Śledź zabłąkaną rakietę kosmiczną do tajemniczego krateru na Księżycu

Autor: Daniel Stolt, Uniwersytet ds. Komunikacji

Dzisiaj

W marcu 2022 roku martwa część rakiety kosmicznej wystrzeliła w kierunku powierzchni Księżyca i uderzyła w pobliżu krateru Hertzsprung – masywnego obiektu uderzeniowego po drugiej stronie Księżyca, którego nie można zobaczyć bezpośrednio z Ziemi.

Co dziwne, w przeciwieństwie do innych urządzeń kosmicznych, które wylądowały na Księżycu, to pozostawiło po sobie nie jeden, ale dwa kratery, co wywołało spekulacje na temat tego, co dokładnie znalazło swoje ostateczne miejsce spoczynku na Księżycu, według Tannera Campbelladoktorant na Uniwersytecie w Arizonie Departament Lotnictwa i Kosmonautyki i inżynierii mechanicznej Oraz pierwszy autor opracowania.

W papier Zespół badaczy z UArizona opublikował w czasopiśmie Planetary Science Journal niezbite dowody na to, że obiekt był wzmacniaczem chińskiej rakiety kosmicznej, która spędziła kilka lat w kosmosie. Badanie wykazało również, że porzucony stopień rakiety prawdopodobnie niósł dodatkowy, niewykryty ładunek.

Księżycowi nie są obce odpady zaawansowanej technologii – pozostałości statków kosmicznych, które zderzają się z Księżycem po zakończeniu podróży w przestrzeni kosmicznej. Kilka rakiet wspomagających z misji Apollo NASA to tylko kilka przykładów sprzętu kosmicznego, na który przyszli astronauci mogą natknąć się podczas eksploracji zimnego, cichego i pozbawionego powietrza księżycowego krajobrazu.

Siedem lat temu naukowcy z Uniwersytetu w Arizonie przeprowadzili… Przegląd nieba CatalinaJeden z wiodących na świecie programów, których zadaniem jest odkrywanie i badanie asteroid, które mogą stanowić zagrożenie dla Ziemi, odkrył obiekt podczas jego szybkiego przemieszczania się między Ziemią a Księżycem. Nazwali go WE0913A, ale jego tożsamość nie jest znana.

Na podstawie swojej ścieżki po niebie początkowo sądzono, że WE0913A jest wadliwym wzmacniaczem rakietowym rakiety SpaceX Falcon 9 wystrzelonej w 2015 r., a jej trajektoria umożliwiła dotarcie na Księżyc. Wstępne obserwacje za pomocą teleskopu Raptor, zbudowanego przez zespół studentów, oraz spektroskopia wkrótce pozwoliły na wyśledzenie maleńkich sygnałów optycznych odbijających się od powierzchni obiektu.

Doszli do wniosku, że sygnatura odbicia światła WE0913A i sposób, w jaki porusza się ona w przestrzeni kosmicznej, wskazują, że prawdopodobnie jest to rakieta wspomagająca Chang’e 5-T1, rakieta wystrzelona w 2014 roku w ramach programu eksploracji Księżyca Chińskiej Agencji Kosmicznej. Podczas gdy chińska agencja kosmiczna twierdziła, że ​​wzmacniacz rakiety po powrocie spłonął w atmosferze ziemskiej, amerykańskie dowództwo kosmiczne potwierdziło, że trzeci stopień rakiety nigdy nie wszedł w atmosferę ziemską.

Zaprojektowany jako stanowisko testowe dla misji mającej na celu sprowadzenie na Ziemię próbki księżycowej gleby, Chang’e 5-T1 był eksperymentalnym automatycznym statkiem kosmicznym unoszącym się na szczycie rakiety Long March 3C. Trzeci i górny stopień tej rakiety to obiekt zidentyfikowany później jako WE0913A przez Catalina Sky Survey. Wzmacniacz zapewnił ciąg, który wyrzucił ładunki na orbitę księżycową. Po zużyciu moduł orbitalny i kapsuła zwrotna próbki są wyrzucane, a następnie pozostawiane samym sobie, co jest typową procedurą w przypadku silników rakietowych po wypełnieniu swoich obowiązków.

Chociaż wzmacniacz rakiety jest zbyt mały, aby można go było rozróżnić nawet przez teleskop o dużej mocy, obserwacje dostarczyły charakterystyczną krzywą jasności i przyciemnienia, spowodowaną jej rotacją.

„tak jak „Obiekt się obraca, widzimy różnice w odpowiednim świetle, które odbija, gdy zmienia się widoczna powierzchnia”. Wisznu Reddyprofesor nauk planetarnych na Uniwersytecie w Arizonie Laboratorium księżycowe i planetarne I menadżer Centrum Kosmiczne 4. Reddy jest jednym ze współautorów artykułu i współdoradcą Campbella. „Kiedy szeroka strona rakiety jest skierowana w twoją stronę, dostajesz więcej światła, a kiedy się obraca, dostajesz mniej światła z tej strony”.

Porównując dane dotyczące krzywej blasku z symulacjami komputerowymi tysięcy wirtualnych obiektów unoszących się w przestrzeni, zespół był w stanie ustalić, że WE0913A nie jest tym, czego można by oczekiwać od wzmacniacza rakietowego.

„Coś znajdowało się w kosmosie tak długo, jak długo pozostawało pod wpływem sił grawitacyjnych Ziemi, Księżyca i światła słonecznego” – powiedział Campbell. „Można więc było się spodziewać, że będzie się trochę chwiać, zwłaszcza biorąc pod uwagę, że korpus rakiety to duża pusta skorupa z ciężkim silnikiem po jednej stronie. Ale ona po prostu toczyła się od końca do końca, w bardzo stabilny sposób.”

Innymi słowy, wzmacniacz rakietowy musi mieć jakąś przeciwwagę dla dwóch silników, z których każdy waży 1200 funtów bez paliwa.

„Wiemy, że wzmacniacz miał platformę narzędziową zamontowaną na górnym końcu, ale ważył tylko około 60 funtów” – powiedział Campbell. „Przeprowadziliśmy analizę bilansu momentu obrotowego, która wykazała, że ​​taka wielkość ciężaru przesunęłaby środek ciężkości rakiety o kilka cali — to nie na tyle, aby uwzględnić jej stabilny obrót. To prowadzi nas do przekonania, że ​​musiało za tym kryć się coś więcej zamontowany z przodu.”

Inne dowody pochodzą z samego uderzenia: kiedy rakieta uderzyła w Księżyc, zamiast pojedynczego krateru utworzyła dwa kratery, oddalone od siebie o około 30 metrów. Ponownie jest to wysoce niezwykłe, zdaniem Campbella, który zauważył, że kratery pozostawione przez rakiety Apollo są albo okrągłe, jeśli obiekt spadł prosto w górę, albo prostokątne, jeśli spadł pod małym kątem.

„To pierwszy raz, kiedy widzieliśmy podwójną dziurę” – powiedział. „Wiemy, że w przypadku Chang’e 5 T1 uderzenie było niemal bezpośrednie, a aby uzyskać te dwa kratery o mniej więcej tej samej wielkości, potrzebne są dwie mniej więcej równe masy, które są daleko od siebie”.

Badanie podkreśla rosnącą potrzebę: możliwość śledzenia niedziałającego sprzętu kosmicznego po tym, jak spełnił on swoje zadanie, jest niezbędna do dalszej eksploracji kosmosu. W tym celu programy badawcze nad tak zwaną świadomością sytuacyjną w przestrzeni kosmicznej odgrywają kluczową rolę, a Centrum Space4 na Uniwersytecie w Arizonie jest częścią tych wysiłków, jak podaje amerykańska strona internetowa „space”. Roberto Furfarozastępca dyrektora Space4 i współdoradca Campbella.

Furfaro jest współautorem artykułu i profesorem w Katedra Inżynierii Systemów i Przemysłu w Wyższa Szkoła Inżynierska. Inni współautorzy artykułu to UArizona Walka Adamaabsolwent w Laboratorium Księżycowym i Planetarnym oraz Neila Pearsonadyrektor Laboratorium Redi.

„Zarówno na poziomie rządowym, jak i komercyjnym istnieje ogromny nacisk na wyprawę na Księżyc, a gdy na Księżyc umieści się coraz więcej rzeczy, bardzo ważne staje się, abyśmy nie tylko śledzili obiekt, ale także sam obiekt” – Furfaro powiedział. A także zrozum, co zrobią, gdy już tam dotrą.

Jeśli chodzi o dodatkowy ładunek rakiety Chang’e 5 T1, istnieje duże prawdopodobieństwo, że jej tożsamość pozostanie tajemnicą, powiedział Campbell.

„Oczywiście nie mamy pojęcia, co to może być, może jakieś dodatkowe struktury wsparcia, dodatkowe narzędzia lub cokolwiek innego” – powiedział. – Prawdopodobnie nigdy się nie dowiemy.