Dawn

Mise Dawn {=Úsvit} směřuje ke dvěma velkým tělesům v pásmu mezi Marsem a Jupiterem. Objekt (1) Ceres byl v roce 2006, tedy již v průběhu realizace projektu, zařazen do nově definované kategorie trpasličích planet. Druhá (4) Vesta nadále zůstává zástupcem klasických asteroidů, nebo-li planetek. Sonda Dawn, zařazená do programu Discovery, použije k přeletu iontový motor a protože u každého cíle přejde na oběžnou dráhu, bude mít možnost zkoumat těleso po delší dobu. Sonda odstartovala 2007-09-27.

Konstrukce

Těleso sondy ve tvaru hranolu je vyroben z hliníkové slitiny. Ke dvěma stěnám jsou proti sobě připojeny panely fotovoltaických článků s rozpětím 19.7 m. Do stejné roviny jako křídla solárních baterií je orientována vysokozisková parabolická anténa o průměru 1.5 m a vějířová anténa se středním ziskem. Na horní stěně je pak umístěna plošina nesoucí přístroje - kamery, mapovací spektrometr, laserový výškoměr a hvězdná čidla. Na horním boku je dále instalován spektrometr detekující rentgenové záření a neutrony.

Fotovoltaické články o výkonu 10 kW vyrábějí mj. elektrickou energii potřebnou pro provoz elektrického iontového pohonného systému. Iontový pohon se skládá ze tří motorků a vychází z konstrukce ověřené v praxi při letu sondy Deep Space 1. Jako pracovní látka je použit plynný xenon, který je v motoru ionizován a urychlován mezi elektrodami. Motorky mají tah 90 mN a specifický impuls Isp=3100 s. Sonda je dále vybavena 12 klasickými hydrazinovými manévrovacími motorky o tahu 0.9 N. Trysky motorků jsou rozmístěny po stěnách tělesa sondy a kromě udržování polohy slouží k navedení kosmického plavidla na oběžnou dráhu kolem asteroidů.

Komunikace se udržuje nepohyblivou vysokoziskovou a středněziskovou anténou a nízkoziskovou všesměrovou anténou. Je použit zesilovač s postupnou vlnou o výkonu 100 W.

Původní rozpočet mise činil 373 mil. USD, v průběhu realizace byl překročen na 446 mil. USD.

Sonda Dawn je devátou misí programu Discovery střediska NASA Science Mission Directorate. Je společným projektem University of California, Jet Propulsion Laboratory, Orbital Sciences Corporation, Los Alamos National Laboratory, German Aerospace Center, Max Planck Institute for Solar System Research, Italian Space Agency a Italian National Institute of Astrophysics.

Vědecké vybavení

Vědecké vybavení tvoří následující zařízení:

• dvě identické kamery [Framing Cameras] určené ke snímkování povrchu cílových objektů v osmi vlnových pásmech mezi 390 a 1060 nm;
• mapovací spektrometr MS [=Mapping Spectrometer] ve viditelném a infračerveném pásmu;
• spektrometr neutronů a záření gama GR/NS [=Gamma Ray/Neutron Spectrometer] je určen k identifikaci prvků tvořících povrchový materiál asteroidů;
• v původním návrhu se počítalo rovněž s magnetometrem Mag [=Magnetometer] ke studiu magnetických polí kolem cílových planetek. V letové konfiguraci se již tento přístroj nevyskytoval.

Kromě uvedených přístrojů je využíván stávající telekomunikační systém k provádění rádiových experimentů.

Přípravy ke startu a průběh letu

Obtížný začátek projektu

Mise Dawn byla zařazena do programu Discovery v prosinci 2001. Zároveň bylo rozhodnuto, že provoz sondy zajistí osvědčené středisko NASA Jet Propulsion Laboratory v kalifornské Pasadeně. Vývoj kosmického plavidla dostala na starost společnost Orbital Sciences Corporation a jako vedoucí týmu (PI=Principal Investigator) byl stanoven Christopher T. Russel z University of California. Start byl stanoven na červen 2006.

Zakrátko poté byly zahájeny práce na realizaci. Brzy však nastaly první potíže. Pro pohon sondy byl vybrán iontový elektrický motor, který sice vycházel konstrukčně z již vyzkoušených modelů, nicméně vylepšení, která měla být v tomto případě aplikována se ukázala poměrně tvrdým oříškem. Zatímco konstruktéři laborovali s raketovým motorem, ostatní subsystémy a vědecké vybavení se dařilo víceméně připravovat v souladu s plánem. Přesto se brzy začalo ukazovat, že termín startu v roce 2006 se jen těžko stihne. To by nebyl zase tak velký problém, horší situace ale vládla v oblasti financování projektu. Bylo jasné, že původní rozpočet nebude dodržen. Nad misí Dawn se začaly stahovat mraky.

JPL v roce 2005 začala na svých stránkách http://dawn.jpl.nasa.gov/mission/status.asp zveřejňovat krátké zprávy o postupu prací. První informace z 2005-10-03 hovořila o tom, že do dílen společnosti Orbital dorazil již druhý letový exemplář kamery (Framing Camera) a oba přístroje čekaly na instalaci. Optimistická zpráva pokračovala oznámením, že byla dokončena první jednotka napájení PPU [=Power Processing Unit] iontového motoru. Druhá jednotka PPU se nacházela ve fázi testů odolnosti proti kosmickým podmínkám. Dodány byly rovněž tři sestavy výkyvných závěsů trysek motorů a dvě vnější jednotky byly mechanicky připojeny k sondě. Montáž sondy Dawn údajně probíhala velmi dobře.

Optimismus týmu připravující sondu k letu dostal nečekanou ránu 2006-03-02. Tehdy se na webu objevila velice strohá zpráva. "Po návratu do úřadu z ranního slyšení ve sněmovním Výboru pro vědu, týkajícího se rozpočtu NASA na vědu pro fiskální rok 2007, zrušila Mary Cleave[ová] (Associate Administrator for Space Science Mission Directorate) misi Dawn programu Discovery. Kuriózní je, že v průběhu několik hodin trvajícího jednání se neobtěžovala výbor informovat, že to má v úmyslu."

Zkratkovité rozhodnutí Mary Cleave[ová] vyvolalo obrovskou bouři nevole. Sonda sice měla v minulosti velké potíže, podle přesvědčení realizačního týmu však už byly překonané a sonda byla prakticky těsně před dokončením. Úspory, kterých bylo možno dosáhnout zrušením mise byly ve srovnání s tím, co už bylo vynaloženo, víceméně zanedbatelné. Ani vědecká obec nezůstala lhostejná - možnost zkoumat největší asteroidy, které by mohly pomoci objasnit otázky vzniku Sluneční soustavy, byla příliš lákavá a šance, že by se na opakování podobného projektu někdy v budoucnosti našly nové peníze, byla mizivá.

Tlak na vedení NASA nezůstal bez odezvy. Již 2006-03-27 oznámila NASA, že misi Dawn "vzala na milost". V oficiálním zdůvodnění stálo, že po provedené revizi technických a finančních problémů a doposud vykonané práce, došla komise k závěru, že "...tým projektantů učinil významný pokrok v mnoha technických otázkách a věříme, že mise bude úspěšná."

Předstartovní finiš

Poté, co NASA znovu souhlasila s pokračování přípravy sondy Dawn, rozběhly se znovu práce na plné obrátky. Nové datum startu bylo potvrzeno na červen 2007. Do přípravného týmu byli jako posila zařazeni manažer projektu Keyur Patel a jeho zástupce Mike Sierchio. Oba pánové přišli z úspěšného projektu sondy Deep Impact. Technici obnovili práce na montáži a zkouškách.

V červnu 2006, jeden rok před začátkem cesty, se čekalo ještě na hlavní raketový motor. Tento poslední subsystém, který měl být dodán, prošel úspěšnou zkouškou ve vakuové komoře a byl připraven k instalaci na sondu. Další komponenty, které bylo nutno zrevidovat, byly rovněž připraveny k montáži. Dawn byl vybaven letovým softwarem a procházel sérií důkladných testů, které měly prokázat připravenost ke startu.

Po posunutí startu bylo nutno znovu navrhnout trajektorii letu. Bylo rozhodnuto, že v roce 2009 bude využito gravitačního manévru u Marsu. Tato okolnost byla rozhodující pro načasování dalších událostí. Případný posun v době vlastního startu už neměl příliš ovlivnit přílety a odlety od planetek Vesta a Ceres a ani vědeckou náplň letu. Nicméně, pokud by se nepodařilo vzlétnout do konce října 2007, nebylo by možno kombinovanou cestu ke dvěma asteroidům podniknout dalších 15 let. Z tohoto hlediska přišlo "omilostnění" mise Dawn na poslední chvíli.

V lednu 2007 bylo hlášeno, že projekt Dawn nadále postupuje podle plánu. Kosmická sonda procházela předstartovními zkouškami. Akustické testy úspěšně absolvovala již v listopadu minulého roku. Vibrační zkoušky byly dokončeny prozatím v jedné ose (z) a právě probíhaly v druhé ose (y). Kromě zkoušek celé sondy probíhaly prověrky i jednotlivých vědeckých přístrojů. Jedním z nich byl detektor paprsků gama a neutronů GRaND [=Gamma Ray and Neutron Detector], jehož úkolem je provádět prvkový rozbor povrchového materiálu asteroidů Vesta a Ceres. Ve dnech 2006-12-16 a 2006-12-17 byla ověřována odolnost přístroje proti vibracím a rázům. Zkoušky dopadly podle očekávání a přístroj byl předán do další etapy, v níž měl být vystaven simulovaným kosmickým podmínkám v laboratoři NRL společně se sondou.

Jak už bývá zvykem, NASA připravila pro zájemce možnost, jak poslat společně se sondou Dawn svoje jméno do vesmíru. V akci se přihlásilo více než 360 tis. lidí. Seznam byl koncem roku 2006 uzavřen a proběhla výroba čipu, který byl umístěn na palubě sondy.

Zatímco do této doby probíhala montáž a zkoušky ve středisku Orbital Sciences Corporation v Dullesu (Virginia), v prvním týdnu ledna 2007 byla sonda převezena do laboratoří NRL [=Naval Research Laboratory], kde měla podstoupit poslední a nejtěžší zkoušky odolnosti proti kosmickým podmínkám. V NRL se nachází obří vakuová a termální komora, do níž se dá umístit kompletní sonda.

Sonda a monitorovací zařízení byly umístěny do vakuové komory a obestavěny deskami, na nichž se dalo jednotlivě zjistit, zda bylo dosaženo žádaných teplotních podmínek. Dne 2007-01-23 začalo odčerpávání vzduchu z prostoru a dalšího dne ráno bylo dosaženo konečného tlaku o hodnotě 100 milionkrát menší, než je atmosférický tlak.

Dawn absolvovala pobyt ve vakuu již v létě roku 2006, tehdy se ale jednalo jen o proces, při kterém byly z konstrukce odstraňovány kontaminující látky (plyny). Tentokrát se již jednalo o simulaci kosmických podmínek jak z hlediska hlubokého vakua, tak teplotního zatížení.

Do komory nebyly instalovány pouze rozlehlé sluneční články. V rozloženém stavu, kdy činí rozpětí 19.7 m, nepostačovaly ani úctyhodné rozměry vakuové komory a ve složeném stavu by stínily a izolovaly určité části konstrukce a tím zkreslovaly výsledek testu.

Do dosažení vakua byla teplota uvnitř zvolna zvýšena na 45°C a takto ponechána přibližně jeden týden, zatímco běžely zkoušky technických subsystémů a vědeckého vybavení. Pak byla teplota snížena na -25°C a na této úrovni proběhla během několika dní druhá série zkoušek.

Dne 2007-02-08 byly ve zkušební komoře obnoveny normální "lidské" podmínky a technici mohli vstoupit dovnitř, aby provedli kontrolu a upravili konfiguraci zařízení.

Druhá etapa zkoušek byla zahájena bezprostředně poté. Tentokrát se již ověřovaly schopnosti sondy a jejich subsystémů správně vykonávat operace určitých etap letu. Většinou se zkoušely systémy individuálně s tím, že práce v součinnosti s jinými zařízeními bude možno ověřit až naostro v kosmickém prostředí.

Dne 2007-02-14 byl uskutečněn dlouho očekávaný ostrý test iontového pohonného systému. Iontový pohon nelze zkoušet za normálního atmosférického tlaku. Jednotlivé komponenty byly sice již dříve ověřovány všemi možnými způsoby, ale se zkouškou celku se muselo počkat až na vakuovou komoru. Podle vyjádření techniků pracovaly digitální řídící jednotka, zdroj elektrické energie, systém zásobování xenonem a všechny motory "nádherně".

Kosmické plavidlo má celkem tři iontové motory, přičemž v provozu bude vždy jen jeden. Jeden z motorů nemohl být kompletně prověřen, protože byl blokován podpůrnou konstrukcí sondy. Přesto ale byl otestován alespoň částečně. Došlo v něm k ionizaci xenonu, ale nebylo přivedeno napětí, které by ionty urychlilo. U zbylých dvou motorů proběhly prověrky při pěti různých výkonových úrovních. Celková doba práce motorů činila 34 min. Ionty emitované motorem po dopadu na jakýkoliv materiál (i stěny pracovní komory motoru) způsobují erozi. Uvolněný materiál by se mohl znovu usazovat na povrchu sondy s případnými negativními důsledky. Proto byly do cesty proudu iontů ve vzdálenosti asi 2 m postaveny speciální deskové lapače na bázi uhlíku. V blízkosti byly situovány rovněž detektory kontaminujících částic. Na základě jejich údajů mohla být nakonec zkouška prodloužena oproti původnímu plánu.

Zkoušky ve vakuové komoře pokračovaly až do 2007-02-17 a o dva dny později sonda komoru opustila. Další zastávkou sondy Dawn měl být už Mys Canaveral. Zde se plánovalo uskutečnit v dubnu další série prověrek a pak už měly započít závěrečné přípravy před startem.

Sonda dorazila na místo startu

Dne 2007-04-10 v 9 hodin místního času dorazila sonda Dawn do střediska Astrotech Space Operations v Titusville na Floridě. Po příjezdu do střediska, nacházejícího se poblíž kosmodromu NASA KSC [=Kennedy Space Center], započaly vlastní předstartovní přípravy. Technici instalovali letové baterie, vyzkoušeli motory a prověřili vědecké přístroje.

V polovině května mezi 2007-05-14 a 2007-05-18 úspěšně proběhla série zkoušek telekomunikačního sytému sondy se zařízením MIL-71, které na mysu Canaveral simuluje spojovací síť DSN. Přibližně v téže době se věnoval kosmický teleskop Hubble pozorování objektu (4) Vesta, který je první zastávkou na cestě sondy do pásma asteroidů.

V poslední dekádě května (2007-05-21 až 2007-05-25) byly úspěšně dokončeny provozní zkoušky systémů. K sondě byly připojeny rozlehlé panely fotovoltaických článků ve složené stavu a okamžitě bylo vyzkoušeno jejich rozkládání. Každý panel byl rozložen samostatně a podle názoru technického personálu proběhla celá operace naprosto hladce.

Na přelomu května a června byla sonda přemístěna do speciálních místností Astrotech, kde mělo dojít k plnění nádrží xenonem pro iontový motor a hydrazinem pro klasické manévrovací motorky.

Zatímco příprava sondy probíhala zcela plynule, komplikace se objevily při sestavování jednotlivých komponent nosné rakety. Byly natolik vážné, že bylo začátkem června rozhodnuto odložit start přibližně o týden z 2007-06-30 na 2007-07-07. Mezi 2007-06-04 a 2007-06-08 bylo hlášeno, že zásobníky sondy byly naplněny xenonem. Řídící tým zatím prováděl dodatečné simulace vzletu a počátečních letových operací.

Po natlakování nádrží xenonem bylo započato s plněním zásobníků hydrazinu. K 2007-06-15 bylo plnění dokončeno a k sondě byly připojeny vyvažovací dílce. Během přípravy na zkoušku na rotačním stole došlo k nemilé události. Přítomný pracovník se při neopatrné manipulaci neúmyslně dotknul nářadím zadní strany panelu solárních článků a nepatrně je poškodil. Zasažené místo bylo přes víkend opraveno. Bylo oznámeno, že je vše v pořádku a termín startu není ohrožen. K témuž datu byly definitivně završeny všechny požadované simulace před startem.

V termínu 2007-06-22 byla v laboratoři Astrotech připojena sonda k třetímu stupni nosiče. Na rampě 17B byl v té době na již smontovaný první stupeň instalován druhý stupeň rakety Delta. V posledních dnech června byla sestava urychlovacího (třetího) stupně nosné rakety a sondy Dawn převezeny na startovní rampu a připojeny k čekající raketě.

V červenci se nepoletí!

Odpočítávání směřovalo k prvnímu oficiálnímu okamžiku vzletu, který měl nastat 2007-07-07 mezi 16:09 až 16:36 místního času (EDT), což odpovídalo 20:09 až 20:16 UT. Ráno dva dny před tímto datem (2007-07-05) bylo dokonce rozhodnuto začít s plněním druhého stupně nosné rakety pohonnými látkami. Motor druhého stupně AJ118-K rakety Delta pracuje s kapalným oxidem dusičitým a směsí hydrazinu, označovanou jako Aerozine 50. Obě látky jsou za normálních podmínek skladovatelné, a proto není problémem je přečerpat do nádrží dlouho před plánovaným zážehem.

Rozhodnutí zahájit plnění padlo po dlouhé diskusi, při níž se braly v úvahu jednak (zatím blíže nespecifikované) problémy se sledováním letící rakety a jednak obecná připravenost ke startu. Ani počasí se nevyvíjelo dobře. Podle předpovědi hrozilo se 60% pravděpodobností, že start překazí bouřky. Ani situace v náhradním termínu 2007-07-08 ale nevypadala o mnoho lépe.

K plnění nádrží ale 2007-07-05 stejně nedošlo. Nesoulad teplot uvnitř špice rakety a ve druhém stupni zapříčinil, že raketa byla lehce "přehřátá" nad meze povolující zahájit plnění. Bylo rozhodnuto odložit start o jeden den na 2007-07-08 s tím, že se teploty podaří do rána vyladit. Potom by se odpoledne mohlo začít čerpat okysličovadlo. Komplikace ale stále působily bouřky nad mysem Canaveral. Dozor mající na starost dohled nad blesky byl připraven zastavit čerpání i v případě, že by se otázka nevyhovujících teplot vyřešila.

Kromě počasí a technických problémů s nosnou raketou se musela NASA vyrovnávat i s jinou komplikací. Existoval požadavek, aby telemetrie vzlétající rakety byla bezpodmínečně sledovaná v kritickém okamžiku zážehu druhého a třetího stupně. Pro tyto účely se původně počítalo se sledovací lodí, umístěné v Atlantickém oceánu u západního pobřeží rovníkové Afriky. Bohužel nebylo možno plavidlo do těchto míst včas přemístit a jako náhradní řešení bylo vybráno letadlo plně vybavené sledovací aparaturou. Ale i toto zařízení už mělo jisté povinnosti, kvůli nimž nemohlo být k dispozici po celou dobu startovního okna, které se tím rázem scvrklo na dva dny 2007-07-08 a 2007-07-09. Jistá rezerva byla ještě na samém konci červencového okna mezi 2007-07-15 a 2007-07-19. Jestliže by se ani potom start neuskutečnil, muselo by se vyčkat zase až na září a říjen.

Takto tedy vypadaly propočty ve čtvrtek 2007-07-05. Už druhého dne ráno bylo potvrzeno, že ke vzletu nedojde ani v neděli 2007-07-08. Zdůvodnění bylo opět podobné - problémy se sledovacím letadlem a pokračující bouřky nad Mysem.

2007-07-06 pozdě večer zhasla naděje i na pondělní start. Jak už bylo uvedeno v předchozím textu, nezbylo než se orientovat na start až po 2007-07-15. Pak ještě zbývaly čtyři dny, aby raketa dokázala navést sondu do blízkosti Marsu a po gravitačním manévru ke konečným cílům v pásu asteroidů.

Ani tento termín ale nevydržel celých 24 hodin. V sobotu 2007-07-07, tedy v den, kdy se měl původně uskutečnit vzlet, určila NASA ve zřejmé časové tísni, že se už o start v červencovém termínu nepokusí a počká na další příležitost v září. Podle prvního vyjádření představitelů NASA ale odklad neměl mít vliv na vědeckou náplň letu.

Zbývalo vyřešit ještě zdánlivou "maličkost". Z rampy nedaleko od místa, kde teď čekal Dawn, měla v rozmezí 2007-08-03 až 2007-08-24 odstartovat další Delta, tentokrát se sondou Phoenix k Marsu. Nebylo zcela jasné, zda bude nutno podniknout nějaká speciální opatření.

Čekání na druhou šanci

Odpověď na otázku, co se bude dít se sondou až do další příležitosti ke vzletu, přišla poměrně brzy. Hned v následujícím týdnu (od 2007-07-09) byly zahájeny práce, jejichž cílem bylo sejmout sondu společně s třetím stupněm Star 48B z nosné rakety a přemístit je do čisté místnosti v areálu Astrotech, tedy tam, kde byla v posledních týdnech připravována. Dílny Astrotech se nacházejí asi 25 km od Mysu Canaveral v městě Titusville. Rozběhly se práce na návrhu nových trajektorií pro předpokládaný start v září až říjnu.

V týdnu mezi 2007-07-16 a 2007-07-20 byl odmontován aerodynamický kryt na vrcholku rakety. Zkouška potvrdila, že převoz z rampy může Dawn absolvovat s naplněnými nádržemi pracovních látek a že se nebude nutno zdržovat odčerpáváním tekutin. Do dílen Astrotech se sonda nakonec dostala až po 2007-07-23. První a druhý stupeň rakety Delta zůstal stát na rampě a měl tam zůstat až do dalšího pokusu o vzlet.

V hale Astrotech byla zahájena série testů, které měly zkontrolovat stav kosmického robota po všech předchozích zmatcích. Začátkem srpna byly stanoveny nové dráhy pro případ startu mezi 2007-09-07 a 2007-10-15, aniž bylo zatím řečeno, který den bude vybrán jako cílové datum. Na základě těchto údajů se mohly vypočítat manévry startující rakety a definováno přesné startovní okno každého dne. Nakonec se dalo určit načasování operací sondy na začátku samostatné cesty.

Třetí týden v srpnu bylo oznámeno, že pro start byl vybrán interval mezi 2007-09-26 a 2007-10-15. Na sondě byly simulovány programy závěrečného countdownu a bylo konstatováno, že pracují podle očekávání. Pokračovaly další zkoušky v JPL, které mj. zahrnovaly nácvik operací v závěrečných 16 hodinách odpočítávání, vlastní start a činnosti na začátku cesty. Během zkoušek byly simulovány různé krizové situace a zjišťováno, jak si s nimi poradí sonda a řídící tým.

Dne 2007-09-11 v časných ranních hodinách se sonda a urychlovací stupeň Star 48B vrátily na startovní komplex 17B na Mysu, kde na ně celou dobu čekal zbytek rakety Delta. Sestava byla už podruhé vyzdvižena nad druhý stupeň Delty a už v 8 hodin ráno připevněna na vrcholek. Blesková kontrola ukázala, že transport a montáž proběhly bez potíží a sonda zůstala v perfektním stavu. V rámci přípravy ke startu byla vyměněna kevlarová lanka držící panely solárních článků ve složené poloze. Tah nových lanek byl seřízen na správnou startovní velikost.

I když na Floridě zlobilo počasí a práce se musely několikrát přerušit, byl včas (v týdnu po 2007-09-17) instalován aerodynamický kryt a připraveny všechny systémy ke startu prvního možného dne. Řídící tým prověřoval všechny počítačové programy. Definitivně byl stanoven vzlet na 2007-09-26 v době mezi 07:25 až 07:54 EDT (tj 11:25 a 11:54 UT). Pokud by došlo k dalším odkladům, posunoval se tento interval každý následující den asi o pět minut směrem dopředu.

Následující dny ale musely všechny přesvědčit, že se sonda nehodlá rozloučit se Zemí jen tak. 2007-09-23 bylo oznámeno, že bouřky znemožnily dokončit čerpání hypergolických pohonných látek do druhého stupně nosné rakety Delta 2. Start byl promptně odložen o 24 hodin.

Plnění pohonných látek druhého stupně Delty bylo dokončeno 2007-09-24. Oxid dusičitý se podařilo načerpat již v neděli 2007-09-23, ale druhá složka, což je Aerozine 50 byla z bezpečnostních důvodů kvůli nepříznivému počasí odložena až na pondělí. Oxid dusičitý a Aerozine 50 jsou hypergolické látky, spalované v motoru AJ118-K druhého stupně. Mohou být skladovány delší dobu a proto se plní do nádrží relativně dlouho před startem. Ten byl stanoven na čtvrtek 2007-09-27 mezi 07:20 a 07:49 EDT (11:20 až 11:49 UT).

Dva dny před stanoveným termínem vzletu v úterý 2007-09-25 odhadovali meteorologové šanci na příznivé povětrnostní podmínky na 60%. Největší nebezpečí představovaly dešťové přeháňky na pobřeží a hustá oblačnost. Po technické stránce ale vše probíhalo podle plánu. Jedinou výjimkou byly pochybnosti, zda mezi parabolickou anténou sondy a zvukovou izolací aerodynamického krytu zůstala dostatečná vůle. Byla provedena dodatečná analýza problému se závěrem, že tato okolnost nemá pro průběh letu žádný význam. Závěrečný předstartovní operace se měly rozběhnout ve středu 2007-09-26 ve večerních hodinách.

"Úsvit" odletěl za ranního svítání

Dne 2007-09-26 v 22:46 EDT (02:46 UT dne 2007-09-27) se servisní věž, doposud kryjící sestavu nosné rakety, začala pomalu vzdalovat od startovní rampy 17B. Skoro o hodinu později (23:35 EDT) zastavila v bezpečné vzdálenosti. Obsluha rampy prováděla poslední zásahy na osamoceně stojící raketě a startovním stole, dříve než bude vyhlášen zákaz vstupu do bezpečnostního okruhu.

V 03:20 EDT bylo v čase T-150 min odpočítávání poprvé plánovaně přerušeno na 60 min. Těsně před koncem přerušení došlo ke kontrole, zda jsou veškerá kontrolní stanoviště obsazena a všechny systémy připraveny na pokračování operací. Countdown ožil opět v 04:20 EDT. Meteorologická zpráva potvrdila 60% naděje na příznivé podmínky startu.

Dělníci již dříve opustili nebezpečnou zónu kolem rampy, přesto se ještě třikrát ozval signál výstražné sirény, který nabádal veškeré osoby, aby se urychleně vzdálily. Odpočítávání bylo obnoveno na čísle T-150 min a bylo povoleno zahájit nejnebezpečnější operace plnění prvního stupně pohonnými látkami. V dalším průběhu odpočítávání se počítalo ještě se dvěma přerušeními, během nichž byla možnost dorovnat případná zdržení.

V 04:25 EDT bylo zahájeno tlakování okruhů hélia a dusíku v prvním a druhém stupni a nádrží druhého stupně. Rozběhla se aktivace záložního inerciálního řídícího systému. V 04:40 EDT byly kontrolovány ventily, čidla a průtokoměry v rozvodech kerosenu (RP-1) a v 04:45 EDT začaly do nádrže prvního stupně proudit první litry paliva. V 04:53 EDT už byla kerosenová nádrž z poloviny plná. Jakmile dosáhla úroveň 98% bylo přepnuto z módu "rychlého" plnění a závěrečná 2% se dočerpávala opatrně "pomalým" způsobem. Nádrž kerosenu byla naplněna v 05:04:22 EDT, celý proces trval 19 min 18 s.

Meteorologická zpráva z 05:00 EDT hovořila o nesouvislé oblačnosti ve výšce 1 až 3 km, místních přeháňkách, severním větru a teplotě 25°C. Pravděpodobnost vzletu 60% zůstala nezměněna. Pokud by došlo k odkladu o jeden den, zlepšily by se vyhlídky na dobré povětrnostní podmínky na 80%. V 05:14 EDT byly dokončeny práce na rekonfiguraci palubního počítače Delty.

V 05:30 EDT byly zahájeny práce spojené s plněním prvního stupně rakety okysličovadlem. Vlastní čerpání kapalného kyslíku podchlazeného na -183°C se rozběhlo v 05:36 EDT. V 06:02 EDT už se v nádrži nacházelo 95% celkového objemu a zbytek byl doplňován ve zpomaleném režimu. Plného stavu bylo dosaženo v 06:04 EDT. Další litry se měly doplňovat jen podle toho, jak se bude tekutina v nádrži odpařovat. Bezpečnostní technik provedl kontrolu přijímačů samodestrukčního zařízení, které by mohlo být aktivováno v případě, že by se startující raketa vymkla kontrole a ohrožovala pobřeží Floridy.

Povětrnostní situace se mezitím poněkud vylepšila a v 06:22 EDT se vyhlídky na start zvýšily na 80%. Ve výšce 1 km se nacházelo jen několik izolovaných mraků, panovala dobrá viditelnost a vál severní vítr. Místní přeháňky se vyskytovaly jen na jihovýchodě.

V 06:25 EDT byly zahájeny zkoušky naklápění raketových motorů prvního i druhého stupně. V 06:35 EDT byl v čase T-15 min countdown opět na čtvrt hodiny plánovaně přerušen. Nosná raketa čekala připravena vzlétnout k nebi a malá pauza v odpočítávání byla příležitostí učinit malou rekapitulaci nosiče Delta. Od roku 1960, kdy odstartovala první modifikace, se mělo jednat již o 327. vypuštění. Varianta Delta 2 létá od roku 1989 a Dawn měl být už 131. pasažérem tohoto typu. V letošním roce se Delta chystala na pátý start.

Hodiny před startem se rozběhly opět v 06:55 EDT na hodnotě T-15 min. Meteorologové vydali souhlas s vypuštěním. Naposledy se countdown plánovaně přerušil v 07:06 EDT na čísle T-4 min a měl zůstat stát 10 min.

V 07:07 EDT byla sonda Dawn přepojena na vlastní zdroje elektrické energie. O chvíli později svolal ředitel startu Omar Baez členy týmu, aby mohl vydat očekávané "go" k pokračování operací. Doposud hladký průběh se ale přesto v samém závěru zadrhl. V 07:15 EDT, ještě před koncem přerušení, byly operace pozastaveny. Příčina tentokrát neležela ani na počasí ani na technických problémech. Do oblasti na hladině Atlantického oceánu, v místě kam měly dopadat vyhořelé pomocné rakety se zatoulala jakási loď. Než s ní navázala pobřežní stráž kontakt a "vyhnala" ji ze zakázané zóny, uplynulo několik drahocenných minut. Naštěstí jich nebylo tolik, aby vypršel celý vypočtený interval tohoto dne, a proto po odstranění překážky byl stanoven nový okamžik zážehu motorů na 07:34 EDT (11:34 UT). Cizí loď se vzdálila za hranici nebezpečné zóny v 07:27 EDT.

Countdown po poněkud delším přerušení ožil opět v 07:30 EDT a na hodinách v tu chvíli stál údaj T-4 min. O čtvrt minuty později přešla raketa na interní zdroje napájení. Byla odjištěna pyrotechnika třetího stupně. V čase T-2:15 min zaznělo z řídícího stanoviště další "go". O chvíli později bylo zahájeno tlakování nádrže kapalného kyslíku. Na boku rakety byly zřetelně vidět obláčky par unikajících přes pojistné armatury. Jeden a půl minuty před startem pokračovalo doplňování odpařeného kapalného kyslíku.

Jednu minutu před startem bylo po kontrole tlaku přepojeno hydraulické čerpadlo druhého stupně na interní zdroj elektřiny. V čase T-11 s byly odjištěny zažehovače devíti návěsných motorů SRB [=Solid Rocket Boosters]. Nad Floridou se právě rozednilo.

V 07:34:00.372 EDT (neboli 11:34:00.372 UT) se konečně Dawn dočkal! Společně s motorem prvního stupně rakety Delta 2 model 7925H naskočila šestice návěsných motorů na tuhé pohonné látky SRB, celá sestava se odlepila od startovního stolu a zamířila do ranního nebe. Rychlost prudce narůstala a už po 35 s letu překonal stroj zvukovou bariéru. V T+50 s byla konstrukce rakety namáhána maximálním aerodynamickým tlakem. Atmosféra ale se vzrůstající výškou postupně řídla. V čase T+1:23 min vyhořelo všech šest urychlovacích motorů zapálených ještě na zemi a bylo odhozeno. Těsně před oddělením naskočily zbývající a zatím nečinné tři stupně SRB a společně s prvním stupněm Delty hnaly náklad do vesmíru. Pomáhat vydržely jen do T+2:41 min a rovněž se oddělily.

V čase T+3:40 min se Delta nacházela ve výšce 84 km a ve vzdálenosti 210 km od Mysu. Rychlost činila přibližně 15500 km/h (asi 4.3 km/s). V T+4:32 s dosloužil první stupeň rakety, dospěl k okamžiku MECO [=Main Engine Cut Off] a byl vypojen. Malou chvíli pokračovala sestava v setrvačném letu, vyhořelý stupeň se oddělil a v T+4:40 min naskočil druhý stupeň. Raketa mezitím vystoupala do výšek, kdy již hustota atmosféry poklesla pod jistou hranici, aerodynamický kryt se stal neúčinným a jako zbytečný balast byl v T+4:48 min odvržen.

Let pokračoval nadále naprosto hladce. Raketa nabírala výšku, vzdalovala se od Mysu Canaveral ale hlavně získávala potřebnou rychlost. V 11:40 UT (T+6:45 min) byla zachycena na sledovací stanici nacházející se na ostrově Atigua v Malých Antilách. V T+9:04 min bylo dosaženo potřebné parkovací dráhy kolem Země a motor druhého stupně byl prozatím vypojen (SECO 1). Takřka kruhová dráha se nacházela ve výšce 161 až 162 km se sklonem 28.6° k rovníku. V čase T+12 min ztratila Antiqua raketu z dohledu. Bez dozoru měla letět až k dalšímu kontrolnímu stanovišti na západním pobřeží Austrálie. Půl hodinu po startu přelétala raketa jižní Afriku. I když se na ní nekonaly žádné dramatické události, přesto byla na jistou dobu uvedena do rotace, aby se rovnoměrně nahřívala slunečními paprsky.

V čase T+51:20 min zaznamenala rádiové signály z Delty stanice Dongara v Austrálii. Bylo to právě včas, protože již v T+51:34 min byla aktivována hydraulika druhého stupně a v T+51:43 min (12:25 UT) byl podruhé spuštěn jeho raketový motor. Podruhé a naposled byl vypojen v T+54:25 min (SECO 2). Posledním úkolem stupně bylo pomocí malých raketových motorků roztočit celé těleso kolem podélné osy a zajistit tak stabilizaci poslední části před oddělením. Odhození prázdného druhého stupně bylo potvrzeno v T+55:30 min. O pár sekund později v T+55:58 min přišla konečně řada na poslední stupeň Star 48B, jehož úkolem bylo udělit sondě poslední impuls k přechodu na heliocentrickou dráhu. Motor na tuhé pohonné látky ani tentokrát nezklamal. Se stanoveným zadáním se vypořádal ve 12:31 UT (T+57:19 min). Zbylá sestava se pohybovala nad severovýchodní Austrálií.

V 12:35 UT (T+61:58 min) se sonda Dawn oddělila a nastoupila samostatnou cestu vesmírem do hlavního pásu asteroidů. Okamžik před tím se ještě z rotujícího stupně Star odvinula lanka s malými závažíčky, otáčení sestavy se zpomalilo a pak se konečně vyhořelý stupeň vzdálil od hlavního nákladu. Delta 2 opět odvedla perfektní práci a dopravila užitečné zatížení tam, kam to po ní bylo požadováno.

První telemetrická data ze sondy obdrželo řídící středisko ve 13:44 UT. Dawn zaujal správnou orientaci v prostoru a obrovské panely fotovoltaických článků začaly generovat elektrický proud. Následujícího dne překročil oběžnou dráhu Měsíce. Řídící tým čekaly v nejbližších 80 dnech nejrůznější prověrky a seřízení všech systémů.

Nejprve je potřeba všechno zkontrolovat

Každé umělé těleso opouštějící Zemi musí být co nejdříve zkontrolováno, zda všechna zařízení fungují a celek se chová tak, jak se od něho očekává. Úspěch mise Dawn je zcela závislý na správné činnosti iontového motoru, bez něhož by se sonda nedokázala přiblížit k žádnému ze zamýšlených cílů. Není proto divu, že prověrka iontového pohonu přišla na řadu hned několik dnů po vypuštění, i když etapa letu, kdy měl být dlouhodobě v činnosti byla ještě poměrně vzdálená.

Řídící středisko začalo s vysíláním povelů a s prověrkami systémů již 2007-09-27. Příprava motoru ke spuštění si ale přesto vyžádala několik dnů pečlivého plánování. V neděli 2007-10-07 v 01:07 UT (v Americe byla ještě sobota večer) zážehová sekvence vyvrcholila a z iontového motoru začaly tryskat první částice ionizovaného xenonu. Motor pracoval nepřetržitě následujících 27 hodin, přičemž byla jeho činnost monitorována ze střediska JPL v Kalifornii. Pohon byl prověřován při různých výkonových úrovních od fáze běhu naprázdno až po plný tah.

Za prvních 27 hodin práce iontového motoru bylo spotřebováno méně než 0.28 kg pracovní látky, přičemž v nádržích sondy ho bylo od startu uskladněno 425 kg. Během celého letu má trojice iontových motorů fungovat celkem 50000 hodin. To je zatím nejdelší kumulativní doba činnosti iontového pohonu u jakéhokoliv kosmického plavidla.

Plánovaný průběh letu

Po pěti rocích letu na heliocentrické dráze a jednom průletu kolem Marsu (v březnu 2009) dorazí sonda v říjnu 2011 k prvnímu cíli, planetce (4) Vesta. Na oběžné dráze kolem asteroidu má zůstat 6 měsíců. Úvodní dráha se uvažuje ve výšce 700 km, poté bude snížena na 120 km. Není vyloučeno, že se uskuteční pokus o přiblížení na ještě menší vzdálenost 15 až 75 km.

Dawn opustí Vestu v dubnu 2012 a k druhému cíli, jímž je trpasličí planeta (1) Ceres, dorazí v únoru 2015. Úvodní oběžná dráha má ležet 890 km nad povrchem, později bude snížena na 140 km. I v tomto případě je možné, že se řídící tým pokusí přejít až do blízkosti 50 až 75 km. Výzkumná fáze u planetky skončí v červenci 2015. Sonda nicméně zůstane na oběžné dráze.

Očekává se, že iontový pohon spotřebuje 288 kg xenonu na přelet k planetce Vesta a dalších 89 kg na přesun k druhému objektu Ceres. Přechod na oběžné dráhy se uskuteční pomocí hydrazinových motorků.

Experimenty

Kamery
[Framing Cameras]

Sonda Dawn je vybavena dvěma identickými kamerami. Hlavním úkolem zařízení je zhotovit mapy povrchu asteroidů, z nichž je možno rovněž usuzovat na geologickou historii a vývoj těchto zkoumaných vesmírných objektů. Snímky slouží ke stanovení rozměrů a tvaru, morfologie a textur povrchových útvarů. K posouzení geologických vlastností jsou určeny snímky v různých vlnových pásmech (barvách).
Soustava kamery se skládá ze snímací části a potřebného bloku elektroniky. Na objektivu kamery je instalováno stínící zařízení, které eliminuje rušivé reflexy od konstrukčních prvků sondy. Dále se na objektivu nachází snímatelná krytka, chránící optiku před poškozením. Každá kamera se světelností f1/8 je opatřena tvrzenou refraktivní optikou s ohniskovou délkou 150 mm, která koncentruje dopadající světlo na desku CCD o rozměrech 1024x1024 obrazových bodů. Zorné pole má rozměr 5.5x5.5° s rozlišením 9.3 m na vzdálenost 100 km. Do cesty světelných paprsků je vložen karusel s barevnými filtry. Karusel má celkem 8 poloh, přičemž jedna pozice je reprezentována čirým filtrem, propouštějícím světlo o vlnové délce 450 až 950 nm. Dalších sedm filtrů je určeno pro střední vlnovou délku 430, 540, 650, 750, 830, 920 a 980 nm. Filtry jsou navrženy tak, aby propouštěly paprsky v rozsahu 40 nm od střední vlnové délky, s výjimkou filtru 980 nm, který akceptuje širší rozsah 80 nm.
Citlivost zařízení je dostatečná na to, aby byl poměr odstupu signálu od šumu lepší než 100 při expozičních dobách mezi 100 ms až 1 s. Doba čtení jednoho snímku 1024x1024 je 1.6 s s minimální expoziční dobou 1 ms.
Každá kamera má vlastní elektronickou jednotku, která zpracovává a komprimuje snímky před odesláním k Zemi.
Každá ze dvou kamer má hmotnost přibližně 5 kg a spotřebu 12 W elektrické energie.
Vedoucím výzkumného týmu je Dr. Horst Uwe Keller.
Zařízení dodal a provozuje Max Planck Institute for Solar System Research, MPS, Katlenburg-Lindau, Německo.

Mapovací spektrometr MS nebo Vizuální a infračervený spektrometr VIR
[=Mapping Spectrometer, Visual and Infrared Spectrometer]

Mapovací spektrometr je modifikací přístroje VIRTIS umístěném na kometární sondě Rosetta. Obsahuje dva kanály, jeden ve viditelném a druhý v infračerveném pásmu. Skládá se ze čtyř součástí - optického systému (5.0 kg), proximity elektroniky (3.0 kg, 5 W), elektroniku kryogenního chladiče (1.3 kg, 12.6 W) a mechanické a teplotní konstrukce (5.0 kg). Hlavním úkolem experimentu je poskytnout údaje, na jejichž základě by se dalo stanovit mineralogické složení povrchu planetek. Lze ho též použít ke stanovení fyzikálních vlastností (struktury) a původu částic povrchu a identifikaci minerálu obsahujících vodu, sledování povrchového ledu či jinovatky a případné řídké atmosféry.
Oba kanály mají společnou optiku a mřížku. Kryt před aperturou jednak chrání choulostivé části a dále je z vnitřní strany opatřen povlakem, který se používá po nasvícení dvěma interními světelnými zdroji jako kalibrační terč. Průměr čočky je 47.5 mm, zorné pole má rozsah 64x64 mrad a f=5.6 pro vididelnou a f=3.2 pro infračervenou oblast. Vizuální kanál používá matrici CCD o rozměru 1024x1024 bodů, která zaznamenává záření o vlnových délkách mezi 250 a 1000 nm. Infračervený kanál tvoří detekční destička na bázi teluridu rtuti a kadmia obsahující 270x435 fotodiod. Pracuje ve vlnovém pásmu 950 až 5050 nm. Přístroj je opatřen několika filtry pro pásma 900-1600, 1200-1900, 1900-2500, 2400-3750, 3600-4400 a 4300-5000 nm. Aby se omezilo tepelné záření z pozadí, je potřeba spektrometr chladit pod 135K, což se děje pasivním radiátorem do kosmického prostoru. Vlastní detektor se chladí na pracovní teplotu 70 K aktivním Stirlingovým chladičem.
Hmotnost zařízení experimentu obnáší 9.3 kg a spotřebuje 17.6 W elektrické energie.
Vedoucím výzkumného týmu je Dr. Angioletta Coradani.
Zařízení dodal a provozuje Italian IFSI-INAF (Istituto Nazionale di Astrofisica), Řím, Itálie

Spektrometr neutronů a záření gama GR/NS
[=Gamma Ray/Neutron Spectrometer]

Spektrometr je určen ke studiu hlavních prvků (O, Si, Fe, Ti, Mg, Al, Ca) a stopových prvků (U, Th, K, H, Gd, Sm) v povrchovém materiálu zkoumaných kosmických těles. Kromě analýz geologického složení je schopen detekovat vodík a tím i přítomnost vody a jeho množství v kůře objektů (4) Vesta a (1) Ceres.
GN/RS je umístěn do skříně o rozměrech 25.7x18.0x20.3 cm nacházející se na stěně sondy obrácené k asteroidu. Na horním víku je instalován detektor gama záření. Sestává z matice 4x4 čidel o rozměrech 1.0x1.0x0.75 cm z materiálu CZT [=cadmium-zinc-telluride]. Pod ním je detektor neutronů sestávající z destičky 7.6x7.6x5.08 cm materiálu BGO [=bismuth-germinate], připojený na trubici fotonásobiče o průměru 7.6 cm. Obě čidla jsou z pěti stran odstíněna 2.5 cm tlustou vrstvou plastu obsahujícího bór.
Hmotnost zařízení experimentu obnáší 10.5 kg a vyžaduje 9 W elektrické energie.
Vedoucím výzkumného týmu je Dr. William C. Feldman.
Zařízení dodal a provozuje Los Alamos National Laboratory, Los Alamos, NM, USA.

Magnetometr Mag
[=Magnetometer]

Magnetometr nebyl do finální letové konfigurace zařazen, následující popis je uveden pouze z archivních důvodů.

Magnetometr je určen k měření nízkoúrovňových magnetických polí v okolí asteroidů a vzájemných účinků magnetického pole a slunečního větru. Hlavním úkolem je zjistit zda asteroidy mají přírodní zbytkový magnetismus a při srovnání s geologickými poznatky, kdy vznikl, a jak se projevují nestálá magnetická pole a jak jsou ovlivňována asteroidem, tzn. jaká je elektrická vodivost nitra tělesa. Magnetometr měří pole v rozsahu -1000 až +1000 nT při 20 Hz s rozlišením 0.015 nT.
Magnetometr indukčního typu je namontován na pětimetrové tyči. Jedno čidlo se nachází na jejím konci a druhé v jedné třetině délky a měří magnetické pole vyvozené systémy sondy. Sonda samotná používá iontový pohon pracující s magnetickými poli. Zařízení je navrženo tak, aby byl vliv na objektivitu měření magnetometru minimalizován.
Elektronická jednotka obsahuje napájení, příslušné elektrické obvody a digitální povelovou a řídící část. Hmotnost elektroniky obnáší 2.35 kg, čidel a kabeláže 0.7 kg.
Hmotnost celého zařízení experimentu představuje 3.05 kg a vyžaduje 3 W elektrické energie.
Vedoucím výzkumného týmu je Dr. Christopher T. Russel.

Rádiové experimenty
[Radio Science]

Rádivé experimenty na palubě sondy využívají stávající komunikační systém, jehož činnost je kombinována s pozorováním optických zobrazovacích přístrojů. Tímto způsobem se na základě přesného sledování oběžné dráhy kolem cílových asteroidů studuje gravitační pole centrálního objektu. Úkolem je stanovit hmotnost planetky, vlastnosti globálního gravitačního pole, definovat hlavní osy, osu rotace a moment setrvačnosti planetek (1) Ceres a (4) Vesta. Odvozeně se dá stanovit hustota tělesa a variace v hustotě kůry a pláště, případné kývání rotujícího tělesa a odhadnout velikost eventuálního železného jádra.
Různé typy oběžných drah nad planetkou poskytují různé informace o gravitačním poli. Úvodní vysoká dráha slouží ke stanovení hmotnosti tělesa a společně se snímky asteroidu k určení rotačních parametrů. Oběžná dráha ve střední a nejmenší výšce je vhodná k detailnějšímu měření tvaru gravitačního pole. Cílem je stanovit hustotu s přesností lepší než 1%, což je předpokladem pro získání celkové představy o vnitřní struktuře tělesa.
Data z rádiového experimentu se získávají sledováním signálu z vysílače pracujícího se 100 W zesilovačem s postupnou vlnou a emitovaného vysokoziskovou anténou o průměru 1.5 m. Experiment sleduje dopplerovský posun frekvence signálu, který je závislý na vzájemné radiální rychlosti mezi Zemí a sondou.
Pro rádiové experimenty není sonda vybavena žádným speciálním zařízením.
Vedoucím výzkumného týmu je Dr. Alexander S. Konopliv.
Experiment provozuje Orbital Sciences Corp, Herndon, VA, USA

Literatura

1. Dawn Home Page - JPL -
   http://dawn.jpl.nasa.gov/index.asp