Nasleduje výňatok z mojej novej knihy „Neuveriteľné príbehy z vesmíru: Pohľad na scénu pozerajúci sa na misie, ktoré menia náš pohľad na vesmír“, ktorý bude zverejnený zajtra, december. Kniha je vnútorným pohľadom na niekoľko súčasných Robotické misie NASA a tento výňatok je časť 1 z 3, ktorá bude zverejnená tu v časopise Space Magazine v kapitole 2 „Roving Mars with zvedavosť“. Kniha je k dispozícii na objednávku na stránkach Amazon a Barnes & Noble.
Sedem minút teroru
Trvá približne sedem minút, kým kozmická loď strednej veľkosti - napríklad rover alebo robotický pristávací modul - klesne atmosférou Marsu a dosiahne povrch planéty. Počas týchto krátkych minút musí kozmická loď spomaliť zo svojej planúcej prichádzajúcej rýchlosti 20 000 km / h, aby sa dotkla rýchlosťou iba 2 km / h alebo menej.
Vyžaduje si to, aby sa séria podujatí typu Rube Goldberg odohrávala v perfektnom poradí s presnou choreografiou a načasovaním. A to všetko sa musí diať automaticky prostredníctvom počítača, bez vstupu od nikoho na Zemi. Neexistuje žiadny spôsob, ako viesť kozmickú loď na diaľku z našej planéty, vzdialenej asi 250 miliónov kilometrov. V tejto vzdialenosti trvá oneskorenie rádiového signálu zo Zeme na Mars viac ako 13 minút. Preto, keď je sedemminútový zostup ukončený, všetky tieto udalosti sa stali - alebo sa nestali - a nikto na Zemi nevie, ktoré. Buď vaša kozmická loď skvele sedí na povrchu Marsu, alebo leží v havarovanej halde.
Preto vedci a inžinieri z misií na Mars to nazývajú „Sedem minút teroru“.
A s misiou Mars Science Laboratory (MSL), ktorá začala zo Zeme v novembri 2011, sa strach a strach z toho, čo sa oficiálne nazýva „Vstup, zostup a pristátie“ (EDL), exponenciálne zvýšil. MSL je vybavený 1-tonovým (900 kg), 6-kolesovým roverom zvaným Curiosity a tento rover bude používať úplne nový, nevyskúšaný pristávací systém.
Doteraz používali všetci pristávací roboti a vozítka na Marse - v poriadku - vstup vedený raketou, tepelný štít na ochranu a spomalenie vozidla, potom padák, po ktorom nasledovali poháňače, aby vozidlo ešte viac spomalili. Túto sekvenciu by využila aj zvedavosť. Posledný rozhodujúci komponent však obsahoval jedno z najkomplexnejších pristávacích zariadení, aké kedy lietali.
Pod pojmom „Sky Crane“ by vznášajúca sa raketová scéna znížila rover na 20 metrov (20 metrov) káble lana Vectran ako slaňovací horolezec, s roverom mäkkým pristátím priamo na jeho kolesách. Toto všetko sa muselo dokončiť v priebehu niekoľkých sekúnd, a keď palubný počítač zaznamenal dotyk, pyrotechnika by prerušila laná a fáza vznášajúceho sa zostupu by sa pri plnom plynu vzdialila, aby narazila na zem ďaleko od zvedavosti.
Ešte viac komplikoval záležitosti, tento rover sa pokúsil o najpresnejšie pristátie mimo sveta, aké kedy bolo, a položil sa do kráteru, ktorý leží vedľa hory, na vrchol Mount Rainier.
Hlavnou časťou neistoty bolo, že inžinieri nikdy nemohli testovať celý pristávací systém spolu, postupne. A nič nemohlo simulovať brutálne poveternostné podmienky a ľahšiu gravitáciu prítomnú na Marse, s výnimkou samotného Marsu. Keďže skutočným pristátím by bolo prvýkrát, keď sa bude používať plnohodnotný Sky Crane, boli otázky: Čo keby sa káble neoddelili? Čo ak zostupná etapa zostane zostupná priamo na vrchole roveru?
Ak Sky Crane nebude fungovať, bude to koniec hry pre misiu, ktorá už tak prekonala: technické problémy, meškania, prekročenie nákladov a hnev kritikov, ktorí tvrdili, že tento 2,5 miliárd dolárov z Marsu vykrvácal peniaze z zvyšok programu planetárneho prieskumu NASA.
Misie na Mars
Vďaka svojej červenej žiare na nočnej oblohe povzbudil Mars po stáročia skywatchery. Ako najbližšia planéta na Zemi, ktorá ponúka akýkoľvek potenciál pre budúce ľudské misie alebo kolonizáciu, mala veľký význam vek skúmania vesmíru. Do dnešného dňa bolo na Červenej planéte spustených viac ako 40 robotických misií ... alebo presnejšie povedané, bolo vykonaných 40 a viac misií pokúsili.
Vrátane všetkého amerického, európskeho, sovietskeho, ruského a japonského úsilia zlyhalo viac ako polovica misií na Marse, a to buď v dôsledku katastrofy pri vypustení, zlyhania na ceste na Mars, neúspešného pokusu vkĺznuť na obežnú dráhu alebo katastrofického pristátia. Zatiaľ čo nedávne misie mali väčší úspech ako naše prvé priekopnícke pokusy objaviť Mars na mieste (na mieste), vedci a technici si srandu robia iba čiastočne, keď hovoria o veciach, ako je „veľký galaktický ghoul“ alebo „kliatba Mars“. misií.
Ale dosiahli sa aj úžasné úspechy. Prvé misie v 60. a 70. rokoch, ako napríklad Marinerove orbitre a Vikingovia, ukázali nám prekvapivo krásny, aj keď neúrodný a skalnatý svet, a tak prehlbovali nádeje „malých zelených“ ako našich planetárnych susedov. Neskoršie misie však odhalili dichotómiu: veľkolepú dezoláciu spojenú s dráždivými náznakmi minulosti - alebo možno aj súčasnosti - vody a globálnej aktivity.
Dnes je povrch Marsu chladný a suchý a jeho atmosféra zašepkávajúca planétu neochráni planétu pred bombardovaním žiarenia zo Slnka. Ale náznaky sú podmienky na Marse neboli vždy týmto spôsobom. Z obežnej dráhy sú viditeľné kanály a zložité údolné systémy, ktoré sa zdajú byť vyrezávané tečúcou vodou.
Po celé desaťročia vedci z planét diskutovali o tom, či sa tieto vlastnosti vytvorili počas krátkych, mokrých období spôsobených kataklyzmatickými udalosťami, ako je masívny úder asteroidov alebo náhla klimatická katastrofa, alebo či sa vytvorili po milióny rokov, keď Mars mohol byť nepretržite teplý a mokrý. Veľa dôkazov je zatiaľ nejednoznačných; tieto vlastnosti sa mohli vytvoriť v oboch smeroch. Ale pred miliardami rokov, keby existovali rieky a oceány, rovnako ako na Zemi, mohol sa život zmocniť.
Rovers
Vozidlo zvedavosti je štvrtou mobilnou kozmickou loďou, ktorú NASA poslala na povrch Marsu. Prvý z nich bol 23-libra (10,6 kg) rover menom Sojourner, ktorý pristál na skalnatej marťanskej planine 4. júla 1997. Čo sa týka veľkosti mikrovlnnej rúry, 2-noha (65 cm) Sojourner nikdy neprešla viac ako 40 metrov od pozemnej a základňovej stanice. Rover a lander spolu tvorili misiu Pathfinder, ktorá mala trvať asi týždeň. Namiesto toho to trvalo takmer tri mesiace a duo vrátilo 2,6 gigabitov údajov, vyfotilo viac ako 16 500 obrázkov z landera a 550 obrázkov z roveru, ako aj uskutočnilo chemické merania hornín a pôdy a študovalo atmosféru a počasie na Marse. Identifikoval stopy teplejšej a vlhšej minulosti pre Mars.
Misia sa uskutočnila, keď internet získal popularitu, a NASA sa rozhodla zverejniť fotografie z vozítka online hneď potom, ako sa dostali na Zem. Toto sa nakoniec stalo jednou z najväčších udalostí v mladej histórii internetu. Webové stránky NASA (a zrkadlové stránky nastavené na vysoký dopyt) získali počas prvých 20 dní po pristátí viac ako 430 miliónov zásahov.
Aj Pathfinder využíval nezvyčajný pristávací systém. Namiesto toho, aby sa na povrch dotýkali trysky, inžinieri zostavili systém obrovských airbagov na obklopenie a ochranu kozmickej lode. Po použití konvenčného systému vstupu vedeného raketou, tepelného štítu, padákov a rakiet, sa airbagy nafúkli a koonizovaný pristávací modul sa spustil zo 100 metrov (30 m) nad zem. Niekoľkokrát sa odrazil cez povrchy Marsu ako obrovský plážový loptu, nakoniec sa Pathfinder zastavil, airbagy sa vyfúkli a lander sa otvoril, aby umožnil objaviť sa rover.
Aj keď to môže znieť ako bláznivá stratégia pristátia, fungovalo to tak dobre, že NASA sa rozhodla použiť väčšie verzie airbagov pre ďalšiu misiu s rovermi: dva identické rovery s názvom Spirit a Opportunity. Mars Exploration Rovers (MER) je asi taká, aká má kosačka na trávu, dlhá 1,6 metra, váži asi 185 kilogramov. Spirit pristál úspešne pri rovníku Mars 4. januára 2004 ao tri týždne neskôr sa príležitosť odrazila na druhú stranu planéty. Cieľom MER bolo nájsť dôkazy o minulej vode na Marse a oba rovery zasiahli jackpot. Medzi mnohými nálezmi našla príležitosť staroveké skalné výchozy, ktoré sa vytvorili v tečúcej vode, a Duch našiel neobvyklé karfiolové horniny v tvare karfiolu, ktoré vedci stále študujú, ale môžu poskytnúť vodítka pre potenciálny staroveký marťanský život.
Je neuveriteľné, že v tomto písaní (2016) rover Opportunity stále funguje, jazdil viac ako maratón (26 míľ / 42 km) a pokračuje vo výskume Marsu pri veľkom kráteri s názvom Endeavour. Duch však podľahol strate sily počas chladnej marťanskej zimy v roku 2010 po uviaznutí v piesočnatej pasci. Obidve vozítka ďaleko prežili svoj plánovaný život 90 dní.
Nejako si každý z roverov vyvinul osobitnú „osobnosť“ - alebo, možno, lepším spôsobom, ako to vyjadriť, je to, že ľudia pridelených osobnosti robotov. Duch bol problémovou kráľovnou dieťaťa a drámy, ale musel bojovať za každý objav; Príležitosť, privilegovaná mladšia sestra a hviezdna umelkyňa, pretože sa jej zdali nové zistenia ľahké. Duch a príležitosť neboli navrhnuté tak, aby boli rozkošné, ale očarujúce rovery zachytili predstavivosť detí aj skúsených vesmírnych veteránov. Projektový manažér MER, John Callas, kedysi nazval dvojčatá „najroztomilejšími najhoršími vecami v slnečnej sústave“. Keď ľudia s dlhými životmi preberali nebezpečenstvo a nebezpečenstvo, každý deň posielali pohľadnice z Marsu. A Pozemšťania ich za to milovali.
Zvedavosť
Aj keď je už dlho na zozname úloh v priestore, ešte sme si celkom neuvedomili, ako posielať ľudí na Mars. Potrebujeme väčšie a pokročilejšie rakety a kozmické lode, lepšiu technológiu pre veci, ako je podpora života a pestovanie vlastných potravín, a naozaj nemáme schopnosť pristáť s veľmi veľkým užitočným zaťažením potrebným na vytvorenie ľudského osídlenia na Marse.
Medzitým - zatiaľ čo sa to snažíme prísť na to - sme vyslali robotický ekvivalent ľudského geológa na Červenú planétu. Vozidlo Curiosity s veľkosťou auta je vyzbrojené radom sedemnástich kamier, vŕtačkou, lopatkou, ručným objektívom a dokonca aj laserom. Tieto nástroje sa podobajú geologickým zariadeniam, ktoré používajú na štúdium hornín a nerastov na Zemi. Navyše tento rover napodobňuje ľudskú činnosť horolezectvom, jedením (obrazne povedané), ohýbaním (robotickým) ramenom a braním selfies.
Tento robotický geológ s rovingom je tiež mobilným chemickým laboratóriom. Celkom desať nástrojov na vozidle pomáha hľadať organický uhlík, ktorý by mohol naznačovať surovinu potrebnú pre život, a „čuchať“ marťanský vzduch, ktorý sa pokúša cítiť, ak sú prítomné plyny ako metán - čo by mohlo byť znakom života. Robotické rameno kuriozity má nôž švajčiarskych armádnych nožov: zväčšovaciu šošovku podobnú kameru, spektrometer na meranie chemických prvkov a vrták na vŕtanie sa do horniny a privádzanie vzoriek do laboratórií s názvom SAM (Sample Analysis at Mars) a) a CheMin (Chémia a mineralógia). Laser ChemCam dokáže vyparovať horninu až z výšky 7 stôp (7 stôp) a identifikovať minerály zo spektra svetla emitovaného z otryskanej horniny. Na palube sú umiestnené meteorologické stanice a radiačný monitor.
Pomocou týchto kamier a prístrojov sa rover stáva očami a rukami pre medzinárodný tím asi 500 pozemských vedcov.
Zatiaľ čo predchádzajúce Mars rovery využívali na získavanie slnečného žiarenia solárne polia, Curiosity využíva RTG ako New Horizons. Elektrina vyrobená z RTG opakovane poháňa dobíjacie lítium-iónové batérie a teplo RTG sa tiež privádza do šasi rovera, aby sa vnútorná elektronika udržiavala v teple.
S veľkosťou a hmotnosťou kuriozity nebolo možné pristávací systém airbagu, ktorý používali predchádzajúce vozítka, vylúčiť. Ako vysvetlil inžinier NASA Rob Manning, „nemôžete odraziť niečo také veľké.“ Sky Crane je odvážne riešenie.
Poslanie zvedavosti: zistiť, ako sa Mars vyvíjal za miliardy rokov a zistiť, či bol kedysi - alebo aj teraz - schopný podporovať mikrobiálny život.
Cieľ prieskumu zvedavosti: vedci v horských oblastiach na Marse s výškou 3,4 km (5,5 km) volajú Mt. Sharp (formálne známy ako Aeolis Mons), ktorý leží uprostred kráteru Gale, 96-míľovej (155 km) nárazovej nádrže.
Gale bol vybraný z 60 kandidátskych miest. Dáta z obiehajúcej kozmickej lode určili, že hora má desiatky vrstiev sedimentárnej horniny, pravdepodobne postavenej po milióny rokov. Tieto vrstvy by mohli rozprávať príbeh o geologickej a klimatickej histórii Marsu. Zdá sa, že hora aj kráter majú kanály a ďalšie prvky, ktoré vyzerajú, akoby boli vyrezávané tečúcou vodou.
Plán: MSL by pristál v dolnej, plochejšej časti krátera a starostlivo sa prepracoval smerom hore na horu, študoval každú vrstvu, v podstate absolvoval prehliadku epoch geologickej histórie Marsu.
Najťažšie by bolo dostať sa tam. A tím MSL mal iba jednu šancu, aby to napravil.
Pristátie v noci
Pristátie zvedavosti 5. augusta 2012 bolo jednou z najočakávanejších udalostí prieskumu vesmíru v nedávnej histórii. Milióny ľudí sledovali udalosti, ktoré sa odohrávajú online a televízne vysielanie. Sociálne médiá bzučia aktualizáciami. Televízne vysielanie NASA z kontroly misií spoločnosti JPL sa vysielalo na televíznych obrazovkách na časovom námestí v New Yorku a na miestach po celom svete, kde sa konali „pristávacie večierky“.
Epicentrum akcie však bolo v JPL, kde sa stovky inžinierov, vedcov a funkcionárov NASA zišli v JPL vo vesmíre. Tím EDL - všetky na sebe zodpovedajúce svetlomodré polokošele - monitoroval počítačové konzoly pri kontrole misií.
Vystúpili dvaja členovia tímu: vedúci tímu EDL Adam Steltzner - ktorý nosí vlasy v elvisovi podobnej pompadore - chodil sem a tam medzi radmi konzol. Letový riaditeľ Bobak Ferdowski športoval a prepracoval hviezdy a pruhy Mohawka. Je zrejmé, že v 21. storočí exotické účesy nahradili čierne okuliare a chrániče vreciek pre technikov NASA v roku 1960.
V čase pristátia bola Ashwin Vasavada jedným z najdlhšie slúžiacich vedcov v misijnom tíme, ktorý sa pripojil k spoločnosti MSL ako zástupca vedúceho projektu v roku 2004, keď sa rover staval. Vtedy veľká časť práce Vasavady pracovala s tímami nástrojov s cieľom dokončiť ciele ich nástrojov a dohliadať na technické tímy, aby pomohli vyvíjať nástroje a integrovať ich s roverom.
Každý z desiatich vybraných nástrojov priniesol tím vedcov, takže s inžiniermi, ďalšími zamestnancami a študentmi boli stovky ľudí pripravujúcich rover na spustenie. Vasavada pomohol koordinovať všetky rozhodnutia a zmeny, ktoré by mohli ovplyvniť prípadnú vedu vykonanú na Marse. Počas pristátia však mohol len sledovať.
"Bol som v miestnosti vedľa kontrolnej miestnosti, ktorá sa vysielala v televízii," povedal Vasavada. "Na pristátie nebolo nič, čo by som mohol urobiť, len aby som si uvedomil posledných osem rokov môjho života a celá moja budúcnosť bola na tom siedmich minútach EDL."
Navyše skutočnosť, že nikto nevedel skutočný osud roveru až do 13 minút po tom, čo nastala doba rádiového oneskorenia, viedol k pocitu bezmocnosti pre všetkých v spoločnosti JPL.
"Aj keď som sedel na stoličke," dodal Vasavada, "myslím, že som bol mentálne stočený do polohy plodu."
Keď sa kuriozita otočila bližšie k Marsu, tri ďalšie veteránske kozmické lode, ktoré už obiehali okolo planéty, sa presunuli na svoje miesto, aby mohli dohliadať na MSL nováčika, keď vysielala informácie o svojom stave. MSL najprv komunikovala priamo s anténami siete Deep Space Network (DSN) na Zemi.
Aby bola telemetria z kozmickej lode čo najefektívnejšia počas EDL, kuriozita vyslala 128 jednoduchých, ale zreteľných tónov, ktoré naznačujú, kedy boli aktivované kroky v pristávacom procese. Allen Chen, inžinier v dispečingu oznámil každý, keď prišli: jeden zvuk naznačil, že kozmická loď vstúpila do atmosféry Marsu; ďalší signalizoval spustenie rakiet, ktoré viedli kozmickú loď smerom k kráteru Gale. Nezávislé tlieskanie a úsmevy vyšli z tímu v Mission Control v počiatočnom tóne, emócie sa zvyšovali, keď sa kozmická loď pohybovala bližšie a bližšie k povrchu.
V polovici zostupu MSL klesol pod marťanský horizont, čím ho vylúčil z komunikácie so Zemou. Traja obežníci - Mars Odyssey, Mars Reconnaissance Orbiter a Mars Express - boli pripravení zachytiť, zaznamenať a odovzdať údaje DSN.
Plynulé tóny prichádzali na Zem, pretože každý krok pristátia pokračoval bezchybne. Padák nasadený. Tepelný štít klesol preč. Tón signalizoval klesajúci stupeň nesúci rover prepustený z padáka, ďalší naznačil elektrický let a zostup smerom k povrchu. Ďalší tón znamenal, že Sky Crane začal spúšťať rover na povrch.
Ozval sa tón naznačujúci, že kolesá zvedavosti sa dotkli povrchu, ale to ešte neznamenalo úspech. Tím sa musel ubezpečiť, že letový manéver Sky Crane fungoval.
Potom prišiel tón, na ktorý čakali: „Touchdown potvrdil,“ rozveselil Chen. "Sme na Marse v bezpečí!"
Pandémium a radosť prepukli v kontrole misií spoločnosti JPL, na miestach pristátia a na sociálnych médiách. Zdalo sa, že svet v tom okamihu spolu oslavovali. Prekročenie nákladov, meškanie, všetky negatívne veci, ktoré sa kedy povedali o misii MSL, s víťazstvom pristátia zmizli.
"Vitajte na Marse!" Charles Elachi, riaditeľ Laboratória propulzného pohonu, povedal na tlačovej konferencii po dramatickom pristátí: „Dnes večer sme pristáli, zajtra začneme skúmať Mars. Naša zvedavosť nemá žiadne hranice. “
"Sedem minút skutočne šlo naozaj rýchlo," povedal Vasavada. "Skončilo sa, než sme to vedeli." Potom všetci skákali hore a dole, aj keď väčšina z nás stále pracovala na tom, že to šlo tak úspešne. “
To, že pristátie prebehlo tak dobre - skutočne dokonale - možno šokovalo niektoré tímy z JPL. Aj keď niekoľkokrát nacvičovali pristátie zvedavosti, pozoruhodne nikdy nemohli pristáť pri simuláciách.
"Pokúsili sme sa to nacvičiť veľmi presne," uviedol Vasavada, "takže všetko bolo v synchronizácii - telemetria, ktorú sme simulovali a ktorá bude vychádzať z kozmickej lode, spolu s animáciami v reálnom čase, ktoré boli vytvorené." Bolo to dosť zložité, ale nikdy to nefungovalo. Skutočné, skutočné pristátie bolo teda prvýkrát, keď všetko fungovalo správne. “
Kuriozita bola naprogramovaná na okamžité fotografovanie jej okolia. Do dvoch minút po pristátí boli prvé snímky nasmerované na Zem a objavili sa na obrazovkách na JPL.
"Mali sme načasovať, aby obežné dráhy preleteli počas pristátia, ale nevedeli sme si celkom istí, či ich prenosové spojenie vydrží dosť dlho na to, aby počiatočné obrázky zostali dole," uviedol Vasavada. „Tieto prvé obrázky boli dosť drzé, pretože ochranné kryty boli stále na fotoaparátoch a trysky na kryty kopali veľa prachu. Nemohli sme to naozaj dobre vidieť, napriek tomu sme však vyskočili hore a dole, pretože to boli fotografie z Marsu. “
Je úžasné, že jeden z prvých obrázkov presne ukazoval, čo sa rover poslal študovať.
„Pristáli sme s kamerami orientovanými priamo na Mt. Ostrý, “povedal Vasavada a potriasol hlavou. „Na obrázku HazCam (hazard camera), priamo medzi kolesami, sme mali tento nádherný záber. Bola hora. Bolo to ako ukážka celej misie, priamo pred nami. “
Zajtra: Časť 2 „Roving Mars With zvedavosť“, „Život na Marse“ a „Objavy“
„Neuveriteľné príbehy z vesmíru: Pohľad na scénu pozerajúci sa na misie, ktoré menia náš pohľad na vesmír“, vydáva Page Street Publishing, dcérska spoločnosť Macmillan.
