Urmează un extras din noua mea carte, „Povestiri incredibile din spațiu: o privire din spatele scenei, privind misiunile care ne schimbă viziunea asupra cosmosului”, care va fi lansată mâine, decembrie. Cartea este o privire din interior a mai multor curente Misiunile robotizate de la NASA și acest extras este partea 1 din 3 care va fi postată aici pe Space Magazine, capitolul 2, „Roving Mars with Curiosity”. Cartea este disponibilă pentru comandă pe Amazon și Barnes & Noble.
Șapte minute de teroare
Este nevoie de aproximativ șapte minute pentru ca o navă spațială de dimensiuni moderate - cum ar fi un rover sau un lander robotizat - să coboare prin atmosfera lui Marte și să ajungă la suprafața planetei. În acele scurte minute, nava spațială trebuie să se decelereze de la viteza sa aprinsă de aproximativ 13.000 mph (20.900 km / h) pentru a atinge la doar 2 km / h (3 km / h) sau mai puțin.
Aceasta necesită o serie de evenimente asemănătoare lui Rube Goldberg, care să aibă loc într-o secvență perfectă, cu coregrafie și cronologie precise. Și totul trebuie să se întâmple automat prin computer, fără a fi introduse de la nimeni pe Pământ. Nu există nicio modalitate de a ghida nava spațială de la distanță de pe planeta noastră, la aproximativ 150 de milioane de mile (250 de milioane de km). La această distanță, timpul de întârziere a semnalului radio de la Pământ la Marte durează peste 13 minute. Prin urmare, până la terminarea coborârii de șapte minute, toate acele evenimente s-au întâmplat - sau nu s-au întâmplat - și nimeni de pe Pământ nu știe care. Fie nava voastră spațială se află magnific pe suprafața lui Marte, fie se află într-un morman prăbușit.
Acesta este motivul pentru care oamenii de știință și ingineri din misiunile de pe Marte îl numesc „Șapte minute de teroare”.
Și cu misiunea Laboratorul de Știință Mars (MSL), care a fost lansat de pe Pământ în noiembrie 2011, frica și trepidația despre ceea ce se numește oficial „Intrarea, coborârea și aterizarea” (EDL) au crescut exponențial. MSL dispune de un rover de 1 tonă (900 kg), cu 6 roți, numit Curiosity, iar acest rover urma să folosească un nou sistem de aterizare neîncercat.
Până în prezent, toți debarcatorii și roverii de pe Marte au folosit - în ordine - o intrare ghidată de rachetă, un scut termic pentru a proteja și încetini vehiculul, apoi o parașută, urmată de propulsoare pentru a încetini vehiculul și mai mult. Curiozitatea ar folosi și această secvență. Cu toate acestea, o componentă finală și crucială a cuprins unul dintre cele mai complexe dispozitive de aterizare care au fost aruncate vreodată.
Supranumită „Macara Sky”, o etapă de rachetă plină de viteză ar coborî roverul pe cabluri de 20 de metri (20 de metri) din frânghie Vectran precum un alpinist rapel, cu rover-ul care aterizează direct pe roțile sale. Toate acestea trebuiau finalizate în câteva secunde, iar atunci când computerul de bord a sesizat o atingere, pirotehnica ar strânge frânghiile, iar treapta ascendentă a coborârii s-ar apropia de viteză maximă, pentru a se prăbuși departe de Curiosity.
Complicând lucrurile și mai departe, acest rover urma să încerce cea mai precisă aterizare off-world vreodată, așezându-se într-un crater de lângă un munte la înălțimea Muntelui Rainier.
O parte majoră a incertitudinii a fost că inginerii nu au putut niciodată să testeze întregul sistem de aterizare împreună, în succesiune. Și nimic nu poate simula condițiile atmosferice brutale și o gravitate mai ușoară prezentă pe Marte, cu excepția faptului că este chiar pe Marte. Întrucât adevărata aterizare va fi prima dată când va fi folosită macara Sky completă, au existat întrebări: Ce se întâmplă dacă cablurile nu s-ar separa? Ce se întâmplă dacă etapa de coborâre a continuat să coboare chiar deasupra vârfului rover?
Dacă Sky Crane nu ar funcționa, ar fi preluat o misiune care a depășit deja atât de multe: probleme tehnice, întârzieri, depășiri de costuri și mânia criticilor care au spus că acest rover de 2,5 miliarde de dolari Marte roșea banii departe de restul programului de explorare planetară al NASA.
Misiuni pe Marte
Cu strălucirea sa roșie pe cerul nopții, Marte a atras atenția asupra orizontului timp de secole. Fiind cea mai apropiată planetă de Pământ care oferă orice potențial pentru viitoarele misiuni umane sau colonizare, acesta a fost de mare interes în epoca explorării spațiale. Până în prezent, peste 40 de misiuni robotice au fost lansate pe Planeta Roșie ... sau mai exact, au fost 40 de misiuni în plus a încercat să.
Inclusiv toate eforturile din SUA, europene, sovietice / ruse și japoneze, mai mult de jumătate din misiunile Marte au eșuat, fie din cauza unui dezastru de lansare, a unei defecțiuni pe ruta Marte, a unei încercări de a se strecura pe orbită, fie aterizării catastrofale. În timp ce misiunile recente au avut un succes mai mare decât primele noastre încercări de pionierat de a explora Marte in situ (pe locație), oamenii de știință și ingineri spațiali glumesc doar parțial atunci când vorbesc despre lucruri precum un „Mare Ghoul Galactic” sau „Blestemul lui Marte” care încurcă misiuni.
Dar au fost și succese minunate. Primele misiuni din anii '60 -'70, cum ar fi orbiterii Mariner și landers vikingi, ne-au arătat o lume extraordinar de frumoasă, deși stearpă și stâncoasă, reducând astfel orice speranță de „oameni mici verzi” ca vecinii noștri planetari. Însă misiunile ulterioare au scos la iveală o dicotomie: dezolarea magnifică, combinată cu indicii tentante de apă trecută - sau poate chiar prezentă - apă și activitate globală.
Astăzi, suprafața lui Marte este rece și uscată, iar atmosfera sa subțire în șoaptă nu protejează planeta de bombardarea radiațiilor de la Soare. Dar indicațiile sunt condițiile de pe Marte nu au fost întotdeauna așa. Vizibile de pe orbită sunt canalele și sistemele complexe de văi care par să fi fost sculptate de apa care curge.
Timp de zeci de ani, oamenii de știință planetari au dezbătut dacă aceste caracteristici s-au format în perioade scurte și umede cauzate de evenimente cataclismice, cum ar fi un atac masiv de asteroizi sau o calamitate climatică bruscă sau dacă s-au format peste milioane de ani când Marte s-ar putea să fie continuu caldă și umedă. O mare parte din dovezile de până acum sunt ambigue; aceste caracteristici s-ar fi putut forma în orice fel. Dar acum miliarde de ani, dacă ar fi fost râuri și oceane, la fel ca pe Pământ, viața ar fi putut să stea.
The Rovers
Roverul Curiosity este a patra navă spațială mobilă trimisă de NASA pe suprafața lui Marte. Primul a fost un rover de 23 de kilograme (10,6 kg), numit Sojourner, care a aterizat pe o câmpie marțiană acoperită cu stâncă la 4 iulie 1997. Despre dimensiunea unui cuptor cu microunde, Sojourner nu a traversat niciodată vreo 65 de metri. la mai mult de 40 de metri distanță de lander și stația de bază. Rover și lander au constituit împreună misiunea Pathfinder, care era de așteptat să dureze aproximativ o săptămână. În schimb, a durat aproape trei luni și duo-ul a returnat 2,6 gigabits de date, extragând peste 16 500 de imagini de pe lander și 550 de imagini din rover, precum și măsurători chimice ale rocilor și solului și studierea atmosferei și vremii lui Marte. A identificat urme ale unui trecut mai cald și mai umed pentru Marte.
Misiunea a avut loc atunci când Internetul câștiga doar popularitate, iar NASA a decis să posteze imagini de pe rover online imediat ce au fost transmise pe Pământ. Acesta a ajuns să fie unul dintre cele mai mari evenimente din istoria tânărului Internet, site-ul NASA (și site-urile oglindă setate pentru cererea ridicată) primind peste 430 de milioane de accesări în primele 20 de zile de la aterizare.
De asemenea, Pathfinder a folosit un sistem de aterizare neobișnuit. În loc să folosească propulsoare pentru a atinge suprafața, inginerii au conceput un sistem de airbag-uri uriașe pentru a înconjura și proteja navele spațiale. După utilizarea sistemului convențional de intrare ghidată de rachetă, scut termic, parașute și propulsoare, airbag-urile s-au umflat și lander-ul cocos a fost aruncat de la 100 de metri (30 m) deasupra solului. Întâlnindu-se de mai multe ori pe suprafața planetei Marte ca o minge de plajă uriașă, Pathfinder s-a oprit în cele din urmă, airbag-urile s-au dezumflat și lander-ul s-a deschis pentru a permite rover-ului să apară.
În timp ce asta poate părea ca o strategie de aterizare nebună, a funcționat atât de bine, încât NASA a decis să folosească versiuni mai mari de airbag-uri pentru următoarea misiune: doi rovers identici numiți Spirit și Oportunitate. The Mars Exploration Rovers (MER) au aproximativ dimensiunea unei mașini de tuns iarba, la 1,6 metri lungime, care cântărește aproximativ 400 de kilograme (400 kg). Spirit a aterizat cu succes în apropierea ecuatorului lui Marte pe 4 ianuarie 2004, iar trei săptămâni mai târziu, Oportunitatea a sărit în partea cealaltă a planetei. Scopul MER a fost să găsească dovezi ale apei trecute pe Marte, și ambii rovers au lovit jackpotul. Printre multe descoperiri, Oportunitatea a găsit afecțiuni antice de roci, care au fost formate în apă curgătoare, iar Spirit a găsit roci de silice neobișnuite în formă de conopidă, pe care oamenii de știință încă le studiază, dar pot oferi indicii despre viața antică marțiană potențială.
În mod incredibil, la această scriere (2016) rover Opportunity funcționează în continuare, conducând mai mult de un maraton (42 km / 42 km) și continuă să exploreze Marte la un crater mare numit Endeavour. Spirit, însă, a cedat unei pierderi de putere în timpul iernii reci marțiene din 2010, după ce s-a blocat într-o trapă de nisip. Cei doi rovers își depășeau cu mult viața proiectată pe 90 de zile.
Într-un fel, colindătorii au dezvoltat fiecare o „personalitate” distinctă - sau, poate o modalitate mai bună de a-i enunța este faptul că oamenii alocate personalități ale roboților. Spirit era un copil regina problemă și o dramă, dar trebuia să lupte pentru fiecare descoperire; Oportunitatea, o soră mai mică privilegiată și o interpretă vedetă, deoarece noi descoperiri păreau să fie ușoare pentru ea. Spiritul și oportunitatea nu au fost concepute pentru a fi adorabile, dar fermecătorii rovers au surprins imaginațiile copiilor și veteranilor spațiali deopotrivă. Managerul de proiect MER, John Callas, i-a numit odată pe cei doi gemeni „cele mai drăguțe lucruri darnice din Sistemul Solar”. În timp ce călăreții de lungă durată biruiau pericolele și pericolele, ei trimiteau cărți poștale de pe Marte în fiecare zi. Și Pământenii i-au iubit pentru asta.
Curiozitate
Deși a rămas mult timp pe lista noastră de activități, încă nu ne-am dat seama cum să trimitem oamenii pe Marte. Avem nevoie de rachete și nave spațiale mai mari și mai avansate, o tehnologie mai bună pentru lucrurile precum suportul de viață și creșterea alimentelor noastre proprii și chiar nu avem capacitatea de a ateriza sarcinile utile foarte mari necesare pentru a crea o așezare umană pe Marte.
Între timp, în timp ce încercăm să ne dăm seama de toate, am trimis echivalentul robot al unui geolog uman pe Planeta Roșie. Roverul cu dimensiunea mașinii Curiosity este înarmat cu o serie de șaptesprezece camere de fotografiat, un burghiu, o scutură, o lentilă de mână și chiar un laser. Aceste instrumente seamănă cu echipamente pe care geologii le folosesc pentru studierea rocilor și mineralelor de pe Pământ. În plus, acest rover imită activitatea umană prin alpinism, mâncând (la figurat vorbind), îndoindu-și brațul (robot) și luând selfie-uri.
Acest geolog robot robot este, de asemenea, un laborator de chimie mobilă. În total, zece instrumente de pe rover ajută la căutarea carbonului organic care ar putea indica materia primă necesară vieții și „adulează” aerul marțian, încercând să miroasă dacă sunt prezente gaze ca metanul - care ar putea fi un semn de viață -. Brațul robot al curiozității poartă un cuțit de gadgeturi al Elveției Elvețiene: o cameră de mărire a lentilelor, un spectrometru pentru măsurarea elementelor chimice și un exercițiu care să găurească în interiorul rocilor și să alimenteze mostre în laboratoarele numite SAM (Sample Analysis at Mart) și CheMin (Chimie și mineralogie). Laserul ChemCam poate vaporiza roca de până la 7 metri (7 metri) distanță și poate identifica mineralele din spectrul luminii emise din roca distorsionată. O stație meteo și un monitor de radiații rotunjesc dispozitivele de la bord.
Cu aceste camere și instrumente, rover-ul devine ochii și mâinile pentru o echipă internațională formată din aproximativ 500 de oameni de știință la sol.
În timp ce rovers-urile anterioare de pe Mart foloseau tablouri solare pentru a aduna lumina solară pentru energie, Curiosity folosește un RTG precum New Horizons. Energia electrică generată de RTG alimentează în mod repetat baterii reîncărcabile cu litiu-ion, iar căldura RTG este, de asemenea, conductă în șasiu pentru a menține caldura electronică interioară.
Având în vedere dimensiunea și greutatea Curiosity, sistemul de aterizare a airbag-ului folosit de rovers-urile anterioare nu a fost în discuție. După cum a explicat inginerul NASA, Rob Manning, „Nu puteți sări ceva atât de mare”. Macara Sky este o soluție îndrăzneață.
Misiunea curiozității: descoperiți cum a evoluat Marte de-a lungul a miliarde de ani și determinați dacă a fost o dată - sau chiar acum - capabilă să sprijine viața microbiană.
Obiectivul curiozității pentru explorare: o știință de munte de pe Marte de 3,4 mile (5,5 km) se numește Mt. Ascuțit (cunoscut oficial sub numele de Aeolis Mons), care se află în mijlocul craterului Gale, un bazin cu impact de 96 de mile (155 km) cu diametru.
Gale a fost ales din 60 de site-uri de candidați. Datele provenite de la navele spațiale orbitante au determinat ca muntele să aibă zeci de straturi de rocă sedimentară, probabil construite de-a lungul a milioane de ani. Aceste straturi ar putea spune istoria geologică și a istoriei climatice a lui Marte. În plus, atât muntele, cât și craterul par să aibă canale și alte caracteristici care par a fi sculptate prin apă curgătoare.
Planul: MSL va ateriza într-o parte mai joasă și mai flată a craterului și ar lucra cu atenție în sus spre munte, studiind fiecare strat, făcând în esență un tur al epocii istoriei geologice a lui Marte.
Cea mai grea parte ar fi să ajungem acolo. Și echipa MSL a avut doar o singură șansă să o înțeleagă corect.
Noaptea de aterizare
Aterizarea curiozității la 5 august 2012 a fost unul dintre cele mai așteptate evenimente de explorare spațială din istoria recentă. Milioane de oameni au urmărit evenimentele desfășurate online și la televizor, fluxurile de socializare zâmbind cu actualizări. Feed-ul NASA TV de la controlul misiunii JPL a fost transmis în direct pe ecranele din Piața Timpului din New York și în locațiile din întreaga lume care găzduiesc „petreceri de aterizare”.
Dar epicentrul acțiunii a fost la JPL, unde sute de ingineri, oameni de știință și oficiali ai NASA s-au adunat la Facilitatea de operațiuni de zbor spațial JPL. Echipa EDL - care poartă toate tricourile de polo albastru deschis - au monitorizat console de computer la controlul misiunii.
Doi membri ai echipei au ieșit în evidență: liderul echipei EDL, Adam Steltzner - care poartă părul într-un pompadour asemănător cu Elvis - se îndrepta înainte și înapoi între rândurile de console. Directorul de zbor, Bobak Ferdowski, a făcut sport și a elaborat o stea și dungi Mohawk. Evident, în secolul al XXI-lea, coafurile exotice au înlocuit ochelarii negri din 1960 și protectori de buzunar pentru inginerii NASA.
La momentul aterizării, Ashwin Vasavada a fost unul dintre cei mai îndelungat oameni de știință din echipa de misiune, aderându-se MSL în funcția de savant al proiectului în 2004, când roverul era în construcție. Pe atunci, o mare parte a activității lui Vasavada lucra cu echipele de instrumente pentru a finaliza obiectivele instrumentelor lor și a superviza echipele tehnice pentru a ajuta la dezvoltarea instrumentelor și a le integra în rover.
Fiecare dintre cele zece instrumente selectate a adus o echipă de oameni de știință, așa că, cu ingineri, personal suplimentar și studenți, au fost sute de oameni care au pregătit roverul pentru lansare. Vasavada a ajutat la coordonarea fiecărei decizii și modificări care ar putea afecta eventualele științe făcute pe Marte. Cu toate acestea, în timpul aterizării, tot ce putea să facă era să vegheze.
"Am fost în camera de lângă camera de control care a fost prezentat la TV", a spus Vasavada. "Pentru aterizare nu am putut face nimic, decât să realizez ultimii opt ani ai vieții mele și întregul meu viitor a fost călărit pe acele șapte minute de EDL."
În plus, faptul că nimeni nu ar cunoaște soarta reală a roverului până la 13 minute după ce, datorită timpului de întârziere radio, a dus la un sentiment de neputință pentru toți cei de la JPL.
„Cu toate că stăteam pe un scaun”, a adăugat Vasavada, „cred că am fost înghesuit mental în poziția fetală”.
Pe măsură ce Curiosity se apropia mai aproape de Marte, alte trei nave spațiale veterane care orbitau deja pe planetă s-au mutat în poziție pentru a putea sta cu ochii pe noul MSL, deoarece a transmis informații despre starea sa. La început, MSL a comunicat direct antenelor Deep Space Network (DSN) de pe Pământ.
Pentru a face telemetria de la nava spațială cât mai eficientă în timpul EDL, Curiosity a trimis 128 de tonuri simple, dar distincte, indicând momentele în care au fost activate etapele în procesul de aterizare. Allen Chen, un inginer din camera de control a anunțat fiecare pe măsură ce veneau: un sunet indica faptul că nava spațială a intrat în atmosfera lui Marte; altul a semnalat că propulsorii au tras, ghidând nava spațială spre Craterul Gale. Aplauzele și zâmbetele tentative au venit de la echipa de la Mission Control la tonurile timpurii, emoțiile crescând pe măsură ce nava spațială se deplasa din ce în ce mai aproape de suprafață.
În parcursul coborârii, MSL a trecut sub orizontul marțian, scoțând-o în afara comunicării cu Pământul. Dar cei trei orbiteri - Mars Odyssey, Mars Reconnaissance Orbiter și Mars Express - erau gata să capteze, să înregistreze și să transmită date către DSN.
În mod perfect, sunetele continuau să vină pe Pământ, pe măsură ce fiecare pas al aterizării continua perfect. Parașuta desfășurată. Scutul de căldură a căzut. Un ton semnaliza stadiul de coborâre care transporta roverul dădu drumul parașutei, un alt zbor indicat și coborâse spre suprafață. Un alt ton însemna că Macara Sky începe să coboare roverul la suprafață.
A sosit un ton, care indică roțile Curiosity atinse suprafața, dar chiar asta nu a însemnat succes. Echipa trebuia să se asigure că manevra de zbor cu macaraua Sky Crane a funcționat.
Apoi, a venit tonul pe care îl așteptau: „Touchdown confirmat”, a salutat Chen. „Suntem în siguranță pe Marte!”
Pandemoniul și bucuria au izbucnit în controlul misiunii JPL, pe site-urile petrecerilor de debarcare și pe social media. Părea lumea sărbătorită împreună în acel moment. Depășirea costurilor, întârzierile, toate lucrurile negative spuse vreodată despre misiunea MSL păreau să dispară odată cu triumful debarcării.
„Bine ați venit pe Marte!” Directorul Laboratorului de Propulsie Jet, Charles Elachi a declarat la o conferință de presă în urma dramatizării: „În această seară am aterizat, mâine vom începe să explorăm Marte. Curiozitatea noastră nu are limite. ”
„Cele șapte minute au mers foarte repede”, a spus Vasavada. „S-a terminat înainte să știm. Apoi toată lumea sărea în sus și în jos, chiar dacă majoritatea dintre noi încă prelucrau, încât a mers atât de bine. ”
Că aterizarea a mers atât de bine - într-adevăr perfect - poate a șocat o parte din echipa de la JPL. În timp ce au repetat debarcarea Curiosity de mai multe ori, în mod remarcabil, ei nu au putut niciodată să aterizeze vehiculul în simulările lor.
„Am încercat să-l repetăm foarte precis”, a spus Vasavada, „astfel încât totul să fie în sincronizare - atât telemetria pe care am simulat-o că ar veni din nava spațială, cât și animații în timp real care fuseseră create. A fost un lucru destul de complex, dar nu a funcționat niciodată. Deci, aterizarea reală și reală a fost prima dată când totul a funcționat corect. "
Curiozitatea a fost programată pentru a face imediat fotografii din împrejurimile sale. În două minute de la aterizare, primele imagini au fost trasate pe Pământ și au apărut pe ecranele de vizualizare de la JPL.
"Am cronometrat orbiterii să zboare în timpul aterizării, dar nu știam sigur dacă legătura lor de releu va dura suficient pentru a reduce imaginile inițiale", a spus Vasavada. „Primele imagini au fost destul de înrădăcinate, deoarece capacele de protecție erau încă pe camere, iar propulsoarele aruncaseră mult praf pe coperte. Nu prea puteam vedea foarte bine, dar tot am sărit în sus și în jos, cu toate acestea, pentru că acestea erau imagini de pe Marte. "
Uimitor, una dintre primele imagini a arătat exact ceea ce roverul fusese trimis la studiu.
„Am aterizat cu camerele foto, care se orientau direct la Mt. Ascuțit, spuse Vasavada, clătinând din cap. „În imaginea HazCam (camera de hazard), chiar între roți, am avut această fotografie superbă. Acolo era muntele. A fost ca o previzualizare a întregii misiuni, chiar în fața noastră. "
Mâine: Partea a 2-a a „Roving Mars with Curiozity”, cu „Living on Mars Time” și „Discoveries”
„Povestiri incredibile din spațiu: o privire din spatele scenelor asupra misiunilor care ne schimbă viziunea asupra cosmosului” este publicată de Page Street Publishing, o filială a Macmillan.
