Inżynierowie z NASA zakończyli niedawno testy funkcjonalne kosztującego 2,5 mld dolarów statku Mars Science Laboratory (MSL). Testy zakończyły się sukcesem, pokazując, że łazik Curiosity może wyruszyć w podróż na Marsa i poszukiwać dowodów na to, że na planecie może kiedyś zagościć życie.
Misja MSL jest częścią programu NASA Mars Exploration Program, do którego należą wszystkie misje, mające na celu badania i eksplorację Marsa, m.in. misje łazików MER Spirit i Opportunity, Mars Pathfinder czy misje Viking 1 i Viking 2. Tym razem w ramach MEP na Czerwonej Planecie ma wylądować łazik Curiosity.
Głównym celem Curiosity jest sprawdzenie, czy na Marsie kiedykolwiek istniały warunki mogące podtrzymać życie chociaż w najprostszej formie. W tym celu łazik został wyposażony w największą ilość instrumentów naukowych, jaka do tej pory została wysłana na Marsa. Zebrane dane pozwolą nie tylko na określenie przeszłych warunków, jakie panowały na Czerwonej Planecie, ale również da odpowiedź na pytanie, gdzie potencjalnie szukać w przyszłości śladów życia.
Pozostałe cele misji to: scharakteryzowanie klimatu, scharakteryzowanie geologii oraz przygotowania do eksploracji Marsa przez ludzi. Do tego celu będą służyć: 3 kamery, 4 spektrometry, 2 detektory promieniowania, czujniki badające środowisko (wiatr, ciśnienie, zapylenie, temperaturę powierzchni, wilgotność, promieniowanie UV) oraz system badający atmosferę w trakcie wejścia oraz spadku statku.
Dyskusje nad wyborem miejsca lądowania łazika trwały dość długo. Ostatecznie zdecydowano się na krater Gale (pisaliśmy o tym w jednym z poprzednich artykułów), pozostałość po dawnym uderzeniu asteroidy lub komety. Krater ma rozpiętość ok. 154 km, a celem Curiosity będzie podnóże wznoszącej się w środku krateru wysokiej na 5 km góry.
W tym tygodniu NASA zaczęła przygotowywanie łazika do startu. Wszystkie podsystemy zostaną ustawione w odpowiedniej konfiguracji do lotu, następnie łazik zostanie zamknięty w osłonie termicznej, a cały statek przygotowany do startu, który planowany jest na 25 listopada o 10:21 EST z przylądku Cape Canaveral. Łazik przybył do Kennedy Space Center 22 czerwca 2011 na pokładzie samolotu transportowego U.S. Air Force C-17. Osłony termiczne i aerodynamiczne przybyły do KSC już w maju.
„Właśnie skończyliśmy ostatnie testy funkcjonalne pojazdu” - mówi Dave Gruel, menedżer nadzorujący integrację MSL, testy i operacje startu. „Nasze testy funkcjonalne polegały m.in. na pokazaniu, że pojazd jest zdolny do lotu przez Układ Słoneczny, że możemy skutecznie przeprowadzić fazy wejścia w atmosferę, spadku i lądowania, wyjechać na powierzchnię, rozłożyć ramię manipulatora, maszt z kamerą, zrobić zdjęcia i tym podobne”.
Na zakończenie testów NASA pozwoliła dziennikarzom na wejście do clean-roomu i sfotografowanie łazika w konfiguracji, w jakiej będzie pracując na powierzchni Marsa. Z obawy, że jakiekolwiek bakterie z Ziemi mogą wpłynąć na wyniki naukowe misji, wszyscy dopuszczeni w pobliże łazika musieli mieć specjalne ubrania, okrycia na głowę oraz maski.
„Będziemy rozpoczynać składanie łazika do startu” mówi Gruel. „Oznacza to, że ramię robota zostanie złożone i unieruchomione. Maszt z kamerami zostanie schowany, koła zaś podwinięte pod łazik. W takiej konfiguracji łazik jest gotowy do startu.” Równolegle do części mechanicznej, inżynierowie będą sprawdzać również elektronikę.
„Jedną z rzeczy, które robimy okresowo po poważniejszych zmianach albo po załadowaniu nowego oprogramowania, jest przejście przez każdą ścieżkę w elektronice i przetestowanie jej” mówi Jonathan Grinblat, inżynier systemowy pomagający w przygotowaniach Curiosity do startu. „Dotyczy to wszystkich podsystemów łazika: wszystkich instrumentów, całego mechanizmu. Sprawdzamy cały moduł zniżania (descent stage), silniki, a także sam moduł statku (cruise stage)."
Kiedy łazik znajdzie się już w konfiguracji odpowiedniej do startu, załoga umieści go poniżej zasilanego silnikami rakietowymi członu zniżania.
Podobnie jak w przypadku poprzednich marsjańskich lądowników, Curiosity przedostanie się przez cienką marsjańską atmosferę chroniony przez osłonę cieplną zamocowaną do szerokiej na blisko 4,6 m specjalnej stożkowatej tarczy ochronnej (aeroshell). Inżynierowie osłonią nią łazik oraz moduł zniżania. Na koniec dołączony będzie moduł statku, który zaniesie łazika z Ziemi na Marsa w czasie trwającej blisko 10 miesięcy podróży przez Układ Słoneczny.
„W takiej postaci całość będzie wyniesiona przez rakietę Atlas 5 w listopadzie tego roku” mówi Gruel. „Będziemy gotowi z całością integracji prawdopodobnie w ostatnim tygodniu października. Wtedy zatankujemy paliwo do statku. Następnie ekipa obsługująca rakietę Atlas 5 dostarczy osłonę aerodynamiczną, w której tu na miejscu umieszczony zostanie statek. Wtedy całość dostarczymy na wyrzutnię by przygotować do startu 25 listopada. Kiedy statek znajdzie się na wyrzutni razem z rakietą, technicy dołączą do łazika źródło plutonu [do radioizotopowego generatora termoelektrycznego, które będzie zasilało pojazd]."
W przypadku Curiosity zrezygnowano z zasilania ogniwami słonecznymi. Zamiast tego zastosowano - podobnie jak w przypadku programu Viking - radioizotopowy generator termoelektryczny, który przetwarza energię uzyskaną z rozpadu pierwiastków promieniotwórczych (w tym przypadku plutonu) na energię elektryczną. Takie rozwiązanie zwiększa możliwości misji: łazik może pracować o każdej porze doby, roku, a także na różnych wysokościach, słowem - jest niezależny od promieni słonecznych.
Jedną z innowacji technologicznych zastosowanych w MSL jest nowy proces lądowania, który umożliwi łazikowi wylądowanie w obrębie 20-kilometrowej elipsy (wcześniejsze misje miały możliwość lądowania w obrębie elipsy 150x20 km). Proces wejścia w atmosferę, spadku oraz lądowania będzie się składał z trzech faz.
W momencie, gdy temperatura statku w trakcie wchodzenia w atmosferę Marsa wzrośnie do 2093 °C (3800° F), otworzy się spadochron, aby zmniejszyć prędkość, następnie odłączona zostanie dolna część osłony termicznej. Łazik wraz z modułem zniżania będzie spadać ze spadochronem aż do wysokości ok. 1,8 km. Kolejną fazą jest opadanie z napędem (powered descent), kiedy to zostanie uruchomionych 8 małych silników rakietowych, zamontowanych dookoła modułu zniżania. Całość wspomogą czujniki radarowe, mierzące na bieżąco wysokość statku. Na podstawie ich wskazań komputer steruje mocą silników tak, by posiadający masę blisko 900 kg łazik bezpiecznie wylądował. W trakcie tej fazy łazik przechodzi ze swojej zwartej konfiguracji, w jakiej był w trakcie lotu, do konfiguracji gotowej do lądowania.
W ostatniej fazie użyty będzie tzw. Sky Crane system. Jest to rewolucyjna technika nazwana tak po śmigłowcach używanych przy konstrukcji wieżowców, które były inspiracją przy projektowaniu tego rozwiązania. Pozwala ona na bardziej precyzyjne lądowanie ciężkiego ładunku oraz na ustawienie kół łazika bezpośrednio na powierzchni, a nie na dodatkowej sztucznej nawierzchni. System składa się z 3 pasów, na których opuszczany będzie łazik, połączony z resztą statku przez gruby przewód. To rozwiązanie jeszcze nigdy nie było stosowane. Do tej pory przy lądowaniu na powierzchni Marsa stosowano poduszki powietrzne lub napędzane silnikami rakietowymi lądowniki z nogami.
Dim lights
Testy systemu opuszczania łazika za pomocą systemu Sky Crane (NASA/JPL)
„To bardzo przytłaczający moment” mówi Gruel. „Wszyscy widzieliśmy, jak jakiś czas temu startował Juno i fakt, że jesteśmy następni, że następna rakieta, która znajdzie się na tej wyrzutni to właśnie ta z MSL jest dość emocjonujący. Zdajemy sobie sprawę, że nasz termin jest bliski."
"Wszyscy jesteśmy pewni, że przetestowaliśmy Curiosity najlepiej, jak mogliśmy, i jedyne co pozostaje dla Curiosity, to po prostu wylądować na powierzchni Marsa i pokazać, na co go stać” mówi Gruel.
(SFN)
