Jutro startuje najtrudniejsza misja od czasów lądowania człowieka na Księżycu – Mars 2020

| Astronomia/fizyka
NASA

Jutro, 30 lipca, o godzinie 13.00 czasu polskiego NASA zaprasza na relację z wystrzelenia misji Mars 2020. To najtrudniejsza i najbardziej ambitna misja NASA od czasu zakończenia programu Apollo, w ramach którego człowiek stanął na Księżycu.

NASA NASA

Wyprawy na Marsa są wyjątkowo trudne. Dość wspomnieć, że dotychczas ludzkość zorganizowała 57 misji, których celem był Mars. Całkowicie powiodło się jedynie 28 z nich, w tym 21 zorganizowanych przez USA, 3 przez ZSRR, 2 przez UE, 1 wspólna UE/Rosja oraz 1 zorganizowana przez Indie. Jak dotąd jedynymi, którzy potrafią przeprowadzić udane lądowanie na Marsie są Amerykanie. Mars 2020 jeszcze bardziej podniesie poprzeczkę, o czym informowaliśmy w tekście Lądowanie Curiosity to była betka. Mars 2020 pokaże, czym jest precyzja. A lądowanie misji załogowej to całkowicie inny poziom trudności.

Obecnie na Marsie i w jego okolicach pracuje 8 misji. To orbitery Mars Odyssey (NASA), Mars Express (ESA), Mars Reconnaissance Orbiter (NASA), Mars Orbiter Mision (ISRO – Indie) i MAVEN (NASA) oraz łazik Curiosity (NASA) i lądownik InSight (NASA).

Na pierwszy rzut oka Mars 2020 wygląda podobnie do misji łazika Curiosity. Jednak to tylko pozory. Mars 2020 jest znacznie trudniejsza, a stopień jej złożoności pokazuje, jak ważną rolę odegra ona w przyszłej, również załogowej, eksploracji Czerwonej Planety.

Przede wszystkim warto wspomnieć, że łazik Perseverance, który ma wylądować na Marsie, jest najcięższym obiektem, jaki człowiek spróbował wysłać na Czerwoną Planetę. Łazik wyląduje w kraterze Jezero i będzie tam poszukiwał śladów dawnej obecności mikroorganizmów. Na pokładzie łazika znajdzie się śmigłowiec. NASA chce przetestować możliwość latania dronem w atmosferze Marsa. Dron taki może się przydać w przyszłości do dokonywania zwiadów zarówno w czasie misji załogowych jak i bezzałogowych. Dzięki dronowi można będzie można szybko się dowiedzieć, co jest za najbliższym wzgórzem i czy warto tam się udać. Na Marsa też, po raz pierwszy w historii, zostały zabrane fragmenty... marsjańskich skał, które posłużą do kalibracji urządzeń znajdujących się na łaziku Perseverance.

Po raz pierwszy w dziejach na Marsa trafią też różne fragmenty kombinezonów kosmicznych projektowanych na potrzeby misji załogowych na Marsa i na Księżyc. Z jednej strony fragmenty te, dzięki dobrze znanemu składowi, będą wykorzystywane do kalibracji urządzeń. Z drugiej zaś, naukowcy sprawdzą, jak marsjańskie warunki wpływają na wykorzystywane materiały, jak ulegają one degradacji i osłabieniu pod wpływem promieniowania czy pyłu. Projektanci kombinezonów chcą wiedzieć, czy użyte materiały wytrzymają, czy też trzeba poszukać innych lub zmienić techniki produkcyjne obecnie stosowanych.

W ramach Mars 2020 testowane będą też techniki bezpiecznego posadowienia ludzi na Czerwonej Planecie. Jednym z testowanych urządzeń będzie osłona termiczna MEDLI (Mars Science Laboratory Entry, Descent and Landing Instrumentation).

Jej pierwsza wersja świetnie sprawdziła się podczas lądowania Curiosity w 2012 roku. Z jednej strony NASA zyskała wówczas potwierdzenie, że opracowana architektura działa, z drugiej zaś dowiedziała się, że warunki panujące podczas lądowania nieco różnią się od tych przewidzianych przez symulacje komputerowe. Na potrzeby Mars 2020 powstała więc MEDLI2 (Mars Entry, Descent and Landing Instrumentation 2), która nie tylko osłoni lądujący pojazd, ale również pozwoli zebrać większą ilość danych na temat zmian temperatury, wpływu wiatru i rozgrzewania się osłony.

MEDLI2 wyposażono w 28 czujników, które będą zbierały dane. W ciągu 7 minut podchodzenia do lądowania – które będzie wyglądało podobnie jak w opisywanych przez nas „Siedmiu minutach horroru” – pojazd będzie musiał zwolnić z olbrzymiej prędkości 20 100 km/h do zaledwie 3,2 km/h, a osłona będzie musiała wytrzymać temperatury dochodzące do 1500 stopni Celsjusza. Interesuje nas, jak cały pojazd będzie sprawował się w krytycznym momencie niezwykle wysokich temperatur i ciśnienia. Sądzimy, że nasze modele dotyczące lotu naddźwiękowego sprawdzą się na Marsie. Jednak nie mamy na to dowodów, mówi Todd White, główny specjalista odpowiedzialny za MEDLI2.

Inną nowatorską technologią, z której skorzysta Mars 2020 jest TRN (Terrain Relative Navigation), która pozwoli na bardziej precyzyjną nawigację bezpośrednio przed lądowaniem. Wybór miejsca lądowania jest bardzo trudny. Nie wiemy bowiem, jak dokładnie wygląda miejsce, w którym pojazd dotknie powierzchni Marsa. Dotychczasowe misje musiały polegać na fotografiach wykonywanych z orbity. Teraz system TRN będzie wspomagał lądowanie i uczyni je bezpieczniejszym. Dzięki niemu wyznaczony obszar, na którym będzie lądował Mars 2020 mógł być znacznie mniejszy niż obszary lądowania innych misji, a tym samym naukowcy mieli do wyboru więcej interesujących punktów, w którym można posadowić łazik.

TRN rozpocznie pracę, gdy łazik będzie powoli opadał na spadochronach w stronę powierzchni Czerwonej Planety. System wykorzystuje aparaty, które wykonują zdjęcia w ciągu 1/10 sekundy. Obrazy są następnie przesyłane do pokładowego komputera, który dokonuje ich błyskawicznej analizy i porównuje je z wcześniej załadowaną do pamięci mapą. Mapę tę stworzono na podstawie zdjęć wykonanych przez Mars Reconnaissance Orbiter. Specjaliści z NASA zidentyfikowali na nich charakterystyczne punkty, obiekty oraz przeszkody. Dzięki temu automatyczny pilot misji będzie mógł, porównując mapę ze zdjęciami z TRN, określić swoją pozycję i poprowadzić pojazd do miejsca lądowania. Jeśli by się okazało, że na przewidzianym miejscu lądowania TRN zidentyfikuje jakieś przeszkody, pilot obierze kurs na alternatywne miejsce posadowienia łazika.

Na pokładzie Perseverance znalazł się instrument MEDA czyli Mars Environmental Dynamics Analyzer. Ma on uzupełnić naszą wiedzę dotyczącą ryzyka, jakie atmosfera Marsa może stwarzać dla ludzi. dzięki niemu dowiemy się więcej o aerozoloach, z którymi zetkną się ludzie na Marsie. Specjaliści zdobędą informacje na temat rozmiarów aerozoli oraz zmian, jakim podlegają w czasie. Żadna z poprzednich misji nie była w stanie dostarczyć takich danych. Wiemy za to, że marsjański pył zawiera toksyczne dla ludzi nadchlorany. Dane z MEDA ułatwią opracowanie metod ochrony przed nimi.

Nie można również nie wspomnieć o instrumencie MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) czyli pierwszej fabryce tlenu, która będzie testowana na innym ciele niebieskim niż Ziemia. MOXIE ma wytwarzać tlen z dwutlenku węgla obecnego w atmosferze Marsa.

Urządzenie najpierw będzie pobierało dwutlenek węgla za pomocą kompresora, następnie wykorzysta reakcję katalityczną do oddzielenia tlenku węgla od tlenu. Następnie za pomocą prądu elektrycznego przyłożonego do ceramicznej membrany oba gazy zostaną odseparowane od siebie. Czysty tlen będzie następnie analizowany, a później – podobnie jak tlenek węgla – powróci do atmosfery Marsa. To jak odwrotnie działające ogniwo paliwowe. Standardowe ogniwo paliwowe wykorzystuje paliwo i uleniacz do wytwarzania elektryczności oraz gazu odpadowego. W tym przypadku bierzemy gaz odpadowy, czyli dwutlenek węgla, dostarczamy prąd i uzyskujemy paliwo oraz utleniacz, czyli tlenek węgla i tlen, wyjaśnia Jeff Mellstrom z Jet Propulsion Laboratory.

Przetestowanie MOXIE na Marsie pokaże, jak instrument ten sprawuje się poza laboratorium, po wszystkich obciążeniach związanych ze startem z Ziemi, podróżą i lądowaniem na Marsie oraz w warunkach panujących na Czerwonej Planecie. Głównym celem testów jest udowodnienie, że jesteśmy w stanie wytwarzać na Marsie ciekły tlen. Będzie on bowiem potrzebny misji załogowej jako paliwo rakietowe. Zanim jeszcze ludzie wylądują na Marsie można tam będzie wysłać większą wersję MOXIE, które wyprodukuje całe tony paliwa rakietowego. Co ciekawe, taka produkcyjna wersja MOXIE nie musi być bardzo duża. Specjaliści z NASA twierdzą, że MOXIE wielkości standardowej pralki będzie w stanie wytwarzać paliwo 200-krotnie szybciej niż wersja testowa umieszczona na Perseverance.

Lądowanie Mars 2020 zaplanowano na luty 2021 roku.

Start misji Mars 2020 będzie można oglądać na żywo na stronach NASA. Agencja zaprasza też do dołączenia do wirtualnego odliczania.

misja na Marsa Mars 2020 helikopter na Marsie misja załogowa na Marsa najtrudniejsza misja NASA