Následuje výňatek z mé nové knihy „Neuvěřitelné příběhy z vesmíru: Pohled do zákulisí Pohled na mise měnící náš pohled na Kosmos“, který bude vydán zítra, prosinec. Kniha je vnitřním pohledem na několik současných Robotické mise NASA a tento výňatek je část 1 ze 3, která bude zveřejněna zde v časopise Space Magazine v kapitole 2 „Roving Mars with Curiosity“. Kniha je k dispozici na objednávku na Amazonu a na Barnes & Noble.
Sedm minut teroru
Trvá přibližně sedm minut, než se kosmická loď střední velikosti - například rover nebo robotický přistávací plošina - sestoupí atmosférou Marsu a dosáhne povrchu planety. Během těchto krátkých minut musí kosmická loď zpomalit ze své planoucí příchozí rychlosti asi 13 000 mph (20 900 km / h), aby se dotkla pouze 2 mph (3 km / h) nebo méně.
To vyžaduje, aby série událostí typu Rube Goldberg probíhala v perfektním sledu, s přesnou choreografií a načasováním. A to vše musí probíhat automaticky prostřednictvím počítače, bez vstupu od nikoho na Zemi. Neexistuje žádný způsob, jak vést kosmickou loď vzdáleně z naší planety, vzdálené asi 250 milionů km. V této vzdálenosti trvá zpoždění rádiového signálu ze Země na Mars přes 13 minut. V době, kdy je sedmiminutový sestup dokončen, se všechny tyto události staly - nebo se nestaly - a nikdo na Zemi neví, které. Buď vaše kosmická loď sedí skvěle na povrchu Marsu, nebo leží v havarované haldě.
Proto vědci a inženýři z misí na Mars říkají „Sedm minut teroru“.
A s misí Mars Science Laboratory (MSL), která byla zahájena ze Země v listopadu 2011, se strach a strach z toho, co se oficiálně nazývá „Vstup, Sestup a Přistání“ (EDL), exponenciálně zvýšil. MSL má 1 tunu (900 kg), šestikolový rover zvaný Curiosity a tento rover bude používat zcela nový, nevyzkoušený přistávací systém.
K dnešnímu dni všichni přistáli a vozítka na Marsu používali - v pořádku - vstup vedený raketou, tepelný štít, který chrání a zpomaluje vozidlo, pak padák, následovaný tryskami, které vozidlo ještě více zpomalí. Zvědavost by také použila tuto sekvenci. Poslední rozhodující komponenta však zahrnovala jedno z nejsložitějších přistávacích zařízení, jaké kdy letěl.
Jmenovaný „Sky Crane“, vznášející se raketová scéna by snížila rover na 20 metrů (20 m) kabely lana Vectran jako slaňovací horolezec, s roverem měkkým přistáním přímo na jeho kolech. To vše muselo být dokončeno během několika vteřin, a když palubní počítač vycítil dotek, pyrotechnika by prorazila lana a fáze vznášejícího se sestupu by se při plném plynu oddálila, aby narazila na zem daleko od zvědavosti.
Ještě více komplikoval záležitosti, tento rover se pokusil o nejpřesnější přistání mimo svět, jaké kdy bylo, a položil se do kráteru vedle hory na výšku Mount Rainier.
Hlavní část nejistoty spočívala v tom, že inženýři nikdy nemohli testovat celý přistávací systém dohromady, postupně. A nic nemohlo simulovat brutální atmosférické podmínky a světlejší gravitaci přítomnou na Marsu, kromě toho, že byl na samotném Marsu. Vzhledem k tomu, že skutečné přistání by bylo poprvé při použití úplného Sky Crane, byly otázky: Co kdyby se kabely neoddělily? Co když klesající fáze stále klesá přímo na vrchol roveru?
Pokud by Sky Crane nefungoval, bylo by to převrácení na misi, která už tolik překonala: technické problémy, zpoždění, překročení nákladů a hněv kritiků, kteří říkali, že tento 2,5 miliardový dolarový marsér krvácí peníze z zbytek programu planetárního průzkumu NASA.
Mise na Mars
S jeho červenou záři na noční obloze, Mars poutal skywatchers po celá staletí. Jako nejbližší planeta Země, která nabízí jakýkoli potenciál pro budoucí lidské mise nebo kolonizaci, byla velmi zajímavá ve věku zkoumání vesmíru. K dnešnímu dni bylo na Rudou planetu spuštěno více než 40 robotických misí… nebo přesněji, bylo provedeno 40 a více misí pokus.
Včetně veškerého amerického, evropského, sovětského, ruského a japonského úsilí více než polovina misí na Marsu selhala, ať už kvůli katastrofě při startu, poruše na cestě k Marsu, neúspěšnému pokusu proklouznout na oběžné dráze nebo katastrofickému přistání. Zatímco nedávné mise měly větší úspěch než naše první průkopnické pokusy prozkoumat Mars in situ (na místě), vědci a inženýři z kosmu si dělají jen částečně, když mluví o věcech, jako je „velký galaktický ghoul“ nebo „kletba Mars“ mise.
Byly však také úžasné úspěchy. Počáteční mise v 60. a 70. letech, jako jsou Mariner orbiters a Viking landers, nám ukázaly nápadně krásný, i když neúrodný a skalnatý svět, a tím překonali jakékoli naděje „malých zelených“ jako našich planetárních sousedů. Pozdější mise však odhalily dichotomii: velkolepá pustina spojená s dráždivými náznaky minulosti - nebo možná i dnešní doby - vody a globální aktivity.
Dnes je povrch Marsu chladný a suchý a jeho atmosféra šeptající tenkou vrstvou neochrání planetu před bombardováním záření ze Slunce. Ale náznaky jsou podmínky na Marsu nebyly vždy takto. Z oběžné dráhy jsou vidět kanály a složité údolní systémy, které se zdají být vyřezány tekoucí vodou.
Po celá desetiletí vědci z planety diskutovali o tom, zda se tyto rysy vytvořily během krátkých, mokrých období způsobených kataklyzmatickými událostmi, jako je masivní stávka asteroidů nebo náhlá klimatická katastrofa, nebo zda vznikly po miliony let, kdy mohl být Mars trvale teplý a mokrý. Většina důkazů je zatím nejednoznačná; tyto vlastnosti by se mohly utvořit v obou směrech. Ale před miliardami let, kdyby existovaly řeky a oceány, stejně jako na Zemi, mohl se život zmocnit.
Rovers
The Curiosity rover je čtvrtá mobilní kosmická loď, kterou NASA poslala na povrch Marsu. První byl 23-libra (10,6 kg) rover jménem Sojourner, který přistál na skalně pokryté marťanské pláni 4. července 1997. Co se týče velikosti mikrovlnné trouby, 2-noha (65 cm) dlouho Sojourner nikdy nepřešla více než 40 stop od jeho přistávací a základní stanice. Rover a lander společně tvořili misi Pathfinder, která měla trvat asi týden. Místo toho to trvalo téměř tři měsíce a duo vrátilo 2,6 gigabitů dat, vyfotilo více než 16 500 snímků z landeru a 550 snímků z roveru, a také provedlo chemické měření hornin a půdy a studovalo atmosféru a počasí na Marsu. Identifikoval stopy teplejší, vlhčí minulosti pro Mars.
Mise se konala, když internet získával popularitu, a NASA se rozhodla zveřejnit fotografie z roveru online, jakmile byly přeneseny na Zemi. Nakonec se jednalo o jednu z největších událostí v historii mladého internetu. Webové stránky NASA (a zrcadlové weby nastavené na vysokou poptávku) získaly během prvních 20 dnů po přistání přes 430 milionů zásahů.
Pathfinder také využíval neobvyklý přistávací systém. Místo toho, aby pomocí thrusterů přistoupili na povrch, inženýři vytvořili systém obřích airbagů, aby obklopili a chránili kosmickou loď. Po použití konvenčního systému vstupu vedeného raketou, tepelného štítu, padáků a pohonných jednotek se airbagy nafoukly a kokonovaný přistávací modul spadl ze 100 metrů (30 m) nad zemí. Několikrát se odrazil po povrchu Marsu jako obří plážový míček, Pathfinder se nakonec zastavil, airbagy se vypustily a přistávací modul se otevřel, aby umožnil vynoření roveru.
I když to může znít jako bláznivá přistávací strategie, fungovalo to tak dobře, že NASA se rozhodla použít větší verzi airbagů pro další misi roverů: dva identické rovery jménem Spirit a Opportunity. Mars Exploration Rovers (MER) je asi o velikosti jezdecké sekačky na trávu dlouhá 1,6 metru a váží asi 185 kilogramů. Spirit přistál úspěšně poblíž rovníku Mars 4. ledna 2004 ao tři týdny později se Opportunity odrazila na druhou stranu planety. Cílem MER bylo najít důkaz o minulé vodě na Marsu a oba rovery zasáhly jackpot. Mezi mnoha nálezy našla Opportunity starověké skalní výchozy, které se vytvořily v tekoucí vodě, a Duch našel neobvyklé křemenné horniny ve tvaru květáku, které vědci stále studují, ale mohou poskytnout vodítka pro potenciální starověký marťanský život.
Je neuvěřitelné, že v tomto psaní (2016) rover Opportunity stále funguje, jezdí více než maratón (26 mil / 42 km) a pokračuje ve zkoumání Marsu u velkého kráteru jménem Endeavour. Duch však podlehl ztrátě energie během chladné marťanské zimy v roce 2010 poté, co uvízl v pískovce. Oba roveri daleko přežili svůj plánovaný 90denní život.
Nějakým způsobem si každý z vozítek vyvinul odlišnou „osobnost“ - nebo snad lepší způsob, jak to vyjádřit, je to, že lidé přiřazeno osobnosti robotů. Duch byl problémem královna dítěte a dramatu, ale musel bojovat za každý objev; Příležitost, privilegovaná mladší sestra a hvězdná umělkyně, protože se zdálo, že nová zjištění pro ni byla snadná. Duch a příležitost nebyly navrženy tak, aby byly rozkošné, ale okouzlující rovery zachytily představivost dětí i ostřílených vesmírných veteránů. Manažer projektu MER John Callas kdysi nazýval dvojčata „nejroztomilejšími zatracenými věcmi ve sluneční soustavě“. Jelikož dlouhověcí, drsní řidiči překonali nebezpečí a nebezpečí, každý den odesílali pohlednice z Marsu. A Pozemšťané je za to milovali.
Zvědavost
I když je na našem seznamu úkolů již dlouho, ještě jsme nepřišli na to, jak poslat lidi na Mars. Potřebujeme větší a pokročilejší rakety a kosmické lodě, lepší technologie pro věci, jako je podpora života a pěstování vlastního jídla, a my opravdu nemáme schopnost přistát s velmi velkým užitečným zatížením potřebným k vytvoření lidského osídlení na Marsu.
Mezitím - zatímco se to snažíme zjistit - vyslali jsme robotický ekvivalent lidského geologa na Rudou planetu. Vozidlo zvědavosti o velikosti auta je vyzbrojeno řadou sedmnácti kamer, vrtačkou, naběračkou, ručním objektivem a dokonce laserem. Tyto nástroje připomínají geologové používané při studiu hornin a minerálů na Zemi. Navíc tento rover napodobuje lidskou činnost horolezectvím, jídlem (obrazně řečeno), ohýbáním jeho (robotické) paže a užíváním selfies.
Tento roving robotický geolog je také mobilní chemickou laboratoří. Celkem deset nástrojů na roveru pomáhá hledat organický uhlík, který by mohl naznačovat surovinu potřebnou pro život, a „čichat“ marťanský vzduch, který se snaží cítit, pokud jsou přítomny plyny jako metan - což by mohlo být známkou života -. Robotické rameno zvědavosti nese švýcarský armádní nůž gadgetů: zvětšovací čočka-jako fotoaparát, spektrometr k měření chemických prvků, a vrták k vrtání uvnitř hornin a krmení vzorků do laboratoří s názvem SAM (Sample Analysis at Mars) a) a CheMin (Chemie a mineralogie). Laser ChemCam může odpařovat horninu až z 7 metrů (7 stop) a identifikovat minerály ze spektra světla emitovaného z vypálené horniny. Zařízení na palubě doplňuje meteorologická stanice a radiační monitor.
S těmito fotoaparáty a nástroji se rover stává očima a rukama pro mezinárodní tým asi 500 pozemských vědců.
Zatímco předchozí vozy Mars používaly sluneční soustavy ke shromažďování slunečního záření pro energii, kuriozita používá RTG jako New Horizons. Elektrická energie generovaná z RTG opakovaně pohání dobíjecí lithium-iontové baterie a teplo RTG je také přiváděno do podvozku roveru, aby se vnitřní elektronika udržovala v teple.
S velikostí a hmotností zvědavosti nebyl systém přistání airbagů používaný předchozími rovery vyloučen. Jak vysvětlil inženýr NASA Rob Manning, „nemůžete odrazit něco tak velkého.“ Sky Crane je odvážné řešení.
Poslání zvědavosti: zjistit, jak se Mars vyvíjel v průběhu miliard let, a zjistit, zda byl kdysi - nebo dokonce nyní - schopen podporovat mikrobiální život.
Cíl průzkumu zvědavosti: horští vědci na Marsu s výškou 3,4 km (5,5 km) nazývají Mt. Ostrá (formálně známá jako Aeolis Mons), která leží uprostřed kráteru Gale, rázové mísy o průměru 96 kilometrů (155 km).
Gale byl vybrán z 60 kandidátů. Data z obíhající kosmické lodi určila, že hora má desítky vrstev sedimentární horniny, možná postavená po miliony let. Tyto vrstvy mohly vyprávět příběh o geologické a klimatické historii Marsu. Navíc se zdá, že hora i kráter mají kanály a další rysy, které vypadají, jako by byly vyřezány tekoucí vodou.
Plán: MSL by přistál v nižší, plošší části kráteru a pečlivě se propracoval směrem nahoru k hoře, studoval každou vrstvu, v podstatě podnikl prohlídku epoch geologické historie Marsu.
Nejtěžší část by se tam dostat. A tým MSL měl jen jednu šanci, aby to napravil.
Přistávací noc
Přistání zvědavosti 5. srpna 2012 bylo jednou z nejvíce očekávaných událostí průzkumu vesmíru v nedávné historii. Miliony lidí sledovaly události, které se odehrávají online a v televizi, se sociálními médii bzučícími aktualizacemi. Televizní vysílání NASA z řízení misí JPL bylo vysíláno živě na obrazovkách na newyorském časovém náměstí a na místech po celém světě, kde se konaly „přistávací party“.
Epicentrum akce však bylo v JPL, kde se stovky techniků, vědců a úředníků NASA shromáždily v kosmickém letovém provozu JPL. Tým EDL - všichni na sobě odpovídající světle modré košile s polo polo - monitoroval počítačové konzoly při kontrole mise.
Vyčnívali dva členové týmu: vedoucí týmu EDL Adam Steltzner - který nosí vlasy v pompíru jako Elvis - přecházel sem a tam mezi řadami konzolí. Letový ředitel Bobak Ferdowski sportoval a propracované hvězdy a pruhy Mohawk. V 21. století zřejmě exotické účesy nahradili černé brýle a chrániče kapes pro inženýry NASA v šedesátých letech.
V době přistání byla Ashwin Vasavada jedním z nejdéle sloužících vědců v misijním týmu, který se připojil k MSL jako zástupce vědeckého pracovníka v roce 2004, když se rover stavěl. Tehdy velká část Vasavadovy práce spolupracovala s týmy nástrojů na dokončení cílů jejich nástrojů a dohlížela na technické týmy, aby pomohly vyvinout nástroje a integrovat je s roverem.
Každý z deseti vybraných nástrojů přinesl tým vědců, takže s inženýry, dalšími zaměstnanci a studenty byly stovky lidí připravujících rover na spuštění. Vasavada pomohl koordinovat všechna rozhodnutí a změny, které by mohly ovlivnit případnou vědu na Marsu. Během přistání však mohl jen sledovat.
"Byl jsem v místnosti vedle kontrolní místnosti, která byla zobrazena v televizi," řekl Vasavada. "Pro přistání nebylo nic, co bych mohl udělat, kromě toho, že jsem si uvědomil posledních osm let mého života a celá moje budoucnost byla na tom sedm minut EDL."
Navíc skutečnost, že žádný z nich neznal skutečný osud roveru do 13 minut po skutečnosti z důvodu doby rádiového zpoždění, vedl k pocitu bezmocnosti pro všechny v JPL.
"Ačkoli jsem seděl na židli," dodal Vasavada, "myslím, že jsem byl mentálně stočený do polohy plodu."
Když se kuriozita otočila blíže k Marsu, tři další veteránské kosmické lodi, které již obíhaly kolem planety, se přesunuly na místo, aby mohly sledovat nově příchozí MSL, když přenášely informace o jeho stavu. Nejprve MSL komunikovala přímo s anténami Deep Space Network (DSN) na Zemi.
Aby byla telemetrie z kosmické lodi co nejefektivnější během EDL, zvědavost vyslala 128 jednoduchých, ale zřetelných tónů, které ukazují, kdy byly aktivovány kroky v procesu přistání. Allen Chen, inženýr v kontrolní místnosti, každý oznámil, jakmile přijdou: jeden zvuk naznačil, že kosmická loď vstoupila do atmosféry na Marsu; další signalizoval, že trysky vystřelily a vedly kosmickou loď směrem k kráteru Gale. Tentativní tleskání a úsměvy přišly z týmu v Mission Control v počátečních tónech, emoce rostly, když se kosmická loď pohybovala blíž a blíže k povrchu.
Částečně klesáním klesl MSL pod marťanský horizont a vyřadil ho ze komunikace se Zemí. Ale tři orbity - Mars Odyssey, Mars Reconnaissance Orbiter a Mars Express - byly připraveny zachytit, zaznamenat a předat data DSN.
Bezproblémově tóny přicházely na Zemi, protože každý krok přistání pokračoval bezchybně. Padák byl nasazen. Tepelný štít klesl pryč. Tón signalizoval klesající fázi nesoucí rover uvolněný z padáku, další indikoval poháněný let a sestup směrem k povrchu. Další tón znamenal, že Sky Crane začal snižovat rover na povrch.
Ozval se tón, který naznačoval, že kola zvědavosti se dotkla povrchu, ale to ještě neznamenalo úspěch. Tým se musel ujistit, že letový manévr Sky Crane fungoval.
Pak přišel tón, na který čekali: „Touchdown potvrdil,“ rozveselil Chen. "Jsme na Marsu v bezpečí!"
Pandemonium a radost propukly v řízení misí JPL, na stránkách přistávacích stran a na sociálních médiích. Zdálo se, že svět v tu chvíli slavil společně. Překročení nákladů, zpoždění, všechny negativní věci, které kdy bylo řečeno o misi MSL, s vítězstvím přistání zmizely.
"Vítejte na Marsu!" Charles Elachi, ředitel laboratoře pro pohon pohonů, řekl na tiskové konferenci po dramatickém přistání: „Dnes večer jsme přistáli, zítra začneme zkoumat Mars. Naše zvědavost nemá žádné limity. “
"Sedm minut skutečně šlo opravdu rychle," řekl Vasavada. "Bylo to u konce, než jsme to věděli." Pak všichni skákali nahoru a dolů, i když většina z nás stále zpracovávala, že to šlo tak úspěšně. “
To, že přistání šlo tak dobře - opravdu dokonale - možná šokovalo některé týmy z JPL. Zatímco několikrát vyzkoušeli přistání zvědavosti, pozoruhodně nikdy nemohli přistát ve svých simulacích.
"Snažili jsme se to nacvičit velmi přesně," řekl Vasavada, "takže všechno bylo v synchronizaci - telemetrii, kterou jsme simulovali, která bude přicházet z kosmické lodi, spolu s vytvořenými animacemi v reálném čase." Byla to docela složitá věc, ale ve skutečnosti to nikdy nefungovalo. Skutečné, skutečné přistání tedy bylo poprvé, když všechno fungovalo správně. “
Zvědavost byla naprogramována tak, aby okamžitě fotografovala okolí. Během dvou minut od přistání byly první snímky přeneseny na Zemi a vyskočily na vyhlídkové obrazovky na JPL.
"Načasovali jsme orbitery, aby přeletěli během přistání, ale nevěděli jsme s jistotou, jestli jejich reléové spojení vydrží dostatečně dlouho na to, aby se původní obrázky snížily," řekl Vasavada. "Tyto první obrázky byly docela chraplavé, protože ochranné kryty byly stále na fotoaparátech a trysky na kryty kopaly hodně prachu." Nemohli jsme to opravdu vidět, ale stále jsme vyskočili nahoru a dolů, protože to byly obrázky z Marsu. “
Úžasně, jeden z prvních obrázků přesně ukázal, co byl rover poslán ke studiu.
"Přistáli jsme s kamerami směřujícími přímo na Mt. Ostrý, “řekl Vasavada a zavrtěl hlavou. "Na snímku HazCam (hazard camera), přímo mezi koly, jsme měli tento nádherný výstřel." Byla tam hora. Bylo to jako náhled celé mise, přímo před námi. “
Zítra: Část 2 „Roving Mars With Curiosity“, „Living on Mars Time“ a „Discoveres“
„Neuvěřitelné příběhy z vesmíru: Pohled do zákulisí na mise měnící náš pohled na Kosmos“ vydává Page Street Publishing, dceřiná společnost Macmillan.
