Romania Military

În spațiu: Selena

Iulian

Luna. Selena/Selene. Cynthia. Singurul satelit al Pământului, companionul apropiat, atât de cunoscut. The harsh mistress!
 

Geografia Lunii. Sau cosmografia lunii. De fapt Selenografia!

Luna are un diametru de 3474 km, adică un sfert din cel al Pământului și asta o face o prezență rară (din observațiile de până acum), fiind cel mai mare satelit prin comparație cu planeta în jurul căreia orbitează. Este totodată al cincilea cel mai mare satelit din Sistemul Solar, după sateliții galileeni (Ganymede – cel mai mare, Callisto și Io) și satelitul lui Saturn – Titan. Așadar nu este mică deloc, dimensiunea percepută de noi datorându-se distanței mari, distanță care nu este conștientizată de toată lumea prea ușor. În speță, Luna se mișcă în jurul Pământului pe o traiectorie eliptică (mulțumim Kepler!) care variază între 356 400 km și 406 700 km (apoapsa se numenste apoluna, apocintion sau aposelen iar periapsida este periluna, pericintion sau periselen, după cum în cazul Terrei avem apogeu și perigeu), pe o orbită progradă înclinată la 5.14° față de planul ecliptic (nu față planul ecuatorial!). Altfel spus, în spațiul dintre Terra și Lună ar încăpea (în medie) 30 de planete de dimensiunea Pământului. Dacă Pământul ar fi o minge de baschet atunci Luna ar fi o minge de tenis aflată la peste 7 metri distanță. Pentru că mulți asociem distanțele mari parcurse cu orele de zbor, putem menționa că ne-ar lua 14 zile ca să ajungem acolo cu avionul. În realitate călătoriile până la Lună depind de traiectoria aleasă și de sistemul de propulsie: NASA New Horizons (în drum spre Pluto) – 8 ore, NASA Apollo – 3 zile, Chang’e 4-5 zile, ESA SMART-1 (motor ionic) 1 an.

Explorarea Lunii

Distanța Pământ – Lună

Iar această distanță crește în fiecare an cu 4 cm, Luna îndepărtându-se de Pământ. Totuși nu va ieși de pe orbita acestuia (sfera Hill). De fapt depărtarea va continua probabil până când Luna va ajunge pe orbita geosincronă (se va produce sincronizarea cu perioada de rotație a Pământului în jurul propriei axe) și vom ajunge să vedem Luna doar dintr-o zonă privilegiată a Pământului. Ipotetic vorbind asta se va petrece peste cam 50 de miliarde de ani, dar trebuie să ținem cont că peste vreo 5 miliarde de ani Soarele nostru va deveni o gigantă roșie și va … complica lucrurile. Forțele mareice generate de atracția gravitațională sunt la baza acestei îndepărtări dar tot ele încetinesc rotația Pământului și produc … ei bine, mareele.

Luna urmează o mișcare de rotație sincronă în jurul Pământului; asta înseamnă că se rotește în jurul propriei axe în aceeași perioadă în care se rotește în jurul Terrei. Datorită acestei rezonanțe gravitaționale noi vedem mereu aceeași față a Lunii. Cealaltă față ne este mereu ascunsă, de unde și numele de “fața întunecată”, deși denumirea este incorectă pentru că ambele fețe sunt scăldate de lumina Soarelui (deși noi nu vedem asta). Poate numele de față ascunsă ar fi mai corect.

Luna are straturi diferențiate: miez mic (20% din diametru, Terra având spre comparație un miez de 50% din diametru) solid din fier și nichel (dar cu o parte exterioară parțial lichidă – în curs de solidificare), manta și crustă din feldspat (crusta e mai subțire pe fața vizibilă).

Cea mai comună teorie legată de formarea Lunii spune că ea s-a format acum aproximativ 4.5 miliarde de ani în urma impactului unui corp de mărimea lui Marte cu Pământul. Materia expulzată în urma impactului s-a coagulat/conglomerat pe orbita Terrei sub forma unei sfere de magmă. În următorii 100 de milioane de ani lava s-a răcit și s-a cristalizat, cu materia cu densitate mai mică “plutind” la suprafață (și formând scoarța). O urmare a acestei formări este densitatea mică a Lunii (fiind formată din scoarța Pământului și nu din materia densă din interior), în speță masa selenară fiind de doar 1.2% din cea a Terrei. Pe cale de consecință, este mult mai ușor să părăsești Luna decât Pământul, mai precis e nevoie de Δv de șase ori mai mică pentru a ajunge pe orbita joasă. Gravitația pe suprafața Lunii este 1/6 față de cea cu care suntem obișnuiți. De aici și deplasarea prin salturi pe care o vedem în filmele cu astronauți pe Lună.

Ușurința cu care putem vedea și studia Luna a făcut să avem și o cosmografie detaliată, cu forme de relief cunoscute, categorisite și mai ales botezate. De fapt oamenii au încercat să cartografieze suprafața Lunii folosind similitudinile cu geografia pământeană. Avem astfel:

Luna nu are practic câmp magnetic sau atmosferă. De fapt câmpul magnetic e foarte slab, și nu este unul bipolar, ci mai degrabă magnetizarea scoarței rămasă dinaintea solidificării. Luna a avut atmosferă dar a pierdut-o în urmă cu 3-4 miliarde de ani din cauza vânturilor solare. Evident cele doua pierderi sunt legate.

Geografia Lunii

 

Explorarea

Începutul a fost făcut prin explorarea robotică. Primele încercări au debutat în 1958 când americanii (prin USAF, căci NASA nu apăruse încă) au lansat Pioneer 0 / Able 1, prima lansare a oamenilor spre Lună, și prima lansare în afara orbitei Pământului (la un an după Sputnik 1, și jumătate de an după Sputnik 3 / Laika și Explorer 1 – aceștia fiind primii sateliți lansați în spațiu), însă racheta a explodat la 73 de secunde după lansare. Sovieticii au încercat și ei după o jumătate de an cu Ye-1 No. 1 (Luna) dar cu același deznodământ. Au urmat încă 3 eșecuri americane (Pioneer 1, 2, 3) și 2 sovietice (Luna) înainte ca, în 1959, URSS să bifeze o nouă mare realizare în fața capitaliștilor: Luna 1, deși a avut un succes parțial, ratând întâlnirea cu Selena, a fost totuși prima sondă spațială care a ieșit de pe orbita Pământului, a survolat Luna la o distanță de 6000 km și (după defectarea sistemului de ghidare) a intrat pe orbita Soarelui. Imediat după asta și americanii au bifat un succes parțial cu Pioneer 4, care deși nu a reușit să fotografieze Luna, a survolat-o la 60 000 km înainte de a intra și el pe orbita Soarelui.

Luna 1 și Pioneer 3, 4

Tot în 1959 americanii au mai avut 2 eșecuri iar rușii au dat lovitura cu Luna 3, prima misiune cu succes deplin. De data asta nu au mai încercat să iasă de pe orbita Pământului, ci și-au plasat sonda pe o orbită cu excentricitate mare, astfel încât traiectoria parcursă să se apropie la 7 900 km de Lună. Luna 3 a făcut 29 de poze cu Luna (nici un selfie, totuși ? ), pe care le-a developat automat, le-a scanat și apoi le-a transmis prin radio către Pământ. 17 dintre ele au fost reușite, și de aici ne-am ales și cu prima imagine a feței “întunecate”.

Fața întunecată a Lunii

A urmat perioada “nebună” a anilor 60, cu uriașa cursă spațială sovieto-americană, cu nu mai puțin de 55 de misiuni spre Luna! Prima jumătate a deceniului a fost marcată exclusiv de insuccese: 7 misiuni Luna sovietice ratate și 6 eșecuri americane (Pioneer P30, P31, Ranger 3,4,5,6) până la reușita lui Ranger 7, care ne-a dat primele poze americane ale Lunii, în Mare Nubium (‘64):

Ranger 7

Deja avem și o schimbare de strategie, americanii perfecționând sondele de “impact” (destinate prăbușirii pe suprafața Lunii, și fotografierii detaliate până la momentul contactului cu solul) în timp ce sovieticii încercau asolizarea. În continuare, în 1965 americanii au ținut-o cu 2 succese (Ranger 8 și 9) în timp ce rușii și-au mai strivit încă 4 sonde (3 Luna și Kosmos 60) înainte de bucuria unei noi reușite : Zond 3, o sondă destinată inițial plecării către Marte care a survolat și fotografiat Luna. Perseverența le-a fost pusă la încercare cu 2 noi dezastre (Luna 7 și 8) înainte de răsplata primei aselenizări reușite de Luna 9. Era pentru prima oară când tehnologia creață de om reușea să asolizeze în afara Pământului.

Luna 9

După sincopa numită Kosmos 111 rușii au realizat o nouă premieră: Luna 10 a devenit prima sondă spațială plasată pe orbita Lunii. Americanii au reușit să demonstreze că sunt aproape și ei și au egalat performanțele sovieticilor cu Surveyor 1 (prima aselenizare a iancheilor) și Lunar Orbiter (prima sondă americană care orbitează satelitul nostru). Un selfie de școală veche:

Surveyor 1, selfie

În 1966 și 1967 am mai asistat la alte 5 misiuni sovietice (1 insucces Luna și 4 Luna mai norocoase: 11, 12, 13, 14) și alte 4 Lunar Orbitere americane (2, 3, 4, 5 – toate cu succes) și 6 Surveyere (2 și 4 cu ghinion dar 3, 5, 6, 7 cu mari satisfacții). Cursa se întețea, și miza a fost mărită prin găzduirea vieții la bordul sondelor. Mai întâi am avut Zond 5 și țestoasele sale care au supraviețuit cu bine survolării Lunii și aterizării în Oceanul Indian dar și Zond 6 care și-a ucis “încărcătura biologica” (rușii nu au spus ce a cărat) de două ori, prin depresurizare și respectiv prăbușire. Răspunsul americanilor a fost Apollo 8, care a dus pe orbita selenară (și după ce-au înconjurat Luna de 10 ori, în 20 de ore, înapoi pe Pământ cu bine) primul echipaj uman: Frank Borman, James Lovell, William Anders. Ei sunt primii oameni care au părăsit orbita Pământului (deși inițial planul nu era acesta). Alături de ei intră în istorie și Saturn V. Povestea rachetelor Saturn si a misiunii Apollo 8 o găsiți pe RomaniaMilitary, bineînțeles.

Tot din acest moment ne-a rămas imaginea legendară a primului răsărit de Pământ.

Răsăritul Pământului – Earthrise

Deja vântul începea să bată doar dinspre apus. Drept răspuns la Apollo 8 rușii au încercat să pună primul vehicul/rover pe Lună, dar fără succes (ba chiar au “pierdut” și sursa de Poloniu radioactiv a vehiculului – se presupune că a fost însușita de soldații ajunși la locul prăbușirii). Iar americanii au mai bifat o misiune îndeplinita, cu Apollo 10, ultima repetiție înaintea aselenizării umane, care a dus în spațiu echipajul Thomas Stafford, John Young și Eugene Cernan. Rușii au încercat să revină în cursă cu aducerea pe Pământ a primelor mostre de sol lunar, dar au eșuat în cele 2 încercări (Luna și Luna 15).

Și am ajuns cu povestea la data de 20 iulie 1969, când în cadrul misiunii Apollo 11, primii oameni au ajuns pe Lună: Neil Armstrong și Edwin Aldrin. The eagle has landed! I-a însoțit de pe orbită Michael Collins.

Peisaj cu om copleșit de eveniment

Până la sfârșitul deceniului, rușii au avut imediat misiunea Zond 7, un nou succes dar tot cu țestoase (și un manechin uman). Nu fantastic dar nici groaznic! Și dacă nu aveau motiv de depresie suficient, sovieticii au eșuat de încă 2 ori în prelevarea de sol lunar și aducerea lui acasă (Kosmos 300 și 305). Конец!

Tot pe RM găsiți și prezentarea tehnicii spațiale roșii, într-o serie de articole scrise de WW.

Noua decadă a anilor 70 a început cu nefericitul Apollo 13 (dar echipajul James Lovell, John „Jack” Swigert și Fred Haise, a ajuns totuși cu bine până la Lună și înapoi pe Pământ). Vă sună cunoscut vreunul din nume? Păi James Lovell a fost primul om care a ajuns de două ori la Lună. Rușii încă nu. Mai precis au avut în același timp un nou eșec în încercarea de aduce sol extraterestru acasă. Succesul mult dorit a venit cu Luna 16, care a reușit aselenizarea, prelevarea unei mostre de sol și trimiterea ei înapoi în URSS. Au urmat și alte misiuni de succes – Zond 8 (până la urmă o repetiție de succes a unei misiuni care nu va mai veni vreodată) și mai ales Luna 17 care a dus cu bine primul vehicul robotic sovietic pe Lună, respectiv Lunokhod 1 care a mers 10 km în aproape un an. Tot în anii 70 spre Lună au mai plecat și misiunile Apollo 14, 15, 16 (al cărui nume știm din Satelitul – săptămana 2019/08 că este legat de descoperirea geocoronei), 17, PSF 1 și 2, Luna (18, 19, 20, 21, 22, 23, 24), Lunokhod 2 și … Mariner 10, în drumul său spre Mercur.

Lunokhod 1

In anii 80 nu am mai avut misiuni spre Luna.

După 1990 asistăm la întoarcerea timidă a explorării robotice,mai întâi prin intrarea unui nou actor pe scenă, Japonia trimițând misiunea Hiten, cu succes parțial (a reușit intrarea pe orbită și a demonstrat prima frânare atmosferica a unei nave spațiale deep space dar sonda Hagoromo nu a reușit să comunice cu stațiile de la sol). A urmat reîntoarcerea NASA cu Clementine, o navă experimentală (de fapt demonstrator de tehnologie pentru defensivă anti-rachetă) care a reușit să cartografieze color suprafața și să descopere prezența apei în craterele umbrite. Apoi am avut Lunar Orbiter care a continuat cartografierea detaliată, căutând mai ales dovezi ale prezenței apei (atât prin identificare spectrometrica cat si prin observarea efectului propriei prăbușiri) și a adăugat și o hartă magnetică.

Și intrăm în noul mileniu când asistăm la internaționalizarea misiunilor lunare. Astfel apar și europenii cu SMART-1, o misiune de testare a noilor tehnologii (aminteam mai devreme motorul ionic care a folosit doar 60 L de agent de propulsie – Xenon, dar au fost și multe altele – spectrometru în infraroșu, spectrometru compact în raze x, comunicare optică- laser, navigație autonome etc ). Japonezii (JAXA) au revenit cu un succes deplin prin SELENE (Selenological and Engineering Explorer) – Kaguya care ne-a lăsat cea mai detaliată topografie lunară. Tot în această decadă am avut debutul programului lunar chinez (în 3 pași) prin Chang’e 1, care s-a ocupat (cu succes) tot de cartografierea suprafeței. Toate cele 3 sonde amintite au sfârșit în urma impactului voluntar cu solul Selenei. Și după chinezi nu puteau să lipsească indienii care s-au mândrit cu misiunea Chandrayaan-1, realizată cu ajutor din partea ESA și NASA și care a avut un real succes științific dovedind prezența apei în zonele polare (iar specialiștii ESA au demonstrat și absorbția hidrogenului din vânturile solare și combinarea lui cu oxigenul din sol), și existența tunelurilor vulcanice – un potențial habitat pe viitor. Misiunea s-a terminat prematur după supraîncălzirea sistemului de comunicații cu Pământul. Remarc cu mare ciudă și prezența bulgarilor prin Институт за космически изследвания и технологии = Institut za kosmicheski izsledvaniya i tekhnologii și al lor dozimetru RADOM-3 pentru măsurarea radiațiilor în jurul Lunii. Nu puteau lipsi totuși americanii care au avut și ei 2 misiuni gemene: LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) ocupat cu cartografierea 3D (misiunea este încă activă datorită unei extensii) și LCROSS (Lunar Crater Observation and Sensing Satellite) care s-a prăbușit voluntar împreună cu Centaurul purtător (treapta superioară a rachetei Atlas folosită la lansare) pentru a ne confirma prezența apei în craterele umbrite (sub formă pură – gheață) împreună cu alte elemente rare și pentru a deschide interesul americanilor pentru colonizarea Lunii.

Și uite că am ajuns în prezent.

În acest deceniu, chinezii și-au continuat misiunile cu Chang’e 2, care a evoluat în jurul Lunii și apoi s-a deplasat până în L2 (punctul Lagrange aflat în exteriorul orbitei Pământului în jurul Soarelui – poziție mereu “umbrita” și propice telescoapelor spațiale europene și americane) drept demonstrator tehnologic și apoi a primit o extensie de misiune spre asteroidul 4179 Toutatis. Au avut și Chang’e 3 cu prima aselenizare cu succes (și roverul Yutu). Apoi Chang’e 4 (de fapt trio-ul realizat de landerul Chang’e 4, roverul Yutu-2 și satelitul Queqiao aflat în L2 (plus 2 microsateliți). Misiunea este încă activă și a fost parte a mai multor articole Satelitul. Pe 27 iunie 2019 Yutu 2 (Iepurele de jad) și landerul Chang’e 4 (zeița lunii în mitologia chineză) și-au reluat cu succes activitatea pentru a 7-a zi lunară după ce au hibernat pe perioada nopții (14.5 zile pământene) la –190 °C. Are probleme cu sistemul de comunicații (și automat și cu telemetria) după ce un microcip a fost lovit de razele cosmice dar a depășit de mult durata de viață așteptată (3 luni), parcurgând până acum 212 metri în 175 zile.

Americanii au început prin a redirecționa doi din cei 5 sateliți ai misiunii de studiere a aurorelor boreale de pe orbita Pământului- THEMIS (Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms) spre Lună, devenind astfel misiunea ARTEMIS (Acceleration, Reconnection, Turbulence and Electrodynamics of the Moon’s Interaction with the Sun) – fără legătură cu programul spațial ARTEMIS (al cărui nume nu este o abreviere ci este dat de sora lui Apollo). Cei doi sateliți au studiat magnetismul lunar și efectul vânturilor solare din L1 și L2 și apoi au intrat pe orbita Lunii. Misiunea este încă activă.

Următoarea misiune a fost GRAIL (Gravity Recovery and Interior Laboratory) cu 2 sateliți gemeni (Ebb și Flow) care au realizat harta gravitațională și apoi s-au prăbușit deliberat pe suprafața Lunii. A urmat LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer) care a studiat atmosfera și exosfera și apoi s-a strivit și el de suprafața selenară.

Putem adăuga aici și încercarea nereușită a israelienilor cu Beresheet despre care s-a tot discutat în Satelitul.

Ghinionul face să nu introducem pe lista misiunilor active și Chandrayaan-2 a indienilor de la ISRO, care a fost amânată luni 15 iulie cu 56 de minute înainte de lansare din cauza unor probleme tehnice ale rachetei Geosynchronous Satellite Launch Vehicle Mark III (GSLV Mk-III). Misiunea va încerca aselenizarea la polul sud unde va plasa un lander (Vikram) și un rover (Pragyan) care se estimează că va parcurge 500 m în 14 zile (durata estimată de viață). Drumul până la Lună va dura 54 de zile (asistare gravitațională din partea Pământului – asemănător itinerariului ales și de israelieni).

Așadar, până acum avem 21 de aselenizări:

Însă partea interesantă abia acum urmează, când ne gândim la misiunile viitoare.

În primul rând: Artemis! Adică programul NASA de reîntoarcere pe Lună. And this time, to stay. Așadar vorbim despre stabilirea permanentă a omului pe Lună. Voi spune doar câteva rânduri despre Artemis, pentru că în mod sigur vom reveni cu un articol dedicat. Programul este deja în desfășurare. NASA a ales inițial o strategie conservatoare, stabilind un itinerar indirect, fragmentat, cu lansarea de pe Pământ cu ajutorul unei rachete noi, mari, puternice, pe numele ei SLS. Aceasta va purta capsula Orion. Va exista și o haltă intermediară, o stație spațială pe orbita Lunii, numită Gateway, bazată pe cooperarea extinsă în principal cu ESA (dar și JAXA, ASC și Roscosmos). Apoi landerul lunar (și modulul ascensional). Apoi a venit grăbirea programului (ținta 2024 pentru oameni pe Lună și 2028 pentru prezență permanentă și sustenabilă) care a tulburat planurile inițiale. În acest moment se discută despre platforme alternative (ex: Dragon 2 pentru Orion, Falcon Heavy pentru SLS), Gateway-ul s-a micșorat cu peste 60% iar prezența europeană este incertă (va fi hotărâtă probabil în toamnă în Spania, iar până atunci Jim Bridenstine va face lobby prin Europa), modulul lunar va fi făcut fie parțial (NextSTEP Appendix E: doar modului de coborâre și asolizare) fie integral (Appendix H: și cel ascensional) de către privați. Costul estimat este de 30 de miliarde de dolari (4-6 miliarde pe an). Adică un buget foarte apropiat de Apollo. De subliniat că misiunea nu este una independentă, de sine stătătoare, ci parte a programului către Marte. Mă mănâncă rău degetele dar aceasta este o misiune epocală, și merită măcar un articol dedicat.

Sustenabilitatea demersului de colonizare a Lunii se bazează în mare parte pe capacitatea de a găzdui oameni pe durate lungi, pe instalarea instalațiilor energetice (panouri solare) și exploatarea resurselor de gheață (oxigen – pentru susținerea vieții și propulsia rachetelor și hidrogen – combustibil și agent de extracție, obținute prin electroliză). De fapt sunt peste 30 de metode de obținere a apei, o sursă promițătoare fiind ilmenitul (FeTiO3) care necesită puțină energie în cadrul procesului de prelucrare și în plus lasă și reziduuri de Ti (cam toate produsele albe pe care le știți – sau peste 60% – au la bază dioxidul de titan). ProSPA. Combustibilul și viteza prietenoasă de evadare (Δv) care face posibilă livrarea către LEO (Luna devenind practic o benzinărie spațială), împreună cu mici cantități de elemente rare livrabile către Pământ vor asigura partea economică a viitorului (sau așa se speră).

Ca să punem planurile în perspectivă, marea explorare spațială poate fi împărțită în 3 orizonturi de timp:

Se caută exploratori

Așa cum am semnalat în secțiunea Arta Războiului, misiunea are deja propriul post de radio, unde melodiile potrivite au fost stabilite interactiv – Third Rock Radio.

Americanii au planificate și alte misiuni către Lună, și partea interesantă este că deja se întrevede și intrarea în joc a actorilor privați, amestecați în diferite moduri cu NASA. Menționam Lunar Scout, Z01, Peregrine și Blue Moon.

Pe lângă copleșitorul Artemis avem și misiuni viitoare programate de chinezi (Chang’e 5 și 6), Japonia (SLIM, Destiny), Rusia (Luna 25, 26, 27), India, Coreea de Sud și Germania. Remarc cu tristețe absența europenilor care au anulat Moon Landerul iar alte misiuni probabil nu vor primi aprobare și buget (spre exemplu Heracles este în pericol, fiind legat de originalul Gateway).
 

Cum e să trăiești pe Lună?

Evident, Luna este un mediu inospitalier pentru noi, și are o grămadă de piedici care trebuie trecute de oamenii care vor locui acolo, fie și măcar temporar:

 

Marius B

Notă: Există o evaluare înglobată în acest articol, te rog vizitează acest articol pentru a-l evalua.  

Surse:
1. How Far Away Is the Moon? ( https://spaceplace.nasa.gov/moon-distance/en/#
2. Teach with the Moon ( https://www.esa.int/Education/Teach_with_the_Moon/Moon_images/(ipp)/9/(start)/27 )
3. Exploration of the Moon – WHAT IS THE DEEP SPACE GATEWAY? ( http://exploration.esa.int/moon/59374-overview/ )
4. Explore Moon to Mars ( https://www.nasa.gov/specials/moon2mars/#explore )
5. ( https://www.jpl.nasa.gov/edu/teach/tag/search/Earth%27s+Moon )
6. The Exploration of the Moon: a History ( https://moon.nasa.gov/exploration/history/ )
7. Russian Moon exploration program ( http://www.iki.rssi.ru/eng/moon.htm )
8. Yutu-2 Still on the Move! ( http://lroc.sese.asu.edu/posts/1109 )
9. Dana M Hurley – Lunar Volatiles, 10 April 2014 ( https://www.nasa.gov/sites/default/files/files/06-Hurley_Lunar_Volatiles.pdf )

Sursele imaginilor: NASA, Wikipedia, Pauline Acalin/Teslarati

Exit mobile version