Ko gre za raziskovanje Marsa, ima NASA več uspeha kot katera koli druga agencija. Ta teden bodo poskušali pristati še enega sofisticiranega roverja na površini Marsa, da bi nadaljevali iskanje dokazov o starodavnem življenju. Rover Mars Perseverance bo pristal na Marsu v četrtek, 18. februarja, in s seboj prinaša nekaj zelo ambicioznih tehnologij.
Ne glede na vaše mnenje o ZDA, morate priznati, da je NASA vodilna svetovna agencija za raziskovanje vesolja. To ni nič proti ESA ali drugim skupinam ljudi po vsem svetu, ki se ukvarjajo z raziskovanjem vesolja. Toda NASA je na vrhu.
So edini, ki so na Marsu pristali z roverjem, pravzaprav štirje. So edini, ki pristanejo na Luni, pravzaprav jih je 12. In oni so edini, ki so poslali vesoljsko plovilo iz Osončja, pravzaprav dve.
Izstrelitev Apolla 11. Ameriška zastava je oznanila izstrelitev Apolla 11, prve misije pristanka na Luni, 16. julija 1969. NASA je bila prva, ki je ljudi postavila na Luno, in edina doslej. Karkoli se še zgodi, je bila to ambiciozna, zmagovita misija. Zasluge: NASA
The Vztrajnostni rover gradi na vseh drugih Nasinih uspehih na Marsu. Hkrati pa dviguje raven kompleksnosti. Zdaj je pravi čas, da se vprašamo: Ali je rover Perseverance najbolj ambiciozna vesoljska misija vseh časov? Celo bolj ambiciozen kot pristanki na Luni?
Čeprav na to ni povsem objektivnega odgovora, menimo, da bi bil odgovor pritrdilen. Evo zakaj.
Ne potrebuje pomoči pri pristanku
Izstreljevanje stvari v vesolje z raketami je v današnjem času nekako hum. Tako zelo, da je šokantno, ko raketa razstreli, namesto da bi uspela. Izstrelitev Perseverancea torej ni bila 'nič posebnega', če veste, kaj mislimo. Vse je šlo po načrtih in tudi križarjenje na Mars je bilo zanj značilno brez zapletov.
Raketa United Launch Alliance Atlas V z NASA-inim roverjem Mars 2020 Perseverance se izstreli iz Space Launch Complex 41 na postaji letalskih sil Cape Canaveral, v četrtek, 30. julija 2020, iz NASA-inega vesoljskega centra Kennedy na Floridi. Rover Perseverance je del Nasinega programa raziskovanja Marsa, dolgoročnega prizadevanja robotskega raziskovanja Rdečega planeta. Avtor fotografij: (NASA/Joel Kowsky)
Pri pristanku na Marsu lahko omaka postane grudasta. Izraz ' Marsovo prekletstvo « ne obstaja zaman. Mnogi so poskušali pristati na rdečem planetu, a le redkim je uspelo. Večinoma misije NASA.
Ko tehnologija napreduje, bi moralo biti pristajanje vesoljskih plovil na Marsu vse lažje. Na nek način ni. Ker boljša kot je tehnologija, bolj jo spodbujamo k novim stvarem, vključno s natančnejšim pristankom.
Sčasoma se vesoljska plovila, poslana na Mars, zahtevajo, da pristanejo na vse manjših območjih. Roverji so neverjetni, vendar je njihova potovalna hitrost omejena in tudi njihovo trajanje misije. Pristanek bližje glavnim znanstvenim ciljem je ključnega pomena za uspeh misije.
Kot kaže spodnja slika, je Perseverance pozvan, da pristane v zelo majhni regiji glede na svoje predhodnike.
Kako bo to uspelo?
Rover Perseverance bo najbolj natančen pristanek, ki ga je poskusil Marsov rover. Zasluge slike: NASA/JPL-Caltech – https://photojournal.jpl.nasa.gov/jpeg/PIA24377.jpg, javna domena, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=99368524
Ko bo Vztrajnost pristala na Marsu, bo sama od sebe. Je predaleč od Zemlje za kakršen koli nadzor postopka pristanka v realnem času. Odvisno od položaja obeh planetov v določenem času lahko traja od štiri do 24 minut, da signal potuje med njima. Ko Perseverance pristane na Marsu, bo trajalo približno 11,5 minute, da signal potuje v eno smer. Ko prejmemo signal, da je Perseverance dosegel vrh Marsove atmosfere, bo pristajalnik dejansko že pristal. Tako se bo pristanek zgodil samodejno.
Vztrajnost bo sledila enakemu pristajalnemu profilu kot drugi pristajalci na Mars. Ko bo dosegel vrh Marsove atmosfere, bo potoval s približno 20.000 km/h (12.500 mph). Izstrelil bo raketo za de-orbito, vstopil v ozračje, razprl padalo in ko se bo dovolj približal površini, bo izstrelil retrorakete, da zaustavi spust. Toda Vztrajnost ima v rokavu še en trik.
Podrobna grafika metode pristanka Perseverance. Zasluge za sliko: NASA/JPL/Caltech.
Perseverance ima avtomatiziran sistem za preprečevanje nevarnosti, imenovan Relativna navigacija terena (TRN.) NASA je leta razvijala ta sistem, in čeprav je vzorčevalnik asteroidov OSIRIS-REx uporabil podobno metodo za varen pristanek na asteroidu Bennu, je pri vztrajnosti na kocki več.
TRN ali Landing Vision System (LVS) primerja slike v realnem času iz svoje kamere z vgrajenim »zemljevidom« površine v Kratersko jezero , vztrajnostno pristajalno mesto. Zemljevid je ustvarjen iz orbitalnih slik visoke ločljivosti območja kraterja. Če se rover usmeri proti nevarni oviri, lahko izstreli svoje retrorakete in se nevarnosti izogne. Sistem za avtonomni pristanek OSIRIS-REx je deloval na enak način, vendar je imel možnost preklicati postopek dotika in vzorčenja, če je bil v nevarnosti. Imel je dovolj goriva, da bi to naredil nekajkrat.
Rover Perseverance Mars 2020 je opremljen s sistemom za opazovanje pristajalne naprave, ki temelji na navigaciji glede na teren, napredni metodi za avtonomno primerjavo slik v realnem času s prednaloženimi zemljevidi, ki določajo položaj roverja glede na nevarnosti na območju pristajanja. Algoritmi za preusmerjanje in programska oprema lahko nato po potrebi usmerijo rover okoli teh ovir. Zasluge: NASA/JPL-Caltech
Toda Perseverance dobi samo en strel pri pristanku, njegovo raketno gorivo pa je omejeno. Ko bo izveden postopek spusta in pristanka, bo ne glede na vse dosegel površje. Ne more se ustaviti. Traja približno 7 minut, da rover preide od vstopa v atmosfero do dotika. Če sistem pristajanja deluje po načrtih, bo rover varno dosegel površje in začel svoje delo na odlični lokaciji na površini Marsa.
Vse v zvezi s pošiljanjem roverja na drug planet je ambiciozno. Toda sistem samodejnega pristajanja Perseverance je še bolj ambiciozen. Če bo šlo po načrtu, pričakujte, da se bo ta sistem nenehno izpopolnjeval, dokler ni mogoče roverje in pristajalne naprave postaviti na površje s skoraj popolno natančnostjo. To vodi le k boljši, bolj osredotočeni znanosti. In to je tisto, za kar gre.
Vztrajnost ima svojega helikopterskega krilca
Ko Vztrajnost doseže Mars, ne bo sama. NASA pošilja majhen helikopter z imenom Ingenuity. Iznajdljivost je misija demonstracije tehnologije in zelo ambiciozna. Iznajdljivost pravzaprav ne bo naredila nobene znanosti, bo pa zagotovila pomembne povratne informacije o letalskih operacijah v tankem ozračju Marsa.
Iznajdljivost je spravljena pod Vztrajnostjo, na trebuhu. Njegova prva naloga je le preživeti mrzle noči na Marsu, kjer lahko temperature padejo na -90 stopinj Celzija (-130 F) v kraterju Jezero. Mali helikopter je v veliki meri zgrajen iz že pripravljenih delov. Zato je preživetje mraza njegov prvi izziv.
Trebuh roverja Perseverance. Iznajdljivost je skrčena v spodnjem središču, z zloženimi krili. Zasluge za sliko: NASA/JPL-Caltech
Potem postanejo stvari za Ingenuity ambiciozne. To je prvo plovilo, poslano na drug planet, da bi poskusilo leteti z motorjem in nadzorovano. Če ji uspe, bodo podatki, ki jih zbira, neprecenljivi pri razvoju rotacijskih letal za prihodnje misije. Ingenuity tehta le približno 1,8 kg (4 lbs) in ima velike rotorje, ki se vrtijo veliko hitreje kot helikopterski rotorji tukaj na Zemlji. To je zato, ker je ozračje tako tanko, da je težko ustvariti dvig. Toda Marsova gravitacija je šibkejša od Zemljine, kar bo malemu helikopterju pomagalo uspeti.
Njegov cilj je opraviti pet kratkih letov v 30-dnevnem oknu misije. Za dokončanje svoje naloge se mora Ingenuity boriti z razdaljo med Zemljo in Marsom, na enak način kot vztrajnost. Tako bo majhen helikopter pred poletom prejel nekaj navodil od inženirjev misije. Toda med letenjem bo moral spremljati svojo temperaturo, da se ne bi prehladil. Prav tako mora varno slediti poti leta brez nadzora v realnem času.
Umetnikova ilustracija iznajdljivosti in vztrajnosti na Marsu. Zasluge za sliko: NASA/JPL-Caltech
Tako naše prvo letalo, ki je poskusilo leteti na drugem planetu, nima niti prednosti izkušenega operaterja pri krmiljenju. Namesto tega se bo zanašal na AI.
Če to ni ambiciozno, kaj je?
Zbiranje in predpomnjenje vzorcev za morebitno vrnitev na Zemljo
Misije vračanja vzorcev postajajo vse pomembnejše. Japonsko vesoljsko plovilo Hayabusa2 nedavno zbranih vzorcev z asteroida Ryugu in jih vrnil na Zemljo. In NASA OSIRIS-REx je pravkar uspešno zbran vzorci z asteroida Bennu. Ti vzorci bodo na Zemljo vrnjeni septembra 2023.
Ampak to so vzorci asteroidov. In čeprav so bile te misije zapletene, vzorčenje asteroida ni tako težko kot zbiranje vzorca z dejanskega planeta. Relativno šibka gravitacija asteroidov olajša njihovo manevriranje.
Vztrajnost ne bo vrnila vzorcev na Zemljo. To je preveč zapletenosti za eno misijo. Toda rover ima nekaj ambicij vzorčenja.
Perseverance je seveda opremljen z vrtalnikom, ki lahko zbira vzorčna jedra iz kamnin in zemlje. Ko znanstveniki identificirajo pomembne kamnine in tla, ki jih želijo natančneje preučiti, jih lahko Vztrajnost zbere in postavi v zaprte cevi. Skupno je 43 epruvet za vzorce.
Rover Perseverance za svoje raziskovanje Marsa uporablja strategijo predpomnjenja skladišča. Zasluge za sliko: NASA/JPL/Caltech
Perseverance ima ločeno robotsko roko samo za upravljanje vzorcev in njihovo shranjevanje v cevi. Epruvete z vzorci bodo postavljene v skrinjice na površini, lokacije teh vzorcev pa bodo katalogizirane. Slike orbiterja bodo identificirale vzorčne lokacije do enega metra (3 ft), sam rover pa bo to natančnost povečal na en centimeter.
Vztrajnost ima tudi tako imenovane »cevi za priče«. Ima pet teh cevi in se uporabljajo za zbiranje vzorcev atmosfere v bližini mest za zbiranje vzorcev in vrtanja. Že so polni materialov, ki lahko absorbirajo molekularne in trdne onesnaževalce. Ko se vzorci na koncu vrnejo na Zemljo, jih je mogoče primerjati z vzorci priča, da ugotovimo, ali so bili med vzorčenjem prisotni kateri koli onesnaževalci z Zemlje.
Toda tukaj postane res ambiciozno: vrnitev vzorcev na Zemljo.
Pripravlja se načrt, kako jih vrniti v laboratorije na Zemlji. Na Mars bi v bližini lokacij shranjevalnika poslali pristajalno napravo in poslali majhen rover, da jih pobere v skladu s podrobnim zemljevidom Perseverance. Majhen rover bi jih nato vrnil v pristajalno napravo.
Infografika ESA, ki prikazuje idejo Mars Sample Return. Zasluge slike: ESA
Od tam bi jih v orbito Marsa izstrelila raketa, ki bi jo na površje prinesla s pristajališčem. Nato ločeno plovilo, ki kroži okoli Marsa, imenovano Orbiter za vrnitev Zemlje bi zbral vzorce in jih prinesel nazaj na Zemljo. ESA si prizadeva za igrajo veliko vlogo v vzorcu vračila.
Čeprav vračilo vzorca ni del poslanstva Perseverance, je strogo gledano še vedno izjemno ambiciozno. In da bi bili ti vzorci dragoceni, mora Perseverance svoje delo opraviti z največjo skrbnostjo.
Umetno inteligentni vesoljski laser
Kritičen del roverjevega dela je preučevanje kemične sestave njegove okolice. Sestava marsovske skale in regolita je izjemnega pomena pri Perseverancejevem iskanju dokazov o preteklem življenju in bivanju. Spektroskopija ima pri tem veliko vlogo.
Spektroskopija vključuje pozorno opazovanje, kako svetloba prehaja skozi plin. Vzorci valovnih dolžin svetlobe izdajo prisotnost določenih elementov in spojin. Toda težava je v tem, da je kamen trden.
Torej je Perseverance opremljen z večnamenskim instrumentom, imenovanim SuperCam . SuperCam vsebuje tri ločene spektrometre. Eden izmed njih se imenuje LIBS, oz Lasersko inducirana razčlenitvena spektroskopija .
Laser v Perseverance's LIBS ima doseg približno 7 metrov (20 ft) in ga je mogoče uporabiti za razstreljevanje primernih ciljev z dovolj energije, da se segreje ciljno skalo na 10.000 stopinj Celzija (18.000 F) in ustvari puh plazme. Njegovi spektrometri lahko nato odčitajo svetlobo, ko ta prehaja skozi plazmo, da določi sestavo kamnine.
Če to ni dovolj ambiciozno, lahko laser izvede svoje razstreljevanje brez človeškega vnosa. Ima umetno inteligenco, ki lahko prepozna zaželene cilje, medtem ko je rover na poti. Nato lahko sproži laser in odčita spektroskopske odčitke, ne da bi mu to povedali. MSL Curiosity je imel podoben instrument s podobno umetno inteligenco, vendar je Perseverance veliko izboljšan in ima večjo natančnost.
V naših knjigah je umetno inteligentni vesoljski laserski spektrometer ambiciozen – nekako se prikrade za vse druge ambiciozne vidike misije, kot je helikopter. A da ne bo pomote: laser in spektrometer, ki lahko izbereta svoje cilje brez človeškega vnosa, sta vsekakor ambiciozna.
Umetnikova ilustracija vztrajnosti, ki izžareva svoj laser. Zasluge slike: Thales
V končni analizi je nemogoče opredeliti najbolj ambiciozno vesoljsko misijo. Na primer, težko je primerjati rover Perseverance z zgodovinskimi pristanki na Luni. In res, ni treba. Ljudje radi razvrščamo stvari.
Kakorkoli že pogledate, je Nasin misija roverja Perseverance izjemno ambiciozna. Lahko bi zagotovil nekaj dokazov o izločitvi, ko gre za starodavno bivalnost Marsa. Obstaja tudi veliko načinov, kako bi stvari lahko šle na stran, kar je del ambicioznih misij, kot je ta.
Ali ga ocenjujemo kot najbolj ambicioznega ali ne, na koncu ni pomembno. Toda vsa ta ambicija resnično opredeljuje poslanstvo.
In če bo NASA uspela, bodo utrdili svoj položaj najbolj ambiciozne - in dovršene - vesoljske agencije na Zemlji.
Več:
- NASA: Mars Perseverance Rover
- Vesolje danes: N ASA-in Perseverance Rover gre v krater Jezero, ki je videti vse bolje kot kraj za iskanje dokazov o preteklem življenju na Marsu
- Vesolje danes: Tako je izgledalo pristajalno mesto Perseverance pred milijardami let. Poglejte, zakaj je tako prepričljiva tarča?
