Az alábbiakban egy részlet az új, „Hihetetlen történetek az űrből: A jelenetek mögött nézzünk a kozmosz elképzeléseinket megváltoztató küldetésekről” című könyvemről, amely holnap, decemberben jelenik meg. A könyv belső áttekintést nyújt számos jelenlegi NASA robotmissziók, és ez a kivonat a 3-as részből áll, amelyet itt közzéteszünk a Űrmagazinban, a 2. fejezet, „A Mars felkelése a kíváncsisággal” című 2. fejezetében. A könyv megrendelhető az Amazonon és a Barnes & Noble oldalon.
Hét percnyi terror
Körülbelül hét percbe telik, amíg egy közepes méretű űrhajó - például egy rover vagy robotszállító - leszáll a Mars légkörén, és eléri a bolygó felszínét. E rövid perc alatt az űrhajónak le kell lassulnia a lángoló bejövő sebességétől (kb. 13 000 mph), hogy csak 2 mph (3 km / h) sebességgel csökkenjen.
Ehhez a Rube Goldberg-szerű eseménysorozatnak tökéletes sorrendben, pontos koreográfiával és ütemezéssel kell történnie. És ennek mindegyikének automatikusan számítógépen keresztül kell történnie, anélkül, hogy a Földön bárki bemenne. Nincs mód arra, hogy az űrhajót távolról irányítsuk a bolygónktól, mintegy 150 millió mérföld (250 millió km) távolságra. Ezen a távolságon a rádiójelek késleltetési ideje a Földtől a Marsig több mint 13 percig tart. Ezért a hétperces leszállás befejezéséig az összes ilyen esemény megtörtént - vagy nem történt meg -, és a Földön senki sem tudja, melyik. Vagy az űrhajója csodálatosan ül a Mars felszínén, vagy egy összeomlott halomban fekszik.
Ezért hívják a Marsba irányuló missziók tudósai és mérnökei „Terror hét percének”.
A Mars Science Laboratory (MSL) missziójával, amely a Földről indult 2011 novemberében, exponenciálisan növekedett a félelem és a félelem az úgynevezett „belépés, leszállás és leszállás” (EDL) iránt. Az MSL egy tonnás (900 kg), 6-kerekes, Curiosity nevű roverrel rendelkezik, és ez a rover egy vadonatúj, nem próbált leszállási rendszert fog használni.
A mai napig az összes Mars leszállás és rover - rendben - rakétavezérelt belépést, hővédő pajzsot használt a jármű védelmére és lassítására, majd egy ejtőernyőt, majd tolóajtókkal, hogy még tovább lassítsák a járművet. A kíváncsiság ezt a szekvenciát is felhasználná. Ugyanakkor egy utolsó, döntő fontosságú elem az egyik legösszetettebb leszállási eszközt foglalta magában, amely valaha is repült.
A „Sky Crane” -nek nevezve egy lebegő rakétaasztal leengedi a Veverran kötél 66 láb (20 méteres) kábelén egy ropelling hegymászót, miközben a rover lágyan leszállt közvetlenül a kerekeire. Mindezt másodpercek alatt el kellett készíteni, és amikor a fedélzeti számítógép érzékelte az érintést, a pirotechnika levágta a köteleket, és a lebegő leszállási szakasz teljes gázzal távolodott el, hogy a kíváncsiságtól távol esik.
A dolgok még bonyolultabbá téve ez a rover megpróbálta a lehető legpontosabb leszállásot a világ minden tájáról, egy kráter belsejében lefelé egy hegy melletti Rainier hegy magasságába.
A bizonytalanság nagy része az volt, hogy a mérnökök soha nem voltak képesek tesztelni a teljes leszállási rendszert együtt, egymás után. És semmi sem szimulálhatja a Marson zajló brutális légköri körülményeket és a könnyebb gravitációt, kivéve magát a Marsot. Mivel a valódi leszálláskor a teljes Sky Crane-t használnák először, kérdés merült fel: Mi lenne, ha a kábelek nem szétválnának? Mi lenne, ha a leszállási szakasz közvetlenül a rover tetejére esne le?
Ha a Sky Crane nem működne, akkor az már olyan sok küldetésnek felelne meg, amely már annyit legyőzött: technikai problémák, késedelmek, költségtúllépések, és a kritikusok haragja, akik szerint ez a 2,5 milliárd dolláros Mars rover pénzt szivárogtatott a a NASA többi bolygókutatási programja.
Küldetések a Marsba
Az éjszakai égbolton ragyogó vörös fényével a Mars évszázadok óta figyelmezteti az égfigyelőket. Mivel a Földhez legközelebbi bolygó, amely bármilyen potenciált kínál a jövőbeli emberi küldetésekhez vagy gyarmatosításhoz, nagy érdeklődést mutatott az űrkutatás korában. A mai napig több mint 40 robotmissziót indítottak a Vörös Bolygóra, vagy pontosabban: 40 plusz missziót indítottak el. megkísérelt.
Az összes amerikai, európai, szovjet / orosz és japán erőfeszítést beleszámítva, a Mars-missziók több mint fele kudarcot valósít meg, akár indító katasztrófa, akár a Mars felé tartó hibás működés, egy orbitális pályára csúszott kísérlet vagy katasztrofális leszállás miatt. Míg a legutóbbi missziók nagyobb sikert hoztak, mint az első úttörő kísérletek, amelyek a Mars helyszíni felfedezésére irányultak (helyszíni), a tudósok és a mérnökök csak részben viccelnek, amikor olyan dolgokról beszélnek, mint például a „Nagy galaktikus ghoul” vagy a „Mars átok”. küldetések.
De csodálatos sikereket is sikerült elérni. Az 1960-as és 70-es évek korai küldetései, mint például a Mariner keringtetői és a viking várak, megdöbbentően szép, bár kopár és sziklás világot mutattak nekünk, ezáltal rejtették a „kis zöld emberek” reményét, hogy bolygónk szomszédai. A későbbi missziók azonban dichotómiát tártak fel: csodálatos pusztaság, a múltbeli - vagy talán még a mai - víz és a globális tevékenység csábító utalásaival együtt.
Manapság a Mars felülete hideg és száraz, s vékonyabb, vékonyabb légköre nem védi a bolygót a Nap sugárzása általi robbantásoktól. De a jelzések azok a feltételek a Marson, amelyek nem mindig voltak ilyenek. Az orbitáról a csatornák és a bonyolult völgyrendszerek láthatók, amelyeket látszólag az áramló víz faragott fel.
Évtizedek óta a bolygó tudósai vitatkoztak arról, hogy ezek a tulajdonságok olyan rövid, nedves periódusokban alakulnak-e ki, amelyeket kataklizmikus események, például egy hatalmas aszteroidacsapás vagy hirtelen éghajlati katasztrófa okoztak, vagy több millió év alatt kialakultak-e, amikor a Mars folyamatosan meleg és nedves volt. Az eddigi bizonyítékok nagy része kétértelmű; ezek a tulajdonságok mindkét irányban kialakulhattak. De milliárd évvel ezelőtt, ha folyók és óceánok lennének, akárcsak a Földön, akkor az élet megfoghatta volna.
A Rovers
A Curiosity rover a negyedik mobil űrhajó, amelyet a NASA küldött a Mars felszínére. Az első egy 23 kilós (10,6 kg) Sojourner nevű rover volt, amely 1997. szeptember 4-én landolt egy sziklával borított marsi síkságon. Körülbelül olyan méretű, mint egy mikrohullámú sütő, a két láb (65 cm) hosszú Sojourner soha nem haladt át. több mint 40 méterre a leszállótól és a bázisállomástól. A rover és a landoló együttesen képezték a Pathfinder missziót, amelynek várhatóan körülbelül egy hétig tartották. Ehelyett közel három hónapig tartott, és a duó 2,6 gigabites adatot hozott vissza, több mint 16 500 képet készített a leszállóhelyről és 550 képet a roverről, elvégezte a sziklák és a talaj kémiai mérését, valamint a Mars légkörének és időjárásának tanulmányozását. A melegebb, nedvesebb múlt nyomait azonosította a Mars számára.
A misszióra akkor került sor, amikor az internet éppen egyre népszerűbb lett, és a NASA úgy döntött, hogy online közzéteszi a képeket a roverről, mihelyt azokat a Földre sugározzák. Ez a fiatal internetes történelem egyik legnagyobb eseményévé vált, amikor a NASA weboldala (és a nagy igényekre felállított tükrös oldalak) több mint 430 millió találatot kapott a leszállás utáni első 20 napban.
A Pathfinder is szokatlan leszállási rendszert használt. Ahelyett, hogy nyomógombokat használtak a felület megérintésére, a mérnökök óriási légzsákrendszert készítettek az űrhajó körülvétele és védelme érdekében. A rakétavezérelt belépés, hővédő pajzs, ejtőernyők és tolóerők hagyományos rendszerének használata után a légzsák felfújódott, és a kókuszos leszállót 100 láb (30 m) távolságra emelték a föld felett. Többször a Mars felszínén visszapattant, mint egy óriási tengerparti golyó. A Pathfinder végül megállt, a légzsák leereszkedett, és a leszállónyílás kinyílt, hogy a rover kiléphessen.
Noha ez egy őrült leszállásstratégiának tűnhet, olyan jól működött, hogy a NASA úgy döntött, hogy a következő rover küldetéshez a légzsák nagyobb verzióit használja: két azonos rover, a Spirit és az Opportunity nevű. A Mars Exploration Rovers (MER) körülbelül olyan nagy méretű, mint egy 1,6 méter hosszú, 5,2 méter hosszú fűnyíró, amelynek súlya kb. 185 kg. A Lélek 2004. január 4-én sikeresen leszállt a Mars Egyenlítője közelében, és három héttel később az Opportunity a bolygó másik oldalán lepattant. A MER célja az volt, hogy bizonyítékokat találjon a múltbeli vízről a Marson, és mindkét rover megütötte a jackpotot. Számos megállapítás között az Opportunity ősi sziklakibocsátásokat talált, amelyek áramló vízben képződtek, és a Spirit a szokatlan karfiol alakú szilícium-dioxid kőzetet találta meg, amelyet a tudósok még mindig tanulmányoznak, ám ezek nyomokat adhatnak a lehetséges ősi marsi életre.
Hihetetlen, hogy ebben az írásban (2016) az Opportunity rover még mindig működik, több, mint maratonon halad (42 mérföld / 26 mérföld), és továbbra is felfedezi a Marsot egy Endeavour nevű nagy kráternél. A szellem azonban a 2010-es hideg marsi télen a hatalomvesztésre engedett, miután beragadt egy homokpályába. A két lóverseny messze meghaladta a tervezett 90 napos élettartamot.
Valahogy a roverek mindegyike megkülönböztetett „személyiséget” fejlesztett ki - vagy, talán jobb módszer kifejezésére, hogy az emberek kijelölt személyiségek a robotokhoz. A Lélek problémás gyermek és drámakirálynő volt, de minden felfedezésért küzdenie kellett; Opportunity, egy kiváltságos húga és csillagszereplő, mivel az új eredmények könnyűnek tűntek számára. A szellemet és a lehetőségeket nem úgy tervezték, hogy imádnivalóak legyenek, de a bájos roverok megragadták a gyermekek és a tapasztalt űr veteránok képzeletét. John Callas, a MER projektmenedzsere egyszer az ikervasagokat „a legaranyosabb merész dolgoknak a Naprendszerben” nevezte. Mivel a hosszú életű, apró rovarok legyőzték a veszélyeket és a veszélyeket, minden nap képeslapokat küldtek a Marsról. És a Earthlings szerette őket.
Kíváncsiság
Noha ez már régóta szerepel a teendők között, még nem gondoltuk ki, hogyan lehet az embereket a Marsra küldeni. Nagyobb és fejlettebb rakétákra és űrhajókra, jobb technológiára van szükségünk olyan dolgokhoz, mint az életfenntartás és a saját ételeink termesztése, és valóban nem vagyunk képesek a nagyon nagy hasznos rakományokra szállítani, hogy egy emberi település a Marson létrejöjjön.
Időközben - bár mindent megpróbálunk kitalálni - egy emberi geológus robot-egyenértékét küldtük a Vörös Bolygóra. Az autóméretű Curiosity rover tizenhét kamerával, egy fúróval, kanállal, kézi lencsével és még egy lézerrel is fel van fegyverítve. Ezek az eszközök hasonlítanak a geológusok által a Föld szikláinak és ásványainak tanulmányozására használt berendezésekre. Ezenkívül ez a rover az emberi tevékenységet utánozza hegymászás, étkezés (ábrásul véve), a (robot) kar meghajlítása és önportrék készítése által.
Ez a roving robot geológus egyben egy mobil kémiai laboratórium is. A rover összesen tíz műszere segíti a szerves szén keresését, amely jelzi az élethez szükséges alapanyagot, és „szimatolja” a marsi levegőt, megpróbálva szagolni, ha a metánhoz hasonló gázok jelen vannak - ami az élet jele lehet. A Curiosity robotkarja tartalmaz egy svájci hadsereg kést eszközöket: nagyító lencseszerű kamerát, spektrométert a kémiai elemek mérésére, valamint egy fúrót sziklák belsejében való fúrásra és a minták adagolására az SAM (Mintaelemzés a Marson) és a CheMin nevű laboratóriumokba. (Kémia és ásványtan). A ChemCam lézer képes kőzet elpárologtatni legfeljebb 7 méter (23 méter) távolságra, és azonosítani az ásványokat a robbantott kőzet által kibocsátott fény spektrumából. Egy meteorológiai állomás és sugárzás-figyelő kerekíti a fedélzeten lévő eszközöket.
Ezekkel a kamerákkal és műszerekkel a rover körülbelül 500 földi tudósból álló nemzetközi csapat szemévé és kezévé válik.
Míg a korábbi Mars-roverek napelemeket használtak napfény begyűjtésére, a Curiosity olyan RTG-t használ, mint a New Horizons. Az RTG-ből előállított villamos energia többször is táplálja az újratölthető lítium-ion akkumulátorokat, és az RTG hőjét a rover alvázába is vezetik, hogy a belső elektronika melegen tartsa.
A Curiosity méretének és súlyának köszönhetően a korábbi roverok által használt légzsák leszállási rendszer nem volt szó. Ahogyan a NASA mérnöke, Rob Manning kifejtette: "Nem tudsz ugrálni valami oly nagyot." A Sky Crane egy merész megoldás.
A kíváncsiság küldetése: derítse ki, hogyan fejlődött a Mars több milliárd év alatt, és határozza meg, vajon képes volt-e, vagy akár most is képes-e a mikrobiális élet támogatására.
A kíváncsiság felfedezésének célpontja: egy 5,5 km-re fekvő Mars hegyi tudósok Mt. Éles (hivatalosan Aeolis Mons néven ismert), amely a Gale-kráter közepén fekszik, egy 96 mérföld (155 km) átmérőjű ütköző medencében.
A Gale-t 60 jelölt hely közül választották ki. Az űrhajók körüli pályán keringő adatok alapján a hegy tucatnyi üledékes kőzetréteggel rendelkezik, talán több millió év alatt épült fel. Ezek a rétegek elmondhatják a Mars geológiai és éghajlati történetét. Ezenkívül úgy tűnik, hogy mind a hegynek, mind a kráternek csatornái és egyéb jellemzői vannak, amelyek úgy néznek ki, mintha áramló víz faragta volna őket.
A terv: az MSL a kráter alsó, laposabb részébe szállna le, és óvatosan felfelé halad a hegy felé, mindegyik réteget tanulmányozva, lényegében áttekinti a Mars geológiai története korszakát.
A legnehezebb az, ha odajutnék. És az MSL-csapatnak csak egy esélye volt arra, hogy helyrehozza.
Leszállás éjszaka
A Curiosity 2012. augusztus 5-i leszállása volt a közelmúlt történelmének egyik legjobban várt űrkutatási eseménye. Emberek milliói figyelték az eseményeket az interneten és a tévében, miközben a közösségi média hírcsatornái frissültek. A NASA TV által a JPL missziókezelőjéből származó csatornákat élőben közvetítették a képernyőkön a New York-i Time Square-en, és a világ minden táján, a „parti partik” rendezvényein.
De a cselekvés epicentruma a JPL-nél volt, ahol mérnökök, tudósok és a NASA tisztviselőinek százai gyűltek össze a JPL Űrrepülési Üzemében. Az EDL csapata - mindegyik megfelelő világoskék pólóval viselve - figyeli a számítógépes konzolokat a küldetés irányításánál.
A csapat két tagja kiemelkedett: az EDL csapat vezetõje Adam Steltzner - aki haját Elvis-szerû pompadourban viseli - oda-vissza mozog a konzolok között. Bobak Ferdowski repülési igazgató sportolt és egy kifinomult csillagok és csíkokkal díszített Mohawk. Nyilvánvaló, hogy a huszonegyedik században az egzotikus fodrászok felváltották a 1960-as évek fekete szemüvegét és zsebvédőjét a NASA mérnökei számára.
A leszállás idején Ashwin Vasavada az egyik leghosszabb alkalmazott tudós volt a missziócsoportban, 2004-ben csatlakozott az MSL-hez mint projekt tudóshelyettes, amikor a rover építés alatt volt. Akkor Vasavada munkájának nagy része a műszercsoportokkal működött együtt, hogy véglegesítsék műszereik céljait, és felügyelje a műszaki csapatokat, hogy elősegítsék az eszközök fejlesztését és a roverba való integrálását.
A tíz kiválasztott eszköz mindegyike tudóscsoportot hozott létre, tehát mérnökök, kiegészítő személyzet és hallgatók közreműködésével több száz ember készítette elő a rovereket az indításra. Vasavada segített koordinálni minden olyan döntést és módosítást, amely befolyásolhatja a Marson végzett esetleges tudományt. A leszállás során azonban csak figyelt.
"A tévében látható irányítószoba szomszédjában voltam" - mondta Vasavada. "A leszálláshoz csak annyit tehettem, mintha életem elmúlt nyolc éve megtörténne, és az egész jövőm az a hét perc EDL-en lovagolt."
Ráadásul az a tény, hogy senki sem tudta meg a rover valódi sorsát, amíg a rádió késleltetési ideje miatt a tényt követõen 13 perccel nem jár, mindenki számára tehetetlenség érzetét idézte elõ a JPL-n.
"Bár ültem egy székre - tette hozzá Vasavada -, azt hiszem, hogy mentálisan fodros vagyok a magzati helyzetben."
Ahogy a Curiosity közelebb lépett a Mars felé, három másik, a bolygót keringő veterán űrhajó helyzetbe lépett, hogy figyelemmel kísérje az újonnan érkező MSL-t, miközben információkat továbbított állapotáról. Az MSL kezdetben közvetlenül kommunikált a Föld Deep Space Network (DSN) antennáival.
Annak érdekében, hogy az űrhajóról a lehető legmegfelelőbbé váljon a telemetria az EDL során, a Curiosity 128 egyszerű, de különálló hangot küldött, amely jelzi, hogy mikor aktiválódtak a leszállási folyamat lépései. Allen Chen, a vezérlőhelyiség mérnöke mindegyiket bejelentette, mikor jöttek: az egyik hang azt jelezte, hogy az űrhajó belépett a Mars légkörébe; egy másik jelezte a lövöldözött tolóajtókat, és az űrhajót Gale-kráter felé irányította. A kísérleti taps és mosoly a Mission Control csapatától érkezett a korai hangjelzéseknél, és az érzelmek növekedtek, amikor az űrhajó közelebb és közelebb lépett a felülethez.
Részben a süllyedés során az MSL a marsi horizont alá ment, elhagyva a földdel való kommunikációt. De a három keringő - a Mars Odyssey, a Mars Reconnaissance Orbiter és a Mars Express - készen állt arra, hogy adatokat gyűjtsön, rögzítsen és továbbítson a DSN-hez.
Zökkenőmentesen a hangok folyamatosan jöttek a Földre, miközben a leszállás minden lépése hibátlanul folytatódott. Az ejtőernyőt telepítették. A hőpajzs leesett. Egy hangjelzés jelezte, hogy a leszálló szakasz a hordót robbant fel, és elengedte az ejtőernyőt. Egy másik hang azt jelentette, hogy a Sky Crane kezdte leengedni a roverot a felszínre.
Megszólalt egy hang, amely azt jelzi, hogy a Curiosity kerekei megérintették a felületet, de még ez sem jelentette a sikert. A csapatnak ellenőriznie kellett a Sky Crane repülési manőver működését.
Aztán jött a hang, amire vártak: „A touchdown megerősítve” - élvezte Chen. "Biztonságban vagyunk a Marson!"
A járvány és az öröm tört ki a JPL misszióvezérlésében, a parti partok helyén és a közösségi médiában. Úgy tűnt, hogy a világ abban a pillanatban együtt ünnepelte. Költségtúllépések, késések, az összes negatív dolog, amelyet az MSL misszióról valaha mondtak, úgy tűnt, hogy eltűnik a leszállás diadalával.
“Üdvözöljük a Marson!” Charles Elachi, a sugárhajtású laboratórium igazgatója, a drámai érintést követõ sajtótájékoztatón elmondta: „Ma este leszálltunk, holnap megkezdjük a Mars felfedezését. A kíváncsiságunknak nincs korlátja. ”
"A hét perc valóban gyorsan ment" - mondta Vasavada. „Vége volt, mielőtt tudtuk volna. Aztán mindenki fel-le ugrott, bár többségünk még mindig feldolgozott, hogy annyira sikeresen ment. ”
Az, hogy a leszállás olyan jól ment - valóban tökéletesen - valószínűleg sokkolta a JPL csapatát. Miközben többször megismételték a Curiosity leszállását, figyelemre méltó módon soha nem voltak képesek leszállni a járműhöz a szimulációik során.
„Nagyon pontosan megpróbáltuk megismételni - mondta Vasavada -, hogy minden szinkronban legyen - mind a szimulált telemetria, amely az űrhajóból származik, mind a létrehozott valós idejű animációkkal. Nagyon összetett dolog volt, de valójában soha nem működött. Tehát a valódi, a tényleges leszállás volt az első alkalom, hogy minden jól működött. ”
A kíváncsiságot úgy programozták, hogy azonnal képeket készítsen a környékéről. A leszállás után két percen belül az első képeket a földre sugározták és felbukkantak a JPL nézőképernyőin.
"Időzítettük a keringőket, hogy repüljenek át a leszállás során, de nem tudtuk biztosan, hogy a továbbító összeköttetésük elegendő ideig tart-e ahhoz, hogy a kezdeti képeket le tudjuk állítani" - mondta Vasavada. Az első képek meglehetősen ragacsosak voltak, mert a védőfedelek még mindig a kamerákon voltak, és a tolókarok sok port összegyűjtöttek a fedelekre. Nem tudtuk igazán jól látni, de még mindig fel és le ugrottunk, mert ezek a Marsról készült képek. ”
Meglepő módon az egyik első kép pontosan megmutatta, mit küldtek a rovernek tanulmányozni.
„A kamerákkal alapvetően közvetlenül a hegyre néztünk. Éles - mondta Vasavada, és megrázta a fejét. „A HazCam (veszélyes kamera) képen, közvetlenül a kerekek között, volt ez a gyönyörű lövés. Ott volt a hegy. Olyan volt, mint a teljes küldetés áttekintése, közvetlenül a mi előttünk. ”
Holnap: 2. rész: „A Mars felkelése a kíváncsisággal”, „Élet a Marson idővel” és „Felfedezések”
A „Hihetetlen történetek az űrből: A jelenet mögött pillantás a küldetésekre, amelyek megváltoztatják a kozmoszképünket” című kiadvány a Page Street Publishing, a Macmillan leányvállalata.
