ยานโนโซมิ ภารกิจสำรวจดาวอังคารของญี่ปุ่น

ยานโนโซมิ (Nozomi; ภาษาญี่ปุ่น: のぞみ ซึ่งแปลว่า "ความหวัง" หรือ "ความปรารถนา") หรือที่รู้จักในชื่อ Planet-B ก่อนการปล่อยตัว เป็นยานสำรวจดาวอังคารของประเทศญี่ปุ่นที่พัฒนาโดยสถาบันวิทยาศาสตร์และดาราศาสตร์ (ISAS) แห่งมหาวิทยาลัยโตเกียว โดยมีเป้าหมายเพื่อศึกษาชั้นบรรยากาศส่วนบนของดาวอังคารและปฏิสัมพันธ์กับลมสุริยะ

วัตถุประสงค์ของภารกิจ

ยานโนโซมิถูกออกแบบมาเพื่อปฏิบัติภารกิจทางวิทยาศาสตร์ที่สำคัญหลายประการ ได้แก่:

• การวัดโครงสร้าง องค์ประกอบ และพลวัตของชั้นไอโอโนสเฟียร์ (Ionosphere)
• การศึกษาผลกระทบของลมสุริยะที่มีต่อบรรยากาศ (Aeronomy effects)
• การวิเคราะห์การหลุดลอยขององค์ประกอบในชั้นบรรยากาศ
• การสำรวจสนามแม่เหล็กภายในของดาวอังคารและการแทรกซึมของสนามแม่เหล็กจากลมสุริยะ
• การศึกษาฝุ่นในชั้นบรรยากาศส่วนบนและฝุ่นที่โคจรรอบดาวอังคาร
• การถ่ายภาพพื้นผิวดาวอังคารและดวงจันทร์บริวารอย่าง โฟบอส (Phobos) และดีมอส (Deimos)

เส้นทางการเดินทางและเหตุการณ์สำคัญ

การปล่อยตัวและการเดินทางช่วงแรก

ยานโนโซมิถูกส่งขึ้นสู่อวกาศเมื่อวันที่ 4 กรกฎาคม พ.ศ. 2541 (ค.ศ. 1998) โดยใช้จรวดนำส่ง M-V ยานถูกส่งเข้าสู่วงโคจรจอดพักรอบโลกแบบรี (Elliptical geocentric parking orbit) โดยมีจุดใกล้โลกที่สุด (Perigee) 340 กิโลเมตร และจุดไกลที่สุด (Apogee) 400,000 กิโลเมตร

เพื่อให้ได้ความเร็วเพียงพอในการเดินทางไปดาวอังคาร ยานได้ใช้เทคนิคการเหวี่ยงตัวผ่านดวงจันทร์ (Lunar swing-by) สองครั้ง ในวันที่ 24 กันยายน และ 18 ธันวาคม พ.ศ. 2541

วิกฤตการณ์ระหว่างการเหวี่ยงตัวผ่านโลก

ในวันที่ 20 ธันวาคม พ.ศ. 2541 ยานโนโซมิได้บินผ่านโลกที่ระยะใกล้ที่สุดประมาณ 1,000 กิโลเมตร เพื่อใช้แรงโน้มถ่วงช่วยเพิ่มความเร็วในการมุ่งหน้าสู่ดาวอังคาร อย่างไรก็ตาม เกิดความผิดพลาดที่วาล์วตัวหนึ่งทำให้เชื้อเพลิงรั่วไหล ส่งผลให้ยานมีความเร่งไม่เพียงพอที่จะเข้าสู่เส้นทางที่วางแผนไว้ แม้จะมีความพยายามในการปรับทิศทางสองครั้งในวันที่ 21 ธันวาคม แต่ก็ต้องใช้เชื้อเพลิงมากกว่าที่คาดการณ์ไว้ ทำให้เชื้อเพลิงคงเหลือไม่เพียงพอสำหรับการเข้าสู่วงโคจรดาวอังคารตามกำหนดเดิมในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2542

การปรับแผนภารกิจและการล้มเหลวในขั้นตอนสุดท้าย

เนื่องจากข้อจำกัดด้านเชื้อเพลิง ทีมควบคุมจึงปรับแผนให้ยานโคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นเวลา 4 ปี โดยวางแผนให้บินผ่านโลกอีกสองครั้งเพื่อใช้แรงโน้มถ่วงช่วยส่งตัว และคาดว่าจะถึงดาวอังคารในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2546

ผลกระทบจากพายุสุริยะ

เมื่อวันที่ 21 เมษายน พ.ศ. 2545 ขณะที่ยานกำลังเข้าใกล้โลกเพื่อทำ Gravity assist ได้เกิดพายุสุริยะรุนแรงส่งผลกระทบต่อระบบสื่อสารและระบบพลังงานของยาน เกิดไฟฟ้าลัดวงจรในเซลล์พลังงานที่ควบคุมระบบทำความร้อนของระบบควบคุมท่าทาง (Attitude control heating system) ส่งผลให้เชื้อเพลิงไฮดราซีน (Hydrazine) กลายเป็นน้ำแข็ง แม้ว่าเชื้อเพลิงจะละลายเมื่อยานเข้าใกล้โลกและสามารถปรับทิศทางได้สำเร็จ แต่เหตุการณ์นี้สร้างความเสียหายอย่างหนักต่อระบบภายใน

การสิ้นสุดภารกิจ

ยานโนโซมิบินผ่านโลกครั้งสุดท้ายเมื่อวันที่ 19 มิถุนายน พ.ศ. 2546 ที่ระยะ 11,000 กิโลเมตร แต่ในวันที่ 9 ธันวาคม พ.ศ. 2546 ความพยายามในการปรับทิศทางยานเพื่อเตรียมการจุดระเบิดเครื่องยนต์หลักสำหรับการเข้าสู่วงโคจรดาวอังคารในวันที่ 14 ธันวาคม ประสบความล้มเหลว

เพื่อป้องกันไม่ให้ยานพุ่งชนดาวอังคารโดยไม่ตั้งใจ ซึ่งอาจนำไปสู่การปนเปื้อนทางชีวภาพ (Biological contamination) เนื่องจากยานไม่ได้ถูกฆ่าเชื้อในระดับที่สามารถลงจอดได้ ทีมควบคุมจึงสั่งจุดระเบิดเครื่องยนต์ขนาดเล็กเพื่อปรับระยะการบินผ่านให้ห่างออกไปเป็น 1,000 กิโลเมตร ยานโนโซมิบินผ่านดาวอังคารในวันที่ 14 ธันวาคม พ.ศ. 2546 และหลุดออกสู่การโคจรรอบดวงอาทิตย์เป็นเวลาประมาณ 2 ปี ก่อนที่ภารกิจจะถูกประกาศยุติอย่างเป็นทางการในวันที่ 31 ธันวาคม พ.ศ. 2546

ลักษณะทางเทคนิคของยาน

ยานโนโซมิมีลักษณะเป็นปริซึมสี่เหลี่ยมจัตุรัส สูง 0.58 เมตร กว้าง 1.6 เมตร พร้อมแผงโซลาร์เซลล์แบบซิลิคอนสองข้างเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าและเก็บไว้ในแบตเตอรี่นิกเกิล-เมทัลไฮไดรด์ (NiMH) อุปกรณ์สำคัญประกอบด้วย:

• เสาอากาศจานพาราโบลาที่ด้านบน
• หน่วยขับเคลื่อนที่ด้านล่าง
• เสากระโดงที่กางออกได้ยาว 5 เมตร และบูมยาว 1 เมตร
• เสาอากาศลวดบางสองคู่ที่มีความยาวรวม 50 เมตร