Mise Cassini-Huygens – Letová mechanika, přístrojová instrumentace a planetologie

Vzhledem k vysoké startovní hmotnosti ($M_0 = 5,712,\text{kg}$ včetně $3,132,\text{kg}$ pohonných látek) a energetické náročnosti cesty k Saturnu ($C_3 \approx 40.5,\text{km}^2/\text{s}^2$) využila trajektorie Cassini-Huygens čtyřnásobný gravitační manévr (Gravity Assist):

1. První průlet kolem Venuše: 26. 4. 1998 (výška 287 km).
2. Druhý průlet kolem Venuše: 24. 6. 1999 (výška 603 km).
3. Průlet kolem Země: 18. 8. 1999 (výška 1 171 km, $\Delta v \approx 5.5,\text{km/s}$).
4. Průlet kolem Jupiteru: 30. 12. 2000 (vzdálenost $9.7 \times 10^6,\text{km}$, $\Delta v \approx 2.2,\text{km/s}$).

Vstup na oběžnou dráhu Saturnu (SOI – Saturn Orbit Insertion) proběhl 1. července 2004 zážehem hlavního motoru Marquardt R-4D o tahu $445,\text{N}$ po dobu 96 minut ($\Delta v_{\text{SOI}} = 626,\text{m/s}$).

• Energetická soustava: 3× RTG GPHS (General Purpose Heat Source Radioisotope Thermoelectric Generator) obsahující celkem $32.7,\text{kg}$ isotopu $^{238}\text{PuO}_2$, které při startu generovaly elektrický výkon $P_e \approx 885,\text{W}$ (pokles na cca 600 W na konci mise).
• Klíčové vědecké přístroje Cassini:
  • ISS (Imaging Science Subsystem): Úzkoúhlá (NAC, ohnisko 2000 mm, f/10.5) a širokoúhlá (WAC, ohnisko 200 mm, f/3.5) CCD kamera.
  • RADAR: Multimódový Ku-pásmový (13.78 GHz) syntetický aperturový radar (SAR) mapující povrch Titanu s rozlišením 300 m.
  • VIMS (Visual and Infrared Mapping Spectrometer): Rozsah 0.35 až 5.1 $\mu\text{m}$ v 352 spektrálních kanálech.
  • INMS (Ion and Neutral Mass Spectrometer): Hmotnostní spektrometr pro detekci neutrálních částic a iontů do 100 Da v gejzírech Enceladu a atmosféře Titanu.
  • CIRS (Composite Infrared Spectrometer): Měření teploty a chemismu prstenců a atmosféry v rozsahu 7–1000 $\mu\text{m}$.

• Startovní hmotnost: 318 kg.
• Vstup do atmosféry: Rychlost vstupu $v_{\text{entry}} = 6.0,\text{km/s}$ pod úhlem $-65^\circ$. Špičkové decelerace dosáhly $16,g$ a teplota beryliového tepelného štítu překročila $1,800^\circ\text{C}$.
• Padákový systém: Pilotní padák $\varnothing 2.0,\text{m}$, hlavní padák $\varnothing 8.3,\text{m}$, odhozen po deceleraci a nahrazen stabilizačním padákem $\varnothing 3.0,\text{m}$ pro zrychlení průchodu troposférou.
• Doba provozu na povrchu: Baterie modulu dodávaly energii 72 minut po dosednutí na povrch při teplotě $-179^\circ\text{C}$ (94 K) a tlaku $1.47,\text{bar}$.

1. Oceán Enceladu: Měření libračných pohybů Enceladu prokázalo globální odpojení ledové kůry od silikátového jádra. INMS spektrometrie v chocholech detekovala $H_2O$ (96–99 %), $CO_2$, $CH_4$, $NH_3$ a molekulární vodík $H_2$ indikující serpentinizaci v hydrotermálním systému.
2. Dynamika prstenců: Pozorování gravitačních vln a měsíčních pastýřů (Prometheus, Pandora, Daphnis) vytvářejících vertikální reliéf o výšce až 3 km na hraně prstence A (Keelerova mezera).
3. Hexagon na severním pólu Saturnu: Přetrvávající stacionární atmosférická vlnová struktura Rossbyho typu v tryskovém proudění (jet stream) s rychlostí větru přes $300,\text{km/h}$.

• Matson, D. L., et al. (2002). Space Science Reviews, 104, 1-58.
• Lebreton, J. P., et al. (2005). Nature, 438(7069), 758-764.
• Porco, C. C., et al. (2006). Science, 311(5766), 1393-1401.
• Waite, J. H., et al. (2017). Cassini finds molecular hydrogen in the Enceladus plume: Evidence for hydrothermal processes. Science, 356(6334), 155-159.