Mars Express - pomaga nam poznawać Czerwoną Planetę od blisko 15 lat

Mars zwany potocznie Czerwoną Planetą to najczęstszy obiekt misji międzyplanetarnych. Misji równie udanych co i zakończonych klęską. W eksploracji Marsa, z perspektywy nauki jak i społeczności, prym wiedzie NASA czyli de facto USA. A przynajmniej taki obraz jawi się w ludzkiej świadomości. Jaka jednak byłaby dzisiejsza wiedza o Marsie gdyby nie europejski projekt Mars Express? Na pewno dużo uboższa. Mars Express bada powierzchnię i atmosferę Marsa już od 15 lat, od kwietnia z całkowicie nowym oprogramowaniem, mamy więc dobrą okazję by przypomnieć sobie czym jest jeden z największych jak dotąd sukcesów ESA.

Mars Express ma tylko 1,5 GB pamięci masowej, mniej niż dzisiejszy smartfon z dolnej półki ma RAMu, a ile osiągnął - powyższe ujęcie to widok z południa (po lewej biegun południowy) na północ

Sukcesów, choć początki mogły wydać się marne, biorąc pod uwagę porażkę (to słowo należy traktować w przypadku misji kosmicznych bardzo ostrożnie) lądownika Beagle 2 (pierwsze ważne zadanie projektu Mars Express), któremu nie udało się skomunikować z centrum kontroli lotów po wylądowaniu na powierzchni Czerwonej Planety w grudniu 2003 roku.

Zdjęcie wykonane przez MRO kilka lat temu, na którym widać lądownik Beagle 2 na powierzchni

Mars Express - tabliczka znamionowa

Mars Express wystartował z Ziemi 2 czerwca 2003 roku z kosmodromu Bajkonur. Na orbicie Marsa znalazł się pół roku później, pracę rozpoczął niedługo potem. Do dziś koszt tej misji to około 300 milionów Euro. Obejmuje on cenę pojazdu, lądownika, startu oraz obsługi misji przez te 15 lat. Całkiem niewysoka suma, gdy porównamy ją z ogromnymi kwotami trwonionymi przez niejedną unijną administrację.

Orbita Mars Express przebiega niemal idealnie nad biegunami, co pozwoliło wykonać pokazane poniżej jubileuszowe zdjęcie ukazujące wyżynę Tharsis, bardzo ciekawy z perspektywy geologicznej region planety. Nachylenie orbity wynosi 86 stopni, a okres obiegu wokół Marsa to około 7 godzin. Orbita jest silnie eliptyczna.

Pojazd waży 1,2 tony, z czego prawie 1/3 stanowi (stanowiło) paliwo napędowe. Lądownik Beagle 2 ważył 65 kilogramów, a aparatura naukowa to kolejne 113 kilogramów. Gdy Mars Express rozwinie „skrzydła” osiąga prawie 12 metrów rozpiętości. Lecz jego główny moduł to stosunkowo niewielka kostka o nieregularnych wymiarach 1,5 x 1,8 x 1,4 metra.

Wspomniana aparatura naukowa obejmuje sprzęt do badania atmosfery i jonosfery Marsa, w tym jej oddziaływania z wiatrem słonecznym, ale najciekawsze z perspektywy miłośnika eksploracji Kosmosu są urządzenia przeznaczone do badania powierzchni. Przede wszystkim kamera HRSC (High Resolution Stereo Camera), która pozwala uzyskać trójwymiarowe obrazy powierzchni, a jej rozdzielczość w kolorze wynosi do 10 metrów (2 metry dla wybranych lokalizacji).

Krater Neukum nazwano w tym roku od nazwiska zmarłego w 2014 roku profesora berlińskiego uniwersytetu, przewodzącego projektowi HRSC (zdjęcie dla posiadaczy okularów anaglifowych)

Pozostałe ciekawe instrumenty to OMEGA, która analizuje skład geologiczny powierzchni planety, a także MARSIS dla sondowania wnętrza planety do głębokości kilku kilometrów.

Osiągnięcia misji Mars Express

Obserwacje i analizy zebranych przez Mars Express danych pozwoliły ugruntować w naszej świadomości wizerunek Marsa jako planety, która ma za sobą etap bycia przyjazną dla życia, a instytucje wspierające misje kosmiczne przekonały się, że warto inwestować w poszukiwania śladów życia.

Już pierwsze zdjęcie z 2004 roku, pokazujące zbliżenie regionu Dolin Marinera w najwyższej jak dotąd rozdzielczości było powodem do świętowania sukcesu.

Mars Express kojarzymy szczególnie ze spektakularnymi ujęciami z kamery HRSC pokazującymi niezwykłą różnorodność struktur na powierzchni Czerwonej Planety (wyschnięte koryta rzeczne, ślady powodzi, ruchome wydmy, pozostałości po lodowcach, ślady po pęknięciach skorupy). Mars to planeta, która ma za sobą bogatą geologicznie historię, a nawet dziś potrafi zaskoczyć swoją zmiennością.

Krater Ismenia Patera - nie jesteśmy pewni jak powstał. Może to być pozostałość gigantycznego wulkanu, ale też jak sugeruje nazwa, krater meteorytowy.

To samo ujęcie tylko w perspektywie 3D

Modele powierzchni, które stworzono na podstawie zdjęć stereograficznych przydają się podczas planowania kolejnych misji, w tym wyborze odpowiednich miejsc lądowania. Spróbowaliśmy poznać także tajemnice Fobosa i Deimosa, niezwykłych księżyców Marsa.

Zdjęcia Fobosa w 2010 roku wykonano z maksymalną rozdzielczością 4,4 metra na piksel

Na ciekawych zdjęciach osiągnięcia Mars Express się nie kończą. Instrument OMEGA posłużył do stworzenia map rozmieszczenia warstw lodu w strefach podbiegunowych. Przyczynił się też do wykrycia śladów występowania wody w stanie ciekłym we wczesnej epoce istnienia Marsa. Pozostawiła ona ślady w postaci uwodnionych minerałów. Zestalony do formy kryształków lodu dwutlenek węgla wykryty został także w położonych wysoko (80 km) nad powierzchnią Marsa chmurach. Na Marsie chmury tworzą się też krótkotrwale nawet na wysokości 100 km, wyżej niż na innych skalistych obiektach w Układzie Słonecznym.

W 2012 roku Mars Express asystował w lądowaniu łazika Curiosity na powierzchni Marsa

Instrument MARSIS potwierdził występowanie depozytów zamarzniętej wody pod powierzchnią, bardzo istotną wskazówkę co do potencjalnych lokalizacji przyszłych stref lądowania i obozów. To właśnie takie informacje wykorzystywała fikcyjna misja w paradokumentalnym serialu MARS.

To nie wszystko. Aparatura Mars Express zapewniła dane dla opracowania pierwszych map gradientu temperaturowego w atmosferze Marsa, rozkładu dwutlenku węgla, map składu chemicznego atmosfery wskazującego na prawdopodobne występowanie metanu, na podstawie których podejrzewamy iż na Marsie nadal zachodzą aktywne procesy geologiczne, a nawet biochemiczne. Dzięki Mars Express jesteśmy prawie pewni w jaki sposób atmosfera Marsa stała się dziś tak rzadka, a także jak wygląda obecne oddziaływanie wiatru słonecznego na planetę, która nie ma tak jak Ziemia pola magnetycznego.

Dla laika te wszystkie wiadomości mogą być mało ciekawe, co najwyżej przyczyniać się do bardziej realistycznego wizerunku planety w filmach popularnonaukowych jak i produkcjach fantastycznonaukowych. Ale te z czasem stają się rzeczywistością, a na to musimy być przygotowani. Dzięki pracy zespołu Mars Express wiemy dużo więcej.

Nowe oprogramowanie, czyli kwietniowy update

Wiosna przyniosła aktualizację oprogramowania nie tylko posiadaczom systemu Windows 10 czy poniektórym szczęśliwym użytkownikom smartfonów. Również Mars Express dostał lepsze, w tym wypadku to na pewno nie eufemizm, oprogramowanie, które pozwoli mu przez kolejne lata realizować cele misji.

Jak zawsze podstawowy etap misji międzyplanetarnej trwa dość krótko. Dla Mars Express były to dwa lata, które podobnie jak w przypadku łazika Opportunity rozciągnęły się do kilkunastu. W tym samym czasie co Mars Express swoją prace na orbicie Saturna rozpoczął Cassini. Ta równie owocna misja zakończyła się już w ubiegłym roku. Powodem były ubożejące rezerwy paliwowe, co coraz bardziej utrudniało utrzymanie sondy na prawidłowej orbicie.

Wizja Mars Express nad powierzchnią Marsa

Tymczasem Mars Express daje radę, działając równie sprawnie co w czasach Windows XP. By wydłużyć czas jego pracy i wyeliminować konsekwencje stopniowego zużycia się komponentów wgrano do niego wspomniane nowe zoptymalizowane oprogramowanie.

Czy jednak dobry kod poradzi na poważne niedomagania? Bo Mars Express teoretycznie jest w świetnej formie, ale jeden z jego zmysłów, krytyczny dla wykonywanych zadań, sprawia problemy.

Mroczne widmo …

Tym zmysłem jest zmysł orientacji, który w tym przypadku został tak zaprojektowany by wykorzystywać dane żyroskopowe. W Mars Express jest ich sześć i jak wskazują pomiary diagnostyczne, cztery z nich są już bliskie całkowitej awarii. Co prawda dwa żyroskopy to też majątek, z którego można zrobić użytek, czego dowodzi rozszerzona misja Kepler, ale dla Mars Express utrata aż 2/3 żyroskopów mogła oznaczać finał misji. Inżynierowie z centrum kontrolnego przed aktualizacją oprogramowania nie dawali wielkich nadziei sondzie, przewidując że już w 2019 roku wydarzy się nieuniknione.

Takie ujęcia wymagają dobrego pozycjonowania

Dlaczego żyroskopy są tak ważne w przypadku Mars Express? Sama sonda jest tak zaprojektowana by korzystać z nich stale. Zapewniają one prawidłową orientację anteny nadawczej, która komunikuje się z Ziemią i co jeszcze ważniejsze pozwalają utrzymać prawidłową pozycję względem powierzchni Marsa w trakcie wykonywania zdjęć powierzchni, gdy inne sensory śledzące pozycję względem gwiazd są niedostępne. A Mars Express wykonuje czasem trwające nawet kilka godzin ekspozycje.

… może nie będzie tak mroczne

Tymczasem aktualizacja oprogramowania, która sama w sobie była wyzwaniem (poprzedni kod miał 15 lat i większość trzeba było napisać od nowa przy kompletnie nowych założeniach co do podstaw działania sondy), a możliwości jego testowania na docelowym sprzęcie praktycznie zerowe, daje nadzieję na wydłużenie misji o kolejne kilka lat poza rok 2020. Mars Express nie będzie polegał w tym czasie już tak bardzo na żyroskopach, większą (kluczową) rolę w nawigacji odegrają zainstalowane na pokładzie kamery śledzące pozycje gwiazd.

Biegun południowy na Marsie (widok 2D).

Krater Rabe we wnętrzu którego utworzyły się efektowne wydmy (widok 3D). To dla takich widoków warto było wysłać Mars Express.

Życzymy powodzenia.

Źródło: ESA, inf. własna, fot: ESA/ATG medialab; Mars: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO