Ulazak satelita u atmosferu rijetko je moguće promatrati iz neposredne blizine. Kako bi pratili povratak posljednja dva satelita misije Cluster, znanstvenici su poletjeli zrakoplovom i bilježili kako se letjelice zagrijavaju i raspadaju u gornjim slojevima atmosfere. Samba je u atmosferu ušla 31. kolovoza, a Tango 1. rujna iznad udaljenog područja južnog Pacifika.
ESA će dobivene podatke upotrijebiti za poboljšanje modela koji predviđaju ulazak satelita, procjenu rizika za tlo i projektiranje letjelica koje se na kraju rada mogu sigurnije vratiti u atmosferu. Rezultate kampanje objavila je u izvješću o povratku posljednja dva satelita misije Cluster.
Četiri satelita proučavala su Zemljinu magnetosferu
Misiju Cluster činila su četiri gotovo jednaka satelita: Rumba, Salsa, Samba i Tango. Od 2000. godine letjeli su u formaciji i proučavali Zemljinu magnetosferu, područje u kojem se magnetsko polje planeta susreće sa Sunčevim vjetrom. Njihova su mjerenja pomogla objasniti kako se energija i nabijene čestice prenose kroz prostor oko Zemlje.
Salsa se vratila u atmosferu 2024., a Rumba je uslijedila godinu poslije. Samba je u atmosferu ušla 31. kolovoza 2026., dok je Tango u atmosferu ušao 1. rujna u 23:30:31 prema srednjoeuropskom ljetnom vremenu. Time je završila 26-godišnja misija.
ESA je putanje satelita unaprijed prilagodila tako da se vrate iznad nenaseljenog područja južnog Pacifika. Vrlo izdužene orbite omogućile su ESA-i preciznije predviđanje vremena i mjesta ulaska. Povratak nije bio posljedica samo trenja u gornjoj atmosferi. Na dugoročnu promjenu putanje utjecale su i gravitacijske sile Zemlje, Sunca i Mjeseca.
Mjerenja iz zrakoplova
Međunarodni tim ROSIE vodio je kampanju promatranja. Istraživači su s Tonge prema području očekivanog ulaska poletjeli zrakoplovom opremljenim s 30 instrumenata. U oba su događaja uspješno upotrijebili 29 instrumenata. Satelite su u prosjeku pratili oko 50 sekundi, od prvih znakova zagrijavanja do gubitka cjelovitosti konstrukcije.
Spektrometri su bilježili tragove materijala koji su se zagrijavali i isparavali, dok su vidljive i infracrvene kamere pratile promjene oblika i sjaja letjelica. Takva mjerenja dopunjuju laboratorijske pokuse i računalne simulacije podacima iz stvarnog povratka satelita u atmosferu.
Prethodna ROSIE-jeva kampanja pratila je povratak satelita Salsa. Tada su opažanja pokazala da se gustoća gornje atmosfere može razlikovati od vrijednosti u modelima za čak 20 posto. Raspadanje je počelo nešto ranije nego što su predviđali modeli. Podaci sa Sambe i Tanga pomoći će utvrditi je li riječ o posebnosti jednog događaja ili o pojavi koju modeli trebaju bolje opisati.
Kako se satelit raspada pri povratku
Letjelica pri velikoj brzini ulazi u sve gušće slojeve zraka. Otpor i zagrijavanje pritom rastu, materijali se počinju taliti i isparavati, a konstrukcija se raspada na sve manje dijelove. Neki fragmenti u potpunosti nestanu u atmosferi, dok drugi mogu preživjeti do nižih slojeva. Njihovo ponašanje ovisi o masi, obliku i sastavu.
Za procjenu rizika nije dovoljno izračunati samo mjesto na kojem bi satelit mogao pasti. Važni su i visina na kojoj počinje raspadanje, veličina fragmenata te materijali koji dospijevaju u atmosferu. Koliko će dugo satelit ostati u orbiti, ovisi o brzini i visini putanje, kao i kod svakog drugog satelita koji ostaje u orbiti oko Zemlje.
Zašto su takva promatranja važna
Broj satelita u orbiti oko Zemlje raste, pa završetak misije više nije samo pitanje pojedinačne letjelice. Kontrolirani ulazak omogućuje da se unaprijed odredi područje povratka i smanji opasnost od nekontroliranog pada. Dio šireg pristupa tom problemu čine i tehnologije za čišćenje svemirskog otpada, kojima bi se iz orbite uklonili dijelovi već postojećih ostataka.
Mjerenja sa Sambe i Tanga neće ukloniti postojeći otpad, ali mogu pomoći pri projektiranju budućih satelita. Preciznije predviđanje trenutka raspadanja i ponašanja pojedinih materijala olakšava zaštitu ljudi i infrastrukture na tlu te smanjuje količinu dugotrajnog otpada u gornjoj atmosferi.
ESA priprema novu misiju
ESA za 2027. planira misiju Draco, koja bi trebala pratiti i dokumentirati vlastiti ulazak u atmosferu. Letjelica će imati više od 200 senzora, četiri kamere i kapsulu za očuvanje prikupljenih podataka. Njezin će povratak, kao i povratak satelita misije Cluster, pratiti istraživači iz zrakoplova. Tako će se mjerenja izvana moći usporediti s podacima prikupljenima unutar same letjelice.
Samba i Tango završili su misiju Cluster, ali su tijekom posljednjih minuta rada poslužili kao vrijedan pokus u stvarnim uvjetima. Svaki budući satelit koji se vrati iz orbite može pokazati koliko su modeli precizni i kako treba projektirati svemirske misije za sigurniji završetak.
