NASA a transmis la inceputul acestui an cateva comunicate de presa ingrijoratoare cu privire la starea tehnica a telescopului spatial Kepler. Desi deocamdata nu este vorba de o defectiune reala, inginerii sunt ingrijorati si atrageau atentia cu privire la degradarea performantelor unor echipamente de bord ce ar putea afecta ulterior colectarea datelor stiintifice.

Sa vedem asadar care sunt aceste potentiale probleme.
In iulie 2012 Kepler pierdea roata inertiala numarul doi. Ramasi cu doar trei RWL (reaction wheel) din patru, inginerii au schimbat complet strategia de operare a satelitului. Temperatura lubrefiantului a fost crescuta, rotile inertiale au fost folosite la viteze de rotatie mai mari si ele au fost accelerate in ambele directii.

Din pacate, in ianuarie 2013, RWL cu numarul 4 a dat semne de slabiciune, dupa ce inginerii au vazut in datele satelitului o crestere a frictiunii in lagarul sistemului. RWL 4 a fost problematic si impredictibil inca de la inceputul misiunii, cu perioade de crestere a frecarii in lagare si apoi revenire la normal, un fenomen pe care inginerii nu l-au putut explica niciodata. De aceasta data, asa cum spuneam, rezistenta este crescuta si nu pare ca se va corecta de la sine.

Ulterior s-a luat decizia de a pune satelitul intr-un asa numit ‘wheel rest safe mode’ pentru 10 zile. Acesta este de fapt un ‘safe mode’ - satelitul este orientat si mentinut spre Soare cu ajutorul sistemului de propulsie, in timp ce RWL sunt oprite. Pe aceasta perioada deasemenea toate observatiile stiintifice au fost oprite. Aceasta este o procedura clasica de siguranta pe care inginerii o executa in astfel de cazuri (Defectarea rotilor inertiale este un fenomen destul de frecvent la sateliti – acestea, dispozitive mecanice care se rotesc la viteze foarte mari, sunt predispuse sa se defecteze la solicitarile extreme din spatiu). Despre un incident similar petrecut la bordul lui Mars Odyssey discutam intr-un articol din noiembrie 2012:

NASA anunta o noua problema la bordul lui Mars Odyssey
http://www.spacealliance.ro/articles/view.aspx?id=20121118053649

Lasand o perioada de ‘odihna’, lubrefiantul ar trebui sa se adune in camera de colectare a RWL si sa se redistribuie uniform in interiorul lagarului inlaturand frecarea.
Din pacate datele colectate dupa aceasta perioada de ‘odihna’ nu au aratat vreun efect benefic al acestui experiment, ci dimpotriva momente scurte  in care frecarea creste substantal (scurte salturi ale valorii ei), asa incat ramane suspiciunea ca roata inertiala numarul 4 poate ceda in orice moment.

RWL de pe Kepler sunt produse de Goodrich Corp. si pot opera la viteze intre 1000-4000 rpm.




 
Segmentul de comanda al AOCS (attitude and orbit control system), cel care este responsabil pentru orientarea satelitului in spatiu, include roti volante (4 la numar) si motoare chimice grupate deasemenea in doua branse - principala si de rezerva.
Rotile volante, RWL, sunt aranjate intr-o configuratie piramidala, in asa fel incat, fiecare dintre ele poate prelua sarcina celorlalte (in caz de defectiune).
Dupa incidentul din iulie 2012, satelitul a ramas controlabil pe toate cele trei directii, insa cu doar trei roti volante functionale, astfel ca inginerii au trebuit sa schimbe si softul de control, pentru a scoate din bucla de control RWL defect.
RWL sunt folosite pentru micile manevre de corectie pe care le face satelitul, acolo unde nu este nevoie de activarea motoarelor si in acest fel se poate economisi combustibil.

Pentru cei mai putin familiarizati cu aceste concepte, trebuie spus ca in mod normal, daca totul este in regula, motoarele sunt folosite doar la manevrele orbitale ample (acolo unde momentul furnizat de RWL nu este suficient) sau in cazul desaturarii RWL.
Totusi, daca satelitul se va confrunta cu o alta defectiune, la un alt RWL, atunci intreaga logica de control a software-ului va trebui regandita, pentru ca stabilizarea triaxiala, de care este nevoie, va trebui asigurata prin folosirea in paralel si a motoarelor chimice. Includerea lor in functionarea de zi cu zi va insemna insa o scurtare substantiala a vietii satelitului.

Mai mult, trebuie inteles ca satelitul Kepler face fotometrie si functioneaza dupa principiul ‘point and stare’, adica ramane nemiscat intr-o anumita directie, cautand in campul vizual orice fluctuatie luminoasa ce poate semnaliza prezenta unei exoplanete.
RWL sunt esentiale penru a mentine telescopul nemiscat si pentru a compensa orice perturbatie externa (cum ar fi spre exemplu presiunea solara). Fara RWL lucrurile se schimba dramatic. Nu va fi poate sfarsitul misiunii dar intregul concept trebuie regandit de la zero si este probabil ca noua strategie de operare sa implementeze o lege speciala de scanare a cerului. Folosirea motoarelor chimice pentru pozitionare va crea probleme pentru ca ele introduc mici perturbatii si socuri ce teoretic pot afecta calitatea imaginilor. Deasemenea nu trebuie uitat ca senzorul lui Kepler este expus in permanenta neexistand un ‘shutter’ mecanic (o membrana) care sa inchida mecanic telescopul. Foarte probabil ca sa fie nevoie de multa procesare ulterioara a datelor pentru a le corecta.

Pierderea RWL numarul 4 ar fi chiar un moment prost acum cand NASA a aprobat bugetul pentru extinderea misiunii dupa 2016 si cand telescopul american a ramas singurul vanator spatial de exoplanete dupa pierderea lui Corot.

Pentru cei mai putin familiarizati cu domeniul trebuie sa amintim ca in 2006, Franta, prin agentia sa spatiala CNES, lansa propriul sau vanator de exoplanete, telescopul spatial Corot (Convection Rotation and planetary transits) care a costat aproximativ 170 de milioane de euro. Satelitul de 630 kg, cu o lungime de 4.1 m si un diametru de 1.9 m, avea montat un telescop cu diametrul de 27 cm si era operat dintr-o orbita 827 km x 827 km x 90 grade inclinatie. Corot functiona la lungimi de unda intre 370 nm si 950 nm si avea 4 CCD-uri de 2048 x 2048 pixeli, racite la -40 Celsius. In ciuda dimensiunilor reduse, telescopul lui Corot a scris istorie, depasindu-si cu mult perioada de operare (initial stabilita la 2.5 ani), confirmand 31 de exoplanete si detinand in 2009 si recordul pentru cea mai mica exoplaneta descoperita la momentul acela, COROT-Exo-7b, prima din ceea ce avea sa devina mai tarziu categoria ‘super-Pamanturilor’ (ea avea un factor de 1.58 din raza Pamantului).
Ca o particularitate trebuie mentionat ca echipa de cercetatori ce studiaza datele lui Corot anunta numai planetele confirmate, nu si candidatele, numarul acestora ridicandu-se in prezent la 200.

COROT descopera cea mai mica exoplaneta
http://www.spacealliance.ro/articles/view.aspx?id=200907061555

Din pacate, in 2009 Corot a suferit o anomalie la una din unitatile de procesare a datelor la bord aflate in directa conexiune cu instrumentul, ceea ce i-a redus capacitatea de lucru. De atunci operarea a fost facuta in exclusivitate cu cea de a doua unitate de procesare, pana in noiembrie 2012, cand si aceasta s-a defectat, facand practic imposibila orice legatura intre instrument si computerul de bord. Asa incat, desi satelitul este functional, el nu mai poate sa produca nici un fel de date stiintifice. Anomalia nu a putut fi explicata deocamdata, insa partea buna este ca echipa din Toulouse nu a depus inca armele, sperand ca va reusi sa reconfigureze comunicatia la bord si sa repuna telescopul in stare de functionare.

Sa ne intoarcem insa la Kepler si sa aruncam o scurta privire asupra specificatiilor tehnice ale misiunii.
Kepler este un telescop cu diametrul de 95 cm, scanand la lungimi de unda de 400 nm -865 nm si zburand intr-o orbita heliocentrica, cu o perioada orbitala de 372.5 zile, o orbita construita in asa fel incat sa asigure protectie impotriva interferentelor optice care ar putea sa survina din partea Pamantului, Soarelui sau Lunii, fara perturbatii orbitale sau din partea radiatiei electromagnetice.
Satelitul are o masa de 1039kg la lansare, este cel mai mare telescop lansat vreodata de NASA care nu graviteaza in jurul Pamantului si detine cel mai mare CCD care a zburat vreodata in spatiu (94.617.600 pixeli)- un senzor grupand 42 de CCD-uri fiecare cu 2200x1024 pixeli si dimensiune de 50x25mm, capabil sa analizeze semnalele luminoase provenite din grupuri de pana la 150.000 de stele din clasele spectrale A-K si magnitudinea mai mica de 14 (spre comparatie Corot nu putea analiza decat pana la 12000 de stele simultan). Datele din fiecare imagine realizata se vor integra apoi la bord (fiecare proces de analiza durand aproximativ 15 minute). Telescopul, al carui diametru este de 0.95 m si care are un camp vizual de 115 x 115 grade, este protejat de un element retractabil care poate impiedica patrunderea razelor luminoase in interior.

Kepler este o revolutie in domeniul vanatorii de exoplanete.
In februarie anul acesta cercetatorii anuntau descoperirea celei mai mici exoplanete cunoscute pana in prezent: Kepler 37b, o planeta comparabila ca  dimensiuni cu Luna (3860 km in diametru).
Planeta orbiteaza steaua Kepler 37 din constelatia Lyra (o stea de clasa G aflata la circa 210 ani lumina de Pamant), cu o perioada orbitala de 13.4 zile terestre.
Se estimeaza ca sistemul solar Kepler 37 s-a format in urma cu 6 miliarde de ani (fata de sistemul nostru solar care are o vechime de 4.5 miliarde de ani). Kepler 37 are 80% din masa Soarelui si 97% din luminozitatea sa. Sistemul solar Kepler 37 mai contine inca doua planete: Kepler 37c (cu o masa de 75% din masa Pamantului si o perioada orbitala de 21.3 zile terestre) si Kepler 37d (cu o masa de 200% din masa Pamantului si o perioada orbitala de 39.8 zile terestre).

Vanatoarea de noi Pamanturi continua-recordul pentru cea mai mica exoplaneta cade din nou
http://www.spacealliance.ro/articles/view.aspx?id=20130221065317

Recent s-a anuntat descoperirea a doua noi sisteme solare: Kepler 62 si Kepler 69.
Kepler 62 este o stea diferita de soarele nostru: este mai mica (2/3 din dimensiunile Soarelui), mai rece, mai batrana si mult mai putin luminoasa. Cinci planete au fost descoperite in acest sistem solar: Kepler 62b, Kepler 62c, Kepler 62d, Kepler 62e si in sfarsit Kepler 62f. Primele trei au perioade orbitale foarte mici ceea ce le face foarte calde si improprii dezvoltarii vietii. Kepler 62e este cu 60% mai mare decat Pamantul si are o perioada orbitala de 122 de zile. Kepler 62f, cu 40% mai mare decat Pamantul, are o perioada orbitala de 267 de zile. 
 


Kepler 69 este o stea asemanatoare Soarelui (are 93% din dimensiune, 80% din luminozitate). Este orbitat de 2 planete: Kepler 69b (de doua ori mai mare decat Pamantul, perioada orbitala de 13 zile) si Kepler 69c (cu 70% mai mare decat Pamantul, perioada orbitala de 242 de zile).



Daca este sa ne referim la statistica, cele doua noi sisteme solare aduc cu ele si noi recorduri: Kepler 62f a preluat recordul pentru cea mai mica exoplaneta aflata in zona potential locuibila, in timp ce Kepler 62c pe cel pentru cea mai mica exoplaneta aflata in zona potential locuibila a unei stele asemanatoare cu Soarele nostru.
Asteptam cu interes evolutia misiunii Kepler si pentru interesul comunitatii stiintifice internationale si a cercetarii in general speram ca problemele tehnice vor fi rezolvate si telescopul spatial va continua sa functioneze.

Credit NASA