جيوتو (مركبة فضائية)

بدأ أعضاء فريق عمل النظام الشمسي التابع لوكالة الفضاء الأوروبية (ESA) دراسة إمكانية إرسال مهمة إلى مذنب هالي عام 1977، قبل أن يرفضوها في أغسطس 1978 لصالح مركبة مدارية قمرية. ^{[ 3 ]} بعد ذلك بوقت قصير، نقضت اللجنة الاستشارية العلمية هذا القرار، وبدأت وكالة الفضاء الأوروبية بدراسة مهمة مشتركة مع وكالة ناسا. ^{[ 3 ]} كان من المقرر أن تكون هذه المهمة هي المهمة الدولية للمذنبات، وتتألف من مسبار ناسا حامل ومسبار أوروبي أصغر حجماً مبني على أساس ISEE-2 . ^{[ 4 ]} كانت الخطة تقضي بأن يطلق المسبار الأمريكي المسبار الأوروبي باتجاه هالي للتحليق بالقرب منه قبل أن يتابع رحلته لاستكشاف المذنب 10P/Tempel . ^{[ 4 ]} أُلغي مشروع مسبار ناسا في نوفمبر 1979. ^{[ 5 ]}

ثم انتقلت المقترحات إلى مهمة تُطلق بواسطة صاروخ أريان 1، وكان الخيار الأول المطروح هو اقتراح جوزيبي كولومبو . ^{[ 6 ]} حملت هذه المهمة اسم "هابن" (HAPPEN)، وتضمنت استخدام أجزاء من قمر جيوس-3 الصناعي المخطط له لدراسة الغلاف المغناطيسي للأرض أولًا، قبل التحليق عبر ذيل مذنب هالي في مارس 1986. ^{[ 6 ]} رُفض هذا الاقتراح في 24 يناير 1980 من قِبل فريق عمل النظام الشمسي لعدم تقديمه معلومات كافية عن هالي. ^{[ 6 ]} في فبراير 1980، اقتُرح إطلاق صاروخ أريان 1 لمسبارين يعتمدان على جيوس. ^{[ 7 ]} أحدهما لدراسة الغلاف المغناطيسي للأرض، والآخر لاستهداف مذنب هالي. ^{[ 7 ]} عند هذه النقطة، بدأ استخدام اسم "جيوتو" (Giotto). ^{[ 7 ]} تمت الموافقة على الاقتراح من قِبل اللجنة الاستشارية العلمية، ثم أُحيل إلى لجنة البرنامج العلمي. ^{[ 7 ]} رفضت لجنة البرنامج العلمي في البداية المهمة لصالح قمر هيباركوس الصناعي، ومنحت جيوتو فرصة لتقديم مقترح ثانٍ دون مهمة ماغنيتوتيل، ولكن بتخطيط أكثر شمولاً وميزانية قدرها 80 مليون وحدة محاسبية. ^{[ 8 ]} في يوليو 1980، وافقت اللجنة على المقترح الثاني بميزانية قدرها 80 مليون وحدة محاسبية. ^{[ 9 ]} استمر برنامج هيباركوس، رغم تأخره. ^{[ 9 ]}

خلال شهر مارس من عام 1981، قدمت شركة بريتيش إيروسبيس تصميمها لمركبة جيوس إلى وكالة الفضاء الأوروبية. ^{[ 10 ]} رُفض التصميم بسبب مشاكل في الطاقة والتحكم في درجة الحرارة. ^{[ 10 ]} في الفترة نفسها، تبيّن أن تصميم جيوس قد أصبح قديمًا لدرجة أنه لم يعد من الممكن الحصول على قطع غياره. ^{[ 10 ]} ونتيجة لذلك، صُممت مركبة جديدة أكبر حجمًا، مع بقاء بريتيش إيروسبيس المقاول الرئيسي. ^{[ 10 ]}

كان من المخطط أصلاً إطلاق جيوتو على متن صاروخ أريان 2 مع قمر صناعي تجاري. ^{[ 11 ] [ 7 ]} ثم تم تغيير الخطة إلى أريان 3، إلا أن الصعوبات التي واجهت إيجاد عميل يرغب في إطلاقه خلال فترة الإطلاق المحددة أدت إلى تخصيص صاروخ أريان 1 لإطلاق جيوتو بمفرده، والذي كان متاحاً بعد إطلاق إكسوسات بواسطة صاروخ ثور-دلتا . ^{[ 12 ] [ 11 ]}

كانت هناك خطط لوضع معدات مراقبة على متن مكوك فضائي في مدار أرضي منخفض في نفس وقت تحليق جيوتو ^، لكنها فشلت بدورها بسبب كارثة تشالنجر . ^{[ 13} ]

ثم تحولت الخطة إلى أسطول تعاوني من خمسة مسابير فضائية، من بينها جيوتو، ومسباران من برنامج فيغا السوفيتي، ومسباران يابانيان: ساكيغاكي وسويسي . كانت الفكرة أن تقوم المسابير اليابانية والمسبار الأمريكي الموجود مسبقًا، المستكشف الدولي للمذنبات، بإجراء قياسات بعيدة المدى، يتبعها مسبار فيغا السوفيتي الذي سيحدد موقع النواة، ومن ثم ستُمكّن المعلومات المُرسلة جيوتو من استهداف منطقة قريبة جدًا من النواة بدقة متناهية. ونظرًا لأن جيوتو سيمر بالقرب من النواة، فقد كان هناك خطر من عدم نجاته من هذا الاصطدام، حيث ستصطدم المركبة الفضائية بسرعة عالية جدًا بجزيئات الغبار الكثيفة المنبعثة من المذنب، وتراوحت تقديرات فرص نجاته بين 90% وصفر. ^{[ 14 ] [ 15 ]} أصبحت هذه المجموعة المنسقة من المسابير تُعرف باسم أسطول هالي .

كان لدى جوتو 10 أدوات علمية. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

• MAG: مقياس المغناطيسية
• كاميرا هالي متعددة الألوان (HMC): تلسكوب وكاميرا بقطر 16 سم
• نظام كاشف اصطدام الغبار (DID): يقيس كتلة جزيئات الغبار التي تصطدم بالجهاز
• جهاز تحليل البلازما RPA (Rème Plasalyser): درس الرياح الشمسية والجسيمات المشحونة
• جهاز تحليل البلازما جونستون (JPA): يقيس أيضًا الرياح الشمسية والجسيمات المشحونة
• جهاز تحليل تأثير الجسيمات (PIA): يدرس حجم الجسيمات وتركيبها الكيميائي
• تجربة المسبار البصري (OPE): فحصت انبعاثية الغاز والغبار خلف المركبة الفضائية
• جهاز تحليل الجسيمات النشطة (EPA): يقوم بتحليل جسيمات ألفا والإلكترونات والنيوترونات
• مطياف الكتلة المحايد (NMS): يقيس تركيب الجسيمات المحيطة بالمذنب
• مطياف الكتلة الأيوني (IMS): يقيس كمية الأيونات القادمة من الشمس والمذنبات
• تجربة جيوتو الراديوية (GRE): استخدمت إشارات جيوتو الراديوية لدراسة مذنب هالي

استلمت وكالة الفضاء الأوروبية المسبار في 22 أبريل 1985، وفي وقت لاحق من ذلك الشهر، نُقل جوًا إلى غويانا الفرنسية بدون كاميرته. ^{[ 21 ]} أُجريت رحلة الكاميرا عبر المحيط الأطلسي في 17 مايو. ^{[ 21 ]} كانت نافذة الإطلاق متاحة لمدة 22 يومًا، بدءًا من الساعة 11:13 بالتوقيت العالمي المنسق في 2 يوليو. ^{[ 22 ]} في الدقائق الأخيرة قبل الإطلاق، بدأت درجة حرارة المسبار بالانخفاض إلى ما دون 20 درجة مئوية تحت الصفر نتيجة تبريده بواسطة الهيليوم السائل للصاروخ. ^{[ 22 ]} لم يُسبب ذلك أي مشاكل في نهاية المطاف. ^{[ 22 ]}

أُطلقت المهمة على متن صاروخ أريان 1 (الرحلة V14) في 2 يوليو 1985 من كورو، غويانا الفرنسية . ^{[ 23 ]} تم التحكم بالمركبة من مرافق مركز عمليات الفضاء الأوروبي (ESOC) التابع لوكالة الفضاء الأوروبية في دارمشتات (ألمانيا الغربية آنذاك)، في البداية في مدار النقل الثابت بالنسبة للأرض (GTO)، ثم في مرحلة الاقتراب من الأرض (NEP) قبل مرحلة الرحلة الأطول وصولاً إلى الاقتراب. أثناء وجودها في مدار النقل الثابت بالنسبة للأرض، نُفذ عدد من مناورات التوجيه والتسارع (إلى 90 دورة في الدقيقة ) استعدادًا لإطلاق محرك تعزيز الأوج (ABM)، ولكن على عكس عمليات تدوير المدار للمدار الثابت بالنسبة للأرض، تم إطلاق محرك تعزيز الأوج لمركبة جيوتو عند نقطة الحضيض . استُخدمت بيانات نبضات الشمس وبيانات مستشعرات الأشعة تحت الحمراء للأرض في القياس عن بُعد لتحديد اتجاه المركبة الفضائية والتحكم فيه .

في 13 سبتمبر 1985، تم اختبار كاميرا جيوتو بتصوير نجم فيغا . ^{[ 24 ]} ولتوفير هدف أكثر سطوعًا، تم تصوير الأرض في 18 و23 أكتوبر. ^{[ 24 ]} وقد تكللت جميع هذه الاختبارات بالنجاح. ^{[ 24 ]} في يناير 1986، أدى تأخير في إرسال التعليمات إلى جيوتو إلى دخولها في وضع الأمان. ^{[ 25 ]} وقد عادت إلى العمليات الطبيعية بمساعدة شبكة ناسا للفضاء السحيق. ^{[ 25 ]} تعرض المسبار لضربة من توهج شمسي في 8 فبراير، لكنه لم يتعرض لأي ضرر. ^{[ 13 ]}

بدأ المسبار السوفيتي فيغا 1 بإرسال صور لمذنب هالي في 4 مارس 1986، وكانت هذه أول صورة على الإطلاق لنواته، وحلق بالقرب منه في 6 مارس، تبعه المسبار فيغا 2 في 9 مارس. ^{[ 26 ]} في 4 مارس أيضًا، التقط المسبار جيوتو أول صورة بعيدة للمذنب من مسافة 59 مليون كيلومتر. ^{[ 13 ]} أُجري تصحيح نهائي للمسار في 12 مارس بهدف وضع المسبار على بُعد 540 كيلومترًا من النواة. ^{[ 27 ]} تم اختيار هذه المسافة لأن 500 كيلومتر كانت الحد الأدنى للمسافة التي يمكن لكاميرا جيوتو عندها تتبع المذنب، مع إضافة 40 كيلومترًا تمثل هامش الخطأ في تحديد موقع المذنب. ^{[ 27 ]} قبل ثلاث ساعات من وصول المسبار إلى أقرب مسافة له من المذنب، بدأت الكاميرا باتباع برنامجها الخاص بالتقاط صورة كل 4 ثوانٍ. ^{[ 28 ]} كشف هذا عن أنها كانت تتعقب المذنب بسرعة خاطئة، مما استدعى إجراء تصحيح في اللحظة الأخيرة لبرمجتها. ^{[ 28 ]}

اجتازت مركبة جيوتو مرصد هالي بنجاح في 14 مارس 1986 على  مسافة 596 كيلومترًا، ونجت بشكلٍ مفاجئ رغم تعرضها لبعض الجسيمات الصغيرة. تسبب اصطدامٌ وقع قبل 7.6 ثانية من أقرب نقطة لها في انحرافها عن محور دورانها المستقر، ما أدى إلى عدم توجيه هوائيها نحو الأرض بشكلٍ دائم، وفقدان درعها الواقي من الغبار حماية بعض أجهزتها. ^{[ 29 ]} بعد 32 دقيقة ، استعادت جيوتو استقرارها وواصلت الاتصال اللاسلكي الكامل مع الأرض. ^{[ 30 ]}

أدى اصطدام آخر إلى تدمير كاميرا هالي متعددة الألوان، ولكن بعد أن التقطت صورًا للنواة عند أقرب نقطة لها. كما فُقد مطياف الكتلة المحايد. ^{[ 15 ]} بالإضافة إلى الأجهزة العلمية، تضررت أيضًا وحدة رسم خرائط النجوم والعازل في المسبار. ^{[ 31 ]}

تم تعديل مسار مركبة جيوتو الفضائية للتحليق بالقرب من الأرض وتم إيقاف تشغيل أجهزتها العلمية في 15 مارس 1986 الساعة 02:00 بالتوقيت العالمي المنسق.

أُمرت مركبة جيوتو بالاستيقاظ في 2 يوليو 1990 عندما حلقت بالقرب من الأرض من أجل الانطلاق بسرعة نحو لقائها التالي مع المذنب.

ثم حلّق المسبار بالقرب من المذنب جريج-سكيليروب في 10 يوليو 1992، حيث اقترب منه لمسافة حوالي 200  كيلومتر. بعد ذلك، تم إيقاف تشغيل جيوتو مرة أخرى في 23 يوليو 1992.

بلغت تكلفة تمديد هذه المهمة 6.3 مليون دولار. ^{[ 32 ]}

في عام 1999، قام جيوتو بتحليق آخر بالقرب من الأرض، لكنه لم يُعاد تنشيطه. ^{[ 33 ]}

• قام جيوتو بأقرب اقتراب من مذنب هالي وقدم أفضل البيانات لهذا المذنب. ^{[ 38 ]}
• كانت مركبة جيوتو الفضائية أول مركبة فضائية:

• لتوفير صور تفصيلية لنواة المذنب. ^{[ 39 ]}
• للقيام بتحليق قريب من مذنبين. يمكن مقارنة المذنب الشاب والنشط هالي بالمذنب القديم جريج-سكيليروب .
• للعودة من الفضاء بين الكواكب والقيام بدورة حول الأرض.
• لإعادة تنشيطها من وضع السبات.
• استخدام الأرض للمساعدة في الجاذبية. ^{[ 1 ]}