Rosetta är världens första rymdsond att försöka lägga sig i
omloppsbana runt en komet. Men att jaga ikapp en himlakropp som rusar
fram i över 100 000 kilometer i timmen är långt ifrån en spikrak resa.
Experter liknar det vid ett kosmiskt biljardspel genom solsystemet. För
att lyckas måste man ägna sig åt ”energistöld” och pricka flera
avgörande nålsögon - i både tid och rum.
Redan ett år före start visste rymdingenjörerna exakt hur Rosettas
resa till kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko skulle gå till. Mycket
exakta beräkningar visade att det skulle ta nästan tio år att komma
fram. På sin femhundra miljoner mil långa färd visste man också att
Rosetta skulle fullborda fem varv runt solen, göra fyra
planetförbiflygningar, och byta bana lika många gånger. Det är en
anmärkningsvärt lång och krokig resa kan man tycka. Men det här
studsandet som en biljardboll mellan olika planeter har varit en
nödvändighet för att lösa ett problem, som annars skulle ha omöjliggjort
hela uppdraget:
Bränsledilemmat och dess snillrika lösning
Vid uppsändningsstillfället bar Rosetta med sig ett och ett halvt ton
bränsle till sina styrraketer. Trots att bränslet utgjorde hälften av
startvikten var det på tok för lite för att sonden skulle kunna jaga
ikapp kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko av egen kraft. Att ta med sig
tillräckligt med bränsle för en resa direkt till kometen utgjorde tyvärr
inget gångbart alternativ. Rosetta skulle då ha blivit alldeles för
tung för att lyfta ut i rymden med någon tillgänglig raket.
Men det fanns en lösning på dilemmat. Istället för att bära med sig
allt bränsle själv skulle Rosetta stjäla energi av andra på vägen.
Principen är enkel, men kräver oerhört noggranna beräkningar och en
minutiös timing: Genom att låta en rymdsond studsa sig fram som en
biljardboll mellan olika planeter kan man få den att byta både riktning
och fart, utan att använda sig av raketmotorerna ombord. Hemligheten
ligger i att låta sonden fara förbi en planet på exakt rätt avstånd, och
i exakt rätt vinkel och hastighet. Görs det korrekt kan man utnyttja
planetens dragningskraft och rörelseenergi för att öka eller bromsa
sondens hastighet, och för att svinga iväg den i en ny riktning – mot
nästa planet, där ny rörelseenergi kan stjälas och skicka iväg sonden i
ytterligare en ny bana. Detta är en transportmetod som kräver betydligt
mindre medhavt bränsle i tanken. I gengäld tar resan längre tid och
kräver oerhört noggranna förberedelser.
Rosettas biljardbollsbana mot kometen
I Rosettas fall började färden mot kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko
med att man gav sig iväg åt ”fel” håll. Trots att kometen befann sig
flera hundra miljoner kilometer utåt i solsystemet, så började Rosetta sin resa med att röra sig något inåt,
mot solen. Syftet med att lägga sig i en sådan bana var att den skulle
korsa jordbanan igen ett år senare, i en sådan vinkel att jordens
dragningskraft svingade runt Rosetta och gav den just den extra fart och
riktning som krävdes för att kasta sonden ut mot Mars bana. Noggranna
beräkningar gjorde att man två år senare, efter ytterligare två varv
runt solen, kunde stryka förbi vår närmaste grannplanet, så nära att
Rosetta svingades tillbaka in mot jorden igen. Den manövern resulterade i
att man flög förbi jorden för andra gången i december 2007. Vid denna
passering stal Rosetta ännu lite mer rörelseenergi, och lät jorden
svinga henne ännu längre ut i solsystemet igen. Den här gången ända ut
till asteroidbältet utanför marsbanan. I den banan dalade Rosetta sedan
långsamt tillbaka in mot solen igen, och passerade jorden för tredje
gången i november 2009. Denna sista förbiflygning gav så mycket
extrafart att Rosetta slutligen svingades nästan ända ut till Jupiter,
800 miljoner kilometer ut i solsystemet.
Precisionsberäkningar av den högre skolan
Efter nästan ett decennium av noga uträknade ”omvägar” genom vårt
solsystem hade rymdingenjörerna till slut placerat Rosetta i en bana,
som på väg tillbaka in mot solen sammanföll nästan exakt med kometen
67P/Churyumov-Gerasimenkos. Till på köpet hade man, med hjälp av fyra
olika planetförbiflygningar, anpassat hastigheten så att man bara skulle
behöva göra ett par smärre korrigeringar med raketmotorerna, för att få
Rosetta att röra sig i nästan exakt samma fart som kometen. Trots att
de både föremålen rusade fram i över 100 000 kilometer i timmen, skulle
Rosetta till slut komma in i samma bana som 67P/Churyumov-Gerasimenko
och närma sig kometen i promenadtakt, vilket man hela tiden vetat var en
grundförutsättning för att expeditionens skulle nå sina två huvudmål:
Att i augusti 2014, efter tio års resa genom rymden, kunna lägga sig i
omloppsbana runt kometen. Och att tre månader senare kunna sätt ner en
landare på dess djupfrysta kärna.
Fel startid kan äventyr allt
Som om inte allt detta vore nog, så har Rosettaprojektets framgång
hela tiden byggt på ytterligare en helt avgörande timingfråga:
Tidpunkten för starten. För att få den tioåriga biljardbollsbanan att
fungera så krävdes att man fick iväg Rosetta under ett tidsfönster på
ungefär tre veckor, de få datum då jorden, mars och kometen stod i exakt
rätt förhållande till varandra. I januari 2003, alltså ett år innan
resan mot 67P/Churyumov-Gerasimenko började, missade Rosetta just ett
sådant tidsfönster. På grund av problem med Ariane 5, bärraketen som
skulle lyft ut sonden i rymden, så kom man inte iväg i tid. Resultatet
blev att Rosetta blev kvar på jorden, och att astronomerna fick se sitt
första val, komet 46P/Wirtanen slinka dem ur händerna.
67P/Churyumov-Gerasimenko är alltså inte den första kometen som Rosetta
var tänkt att försöka jaga ikapp.
