Gamma č. 199 (Přistání v kráteru Gale)

Autor: Jarda Pecka <gamma(at)oranzovestranky.cz>, Téma: Zajímavosti, Vydáno dne: 11. 08. 2012

Sonda Curiosity úspěšně dorazila na Mars

V pondělí 6. 8. 2012 úspěšně přistála nejnovější americká mise na planetu Mars.
Nejprve shrňme základní údaje:
Cílem výpravy oficiálně pojmenované "Mars Science Laboratory" je vysadit na povrchu Marsu mobilní laboratoř nazvanou Curiosity, jejímž úkolem je detailně zkoumat chemické složení desítek vzorků marťanské půdy a pomoci konečně rozhodnout, jestli na povrchu Marsu někdy existoval život, což je otázka, na kterou se vědci z NASA marně snaží odpovědět od roku 1977, kdy na Marsu přistály první dvě automatické sondy Viking.

Přistání na Marsu
Přistání


Všechny biochemické rozbory, které od té doby provedly sondy Viking, Sojourner, Spirit a Opportunity, poskytly v nejlepším případě nejednoznačné výsledky, které možnost dřívějšího života na Marsu nevyloučily, ale ani nepotvrdily.
   Rover Curiosity je podobně jako jeho předchůdci vybaven šesti koly; oproti Spiritu a Opportunity je však dvakrát delší (3 metry), pětkrát těžší (v pozemské gravitaci váží cca tunu) a je vybaven větším množstvím vědeckých přístrojů. Curiosity navíc nebude provádět jen externí rozbory pomocí své robotické ruky, ale je vybavena několika vnitřními laboratorními komorami, do kterých budou sebrané vzorky přesunuty k podrobným analýzám.
   Další rozdíl spočívá ve zdroji energie. Spirit a Curiosity jsou poháněny elektrickým proudem získávaným ze slunečních panelů. Ty poněkud trpí (byť méně, než se čekalo) snížením výkonu v důsledku zaprášení jemným marťanským pískem (občasné větrné bouře naštěstí pomáhaly panely "ofouknout"), ale především (mějme na paměti, že na Marsu svítí Slunce podstatně slaběji než na Zemi) neposkytují dostatečný výkon během marsovské zimy. Oba rovery bylo proto nutno vždy před příchodem zimy "zazimovat", tj. postavit na jižní svah, aby během zimy nebyly vystaveny většímu chladu, než je nutné, a aby díky naklopení ke Slunci mohly na jaře dřív procitnout ze "zimního spánku". Tato nutnost se stala osudnou Spiritu, který předloni zapadl do písečné závěje, ze které se operátorům nepodařilo vyjet. Elektronická výbava Spirita následkem nízkých teplot zřejmě nepřežila následující zimu a od března 2010 se s ním už nepodařilo navázat spojení; v květnu 2011 byly ukončeny pokusy o jeho oživení.
   Curiosity bude poháněna elektrickým generátorem poháněným rozpadem radioaktivního plutonia 238 o počátečním výkonu 110 W. Reaktor by měl být schopen pohánět rover i během marsovské zimy, kdy přebytečné teplo vydávané generátorem bude rozváděno trubkami "ústředního topení" po celém těle roveru a bude tak udržovat přístroje na přijatelné teplotě. Rover by měl vydržet v provozu po celý marsovský rok, tj. 687 pozemských dnů.
   Podvozek Curiosity by měl být schopen překonávat překážky vysoké až 65 centimetrů; předpokládá se, že rover denně urazí až 200 metrů.
   Výběr místa přistání probíhal v letech 2006-2011. Nová technika umožnila větší přesnost dosažení cílové oblasti, která má tvar elipsy dlouhé 20 km. Díky tomu bylo možné zamířit do relativně malého kráteru, ve kterém by jinak hrozilo nebezpečí převrácení roveru v případě jeho dosednutí na strmý vnitřní nebo vnější svah kráteru.
   Sonda byla vypuštěna 26. listopadu 2011 z floridského mysu Canaveral a na povrch Marsu dosedla 6. srpna, v 7:31 středoevropského letního času. Na palubě sondy je měřič radiační expozice, který vyhodnocuje dávku kosmického záření, jemuž budou v budoucnosti během osmiměsíční cesty na Mars a za následného pobytu na povrchu planety vystaveni kosmonauti. Přestože byly účinky radiace simulovány na superpočítačích, jejich realistické vyhodnocení je obtížné v důsledku chaotického chování kosmických částic, které narážejí do kosmické lodi s velmi vysokou energií a rozbíjejí atomy, ze kterých se loď skládá, čímž vznikají ionty, pohybující se také velkou rychlostí a způsobující sekudární radiaci, takže celý proces je obtížně předvídatelný - jako kdyby se někdo pokoušel spočítat, co se stane, bude-li střílet z brokovnice do skříně s porcelánem. Skutečné účinky několikaměsíční radiace mimo ochranné magnetické pole Země je proto možné ověřit pouze takovýmto experimentem. Během své cesty k Marsu byla Curiosity zasažena pěti slunečními erupcemi, zatím bez viditelných následků. Těleso kosmické lodě má podobnou konstrukci, jakou bude mít plánovaná loď pro kosmickou posádku; dosavadní měření ukázala, že stěny kabiny dokázaly ztlumit radiaci na přijatelnou úroveň.
   Technika přistání byla opět úplně jiná než u předchozích expedic. Spirit a Opportunity přistávaly na Marsu v lednu 2004 metodou "airbagů"; po zbrždění padákem a retroraketami dopadly na povrch ukryté uvnitř velkého míče složeného z nafouklých vaků, který nějakou dobu poskakoval dlouhými skoky po krajině, a když se konečně zastavil, byly airbagy vypuštěny a zahájena příprava k vyjetí roveru z přistávací plošiny.
   Pro Curiosity vzhledem k její velké hmotnosti není tato metoda použitelná; aby airbagy vydržely náraz tak těžkého nákladu, musely by dosednout na povrch tak malou rychlostí, že by jejich použití bylo vlastně zbytečné. Byl proto zvolen jiný postup.
   Nejprve byla sonda zpomalena vstupem do atmosféry Marsu; z původních 5780 m/s její rychlost klesla na 440 m/s (z 20800 km/h na 1600 km/h). Během aerodynamického sestupu sonda prováděla esovité manévry (podobně jako to dělaly při přistání americké raketoplány) a kormidlovala směrem k cílovému kráteru - protože neřízený aerodynamický sestup, jaký byl praktikován při předchozích přístáních, je v důsledku své nepředvídatelnosti příliš nepřesný. Tepelný štít tvořící dno sondy se přitom zahřál na 2100 stupňů Celsia. Pak byl štít odhozen a sonda vypustila padák; s průměrem 18 metrů je to největší padák, jaký kdy byl použit mimo Zemi, navíc při nadzvukové rychlosti. Šnůry padáku jsou dlouhé 48 metrů. Samotný padák sondu nedokáže dostatečně zbrzdit, protože atmosféra Marsu je stokrát řidší než na Zemi; i tak byla sonda při vypuštění padáku vystavena přetížení 9 g. Padák zpomalil sestup sondy z rychlosti 1600 km/h na 360 km/. Pak byly odpáleny pyrotechnické svorky, které uvolnily sondu od padáku; ta ihned zapálila své přistávací motory (je jich osm, dva v každém rohu), které ji nejdříve odsunuly stranou, aby se nezamotala do klesajícího padáku. V této podobě by sonda mohla pomocí raket přistát až na povrch; brání tomu však jedna vážná potíž. Motory brzdící tak těžké těleso by mohly v sypké marsovské půdě těsně před dosednutím vyhloubit krátery, do kterých by pak rover po sjetí z přistávací plošiny zapadl. Navíc by motory svým tahem těsně před přistáním působícím přímo na písečný povrch Marsu zvedly obrovský oblak prachu, který by se pak usazoval i na rover a mohl by zanést nebo poškodit některé přístroje. Byla proto zvolena obrácená koncepce: na rozdíl od Spiritu a Opportunity, které seděly na vršku přistávacího modulu, Curiosity byla zachycená pod ním. Ve chvíli, kdy se pomalu sestupující modul dostal do výšky zhruba 18 metrů nad povrchem, rover Curiosity se od něj uvolnil a jako pavouk začal šplhat dolů po třech rovnoběžných lanech dlouhých 6 metrů. V téhle podobě ji modul, nazvaný Sky Crane (Nebeský jeřáb) posadil na povrch plánovanou rychlostí 2,4 km/h (0,7 m/s); na Zemi to odpovídá pádu z výšky 2 cm. Pak se odpálily další svorky, kterými se Curiosity (teď už jen samotný rover, stojící na svých šesti kolech na povrchu) uvolnila od lan, poutajících ji k Nebeskému jeřábu; jeřáb pak využil zbytku paliva ve svých osmi motorech, aby odletěl do bezpečné vzdálenosti a zřítil se do pouště.
   Na videu (viz odkazy pod článkem) vypadá metoda přistání jako z nějakého bláznivého sci-fi filmu. Někteří z vědců komentujících sestup opravdu vypadají trochu praštěně; oni to ovšem mají v popisu práce. Scénář, který vymysleli, se šestého srpna stal úspěšnou realitou.
   V noci z 28. na 29. července letový tým provedl v pořadí čtvrtou opravu kursu. Dva šestisekundové zážehy upravily rychlost sondy o 1 cm/s, čímž bylo plánované místo přistání upřesněno o 21 kilometrů. V neděli 30.7. sonda zahájila první kroky procedury, která v pondělí vyvrcholila přechodem do plně automatického, nezávislého režimu pro řízení přistání.
   Při momentální vzájemné poloze Marsu a Země trvá rádiovému signálu 14 minut, než překoná vzdálenost mezi oběma planetami. Vzhledem k tomu není možné během přistání sondu řídit; jakékoliv pokyny ze Země reagující na rádiové zprávy z Marsu by přišly beznadějně pozdě. Sonda proto byla během sestupu odkázaná zcela sama na sebe; její řídicí systém musel samostatně přijímat rychlá rozhodnutí a domanévrovat až do cílového kráteru. V okamžiku, kdy v pondělí ráno našeho času (hodinu a půl před půlnocí kalifornské neděle) dorazila na Zemi zpráva o vstupu sondy do atmosféry, Curiosity už byla sedm minut na povrchu; nikdo však v té chvíli ještě nevěděl, jestli Curiosity je celá a v pořádku, nebo jako hromádka trosek rozptýlených v marťanském písku. Pro řídicí tým v té chvíli začalo pověstných "sedm minut hrůzy", během nichž dispečeři mohli jen bezmocně sledovat přicházející informace o průběhu sestupu. Steve Sell, zástupce ředitele pro přistávací operace, řekl týden před přistáním - ?zadržuju dech už teď...?

Jak jsme viděli, dopadlo to dobře - o tom ještě něco málo později.

Vědci při testech Curiosity
Vědci


Curiosity v akci
Curiosity