Po prawie siedmiu miesiącach lotu amerykański łazik Perseverance i dron Ingenuity wylądowały na Marsie. Jakie ciekawe rzeczy będą robić na powierzchni Czerwonej Planety?
Pierwsze emocje związane z lądowaniem łazika Perseverance już ustąpiły, czas zapoznać się z planem jego pobytu na najbliższe miesiące, a w dalszej perspektywie może na kilka lat. Przyjrzyjmy się bliżej lądowisku i trasie, po której łazik będzie się poruszał w poszukiwaniu śladów życia Marsjan, i dowiedzmy się, jakie zadania będzie wykonywał.
Łazik Perseverance
Chociaż może się wydawać, że łaziki nie są niczym nowym, w rzeczywistości Perseverance (z angielskiego wytrwałość) to dopiero piąty łazik w historii Czerwonej Planety. Sojourner, Opportunity, Spirit i Curiosity już tam wylądowali wcześniej. I to wszystko.
Teraz jedynym krajem, któremu udało się dostarczyć działający łazik na Marsa, były Stany Zjednoczone. Może się to jednak wkrótce zmienić, gdyż 10 lutego pierwsza chińska sonda marsjańska Tianven-1 weszła na orbitę wokół Czerwonej Planety. Na pokładzie jest (oczywiście) pierwszy chiński łazik, który za około trzy miesiące odłączy się od niego i spróbuje wylądować na powierzchni planety. Jeśli mu się uda, Chiny będą drugim krajem w historii, który dostarczy robota na powierzchnię Marsa.
Ale dzisiaj nasza historia dotyczy łazika Perseverance, który jest największym (3×3×2 m) i najbardziej zaawansowanym pojazdem, jaki kiedykolwiek dotarł na powierzchnię Marsa. Urządzenie jest bardzo podobne do swojego poprzednika — Curiosity. Jest jednak masywniejszy i znacznie lepiej wyposażony. Na pokładzie jest miejsce na 23 aparaty, dwa mikrofony, specjalistyczne dwumetrowe ramię manipulacyjne robota i siedem instrumentów naukowych. Cała aparatura waży około 1 tony. Łazik będzie napędzany generatorem MMRTG zasilanym 5 kilogramami plutonu-238.
Urządzenie może poruszać się z prędkością do 152 metrów na godzinę. Chociaż tempo to nie jest imponujące na Ziemi, na Marsie będzie to najszybszy pojazd w historii. Dzięki temu w ciągu najbliższych kilku lat łazik będzie mógł eksplorować dawną deltę rzeki, następnie dno krateru, a ostatecznie jego krawędź. Więcej na ten temat poniżej.
Perseverance ma również na pokładzie zaawansowane wiertło, które nie tylko wierci różne skały, ale także może pobierać z nich próbki, pakować je do specjalnych tytanowych fiolek, szczelnie je zamykać i pozostawiać na powierzchni planety. Na pokładzie są 43 takie flakoniki.
W ramach kolejnej misji, której start planowany jest na 2026 rok, kolejny łazik zbierze wszystkie próbki o łącznej masie około 0,5 kg, które pozostaną po Perseverance, dostarczy je do pojemnika małej rakiety, która z kolei dostarczy je na orbitę wokół Marsa. Tam europejska sonda kosmiczna będzie czekać na pojemnik i dostarczy go na Ziemię po odebraniu pakietu próbek. Będzie to pierwsza misja polegająca na dostarczeniu próbek gleby z innej planety na Ziemię. Jednak na to wydarzenie będziemy musieli poczekać wystarczająco długo. Naukowcy przypuszczają, że próbki mogą wrócić na Ziemię do około 2031 roku.
Ze względu na możliwość wykrycia śladów życia na Marsie, fiolki na próbki są całkowicie sterylne i wykonane z czystych komponentów. Tylko w ten sposób naukowcy będą mieli pewność, że potencjalne ślady życia w fiolce faktycznie pochodzą z Marsa, a nie zostały przechwycone przez łazik z Ziemi. Perseverance — to zautomatyzowany astrobiolog wysłany z Ziemi na Marsa, mówią inżynierowie zespołu misji.
Więcej o miejscu ładowania Perseverance
Od samego początku tutaj jest wiele ciekawych rzeczy. Przed głębokim snem łazik Opportunity przekroczył marsjańską dolinę zwaną… Perseverance. Podobieństwo nazw nie oznacza jednak, że łazik Perseverance będzie eksplorował ten konkretny obszar. W praktyce łaziki na Marsie wylądowały w wielu różnych miejscach. Perseverance jest bliżej miejscu lądowania europejskiego modułu Beagle 2, który dotarł na powierzchnię Marsa w 2003 roku, ale zawiódł i nigdy nie nawiązał kontaktu. Wątpliwe jest jednak, czy w niedalekiej przyszłości nowy łazik będzie mógł do niego dotrzeć i zbadać pozostałości europejskiego lądowania. W końcu to kilkaset kilometrów.
Poniższa mapa, którą być może już znasz, przedstawia miejsca lądowania wszystkich misji na Marsie. Widać, że znajdują się one wzdłuż równika planety nieco na północ lub południe. Miejsce lądowania wybrane do misji „Wytrwałość” jest uważane za jedno z najciekawszych na planecie.
Łazik wylądował w prehistorycznej delcie (ona ma prawie 3-4 miliony lat) rzeki, która wpadła do jeziora, wypełniając krater Jezero. To właśnie to „ujście rzeki”, a właściwie jego pozostałości, zbada Perseverance, która w ten sposób wyruszy w podróż „z prądem”.
Przyjrzyjmy się szerszemu spojrzeniu na miejsce lądowania. Krater Jezero znajduje się na styku kilku regionów. Duży basen uderzeniowy, obszar górzysty i miejsce, które kiedyś było aktywne wulkanicznie. Skala i podpisy są pokazane na zdjęciu wykonanym z europejskiego orbitera Mars Express. Wstawka pokazuje zbliżenie krateru i szacunkowe miejsce lądowania łazika.
Drugie zdjęcie krateru jest obrócone o 90 stopni w stosunku do innych zdjęć, które pokazujemy, ale jest to anaglif w 3D, więc jeśli masz okulary tego typu, możesz zanurkować, przynajmniej trochę, na Mars.
Na podstawie zdjęć NASA i ESA powstała we współpracy z JPL i DLR interaktywna mapa przedstawiająca krater Jezero, jego otoczenie oraz najciekawsze miejsca w formie trójwymiarowych obrazów.
Mapa składa się z kilku warstw informacyjnych. Na przykład możesz zobaczyć poziom jeziora w czasie, gdy mogło mieć do 250 metrów głębokości. Izolinie ułatwiają orientację pionową, ale możesz je wyłączyć, jeżeli przeszkadzają ci. Obraz można powiększać i zmniejszać.
„Balony” pokazują najciekawsze miejsca z punktu widzenia eksploracji, ale nie wszystkie z nich odwiedzą Perseverance. Mapa pokazuje zarówno deltę, przez którą woda wpływała do jeziora, jak i kanał odwadniający (po prawej stronie). Wniosek jest taki, że jezioro nie było zbiornikiem stojącej wody, więc okolica jest dobrym miejscem do poszukiwania śladów dawnego życia.
Czytaj także: Polska podpisuje umowę z NASA na budowę urządzenia do badania przestrzeni międzyplanetarnej
Planowana trasa Perseverance
Trasa samego łazika może się zmieniać w zależności od wyników poprzednich badań. Jeśli okaże się, że analiza osadów w samym kraterze jest szczególnie interesująca, łazik pozostanie tam dłużej. Jednak planowana trasa podróży, wybrana na podstawie dokładnej analizy zdjęć wykonanych z orbity, jest taka, jak pokazano na poniższym rysunku.
Fotomozaika została wykonana aparatami sonda MRO. Krater Belva, widoczny w środku, ma 1 kilometr średnicy. Wiadomo już, że łazik zbada deltę prehistorycznej rzeki Neretwy, jednej z dwóch prawdopodobnie wpływających do jeziora kraterowego. Jak być może zauważyliście, nazwy miejsc w tym rejonie Marsa są kojarzone z miejscami na Ziemi, które znajdują się w Europie, w Bośni i Hercegowinie (obszar Jezero, rzeka o tej samej nazwie).
Planowana trasa Perseverance (zaznaczona na zielono) ma na celu zbadanie pozostałości starożytnego jeziora, a także śladów minionego życia, przynajmniej takiego, które ma formę mikrobiologiczną. Te mikroby mogą przetrwać w bardzo wrogim środowisku, więc, nawet gdyby Mars nie był kiedyś rajem, przynajmniej podobna forma życia mogłaby go zasiedlać.
Jak już wiemy, Jak już wiemy, Wytrwałość będzie bardziej niezależna od kontroli naziemnej niż Opportunity. Łazik będzie również w stanie pokonywać duże odległości w ciągu dnia. Wysokość skarpy krateru, który wyznacza brzeg byłego jeziora, wynosi około 610 metrów. Jednak ta wysokość, którą można porównać do wysokości Aeolis Mons, na którą wspiął się Opportunity, nie powinna wprowadzać w błąd — nawierzchnia, po której będą kręcić się koła Perseverance, jest dużo trudniejsza niż w przypadku starszego brata.
Dlaczego w górę, a nie odwrotnie?
Na pierwszy rzut oka może wydawać się dziwne, dlaczego łazik wylądował poniżej, a następnie będzie podnosić się jak Opportunity. Dlaczego nie można było wylądować odwrotnie, na górze? Powodów tej decyzji było kilka. Z jednej strony lądowanie na wzgórzach byłoby znacznie bardziej niebezpieczne niż w dolinie, a schodzenie w dół byłoby bardziej ryzykowne.
Ponadto, poruszając się w górę, łazik ma możliwość szybkiego poznania ciekawych miejsc do badań, z reguły bardziej starożytnych, niż gdyby poruszał się z góry na dół. NASA twierdzi, że podróż Perseverance po powierzchni Marsa i jej wznoszenie będzie podróżą w czasie. Oznacza to, że czeka nas wiele odkryć i znalezisk.
Dron nad powierzchnią Marsa
W tym czasie razem z łazikiem na Marsa poleciało inne urządzenie — helikopter Ingenuity. Jego jedynym zadaniem jest sprawdzenie, czy w niezwykle rzadkiej atmosferze Marsa można latać. Korpus drona ma kształt równoległościanu, nie większy niż piłka do siatkówki, kończy się dwoma wirnikami, a konstrukcja ta opiera się na czterech cienkich nogach. Całość waży nieco ponad 2 kilogramy. Wirniki obracają się w przeciwnych kierunkach z zadziwiającą prędkością 2400 obrotów na minutę, co pozwoli im wznieść się ponad powierzchnią Marsa w bardzo rzadkiej atmosferze.
Po umieszczeniu go na powierzchni Marsa i przemieszczeniu się łazika na bezpieczną odległość inżynierowie planują wykonać pięć krótkich lotów. Najdłuższy planowany lot zajmie około 90 sekund. Maksymalna wysokość lotu wyniesie około 5 metrów, a maksymalny dystans, jaki dron pokona to około 50 metrów. Wszystkie testy będą rejestrowane i fotografowane z bezpiecznej odległości przy użyciu aparatów Perseverance.
Chociaż, jak przyznają inżynierowie, istnieje bardzo duże prawdopodobieństwo, że misja Ingenuity zakończy się bardzo szybko. Nikt nigdy nie próbował przelecieć żadnym urządzeniem nad powierzchnią innej planety. Ponadto trudność polega na tym, że ze względu na odległość i związane z nią opóźnienie sygnału docierającego do Ziemi wszystkie loty będą całkowicie autonomiczne. Oznacza to, że dron będzie musiał wystartować, polecieć, wybrać miejsce lądowania i bezpiecznie samodzielnie wylądować. Dlatego sprawy mogą nie przebiegać zgodnie z planem.
Jeśli pierwszy lot się zawiedzie — szkoda. Chociaż niepowodzenie misji śmigłowca nie może negatywnie wpłynąć na główną misję łazika. Jeśli jednak nad powierzchnią Marsa można wykonać jeden, dwa lub trzy loty, potencjalne korzyści dla przyszłych misji mogą być ogromne. Potwierdzenie możliwości przelotu nad powierzchnią Marsa mogłoby oznaczać, że w przyszłych misjach na Marsie latać będą bardziej zaawansowane drony, które będą w stanie dotrzeć do miejsc, do których nie dotrze żaden łazik. Takie urządzenia można wykorzystać np. do orientacji i wyboru miejsc, do których lepiej wysłać łazik. Spojrzenie z góry na krawędź klifu lub drugą stronę wzgórza może pozwolić naukowcom sprawdzić, czy łazik lub inny sprzęt badawczy powinien się tam poruszać, lub wybrać inną lokalizację.
Czytaj także: Jak zabrać ludzi z ziemi na Marsa i bezpiecznie zawrócić?
Plan działań dla łazika i drona
Przez następne 30 dni (około połowy marca) Perseverance przejdzie rzetelne testy i walidację, aby przygotować się do podróży naziemnej. Po odblokowaniu wszystkich aparatów ostatecznie otrzymamy pierwsze prawdziwe zdjęcia krateru Jezero.
Na północnej półkuli Marsa zaczęła się wiosna, ale to nie znaczy, że temperatury będą komfortowe. W nocy temperatura może spaść do -90 stopni Celsjusza. Inżynierowie NASA muszą rozważyć i skoordynować swoje działania w zależności od sytuacji.
Pierwszym etapem misji będzie wypuszczenie drona Ingenuity, o którym pisaliśmy powyżej. Wiadomo już, że po wylądowaniu na powierzchni jego baterie i elektronika działają normalnie.
Nastąpi to w ciągu pierwszych kilkudziesięciu dni po wylądowaniu łazika na powierzchni (marzec-kwiecień). Może być, im wcześniej, tym lepiej, ponieważ helikopter jest zawieszony na dnie łazika. Nie będzie to jednak szybka operacja, a raczej to wygląda jak kręcenie filmu w zwolnionym tempie z dokładnym przygotowaniem każdego kadru. Zatem po dotarciu do wyznaczonego miejsca lotu może minąć kilka dni, zanim dron będzie gotowy.
Misja Ingenuity potrwa 31 dni. Jego celem będzie pokazanie możliwości latania pojazdów na Marsie, co jest bardzo ważne zarówno dla misji naukowych, jak i dla przyszłego pobytu ludzi na Czerwonej Planecie. Ponadto pierwsze w historii zdjęcia Marsa zostaną zrobione z małej wysokości, to znaczy z około 3-5 metrów nad powierzchnią i z odległości 50 metrów od określonego miejsca lądowania. Każdy lot nie powinien trwać dłużej niż 90 sekund.
Potem Perseverance skoncentruje się na głównym etapie misji, który będzie trwał co najmniej rok marsjański lub mniej więcej dwa lata ziemskie (687 dni). W tym czasie łazik będzie badał ujście rzeki i powierzchnię wewnątrz krateru. Następnie rozpocznie się długi etap wynurzania. Czas trwania tej części misji zależy całkowicie od wytrzymałości i możliwości pracy łazika, a także od dostępności odpowiednich środków, które NASA otrzyma na Ziemi na kontynuowanie misji.
Produkcja tlenu na Marsie
W ramach eksperymentu MOXIE naukowcy chcą przetestować technologię pozyskiwania tlenu z dwutlenku węgla w procesie elektrolizy. Oczekuje się, że przyrząd MOXIE będzie w stanie wytworzyć 10 gramów tlenu na godzinę.
Wyniki tego eksperymentu mogą nam wiele powiedzieć o możliwości wykonywania w przyszłości misji załogowych na Marsa. MOXIE włączy się trzykrotnie w ciągu pierwszych trzydziestu dni. Dziesięć różnych testów produkcji tlenu jest zaplanowanych w trakcie misji o różnych porach dnia i roku.
Zbieranie próbek — część programu Mars Sample Return
Jednak głównym zadaniem wyprawy na Marsa pozostaje pobranie próbek z powierzchni planety. Podobnie jak jego poprzednik Curiosity, nasz marsjański odkrywca będzie szukał różnych skał, z których będzie można pobierać próbki. W pewnym momencie próbki zebrane przez łazik zostaną odłożone do przechowywania na powierzchni. Przypomina to jedno z zadań, które trzeba wykonać w ERC (European Rover Challenge) — zebranie rur kontenerowych niesionych przez Perseverance, ułożonych w kilku miejscach na trasie, a następnie przeniesienie ich do punktu startowego.
Lokalizacja tych próbek będzie śledzona z orbity Marsa z dokładnością do jednego metra. Próbki będą zawierały około 15 gramów materiału wyciętego ze skał lub pobranego z powierzchni. W przyszłości, w ramach wciąż koncepcyjnego programu zwrotu próbek, pojazdy pojawią się na Czerwonej Planecie, aby je znaleźć i wysłać z powrotem na Ziemię.
Jak widać, inżynierowie NASA mają majestatyczne plany. Krok w postaci udanego lądowania łazika został wykonany, teraz czekamy na dalsze wyniki. Wszystko będzie zależało od sukcesu zespołu programistów Perseverance. W przyszłości na pewno opowiemy ci o wszystkim szczegółowo na naszej stronie internetowej.
Czytaj także: SpaceX Crew Dragon stał się najdłużej działającym statkiem kosmicznym w Ameryce
Polska wersja artykułu – Ilja Suchodolski.