Mars 2020 bez tajemnic - ciekawe fakty - misja pomyślnie rozpoczęta

Start misji Mars 2020, którą tak pięknie zapowiada to wideo, to najważniejsze dla NASA wydarzenie tego lata. Łazik Perseverance (w skrócie Percy), który jest ulepszoną wersją Curiosity, w czwartek 30 lipca 2020 wystartowała w kilkumiesięczną podróż na Marsa. Wyniesiony został na orbitę przez rakietę Atlas V. Rozmiarami przypomina ona rakietę Falcon 9 stosowaną przez SpaceX, ale jest trochę niższa i ma mniejszy udźwig.

Nie jest to jednak w tym przypadku problemem. Falcon V sprawdził się przy wcześniejszych misjach Mars Recoinassance Orbiter a także MAVEN oraz InSight, tak było też i tym razem.

Łazik Perseverance, wraz z rakietowym modułem lądowania i osłoną termiczną przed instalacją w rakiecie Atlas V

30 lipca to optymalny moment na start misji Mars 2020

Obecna data startu była optymalnym momentem na rozpoczęcie kosmicznej fazy misji Mars 2020. Tak zwane okno startowe będzie pojawiać się do 15 sierpnia, ale lepiej było nie ryzykować. Gdyby do tego momentu Perserverance nie wystartował cały projekt opóźniłby się o dwa lata.

W lutym 2021 roku po przebyciu około 500 milionów kilometrów w przestrzeni kosmicznej i pomyślnym lądowaniu, Perseverance ma rozpocząć eksplorację Czerwonej Planety. Projektu, który kosztował 2,4 miliarda dolarów na etapie przygotowań do startu, ma pochłonąć dodatkowe 300 milionów przez pierwsze dwa lata (marsjański rok) trwania podstawowej misji.

W oczekiwaniu na start

Misja Mars 2020 i łazik Perseverance mają wiele wspólnego z misją MSL (Mars Science Laboratory) i łazikiem Curiosity, który od 8 lat bada Marsa. A jednak błędem byłoby twierdzić, że wszystko będzie powtórką z rozrywki. Oto interesujące fakty dotyczące misji Mars 2020, które mogą was zainteresować. To już piąty łazik NASA, po Sojournerze, Spirit, Opportunity i wspomnianym Curiosity, który ma szansę trafić na Marsa.

1. Początkowa trajektoria lotu wcale nie jest skierowana na Marsa

Loty na inne ciała niebieskie wiążą się z ryzykiem zanieczyszczenia lub skażenia ich powierzchni przywiezionymi z Ziemi bakteriami lub po prostu przez rozbity pojazd, z którym utracono wcześniej kontakt. NASA zgodnie z założeniami traktatu o przestrzeni kosmicznej z 1967 roku dokłada wszelkich starań, by zminimalizować szansę takich nieprzyjemnych przygód.

W trakcie lotu kilka razy będą wprowadzane korekty kursu. W momencie startu odległość Ziemia-Mars wyniesie około 100 milionów kilometrów

Dlatego początkowa trajektoria lotu nie jest skierowana na Marsa. Gwarantuje to, że jeśli coś pójdzie nie tak, to pojazd nie trafi na Marsa, a przynajmniej szanse, że stanie się to w ciągu najbliższych kilkudziesięciu lat są znikome. Dopiero gdy będziemy mieć pewność, że start się udał, Perseverance zostanie skierowany na odpowiedni tor lotu. To działanie ma związek przede wszystkim z tymi elementami nośnymi, których nie da się odpowiednio wysterylizować w ziemskich warunkach.

2. Biologicznie czystszy niż pojedynczy obiektyw w smartfonie

Czyszczenie nadtlenkiem wodoru, a także wygrzewanie w temperaturach sięgających nawet 200 stopni Celsjusza, to niektóre z działań, które mają zapewnić biologiczną czystość elementów łazika. Zakłada się, że w momencie startu na całym pojeździe, który poleci na Marsa znajdzie się mniej niż 500 tysięcy przetrwalników bakterii. Liczba wydaje się duża, ale pomyślcie że na obiektywie w waszym smartfonie, nawet gdy go wyczyścicie, jest większe zanieczyszczenie. A sam łazik, który wyląduje na Marsie będzie jeszcze bardziej sterylny. Podobnie jak helikopter.

3. Wyląduje w jeziorze, nie dosłownie, ale w miejscu gdzie kiedyś było mokro

Wybrana lokalizacja lądowania Perseverance w lutym przyszłego roku to krater Jezero (skojarzenie z jeziorem jest tu dosłowne, bo etymologia nazwy jest jak najbardziej słowiańska) na zachodniej granicy równiny Isidis nieco na północ od równika Marsa i kilka tysięcy km od miejsca lądowania Curiosity.

Krater Jezero to 45 kilometrowej średnicy obiekt, który jak wierzą naukowcy około 3,5 miliarda lat temu był akwenem wodnym. Miejsce lądowania w pobliżu krawędzi krateru maksymalizuje szanse na znalezienie śladów dawnego życia i pobranie odpowiednich próbek. Poszukiwanie śladów życia to od lat najważniejszy cel misji na powierzchni Marsa i jedno z czterech głównych zadań Perseverance. Pozostałe to badania klimatyczne, geologiczne i, choć brzmi to abstrakcyjnie, działania, które mają przygotować nas na załogowe misje.

Miejsce lądowania Perseverance - kolory zastosowano dla pokazania różnic w wysokości terenu

4. Percy ma lepsze „opony” niż Curiosity

Zdjecia zniszczeń jakich dokonała marsjańska powierzchnia na kołach Curiosity stały się legendarne już wiele lat temu. Dlatego im więcej czasu upływa od lądowania tym ostrożniejsze są decyzje kontroli misji co do kolejnych przejażdżek tego łazika. Pokonał on już około 23 kilometrów, ale tylko przez mniej niż 30% dni jeździł po powierzchni.

Perseverance również ma koła wykonane ze stopu aluminium, ale są one węższe, mają większą średnicę, a „opony” są dwa razy grubsze. Mają też gęstszy „bieżnik”, co ma poprawić zdolność Perseverance do przemieszczania się w terenie.

Sam łazik waży około 1025 kilogramów, czyli 126 kilogramów więcej niż poprzednik. Wymiary, zbliżone do samochodu, są prawie identyczne jak Curiosity i wynoszą 3 x 2,7 x 2,2 metra.

Po lewej Curiosity, po prawej Perseverance

5. „Zasilacz” Perseverance ma 110W, a baterie zapewnią do 900 W

„Zasilaczem” Perseverance podobnie jak w Curiosity jest wielozadaniowy radioizotopowy generator termoelektryczny (ang. MMRTG), który wykorzystuje ciepło powstające w wyniku rozpadu 4,8 kg dwutlenku plutonu 238.

Osłona MMRTG (z tyłu łazika, po lewej) w trakcie budowy. Ze względów bezpieczeństwa generator został zainstalowany na końcu

Na początku misji wytworzy on 110 W i choć z czasem ta moc będzie spadać (zakładany czas pracy generatora to 14 lat), to bardzo ważne są tu też dwa litowo-jonowe akumulatory, które ważą 26,5 kilograma. Mają one pojemność 43 Ah. Zapewnią one co najmniej 900W mocy, bo takie może być maksymalne zapotrzebowanie łazika w trakcie wykonywania eksperymentów.

MMRTG zastosowany w łaziku Perseverance

6. Zbierze próbki, które pozostawi na powierzchni dla przyszłych misji

Perseverance to pierwszy łazik marsjański, którego jednym z zadań jest nie tylko pobieranie i badanie próbek, ale też przygotowywanie ich do ewentualnego dostarczenia z powrotem na Ziemię.

W swoim „brzuszku” łazik ma przygotowane pojemniki na około 43 próbki ważące po kilkanaście gramów każda, w postaci tubek o wymiarach 13 x 60 mm. Próbki będą przechowywane po pobraniu w łaziku, ale gdy trafi on w miejsce, w którym można je bezpiecznie pozostawić, położy je na powierzchni.

Projekt zakłada, że próbki przetrwają do pojawienia się kolejnego pojazdu, który będzie w stanie je podjąć i wysłać na Ziemie. Brzmi to trochę jak science-fiction i chyba bardziej jest próbą demonstracyjną. Zastanawiające jest także pytanie, czy te próbki uda się po latach odnaleźć, bo na razie latać na Marsa co chwila nie potrafimy.

7. Łącznie 25 kamer, w tym dwa aparaty z zoomem

Aparaty z zoomem to tak zwane kamery Mastcam-Z, które umieszczone są maszcie łazika tuż pod kamerą do badań składu chemicznego powierzchni. Wyglądają podobnie jak te zastosowane w Curiosity, ale ich możliwości są większe. Dzięki zoomowi o zakresie 28-100 mm (f/8-11) dostrzegą one znacznie mniejsze obiekty z odległości, a jednocześnie umożliwią wykonywanie wysokiej rozdzielczości kolorowych panoram otoczenia.

Trzeba jednak pamiętać, że pole widzenia kamery Mastcam-Z nie jest takie samo jak w przypadku obiektywu o takich samych parametrach.

Prostokątne apertury kamer wizualnych na wysięgniku łazika, a ponad nimi kamera SuperCam do analiz chemicznych

Rozdzielczość zmienia się od 7,4 mm na piksel dla obiektów w odległości 100 metrów do nawet 0,15 mm na piksel z odległości 2 metrów. Rozdzielczość sensorów Kodak KAI-2020 CM w kamerach wynosi 1600 x 1200 pikseli, a rozmiar piksela podobny jest jak w Sony A7S III. Te dwie kamery to niejako główne naukowe „oczy” Perseverance, ale nie jedyne oczy jakimi będzie dysponował łazik i moduł lądujący. Na łaziku jest łącznie 19 kamer, a dodatkowo mamy 3 kamery obserwujące rozłożenie się spadochronu i 1 kamerę, która pokaże lądujący łazik z góry.

Wszystkie kamery łazika Perseverance

Brakuje wam dwóch kamer do kompletu? Czytajcie dalej.

8. Pierwszy pojazd latający w historii badań Marsa

Brakujące dwie kamery znajdą się na Ingenuity Mars czyli helikopterze, który poleci z Perseverance na Marsa. Będzie to niewielki pojazd ważący 1,8 kilograma, wyposażony w panele słoneczne ładujące akumulatory, które zapewnią 350 W podczas 90 sekundowego lotu. Energię skonsumują wspomniane kamery i silnik z dwoma przeciwbieżnymi śmigłami obracającymi się z prędkością 2400 obrotów na minutę.

Ingenuity Helicopter zainstalowany jest od spodu łazika

Helikopter jest przede wszystkim demonstracją technologii i sprawdzianem w realnych warunkach szans na wykonywanie lotów badawczych w atmosferze Marsa, która jak wiemy jest dużo rzadsza i wymaga więcej energii by wytworzyć odpowiednią siłę nośną.

Testy Ingenuity Mars rozpoczną się kilka miesięcy po lądowaniu łazika i mają potrwać około 30 dni. Helikopter będzie musiał samodzielnie podejmować decyzję, dlatego wyposażono go w skomplikowane oprogramowanie zapewniające praktycznie pełną autonomię. W trakcie pojedynczego lotu helikopter będzie mógł wznieść się na około pięć metrów ponad powierzchnię i pokonać 50 metrów w poziomie. Dane będą przesyłane na łazika, a maksymalna odległość na jaką będzie mógł odlecieć helikopter od Perseverance to około 1 kilometra.

9. Na pokładzie łazika będzie wytwarzany tlen, którym dałoby się oddychać

Wytwarzanie tlenu z zastanych w atmosferze składników (dwutlenek węgla) to cel jaki podjęto w ramach eksperymentu MOXIE (Mars Oxygen ISRU Experiment). ISRU w tej nazwie oznacza przetwarzanie zasobów, które znaleziono na miejscu.

Instalacja MOXIE w łaziku

Tlen jest niezbędnym składnikiem powietrza, którym mają oddychać w przyszłości astronauci na Marsie, jest także istotnym składnikiem paliwa do rakiet. Na razie MOXIE to jedynie testowa instalacja, urządzenie  waży 17 kilogramów i generuje 10 gramów tlenu na godzinę. W przypadku misji załogowej konieczna będzie 200-krotnie większa wydajność.

10. Łazik skomunikuje się z Ziemią przez sondy na orbicie, ale zrobi to też samodzielnie

Pojazd lecący na Marsa będzie komunikował się najpierw za pomocą niewielkiej anteny na osłonie spadochronów. Potem jego rolę przejmie większej mocy nadajnik, ale o bardziej zawężonej wiązce nadawczej, w głównym module transportowym. Transmisję nasłuchiwać będą anteny systemu Deep Space Network.

Dane z lądowania otrzymamy za pośrednictwem sond znajdujących się w danym momencie nad miejscem lądowania. Prawdopodobnie wszystko będzie tak zaplanowane, by udało się też zrobić zdjęcia z odległości tak jak miało to miejsce w przypadku Curiosity. Gdy łazik trafi na powierzchnię również i on będzie komunikował się z sondami NASA MAVEN i MRO i europejskim TGO, które przekażą transmisję na Ziemię. Ten sposób będzie wykorzystywany do transmisji dużych paczek danych, w tym obrazów z powierzchni.

Łazik dysponuje tez sześciokątną anteną wysokiego uzysku (zdjęcie powyżej), która pracuje w paśmie X (częstotliwości 7-8 GHz), i jest zdolna komunikować się bezpośrednio z Ziemią. To połączenie będzie wykorzystywane przede wszystkim do zarządzania łazikiem i raportowania przez niego statusu.

11. Na pokładzie znajdzie się komputer o oszałamiającym taktowaniu 200 MHz

Szybkość taktowania procesora BAE RAD 750 (architektura PowerPC 750) może budzić w mniej zorientowanych miłośnikach eksploracji kosmosu politowanie, ale to i tak 10 razy więcej niż miały łaziki Spirit i Opportunity. Za to tyle samo co w przypadku Curiosity. Oznacza to, że wydajność elektroniki sterującej jest na tyle wysoka, że nie trzeba było tu nic poprawiać. Zresztą byłoby to bardzo ryzykowne, skoro wydajniejszych układów dla pojazdów międzyplanetarnych jeszcze nie testowano w praktyce.

Wnętrze łazika

Za to poprawki objęły pamięć, która jest jeszcze lepiej izolowana przed zakłóceniami niż ta w Curiosity. To dla łazika bardzo dobra wiadomość, bo takich sytuacji jak reset, który miał miejsce w przypadku Curiosity, powinno być jak najmniej. Pojemność pamięci się nie zmieniła, to 2 GB miejsca na dane, a do tego 256 MB RDAM i 256 kB EPROM.

Elektronika zapewnia też bogate dane diagnostyczne, w tym temperaturę w kluczowych miejscach pojazdu, napięcia, pobór prądu, orientację łazika względem powierzchni Marsa. Perseverance wyposażono tez w liczne wyspecjalizowane układy, które nie musza udźwignąć Crysisa, ale mają być niezawodne.

12. Wraz z Perseverance na Marsa poleci kawałek kombinezonu kosmicznego, a także... kawałek Marsa

Na misje załogowe na Czerwoną Planetę przyjdzie nam jeszcze poczekać, ale już teraz trzeba wykonywać wszelkie możliwe eksperymenty, które pomogą na przykład opracować lepsze kombinezony, w których astronauci będą przemierzać Marsa. Dlatego jako obiekty kalibracyjne dla instrumentu SHERLOC, zastosowano kilka kawałków materiałów stosowanych przy produkcji kombinezonów kosmicznych. Obserwacje jak materiał znosi lot, a potem pobyt na Marsie, będą bezcenne.

Przy okazji jako jeden z obiektów testowych, na Marsa wróci jego kawałek w postaci małego meteorytu. Wspomniane urządzenie o długiej nazwie "Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics & Chemicals" ma za zadanie poszukiwać śladów materii organicznej.

Pod względem doświadczenia w badaniach powierzchni Marsa NASA wyprzedza Europę i Chiny, ale…

Doświadczenie NASA w łazikach jest ogromne. Jak dotąd tylko amerykanom udało się umieścić takie pojazdy na powierzchni Czerwonej Planety. W przyszłym roku takie szanse dostaną Chiny, które niedawno udanie rozpoczęły misję Tianwen-1. Za to europa na razie musi obejść się smakiem, bo projekt ExoMars 2020 został przełożony na rok 2022. Oznacza to, że jeśli wszystko pójdzie dobrze, Preserverance zakończy już podstawową fazę swojej misji, gdy Rosalind Franklin będzie dopiero rozpoczynać eksplorację Marsa.

Ale nie wszystko w NASA idzie jak po maśle. Sukces w przypadku Mars 2020 jest istotny, gdyż inny projekt, teleskop JWST mocno się opóźnia. Teleskop namaszczony już dawno na następcę Hubble’a (nie do końca słusznie) jest już gotowy, ale wciąż przesuwana jest data jego startu. Najnowsze plany zakładają start dopiero jesienią 2021 roku, aż dziesięć lat po wyznaczonym początkowo terminie. Nie mniej niepokojące niż opóźnienia są koszty tego teleskopu, które prawdopodobnie przekroczą trzykrotność kosztów misji Mars 2020.

Choć nie zabrzmi to ładnie, praca przy takich projektach to dla naukowców sposób zarabiania na życie. Sporą jego część, gdy projekt trwa 20 i więcej lat.

Jak oglądać start misji Mars 2020? (misja pomyślnie rozpoczęta) 

Start łazika w podróż na Marsa z kompleksu 41 na przylądku Canaveral, zaplanowano na godzinę 13:50 w czwartek 30 lipca. Czas warto zarezerwować sobie już o 13, bo wtedy rozpocznie się transmisja. Całość wraz z konferencją podsumowującą start potrwa około 4-5 godzin.

Możecie skorzystać z transmisji bezpośrednio na NASA TV (okno powyżej), ale też z innych łącz, w tym:

• twitter.com/nasa
• facebook.com/NASA/
• twitch.tv/nasa
• www.oculus.com/experiences/event/661301651125913 (transmisja VR)

Źródło: NASA, fot: NASA, inf. własna

Więcej na temat eksploracji kosmosu:

• 60 lat minęło, a my wciąż lądujemy na wodzie - o załogowych lotach w Kosmos
• Loty na orbitę to za mało - turystów kusi się teraz spacerem kosmicznym. Co to za spacer?
• Ile osób zmieści się w kapsule SpaceX Dragon? Jak się nią steruje? I sukces, udany start misji załogowej