Zagubioną sondę kosmiczną odnaleziono na orbicie Księżyca

Wykrywanie wraków sond kosmicznych lub kosmicznego gruzu na orbicie okołoziemskiej może być trudnym wyzwaniem. Ale wykrywanie obiektów na orbicie wokół Księżyca jest jeszcze trudniejsze. Teleskopy optyczne nie mogą śledzić małych obiektów skrywających się na tle jasnego Księżyca. NASA przeprowadziła jednak eksperyment z zastosowaniem radaru planetarnego i udało jej się wykryć w ten sposób dwie sondy kosmiczne – jedną aktywną i jedną uśpioną.

Przy pomocy radaru działającego z Ziemi, NASA udało się wykryć swoją dawną sondę Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) oraz wystrzeloną przez Indie sondę Chandrayaan-1. Przy czym namierzenie tej pierwszej było o tyle łatwe, że współpracowano z nawigatorami misji, którzy podpowiedzieli, jak przebiega orbita sondy. Wykrycie sondy Chandrayaan-1 było zdecydowanie trudniejszym zadaniem, bowiem z tą sondą kontakt utracono w sierpniu 2009 roku.

Chandrayaan-1 ma rozmiary kostki o boku około 1,5 metra. Pomimo, iż radar planetarny jest używany do obserwacji planetoid odległych o kilka milionów kilometrów od Ziemi, naukowcy nie mieli pewności, czy da radę wykryć tak mały obiekt na orbicie wokół Księżyca. Eksperyment zakończył się jednak sukcesem.

Ogólna zasada działania wszystkich radarów jest podobna: wysyłają wiązkę promieniowania mikrofalowego, która odbija się od obiektu i powraca. Jednak radary mogą zdecydowanie różnić się zasięgiem. Typowy radar policyjny do pomiaru prędkości ma zasięg rzędu kilometra, radary na lotniskach działają do około 100 kilometrów. To wszystko zdecydowanie za mało w porównaniu z dystansem do Księżyca, który wynosi około 380 tysięcy kilometrów. Jako swojego radaru NASA używa 70-metrowej anteny w Goldstone Deep Space Communications Complex w Kalifornii. Kieruje on potężną wiązkę mikrofal w kierunku Księżyca. Odbite echo zostaje następnie odebrane przez 100-metrowy Green Bank Telescope w Zachodniej Wirginii.

Odnalezienie na orbicie księżycowej zaginionej sondy kosmicznej, której nie śledzono od lat, jest trudne, ponieważ Księżyc posiada obszary o większym niż średnie oddziaływaniu grawitacyjnym, które mogą w takim okresie znacząco zmienić orbitę sondy, a nawet doprowadzić do jej upadku na powierzchnię. Obliczenia sugerowały, że Chandrayaan-1 krąży około 200 km nad powierzchnią Księżyca, ale sondę traktowano jako utraconą.

W poszukiwaniach zagubionej sondy zespół z NASA wykorzystał fakt, że krąży ona po orbicie polarnej, czyli przebiegającej nad biegunami Księżyca. 2 lipca 2016 r. skierowano radioteleskopy na rejon położony 160 km nad powierzchnią północnego bieguna księżycowego i czekano czy sonda przetnie drogę wiązki radarowej. Przewidywano, iż sonda powinna dokonywać pełnego okrążenia orbity co 2 godziny i 8 minut. I rzeczywiście coś podobnego do małego obiektu przecięło wiązkę dwukrotnie podczas czterogodzinnych obserwacji.

Założono, że to zagubiona sonda i użyto nowych danych do obliczenia prędkości i odległości do obiektu, a następnie zaktualizowano przewidywaną orbitę. Okazało się, że trzeba było przesunąć położenie sondy o 180 stopni (połowę cyklu) w stosunku do orbity znanej z 2009 roku, ale orbita nadal miała kształt i nachylenie takie, jak oczekiwano.

Następnie odebrano radarowe echo odbite od sondy jeszcze siedem razy w ciągu trzech miesięcy, idealnie zgodnie z nowymi przewidywaniami orbity. Część obserwacji wykonano przy pomocy olbrzymiego radioteleskopu w Arecibo, który dysponuje najpotężniejszym systemem radarowym do celów astronomicznych.

Eksperyment udowodnił, że anteny w Goldstone, Arecibo i Green Bank pracując razem mogą wykrywać i śledzić małe sondy kosmiczne na orbicie wokół Księżyca. Może to znaleźć zastosowanie w przyszłych bezzałogowych i załogowych misjach do ochrony przed kolizjami oraz jako mechanizm bezpieczeństwa w przypadku problemów z łącznością.