NASA przez 687 dni będzie badać Marsa

5 sierpnia na powierzchni Marsa wyląduje łazik Curiosity. W trakcie prawie 700-dniowej wędrowki zgromadzi wiele cennych danych. NASA chce sie dowiedzieć czy na powierzchni Czerwonej Planety istnieje lub mogło istnieć życie. Fot. NASA

Curiosity ma do wykonania ważne zadanie. Na podstawie przeprowadzanych przez niego testów, zdjęć i doświadczeń naukowcy chcą ustalić czy na Marsie panują lub panowały warunki niezbędne do podtrzymania życia. Robot dokona tego przy użyciu zaawansowanych narzędzi, których opis znajduje się w dalszej części artykułu.

Misja ma na celu również przetestowanie zupełnie nowych rozwiązań technologicznych. Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej chce je wykorzystać podczas kolejnych przedsięwzięć. Najważniejsze i najbardziej spektakularne wydaje się lądowanie na lodowym księżycu Jowisza - Europie. Zanim to jednak nastąpi, łazik Curiosity musi bezpiecznie wylądować na powierzchni Marsa.

Całe przedsięwzięcie rozpocznie się 5 sierpnia 2012 roku. Sonda Mars Science Laboratory (MSL) zrzuci na powierzchnię Czerwonej Planety łazik o nazwie Curiosity, który przez 687 dni będzie zbierał niezwykle cenne dane. Zanim urządzenie rozpocznie swoją pracę, amerykańskich naukowców czeka 7 minut prawdziwej grozy.

Za kilka miesięcy MSL dotrze do zewnętrznej atmosfery Marsa. Co ciekawe, pokonanie dystansu 563 mln km z prędkością 21 120 km/h wydaje się niczym przy manewrach wejścia i wyjścia z atmosfery oraz samego lądowania. Ten niezwykle ryzykowny manewr zyskał niemałą sławę wśród środowiska naukowego i został ochrzczony mianem "seven minutes of terror", czyli "siedmioma minutami grozy". Aby lepiej zrozumieć przekaz wspomnianych słów należy poznać dokładną procedurę lądowania ze świadomością, że wszystko dzieje się nad powierzchnią obcej planety.

MSL składa się z czterech elementów: głównej powłoki, tarcz cieplnych (chronią przed wysoką temperaturą towarzyszącą przelotowi przez atmosferę), modułu zejścia i łazika. Zaczynamy jeden z najbardziej skomplikowanych manewrów na świecie.

Wejście w atmosferę: 0 minut

Tuż przed osiągnięciem atmosfery Czerwonej Planety MSL musi pozbyć się dwóch 80-kilogramowych wolframowych odważników. Zmiana masy skoryguje trajektorię lotu sondy i umożliwi skuteczniejszą nawigację. W kierunku stery lądowania pokieruje ją 8 silników rakietowych umieszczonych na głównej powłoce. Przez 4 kolejne minuty tracie zredukuje prędkość statku do 1600 km/h. W tym samym czasie pozbędzie się kolejnych 6 odważników, dostosowując kąt nachylenia lotu.

Zejście: 4 minuty

Jednym z najważniejszych elementów manewru jest odpowiednia i stała redukcja prędkości. Z 1600 do zaledwie 288 km/h wyhamuje dzięki nylonowo-poliestrowemu spadochronowi. Podczas przelotu przez atmosferę statek musi uporać się z temperatura rzędu 2000 stopni Celsjusza. Tutaj kluczową rolę odgrywają tarcze termiczne, które odpadną w momencie, kiedy radar MSL wskaże wysokość 8 km nad powierzchnią planety. To jest również najlepszy moment na zebranie pierwszych danych. Manewr lądowania zostanie uwieczniony na zdjęciach dzięki aparatowi o wysokiej rozdzielczości -Mars Descent Imager.

80 sekund po odłączeniu się tarcz termicznych od MSL, odpadnie również główna powłoka wraz ze spadochronem. Oznacza to, że w ostatniej fazie weźmie udział tylko moduł zejścia i łazik. Trzymamy kciuki.

Lądowanie: 7 minut

Nieco ponad kilometr nad powierzchnią odezwą się silniki rakietowe, które przez 40 sek. wytracą prędkość MSL do około 3 km/h. Kiedy manewr dobiegnie końca, moduł zejścia zacznie opuszczać Curiosity na nylonowych linach. Procedurą pokieruje komputer pokładowy łazika. Kiedy ten osiągnie powierzchnię Marsa, moduł unoszący się 25 metrów wyżej odetnie pępowinę. Część wyposażona w silniki rozbije się mniej więcej 500 metrów na północ od strefy lądowania, która znajduje się w kraterze Gale. Naukowcy wybrali to miejsce ze względu na wysokie prawdopodobieństwo występowania ważnych związków organicznych.

Miejmy nadzieję, że Curiosity bezpiecznie i cało osiądzie na czerwonych skałach Marsa. Jeśli tak się stanie, przejdzie na tryb zwiedzania i rozpocznie swoją podróż. W jej trakcie zarejestruje warunki pogodowe, przeprowadzi analizę składu powietrza oraz sprawdzi, czy w skałach znajdują się związki organiczne. Obecność tych ostatnich mogłaby świadczyć o ewentualnej obecności życia - teraz lub w przeszłości.

Wykonanie wielu pomiarów będzie możliwe dzięki właściwościom łazika. Inżynierowie wyposażyli go znacznie lepiej i przede wszystkim nowocześniej niż poprzednie wersje. Co znalazło się na pokładzie Curiosity?

Napęd

Łazik ma przed sobą długą misję, a na pokładzie wiele sprzętu. Inżynierowie zrezygnowali więc z ogniw słonecznych na korzyść znacznie potężniejszego źródła energii - niewielkiego generatora atomowego. 50-kilogramowe urządzenie jest w stanie wytworzyć 2700 watogodzin energii dziennie (to ponad trzy razy więcej niż w przypadku poprzedników Curiosity - Spirit i Opportunity). Będą one czerpane z rozpadu ponad 5 kg plutonu-238. Ciepło wytwarzane w trakcie pracy generatora będzie rozprowadzane po układach łazika, podgrzewając jego dwa komputery pokładowe. Jest to niezbędne do ich prawidłowej pracy, ponieważ temperatura na powierzchni Czerwonej Planet spada w nocy do -130 stopni Celsjusza.

Nawigacja i elementy optyczne

Curiosity ma ściśle określone wytyczne i trasy. Nie zmienia to faktu, że wiele decyzji podejmie sam. Będzie również zmuszony radzić sobie z wszelkimi trudnościami - szczególnie terenowymi. Rozpoznają je dwa aparaty 3D umieszczone na maszcie. Na pokładzie znalazły się również dwa aparaty z obiektywami typu "rybie oko". To one "zobaczą" przeszkodę, a komputer musi ją rozpoznać i skutecznie ominąć.

Czujniki

Szczegółowa analiza skał będzie możliwa dzięki wiertłom. Zanim komputer podejmie decyzję o przeprowadzeniu testów, zestaw czujników wykona zdalną analizę materiału - robot nie może sobie pozwolić na wykonywanie niepotrzebnych odwiertów. Na specjalnym maszcie znajdują się: laser, spektograf do analizy widma promieniowania i kamery. Wspomniany laser może wystrzelić serię impulsów do celu oddalonego nawet o 23 metry. Rolę detektora pełni tutaj spektrograf, który rejestruje błysk powstający podczas parowania skały. Zgromadzone dane przesyłane są następnie do spektrometru, który je analizuje i na tej podstawie określa typ skały. Jeżeli odczyty okażą się interesujące, Curiosity pofatyguje się do takiej skały i wykona odwiert w celu pobrania próbek.

Wiercenie

Poprzednie łaziki gromadziły materiał zeskrobując go z powierzchni skał. Niestety, istnieje małe prawdopodobieństwo, że coś interesującego kryje się w zewnętrznych warstwach podłoża. Curiosity musi dotrzeć głębiej. W tym celu wyposażono go w 180 cm ramię, składające się z 5 połączonych przegubami części. Jest ono zakończone wiertłem, które pozwoli "wgryźć" się w podłoże Marsa na głębokość ok. 60 cm. Proszek powstający w trakcie wiercenia będzie przekazywany do odpowiedniej jednostki przesiewającej, a dalej - do analizy.

Analiza zgromadzonego materiału

Próbki skalne muszą zostać poddane testom na obecność związków organicznych. Zostaną one poddane m. in. dyfrakcji rentgenowskiej, spektrometrii masowej i laserowej oraz chromatografii gazowej. Musicie przyznać, ze kosmiczny łazik jest swoistym laboratorium chemicznym na 6 kołach.

Komunikacja z Ziemią

Curiosity musi pozostawać w stałym kontakcie z Ziemią. Chodzi tutaj o przesyłanie gormadzonych informacji do naukowców i otrzymywanie od nich kolejnych wytycznych do planowania zadań.

Łazik będzie wysyłał codziennie dwa komunikaty. Z powierzchni czerwonej planety powędrują one do Mars Reconnaissance Orbiter, który od 2006 roku nieprzerwanie okrąża planetę. MRO wyśle je w 8-22 minutową podróż - na Ziemię.

Nie pozostaje nam nic innego jak tylko mocno trzymać kciuki za udane lądowanie Curiosity. Może on dostarczyć mnóstwo ciekawych danych, które pozwolą jeszcze lepiej poznać nasze bezpośrednie sąsiedztwo. Nie zapominajmy, że Amerykanie mają w (długoterminowych) planach spektakularny lot na Europę - lodowy księżyc Jowisza. Możliwe, że któreś z tych ciał niebieskich stanie się pierwszą pozaziemską kolonią.