Dypdykk

Vi nærmer oss slutten av planetanalysene våre, og har allerede lært mye om gasskjempen vår. De virkelige mysteriene ligger likevel lengre nede i atmosfæren. Vi vil nå forsøke å sende landeren vår avsted. Den er laget for å tåle ekstreme forhold, og utfordringene våre ligger hovedsakelig i selve transporten ned. Nøkkelen blir å finne en kombinasjon av kommandoer som sørger for tilstrekkelig lav fart gjennom alle fasene.

Vi er på mange måter pionerer i feltet vårt; det er gjort få forsøk på å lande på gassplaneter og vi snorkler litt i ukjente farvann. Samtidig som jeg setter pris på dette eksotiske aspektet, er det skummelt å ikke vite hva vi kan snuble over der nede i mørket. Det blir en slags kosmisk Marianergrop. I møte med det ukjente gjelder det å planlegge så langt almanakken vår rekker.

Strategi

Vi ble enige om å holde oss i xy-planet for enkelhetsskyld, og forsøke landing et sted på ekliptikken, hvor \(\theta = 90\) grader. Foruten å unngå den enorme, globale stormen, hadde vi ikke så sterke preferanser for noe spesifikt landingssted. Det var vanskelig å gjøre en veldig kvalifisert vurdering utenfor atmosfæren. Fra banesimuleringen fikk jeg \(\phi=31\) grader, noe som ærlig talt virket som et helt greit valg.

Vi har jo allerede regnet en del på denne landingsbevegelsen. Vi må tenke på en gravitasjonskraft og en luftmotstand, hvor vi har mulighet til å øke sistnevnte ved å slå ut en fallskjerm. Apropos fallskjerm, så har jeg forresten en viktig korreksjon å komme med. Jeg burde antagelig stusset mer over det enorme fallskjermarealet jeg regnet meg fram til sist. Når jeg i ettertid har sett over tallene, som jeg selvfølgelig burde oppgitt, la jeg merke til at jeg hadde satt inn massen \(m = 1100kg\) . Dette er jo hele rakettmassen, mens landeren kun veier \(90kg\). Ny utregning gir da et fallskjermareal på \(112 m^2\). Som riktignok fremdeles er svært, men ikke på nivå med \(1377 m^2\), som var forrige estimat.

Tanken var uansett at vi kan slå ut fallskjermen og nå en akseptabel terminalfart \(v_t  < 3.0 m/s\). Vi møter derimot på et annet problem. Landeren vår er utrolig slitesterk, men ikke uødeleggbar. Vi har faktisk en ganske konkret grense på \(F_{D, max} = 250 000 N\), som vi veldig gjerne vil holde oss godt under. Hvis vi setter dette inn for luftmotstanden, kan vi løse for en fartsgrense \(v_{trygg}\). Denne grensen vil synke med arealet vårt, siden et større areal gir større friksjonskrefter. Uten fallskjerm blir den omtrent \(v_{trygg}= 300 m/s\) nær bakken, mens den blir magre \(16 m/s\) med fallskjerm. 

Simuleringene mine viser at selv om jeg hadde sluppet ned landeren uten startfart i forhold til planeten, er tyngdefeltet så utrolig sterkt at vi ville skutt forbi denne fartsgrensen på kort tid. Sagt på en annen måte; vi hadde brent opp. På voldelig vis. Essen i ermet blir derfor landingsmotoren vår, som vi kan iverksette når vi vil, med en kraft \(\vec F_L\).

Vi får kraftbalansen 

\(G = F_D + F_L\)

Det så ut til at en måte jeg kunne få til en landing innenfor trygge betingelser, var å slippe landeren avsted med litt bremset fart. Da ville banen senkes rolig mot planeten. På omtrent \(4 km\) høyde begynte planetatmosfæren å bli såpass tykk at det ville være nødvendig å iverksette landingsmotoren \(F_L\). Like etter denne nedbremsingen, ville farten da vært lav nok til å slå ut fallskjermen, uten å brenne opp. Med både landingsmotor og fallskjerm ville vi raskt nå en terminalfart, og falle mot overflaten i behagelig stil. 

Det var en slik ryddig landing jeg hadde ønsket meg. Nå var det ikke slik denne historien skulle utfolde seg i praksis. Jeg vil likevel at du skal huske tilbake til dette øyeblikket, hvor ting var elegante og livet enkelt. Nå over til dramatikken som faktisk utspilte seg syv astronomiske enheter unna oss.

Uelegant pragmatisme i møte med virkeligheten

Problemene våre begynte på mange måter på \(27 km \) høyde, når vi fikk de første kritiske friksjonsmeldingene.

This is the captain, we have a little problem with our entry sequence, so we may experience some slight turbulende, and then... explode.

Serenity

Atmosfæremodellen min fortalte meg at tettheten var bortimot neglisjerbar frem til \(5km\) over bakken. Jeg måtte derfor ta en runde med meg selv, og revurdere modellen min. De største usikkerhetene var i de to antagelsene

1) Atmosfæren er ren vanndamp.

2) Overflatetemperaturen er \(114 K\), eller \(-158^\circ C\), og synker oppover. 

Det var på dette tidspunktet jeg innså at det har gått voldsomt fort i svingene her. Nå skal det sies at faseovergangene endres under ulike trykkforhold, men det er ikke til å komme unna at disse to punktene ikke burde være på samme liste. Spørsmålet blir da hvilken antagelse som må vekk. Personlig ville jeg satt pengene mine på at begge er gale, men med overflatetemperaturen som mest dramatiske feil. Hvis du husker tilbake, ble temperaturestimatet gjort uten å ta hensyn til atmosfæren. Noe som kan fungere på planeter med tynn atmosfære, men kanskje blir mindre fornuftig på en gassgigant. Sist uke fikk jeg jo faktisk også indikasjoner på at atmosfæreoverflaten burde ha temperatur rundt \(150 K\), men heller ikke på dette tidspunktet luktet jeg uglene i mosen. Jeg tror vi nå kan konkludere med at uglene utvilsomt var til stede. 

Jeg hevet raketten i litt høyere bane, mens jeg forsøkte å tilpasse landingsmodellen min til de reviderte forholdene. Dette viste seg å være vanskelig. Selv om vi hadde sendt landeren av sted uten starthastighet i forhold til planeten, ville vi raskt fått altfor stor fart. Selv med fallskjermen utslått. Landingsmotoren var heller ikke sterk nok til å iverksettes på en slik høyde. Dilemma, dilemma. Siden ingen elegante løsninger virket å være på min side, endte jeg nå opp med å forlate boksen min. Ikke så mye for å kunne tenke utenfor den; mer for å hoppe over til en mer pragmatisk boks. 

Jeg bestemte meg til slutt for å senke hele raketten ned i atmosfæren. Jeg hadde stadig mer drivstoff til overs, og kunne bremse meg et godt stykke nedover, uten å brenne opp. Når jeg nådde en høyde på \(3.5km\), slapp jeg landeren avsted, uten startfart i forhold til planeten. Jeg slo ut fallskjermen like etter, og aktiverte landingsmotoren med en kraft på \( F_L = 5000 N\). Dette ga meg en hyggelig terminalfart på under \(2 m/s\), og få minutter etterpå stanset landeren på koordinatene \(\theta=90^\circ\) og \(\phi =181.6^\circ\). Vi hadde, etter alle hensiktsmessige definisjoner, landet. Ta en titt på denne vakre solnedgangen, før vi blir slukt av mørket. 

Last ned mediefil

Man kan bli rørt av mindre. Det viser seg forresten at kameraer har en tendens til å gjøre rare ting når du kaster dem nedi gasskjemper. Jeg lurer på om forsikringen vår dekker dette.

Ettertanker

Nå gikk ikke alt helt etter planen. Det er likevel vanskelig å være skuffet nå når vi til slutt har haltet det som er igjen av oss over målstreken. Min favorittype feil er de man lærer av. Vi kan nå med sikkerhet si at temperaturen er utrolig høy nær overflaten. Ut fra modellen vår vil derfor atmosfæren strekke seg mye lengre enn vi først hadde antatt. Dette er et godt eksempel på at modellene våre kan være så gode de bare vil; vi er likevel helt avhengig av gode initialverdier.  

Jeg har jo mast mye om ekstraterrestrielt liv. Eller romvesener, hvis du vil kalle en spade for en spade. Det er vanskelig å se for seg organismer som oss eksistere under slike ekstreme forhold. Det er likevel gøy å filosofere over vesener med en alternativ biologi som flyter rundt i atmosfæren. Landeren vår har riktignok ikke fanget opp noe som antyder dette. På den andre siden har vi heller ikke åpenbare data som kan avkrefte det. Jeg forbeholder meg retten til å være litt agnostiker på dette punktet.

Dette ble litt av et dypdykk. Vi skal faktisk ikke trekke luft riktig enda. Det gjenstår stadig mye som er verdt å utforske nå som vi endelig er fremme.

Av Ida Risnes Hansen
Publisert 21. nov. 2017 13:34 - Sist endret 7. feb. 2020 15:47