Lądownik InSight na Marsie popracuje do końca 2022, a może i krócej. Bo ma pecha, a w okolicy słabo wieje

Misję InSight na Marsie nie miała łatwego początku, bo opóźnienia w produkcji kluczowych instrumentów zmusiły NASA do przesunięcia w 2015 roku początku misji o 2 lata (to standardowy czas o jaki przesuwa się loty na Marsa, gdy nie wypali planowany termin). Ostatecznie InSight poleciał na Marsa wiosną 2018 roku.

Tak wyglądał InSight podczas przygotowań na Ziemi. Zdjęcie pozwala wyrobić sobie perspektywę co do skali urządzenia. Szara kopułka pośrodku lądownika to pokrywa sejsmometru

A tak niedługo po wylądowaniu na Marsie. Zdjęcie ma zniekształconą perspektywę w pionie

Misja InSight to niesamowity sukces geologii planetarnej, ale…

Co ciekawe to komponent, którego wyprodukowanie sprawiało problemy zaowocował pomiarami, które pozwalają o tej misji wypowiadać się jak o sukcesie w badaniach struktury wewnętrznej Marsa. Mowa o sejsmometrze, pierwszym na Marsie , który nie tylko pomógł poznać jego wnętrze, ale pokazał też, że nie jest to taka spokojna planeta jak wskazywałyby na to zdjęcia z powierzchni.

Jest wciąż aktywny geologicznie, co wykazały detekcje licznych trzęsień Marsa. Najsilniejsze z wykrytych tego typu zjawisk wedle analiz miały miejsce w rejonie o nazwie Cerberus Fossae.

Dowodami aktywności tektonicznej są oprócz pomiarów InSight, osuwiska, które z orbity sfotografował Mars Recoinassance Orbiter.

Pomiary sejsmograficzne przeprowadzone przez InSight pomogły uściślić istniejące modele wnętrza Marsa. Dziś wiemy, że skorupa Czerwonej Planety ma od 24 do 72 km. Bardzo gruba warstwa litosfery rozciąga się do 500 km wgłąb planety, a poniżej znajduje się struktura podobna do ziemskiego płaszcza. Z kolei jądro Marsa jest ciekłe i ma około 1830 km średnicy. A to z kolei oznacza, że płaszcz nie dzieli się na dwie warstwy jak w przypadku Ziemi.

…i spektakularna porażka. Nie do końca z naszej winy

Niestety nie wszystko w misji InSight poszło wedle planu. Drugim kluczowym eksperymentem było badanie rozprzestrzeniania się ciepła we wnętrzu planety, którego kluczowy element zaprojektowano w CBK PAN we współpracy z polskimi firmami i uczelniami. By umieścić czujnik ciepła głębokości kilku metrów pod powierzchnią konieczne było wykonanie zagłębienia.

Pośrodku sejsmometr, a po lewej niedoszły eksperyment podmarsjański. Zdjęcie wykonano na początku lutego 2022

Zamiast odwiertu, zdecydowano się taki głęboki otwór wykopać. Tę rolę powierzono kretowi, czyli samonapędzającemu się młotkowi, wykonanemu zgodnie ze specyfikacją dostarczoną przez kierownictwo misji. Kret działał bez zarzutów, tyle, że specyfikacja była zbyt pobłażliwa co do odporności gruntu Marsjańskiego na próby wbicia się. Podejmowano je przez dwa lata, w końcu ogłoszono porażkę tego projektu.

Dziś można zastanawiać się, co byłoby gdyby naukowcy z NASA ocenili inaczej własności powierzchni Marsa w miejscu lądowania, albo gdyby inżynierowie konstruujący kreta (w Polsce) i testujący (w Niemczech) wzięli pod uwagę więcej różnych niesprzyjających okoliczności. To jednak już przeszłość, zresztą na papierze wszystko wydaje się proste. Na szczęście sejsmometrowi i aparaturze na lądowniku nic nie przeszkadza.

Nic? To nie do końca jest prawdą. Instrumenty mogą bowiem działać bezproblemowo, ale tylko wtedy, gdy mają zasilanie.

Nie tylko marsjański grunt okazał się przeszkodą w przypadku misji InSight

Powierzchnia Marsa okazała się niespodziewanym wrogiem misji InSight. Z kolei o wpływie niesprzyjającej pogody wiadomo było od początku. To kwestia dobrze nam znana, bo niejeden film, w którym Mars jest miejscem akcji, nawiązuje do występujących tam burz pyłowych. Te burze mogą przyjmować rozmiar o skali planetarnej, ale także mieć charakter lokalny. Ich siła bywa różna, podobnie jak tempo rozprzestrzeniania się po okolicy.

InSight po ostatniej burzy pyłowej. Zdjęcie z 6 lutego 2022

Burza, która zaczęła się w styczniu w okolicy InSight szybko przybrała na sile. Jednak wcale nie blokowała ona Słońca w stopniu, który dla funkcjonowania paneli słonecznych InSight byłby kłopotliwy. Była też znacznie słabsza niż globalna burza piaskowa, która doprowadziła do końca misji łazika Opportunity w 2018 roku.

Skoro burza nie była silna, pył nie przesłaniał mocno nieba, a lądownik i jego instrumenty powracają teoretycznie do aktywności sprzed burzy, to i tak stanowi ona kolejny krok ku nieuchronnemu końcowi misji. NASA od pewnego czasu przypuszcza, że InSight nie podziała dłużej niż do grudnia 2022 roku. Wyjaśnijmy sobie dlaczego.

Zasilanie energią słoneczną na Marsie to wyzwanie

Otóż w trakcie burzy pył nie tylko utrudnia dostęp do światła słonecznego, ale też pokrywa on całe urządzenie, niezależnie od tego czy to jest lądownik czy łazik. Dlatego też NASA zrezygnowała z łazików zasilanych energią słoneczną i zarówno Curiosity jak i Perseverance są zasilane radioizotopowymi generatorami termoelektrycznymi.

InSight widziany z orbity Marsa. Widać charakterystyczny kształt baterii słonecznych i kopułkę sejsmometru

W ten sposób mobilność łazika i dostęp do energii nie są zdane na łaskę pogody. A zanieczyszczenia zgromadzone na urządzeniu można próbować strząchnąć poprzez odpowiednie manewry pojazdem. Same instrumenty są na czas burzy pyłowej w miarę możliwości zabezpieczane, a kontrola stanu łazika i ocena warunków pogodowych jest dokonywana poprzez kamery techniczne i okresowe obserwacje z orbity.

Tam gdzie wylądował InSight po burzach pyłowych robi się zbyt spokojnie

Gorzej, gdy pojazd jest nie tylko zasilany energią słoneczną jak starsze łaziki NASA, ale jest na dodatek urządzeniem stacjonarnym jak lądownik InSight. Wtedy osadzający się pył może utrudnić funkcjonowanie paneli słonecznych do momentu, gdy aktywność atmosferyczna doprowadzi o ich oczyszczenia.

Jednak wiatr, który jest na tyle silny, że przyczynia się do usuwania pyłu z paneli słonecznych, nie jest na Marsie jak na zawołanie.

Owszem potrafi tam wiać (choć przy dużo niższej gęstości atmosfery, dla nas była to by bardziej bryza niż huragan), ale do oczyszczenia paneli słonecznych trzeba jeszcze zawirowań wiatru. Można na nie liczyć lądując pojazdem w odpowiednim miejscu, na przykład w pobliżu stromych zboczy. Albo trzeba liczyć na pomoc wirów pyłowych tak jak miało to miejsce w przypadku łazików Spirit i Opportunity. Początkowo zakładano, że InSight też doczeka się takiej pomocy.

Wir pyłowy na powierzchni Marsa. Zdjęcie z orbity

Niestety w miejscu lądowania InSight poza okresami burz pyłowych jest stosunkowo spokojnie. Co prawda wiry były wykrywane w okolicy, ale żaden z nich nie zbliżył się na tyle, by oczyścić panele. Efektem jest stale postępujące gromadzenie się pyłu na panelach słonecznych, którego po każdej burzy pozostaje coraz więcej i więcej.

Zalegający pył zmniejsza wydajność paneli słonecznych w ogromnym stopniu

Im więcej pyłu na ogniwach fotowoltaicznych tym niższa ich wydajność. Z czasem warstwa pyłu jest tak gruba, że efektywne doładowywanie akumulatorów nie jest możliwe. A wtedy lądownik czeka nieuchronny koniec. Z taką właśnie sytuacją możemy mieć ostatecznie czynienia w przypadku InSight.

Już w połowie 2021 roku szef naukowy projektu Bruce Banerdt był bardzo sceptyczny co do szans na działanie InSight po 2022 roku. Wyobraźcie sobie, że na początku misji dzienny budżet energetyczny lądownika sięgał aż 5 kWh. To tyle co zużywa podkręcony komputer z najwydajniejszymi komponentami przez kilka godzin grania na pełnych obrotach.

Jeden z paneli słonecznych tuż po lądowaniu oraz po czterech miesiącach misji (fot: NASA / JPL-Caltech / Paul Hammond)

Trzy lata później, w połowie 2021 roku, ze względu na gromadzenie się pyłu na ogniwach fotowoltaicznych dzienne zapasy energii spadły do jedynie 700 Wh. Czyli ponad siedmiokrotnie. Powyższe zdjęcie pokazuje jak szybko zapyliły się panele słoneczne już po czterech miesiącach misji.

Prognoza dla InSight w 2022 roku nie jest optymistyczna

Burza pyłowa z początku 2022 roku tylko pogorszyła sytuację. Dziś Baerdt sądzi, że InSight na przełomie maja i czerwca utraci zdolność do zasilania instrumentów naukowych. Nie pomoże tu fakt, że obecnie Mars nieznacznie zbliża się do Słońca w swoim ruchu orbitalnym i w lipcu osiągnie najmniejszą odległość.

A pod koniec 2022 roku możemy stracić z nim w ogóle kontakt, gdyż zabraknie energii nawet do zasilenia anten komunikacyjnych.

Z pyłem walczono na różne sposoby, ale więcej zrobić się już chyba nie da

Niekorzystny obrót spraw nie oznacza, że kontrola misji InSight porzuciła walkę z niekorzystną pogodą, która z jednej strony prowadzi do zapylenia paneli słonecznych w trakcie burz pyłowych, a potem utrudnia jego usuwanie poprzez długie okresy spokoju bez poważniejszej aktywności atmosferycznej w okolicy lądownika. W końcu z kretem walczono dwa lata.

Jedną z metod było wykorzystanie mechanizmu rozkładania i składania paneli. Nie przyniosła ona spodziewanego skutku. Zdecydowano się także na rozsypywanie piasku na wiejącym wietrze, który to potem działał jak szczotka czyszcząca panele. Choć brzmi to dziwnie, to ta właśnie metoda pozwoliła na stopniowe oczyszczenie paneli. W niewielkim stopniu, bo produkcja energii wzrosła o maksymalnie 3%, ale zawsze była to jakaś pomoc.

Szansa na wydłużenie pracy InSight choć znikoma istnieje

I tak misja InSight stopniowo zbliża się do swojego końca. O ile nie stanie się coś nieoczekiwanego, co choćby częściowo oczyści panele z zalegającego pyłu. A wtedy InSight mógłby dostać w prezencie od natury szanse na dalszy rok funkcjonowania, a nawet dłużej.

Zważywszy na dotychczasowe losy InSight, to mało prawdopodobne, ale nie wykluczone. Trzymajmy kciuki. Niech zawieje i zawiruje.

Źródło: NASA, inf. własna