość 2987 km. Manewr ten zmienił orbitę heliocentryczną sondy z 0,6 × 1,065 j.a. (nachylenie 2,6°) na 0,55 × 0,90 j.a. (nachylenie 8,1°)
• 3 grudnia 2006 – manewr TCM-13. Silniki sondy zostają włączone trzykrotnie: o godz. 00:00 (na 1670 sekund), o godz. 01:00 (na 97 sekund) i o godz. 06:00 (na 1640 sekund). Łączna zmiana prędkości wyniosła 25,6 m/s
• 25 kwietnia 2007 – o godz. 17:30 wykonano manewr TCM-15. Na 140 sekund włączono silniczki sondy (dV=0,568 m/s). Krótko po jego rozpoczęciu sonda zaczęła tracić orientację. Kompensowanie ciągłym uruchamianiem silniczków spowodowało dV mniejsze od planowanego (dV=0,767 m/s)
• 25 maja 2007 – o godz. 20:00 wykonano manewr TCM-16. Uruchomienie silniczków na 36 sekund (dV=0,212 m/s)
• 5 czerwca 2007 – o godz. 23:08 nastąpiło drugie zbliżenie do Wenus. Najmniejsza odległość do planety wyniosła 338 km
• 17 października 2007 – o godz. 22:00 wykonano manewr DSM-2. Na ponad 5 minut uruchomiono silnik główny sondy (dV=226 m/s). O 22:30 na około 2 minuty włączono silniczki małego ciągu (dV=1,4 m/s)
• 19 grudnia 2007 – o godz. 22:00 wykonano manewr TCM-19. Włączenie silniczków na 110 sekund (dV=1,1 m/s)

• 14 stycznia 2008 – o godz. 19:04:39 sonda pierwszy raz zbliżyła się do Merkurego (min. odległość 201,4 km) dokonując manewru asysty grawitacyjnej^[2]. W jego wyniku parametry orbity heliocentrycznej zmieniły się z 0,33 × 0,75 j.a. na 0,32 × 0,70 j.a.
• 19 marca 2008 – o godz. 19:30 wykonano manewr DSM-3 (dV=72,2 m/s)
• 3 lipca 2008 – ogłoszenie odkrycia wody w egzosferze Merkurego^[3]
• 6 października 2008 – o godz. 08:40 nastąpiło drugie zbliżenie do Merkurego (minimalna odległość 199,4 km)^[4]
• 15 października 2008 – osiągnięcie największej prędkości (w stosunku do Słońca) w trakcie misji – 62,979 km/s^[5]
• 4 grudnia 2008 – o godz. 20:30 wykonano manewr DSM-4A (dV=219 m/s)
• 8 grudnia 2008 – o godz. 20:30 wykonano manewr DSM-4B (dV=24,7 m/s)
• 29/30 września 2009 – trzecie zbliżenie do Merkurego (min. odległość 228 km)^[6]. Wykonano kolejne zdjęcia Merkurego^[7][8]
• 29 listopada 2009 – manewr DSM-5
• 18 marca 2011 – wejście na orbitę Merkurego jako pierwszy obiekt zbudowany przez człowieka
• 4 kwietnia 2011 - rozpoczęła się 12-miesięczna faza badań naukowych
• 9 listopada 2011 - NASA ogłasza, że przedłuży orbitalną misję MESSENGER-a o rok

Całkowity koszt misji wynosi około 446 milionów USD. W sumie tej zawarty jest koszt budowy sondy i jej instrumentów naukowych, rakiety nośnej oraz koszty operacyjne podczas całej misji^[2].

Zobacz też

• Mariner 10

Przypisy

Bibliografia

• Oficjalna strona misji (ang.)
• NASA (ang.)
• Jonathan's Space Home Page (ang.)
• Loty Kosmiczne (pol.)