Pokud jde o průzkum Marsu, NASA má větší úspěch než kterákoli jiná agentura. Tento týden se pokusí přistát na povrchu Marsu s dalším sofistikovaným roverem, aby pokračovali v pátrání po důkazech starověkého života. Rover Mars Perseverance přistane na Marsu ve čtvrtek 18. února a přináší s sebou některé velmi ambiciózní technologie.
Ať už je váš názor na USA jakýkoli, musíte uznat pozici NASA jako přední světové agentury pro výzkum vesmíru. To není nic proti ESA nebo jiným skupinám lidí po celém světě zapojených do průzkumu vesmíru. Ale NASA má navrch.
Jako jediní přistáli s roverem na Marsu, ve skutečnosti čtyři. Jsou jediní, kdo přistál na Měsíci, ve skutečnosti jich je 12. A jsou jediní, kdo poslal kosmickou loď ze Sluneční soustavy, ve skutečnosti dvě.
Start Apolla 11. Americká vlajka ohlašovala start Apolla 11, první mise při přistání na Měsíci, 16. července 1969. NASA byla první, kdo vyslal lidi na Měsíc, a zatím jediná. Ať se stane cokoli, byla to ambiciózní, vítězná mise. Kredit: NASA
The Vytrvalostní rover staví na všech ostatních úspěších NASA na Marsu. Zároveň to zvyšuje úroveň složitosti. Takže teď je ten správný čas se zeptat: Je rover Perseverance nejambicióznější vesmírnou misí všech dob? Ambicióznější, dokonce než přistání na Měsíci?
I když na to neexistuje zcela objektivní odpověď, myslíme si, že odpověď může znít ano. Zde je důvod.
Nepotřebuje žádnou pomoc při přistání
Vypouštět věci do vesmíru na raketách je v dnešní době tak trochu ho-hum. Natolik, že je šokující, když raketa vybuchne, místo aby uspěla. Takže spuštění Perseverance nebylo „nic zvláštního“, pokud víte, co máme na mysli. Vše probíhalo podle plánu a plavba na Mars byla také jeho typickou jednotvárnou záležitostí.
Raketa United Launch Alliance Atlas V s roverem NASA Mars 2020 Perseverance na palubě startuje ze Space Launch Complex 41 na Cape Canaveral Air Force Station, čtvrtek 30. července 2020, z Kennedyho vesmírného střediska NASA na Floridě. Rover Perseverance je součástí programu NASA Mars Exploration Program, dlouhodobého úsilí robotického průzkumu Rudé planety. Fotografický kredit: (NASA/Joel Kowsky)
Přistání na Marsu je místo, kde se omáčka může hromadit. Termín ' Marsova kletba “ neexistuje pro nic za nic. Mnozí se pokusili přistát na rudé planetě, ale jen některým se to podařilo. Většinou mise NASA.
Jak technologie postupuje, přistání kosmických lodí na Marsu by mělo být stále jednodušší. Svým způsobem není. Protože čím je technologie lepší, tím více ji tlačíme k tomu, aby dělala nové věci, včetně přesnějšího přistání.
Jak čas plyne, kosmické lodě vyslané k přistání na Marsu jsou žádány, aby přistávaly na stále menších a menších plochách. Rovery jsou úžasné, ale jejich cestovní rychlost je omezená, stejně jako délka jejich misí. Přistání blíže k hlavním vědeckým cílům je zásadní pro úspěch mise.
Jak ukazuje obrázek níže, Perseverance je požádána, aby přistála ve velmi malé oblasti ve srovnání s jejími předchůdci.
jak to udělá?
Rover Perseverance bude nejpřesnější přistání, o které se marsovský rover pokusil. Obrazový kredit: NASA/JPL-Caltech – https://photojournal.jpl.nasa.gov/jpeg/PIA24377.jpg, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=99368524
Když Perseverance přijde na přistání na Marsu, bude to samo. Je příliš daleko od Země na jakoukoli kontrolu přistávací procedury v reálném čase. V závislosti na poloze obou planet v daném čase může mezi nimi trvat 4 až 24 minut, než signál přejde. Když Perseverance přistane na Marsu, bude trvat asi 11,5 minuty, než se signál vydá jedním směrem. V době, kdy obdržíme signál, že Perseverance dosáhla vrcholu atmosféry Marsu, přistávací modul již ve skutečnosti přistál. Takže přistání proběhne automaticky.
Perseverance bude sledovat stejný profil přistání jako ostatní přistávací moduly na Marsu. Když dosáhne vrcholu atmosféry Marsu, bude se pohybovat rychlostí asi 20 000 km/h (12 500 mph). Odpálí raketu z oběžné dráhy, vstoupí do atmosféry, rozmístí padák, a když se dostatečně přiblíží k povrchu, vystřelí retrorakety, aby zastavil sestup. Ale Perseverance má v rukávu ještě jeden trik.
Detailní obrázek způsobu přistání Perseverance. Obrazový kredit: NASA/JPL/Caltech.
Perseverance představuje automatický systém vyhýbání se nebezpečí, tzv Terénní relativní navigace (TRN.) NASA strávila roky vývojem tohoto systému, a přestože vzorkovač asteroidů OSIRIS-REx použil podobnou metodu k bezpečnému přistání na asteroidu Bennu, s Perseverance je v sázce více.
TRN neboli Landing Vision System (LVS) porovnává snímky ze své kamery v reálném čase s palubní „mapou“ povrchu v Kráterové jezero , místo přistání Perseverance. Mapa je vytvořena z orbitálních snímků oblasti kráteru ve vysokém rozlišení. Pokud rover míří k nebezpečné překážce, může odpálit své retrorakety a vyhnout se nebezpečí. Autonomní přistávací systém OSIRIS-REx fungoval stejným způsobem, ale měl schopnost odvolat proceduru přistání a odběru vzorků, pokud byl v nebezpečí. Mělo dost paliva, aby to udělalo několikrát.
Rover Perseverance Mars 2020 je vybaven systémem vidění landeru založeném na navigaci relativní k terénu, což je pokročilá metoda autonomního porovnávání snímků v reálném čase s předem nahranými mapami, které určují polohu roveru vzhledem k nebezpečím v přistávací oblasti. Algoritmy a software pro odklonění pak mohou v případě potřeby nasměrovat rover kolem těchto překážek. Poděkování: NASA/JPL-Caltech
Ale Perseverance dostane jen jeden výstřel při přistání a její raketové palivo je omezené. Jakmile je implementován postup sestupu a přistání, dostane se na povrch, bez ohledu na to, co. nejde to zastavit. Roveru trvá asi 7 minut, než přejde od vstupu do atmosféry k přistání. Pokud bude přistávací systém fungovat podle plánu, rover bezpečně dosáhne povrchu a zahájí svou práci na nejlepším místě na povrchu Marsu.
Vše o vyslání roveru na jinou planetu je ambiciózní. Automatizovaný přistávací systém Perseverance je ale ještě ambicióznější. Pokud to půjde podle plánu, očekávejte, že tento systém bude neustále zdokonalován, dokud nebude možné umístit rovery a landery na povrch s téměř přesnou přesností. To vede pouze k lepší a cílenější vědě. A o tom to celé je.
Vytrvalost má svého vlastního vrtulníkového křídla
Až Perseverance dosáhne Marsu, nebude sama. NASA posílá s sebou malou helikoptéru jménem Ingenuity. Ingenuity je technologická demonstrační mise a velmi ambiciózní. Vynalézavost ve skutečnosti nebude dělat žádnou vědu, ale poskytne důležitou zpětnou vazbu o letových operacích v tenké marťanské atmosféře.
Vynalézavost je schovaná pod Perseverance, na jejím břiše. Jeho prvním úkolem je jen přežít mrazivé noci na Marsu, kde teploty mohou klesnout až k -90 stupňům Celsia (-130 F) v kráteru Jezero. Malá helikoptéra je postavena z velké části z běžně dostupných dílů. Takže přežít zimu je jeho první výzvou.
Břicho vozítka Perseverance. Vynalézavost je zastrčená dole uprostřed se složenými křídly. Obrazový kredit: NASA/JPL-Caltech
Pak jsou věci pro Ingenuity ambiciózní. Je to první plavidlo vyslané na jinou planetu, aby se pokusilo o poháněný, řízený let. Pokud uspěje, získaná data budou neocenitelná při vývoji rotačních letadel pro budoucí mise. Ingenuity váží pouze asi 1,8 kg (4 libry) a má velké rotory, které se otáčejí mnohem rychleji než rotory vrtulníků zde na Zemi. Je to proto, že atmosféra je tak řídká, že je obtížné vytvořit výtah. Ale gravitace Marsu je slabší než gravitace Země, což pomůže malému vrtulníku uspět.
Jeho cílem je absolvovat pět krátkých letů během 30denního okna mise. Aby Ingenuity dokončila svou misi, musí se potýkat se vzdáleností mezi Zemí a Marsem stejně jako Perseverance. Maličká helikoptéra tedy před vzletem dostane nějaké pokyny od inženýrů mise. Při letu si ale bude muset hlídat vlastní teplotu, aby se příliš neochladilo. Musí také bezpečně sledovat dráhu letu bez kontroly v reálném čase.
Umělecká ilustrace Vynalézavosti a vytrvalosti na Marsu. Obrazový kredit: NASA/JPL-Caltech
Takže naše úplně první letadlo, které se pokusilo let na jiné planetě, nemá ani výhodu zkušeného operátora u řízení. Místo toho se bude spoléhat na AI.
Pokud to není ambiciózní, co je?
Sbírání a ukládání vzorků pro případný návrat na Zemi
Mise s návratem vzorků nabývají na důležitosti. Japonská kosmická loď Hayabusa2 nedávno odebrané vzorky z asteroidu Ryugu a vrátil je na Zemi. A OSIRIS-REx NASA právě úspěšně shromáždil vzorky z asteroidu Bennu. Tyto vzorky budou vráceny na Zemi v září 2023.
Ale to jsou vzorky asteroidů. A přestože byly tyto mise složité, odběr vzorků z asteroidu není tak obtížný jako odběr vzorku ze skutečné planety. Relativně slabá gravitace asteroidu jim usnadňuje manévrování.
Perseverance vzorky na Zemi nevrátí. To je příliš složitá záležitost na jednu misi. Ale rover má nějaké vzorkovací ambice.
Perseverance je samozřejmě vybavena vrtačkou a dokáže sbírat vzorky vzorků z hornin a půdy. Když vědci identifikují důležité horniny a půdy, které chtějí blíže studovat, Perseverance je může shromáždit a umístit do uzavřených zkumavek. Celkem je k dispozici 43 zkumavek.
Rover Perseverance používá k průzkumu Marsu strategii ukládání do mezipaměti depa. Obrazový kredit: NASA/JPL/Caltech
Perseverance má samostatné robotické rameno jen pro správu vzorků a jejich uchovávání ve zkumavkách. Zkumavky se vzorky budou umístěny do schránek na povrchu a umístění těchto vzorků bude katalogizováno. Snímky Orbiter identifikují umístění vzorků s přesností na jeden metr (3 stopy) a samotný rover tuto přesnost zvýší na jeden centimetr.
Vytrvalost má také to, čemu se říká „zkumavky svědků“. Má pět těchto trubic a používají se ke sběru okolních vzorků atmosféry v blízkosti míst odběru vzorků a vrtů. Jsou již plné materiálů, které mohou absorbovat molekulární a částicové nečistoty. Když jsou vzorky nakonec vráceny na Zemi, lze je porovnat se svědeckými vzorky, aby se zjistilo, zda byly během odběru přítomny nějaké kontaminanty ze Země.
Ale tady je to opravdu ambiciózní: vrátit vzorky na Zemi.
Připravuje se plán, jak je dostat zpět do laboratoří na Zemi. Přistávací modul by byl vyslán na Mars poblíž umístění mezipaměti a malý rover by byl vyslán, aby je shromáždil podle podrobné mapy Perseverance. Malý rover by je pak vrátil na přistávací modul.
Infografika od ESA ukazující nápad Mars Sample Return. Obrazový kredit: ESA
Odtud by je vynesla na oběžnou dráhu Marsu raketa, která byla vynesena na povrch s landerem. Potom se na oběžné dráze Marsu objevila samostatná loď s názvem Orbiter pro návrat Země shromáždí vzorky a přiveze je zpět na Zemi. Cílem ESA je hrát velkou roli ve vzorovém návratu.
Přestože návrat vzorku není součástí mise Perseverance, přísně vzato, je stále extrémně ambiciózní. A aby tyto vzorky byly cenné, musí Perseverance dělat svou práci s maximální pečlivostí.
Uměle inteligentní vesmírný laser
Klíčovou součástí práce roveru je studium chemického složení jeho okolí. Složení marťanského kamene a regolitu má prvořadý význam při hledání důkazů o minulém životě a obyvatelnosti Perseverance. Velkou roli v tom hraje spektroskopie.
Spektroskopie zahrnuje pozorné sledování, jak světlo prochází plynem. Vzory ve vlnových délkách světla prozrazují přítomnost určitých prvků a sloučenin. Problém je ale v tom, že skála je pevná.
Perseverance je tedy vybavena multifunkčním nástrojem tzv SuperCam . SuperCam obsahuje tři samostatné spektrometry. Jedna z nich se nazývá LIBS, popř Laserem indukovaná průrazná spektroskopie .
Laser v Perseverance's LIBS má dosah asi 7 metrů (20 stop) a lze jej použít k odstřelování vhodných cílů s dostatečnou energií k zahřátí cílové skály na 10 000 stupňů Celsia (18 000 F) a vytvoření obláčky plazmy. Jeho spektrometry pak mohou číst světlo, které prochází plazmou, a určit složení horniny.
Pokud to není dostatečně ambiciózní, laser může provádět vlastní tryskání bez lidského zásahu. Má AI, která dokáže identifikovat žádoucí cíle, když je rover na cestě. Poté může spustit laser a provést spektroskopické údaje, a to vše bez příkazu. MSL Curiosity měl podobný nástroj s podobnou AI, ale Perseverance’s je mnohem vylepšený a má větší přesnost.
V našich knihách je uměle inteligentní vesmírný laserový spektrometr ambiciózní – tak trochu se vplíží za všechny ostatní ambiciózní aspekty mise, jako je vrtulník. Ale nenechte se mýlit: laser a spektrometr, které si mohou vybrat vlastní cíle bez lidského zásahu, jsou rozhodně ambiciózní.
Umělecká ilustrace Perseverance vystřelující ze svého laseru. Obrazový kredit: Thales
V konečné analýze je nemožné definovat nejambicióznější vesmírnou misi. Například je těžké srovnávat vozítko Perseverance s historickými přistáními na Měsíci. A opravdu to není potřeba. Lidé prostě rádi hodnotí věci.
Ale jakkoli se na to podíváte, mise vozítka NASA Perseverance je extrémně ambiciózní. Mohlo by to potenciálně přinést nějaké vyřazené důkazy, pokud jde o starověkou obyvatelnost Marsu. Existuje také mnoho způsobů, jak by věci mohly jít stranou, což je součástí ambiciózních misí, jako je tato.
Na tom, jestli to budeme hodnotit jako nejambicióznější nebo ne, nakonec nezáleží. Ale všechny tyto ambice skutečně definují poslání.
A pokud to NASA dokáže, upevní svou pozici nejambicióznější – a nejdokonalejší – vesmírné agentury na Zemi.
Více:
- NASA: Mars Perseverance Rover
- Vesmír dnes: N Rover Perseverance společnosti ASA míří do kráteru Jezero, který jako místo pro hledání důkazů o minulém životě na Marsu vypadá stále lépe a lépe
- Vesmír dnes: Takto vypadalo přistávací místo Perseverance před miliardami let. Podívejte se, proč je to tak přesvědčivý cíl?
