24

[Aktualizacja] 7 minut marsjańskiego terroru – dziś, kiedy i gdzie oglądać?

Już za parę dni na orbitę Marsa dotrze ostatni z trzech statków kosmicznych wysłanych przez Ziemian w zeszłym roku. Dwa z nich, chiński Tianwen-1 oraz wspomniany amerykański statek misji Mars 2020 mają na swoich pokładach łaziki. O ile lądowanie chińskiego robota przewidziano dopiero za kilka miesięcy, moduł EDLS zawierający łazika Perseverance oraz drona Ingenuity, przystąpią do tego manewru „z marszu”. Za 9 dni warto więc mocno trzymać kciuki, ponieważ udane lądowania na powierzchni Czerwonej Planety wcale nie są takie oczywiste.

Aktualizacja #1, 18.02.2021, 22:10:

Perseverance przesłał na Ziemię pierwsze zdjęcia ze swoich kamer, a dane telemetryczne potwierdzają, że lądowania poszło zgodnie z planem. W kolejnych godzinach powinniśmy dostać więcej materiałów, łącznie z filmem z lądowania, które zostało w całości nagrane. Najważniejsza informacja jest jednak taka, że łazik bezpiecznie wylądował we właściwym miejscu i będzie miał okazję dokonać jeszcze bardziej szczegółowych badań Czerwonej planety.

Mars 2020

Najpierw przypomnijmy jednak, czym jest misja Mars 2020 i dlaczego jest na co czekać. Głównym elementem tej misji jest łazik Perseverance, będący czymś w rodzaju rozwojowej wersji łazika Curiosity. NASA wykorzystała założenia projektowe tamtego pojazdu, modyfikując jego poszczególne elementy, np. układ jezdny, w oparciu o doświadczenia z kilkuletniego użytkowania Curiosity.

Znacznie nowocześniejsze jest całe instrumentarium badawcze, które Perseverance ma na swoim pokładzie. Jednak to, na co wszyscy czekają najbardziej, to start pierwszego marsjańskiego helikoptera Ingenuity, który ma wykonać do 5 lotów nad powierzchnią planety. Jeśli założenia projektantów sprawdzą się i mały dron będzie w stanie wspomagać łazika, otworzy się tym samym nowy rozdział w badaniach innych ciał niebieskich.

Siedem minut terroru

Żeby zrozumieć, dlaczego warto trzymać kciuki, prześledźmy jak będzie wyglądać manewr lądowania tego cennego ładunku na powierzchni Czerwonej Planety. Po wejściu na orbitę EDLS oddzieli się od modułu podróżnego, wyhamuje ruch obrotowy, po czym wejdzie w atmosferę planety z prędkością ok. 19000 km/h. Po wyhamowaniu, będącym wynikiem tarcia osłony termicznej o cząsteczki atmosfery, do prędkości ok. 1500 km/h, na wysokości 11 km otworzy się 21,5-metrowy spadochron.

Osłona termiczna zostanie odrzucona, a radar terenowy łazika rozpocznie badanie terenu, aby wybrać optymalne miejsce do lądowania. Po wyhamowaniu do prędkości 320 km/h i osiągnięciu wysokości 2100 km odrzucona zostanie tylna osłona wraz ze spadochronem, a dalsze hamowanie wezmą na siebie silniki rakietowe modułu „dźwigowego”.

Przy prędkości opadania 3 km/h i osiągnięciu wysokości 20 metrów na powierzchnią, moduł transportowy opuści łazika na 6,4 metrowych linach. Po otrzymaniu sygnału, że łazik stoi stabilnie na powierzchni planety, moduł rakietowy odepnie liny i „odskoczy” na bezpieczną odległość rozbijając się.

Cała operacja od wejścia w atmosferę powinna zająć 410 sekund, które ekipa przygotowująca misję nazwała „Seven Minutes of Terror”. Ogromne prędkości i temperatury, kilka separacji, ryzykowne manewry, sporo może pójść nie tak, jak to zaplanowano.

Interaktywną prezentację NASA z całą procedurą znajdziecie tutaj.

Na korzyść Perseverance przemawia oczywiście to, że taki sam manewr zastosowano już w 2012 r. gdy z powodzeniem dostarczono na Marsa łazik Curiosity. NASA wrzuciła z tego wydarzenia ciekawy film, pokazujący reakcje ekipy na udane „zaliczenia” kolejnych etapów tej operacji.

Czerwona Planeta nie lubi czerwonych

Pierwsze próby dotarcia na orbitę lub powierzchnię Czerwonej Planety podjął Związek Radziecki. Dwie pierwsze misje sond marsjańskich, Mars 1M Nr.1 i Mars 1M Nr. 2 zakończyły się podobnie, statki na skutek awarii nie zdołały opuścić ziemskiej orbity. Nr. 1 spłonął na wysokości 120 km, drugi nie zdołał osiągnąć nawet takiego pułapu.

Kolejną serię prób rozpoczęto w 1962 r., gdy wystrzelono 3 statki, Mars 2MV-4 Nr.1, Mars 1 oraz Mars 2MV-3 Nr.1, ten ostatni mający za zadanie wylądować na powierzchni planety. Niestety i tym razem poszło fatalnie, Mars 1 zdołał co prawda wyruszyć w kierunku Marsa, ale zepsuł się gdzieś po drodze, 2MV-4 Nr.1 eksplodował w trakcie wynoszenia na orbitę okołoziemską, a 2MV-3 Nr.1 nie zdołał jej opuścić, ponieważ zepsuł się na orbicie parkingowej.

W 1964 r. wysłano jeszcze misję Zond-2, która w końcu zdołała ruszyć w kierunku Marsa, ale po pewnym czasie utracono z nią kontakt i w okolice planety dotarła jako bezużyteczny kawał złomu.

Kolejną odsłoną tego technologicznego dramatu był rok 1969 r. kiedy eksplodowały w trakcie próby opuszczenia Ziemi misje Mars 2M No.521 i Mars 2M No.522. Misje już na etapie projektowania borykały się ze sporymi problemami. Początkowo miały składać się z orbitera i lądownika, ale z powodu problemów projektowych z tym ostatnim, zastąpiono go impaktorem. Gdy jednak wystąpiły problemy z utrzymaniem w ryzach masy statku, ostatecznie ograniczono się do samego orbitera.

Komunistyczny kolos powrócił do tematu na początku lat 70-tych i tym razem udało się poczynić pewne postępy. Wystrzelone w 1971 r. misje Mars 2 i Mars 3 w końcu dotarły na orbitę Czerwonej Planety, orbitery podjęły pracę. Zdołały nawet wysłać na powierzchnie planety lądowniki, ale tutaj szczęście znów ich opuściło. Pierwszy rozbił się przy lądowaniu, a drugi zepsuł kilkanaście sekund po rozpoczęciu transmisji.

Również misje Mars 4, 5, 6 i 7 wystrzelone w 1973 r. zakończyły się częściowymi porażkami, głównie z powodu zawodnej elektroniki. Mars 4 nie zdołał rozpocząć manewru hamowania i „nie trafił” w orbitę planety. „Mars 5” tuż po wejściu na orbitę, został uszkodzony przez niewielki meteoryt i po paru dniach przestał działać. Lądownik misji „Mars 6” rozbił się na powierzchni planety. Błąd przeliczenia komputera pokładowego „Mars 7” zdecydował o zrzuceniu lądownika w miejscu… gdzie akurat nie było planety.

Tym oto sposobem, pomimo szeroko zakrojonego programu marsjańskiego i dużej ilości misji ZSRR nie zdołało umieścić na powierzchni Marsa żadnego działającego lądownika (nie licząc kilkunastu sekund Marsa 3). Co ciekawe, jako jedynym udało się to z Wenus, planetą nieporównywalnie trudniejszą pod każdym względem. Czerwona planeta okazała się wyjątkowo niełaskawa dla czerwonego imperium.

Tuż przed upadkiem ZSRR wysłało jeszcze misje Phobos-1 i Phobos-2, które miały umieścić lądowniki na księżycu Marsa. Z pierwszą z rakiet utracono kontakt na skutek serii błędów ludzkich i sprzętowych, druga zdołała przeprowadzić część badań na orbicie, ale przepadła w trakcie przygotowań do próby dostarczenia lądowników na powierzchnię Fobosa, znów zawiodły radzieckie komputery.

Amerykanie lubią czerwony

To, czego nie udało się osiągnąć ZSRR, zrobili Amerykanie, choć również nie obyło się bez problemów. Sondy z programu Mariner startowały ze zmiennym szczęściem, ale to do nich należy pierwsza udana misja marsjańska, to Mariner 4 w 1964 wykonał planowo przelot obok planety. W 1971 na orbitę Marsa trafił Mariner 9, stając się pierwszym sztucznym satelitą tej planety (bliźniaczy Mariner 8 spotkał „radziecki” los, awaria przy starcie).

Ogromny sukces odniosły misje Viking 1 i Viking 2, które jako pierwsze zdołały bezpiecznie wylądować i przeprowadzić szereg badań powierzchni Marsa. Szczególnie imponująco wypadł lądownik Viking 1, który pracował ponad 6 lat, a koniec jego kariery nastąpił nie w wyniku problemów technicznych, tylko błędu ludzkiego. Sam proces lądowania ma wiele elementów wspólnych z tym opisanym na wstępie, jedynie końcowy etap był prostszy, lądownik użył silników hamujących.

Powrót na Marsa w latach 90-tych nie zaczął się dla Amerykanów zbyt dobrze. Ich sonda Mars Observer dotarła w 1993 na orbitę planety, ale w trakcie manewrów z tym związanych utracono z nią kontakt i w sumie do dziś nie wiemy, co się z nią stało.

W 1997 r. udało się umieścić na orbicie planety sondę Mars Global Surveyor, ale najważniejszym wydarzeniem tego okresu było lądowanie w tym samym roku misji Mars Pathfinder, w ramach której oprócz samego lądownika, na powierzchnię Marsa dostarczono też pierwszego marsjańskiego łazika o nazwie Sojourner. Łazik przez ponad 2 miesiące pracy przebył na powierzchni Marsa trasę liczącą 52 metry. Lądowanie Pathfindera odbyło się przy pomocy spadochronu i… zespołu poduszek powietrznych otaczających cały lądownik.

Następnie, w wyniku kompromitującego błędu ludzkiego utracono sondę Mars Climate Orbiter. Jak wykazało śledztwo kontrola naziemna i sonda używały różnych jednostek miary, pierwsi pracowali na systemie anglosaskim, a statek na metrycznym. Zdecydowanie jest to jedna z najgłupszych katastrof w historii podboju kosmosu.

W grudniu 1999 nastąpiła równie nieudana próba lądowania Mars Polar Lander, który w trakcie tego manewru rozbił się. Transportowane tym samym statkiem impaktory misji Deep Space 2 po planowym uderzeniu w powierzchnię Marsa nie podjęły pracy.

O ile w latach 90-tych Amerykanie mogli mieć huśtawkę nastrojów, pierwsza dekada XXI w. to czas największych sukcesów na marsjańskim polu. Udane lądowania i praca łazików Spirit oraz Opportunity (planowane 92,5 ziemskie dni działania, zrealizowane… 15 lat), do dziś pracujące orbitery Mars Odyssey i Mars Reconnaissance, odkrycia lodu dokonane przez lądownik Pheoenix mówią chyba same za siebie.

W kontekście lądowań, zarówno Spirit, jak i Opportunity powtórzyły manewr z poduszkami powietrznymi opracowany na potrzeby misji Mars Pathfinder.

W latach 2010 – 2019 wypraw NASA na Marsa było mniej, ale zarówno misja łazika Curiosity, jak i InSight zapisały się już w historii. Szkoda jedynie, że polski kret, zamontowany na pokładzie tego drugiego nie dał rady pokonać marsjańskiego gruntu. Jak już wspomniałem, w przypadku Curiosity pierwszy raz skorzystano z metody opuszczania lądownika na linach podpiętych do modułu rakietowego, na poduszki powietrzne ten łazik był za ciężki. Znacznie lżejszy InSight lądował z kolei przy pomocy silników hamujących, podobnie jak kiedyś Vikingi.

Reszta raczej pechowo

O pozostałych państwach wysyłających swoje misje na Marsa ciężko powiedzieć, żeby odniosły spektakularne sukcesy. ESA umieściła na orbicie sondy Mars Express i ExoMars (razem z Rosjanami), ale musiała przełknąć katastrofy lądowników Beagle i Schiaparelli.
Pierwszy zdołał wylądować, ale ze względu na awarię podnośnika baterii słonecznych nie zdołał odsłonić anten i nie nawiązał kontaktu.

Schiaparelli zaś nie zdołał wyhamować rotacji wokół własnej osi, co spowodowało błędne odczyty wskaźników, które zbyt wyskoko rozpoczęły procedurę lądowania. Efektem był… spory krater. Ta katastrofa spowodowała przesunięcie na 2022 r. kolejnej misji ExoMars, dla której wspomniane lądowanie było testem, niestety nieudanym.

Samodzielna rosyjska próba z lat 90-tych, Mars 96 zakończyła się podobnie jak spora część radzieckich, katastrofą przy starcie. W ten sam sposób zakończyła się wspólna misja tego kraju z Chinami, w której Rosjanie chcieli kolejny raz lądować na Fobosie, a Kraj Środka sięgnąć pierwszy raz orbity Marsa.

Wyjątkowo pechowo przebiegała japońska misja sondy Nozomi, której awaria spowodowała zboczenie z kursu, a jego korekta zużyła sporą część zapasów paliwa. Jakby tego było mało Nozomi „oberwała” też od Słońca, w wyniku silnego rozbłysku uszkodzona została część elektroniki. Próba ratowania sondy, zaplanowano nową trasę wykorzystującą asystę grawitacyjną Ziemi, udała by się, ale w kluczowym momencie zawiódł jej główny silnik, który nie odpalił.

Udanie zadebiutowały za to w temacie Marsa Indie, których orbiter MOM szczęśliwie dotarł na orbitę Marsa w 2014 r. i pracuje tam do dzisiaj. Dziś z kolei na orbitę Czerwonej Planety dotarła arabska sonda Hope, jutro spodziewamy się tam chińskiego statku Tianwen-1.

Jak widzicie, dotarcie na orbitę jest narażone na szereg niebezpieczeństw, ale to i tak nic, w porównaniu z krótkim manewrem lądowania. W tym roku będziemy świadkami dwu takich prób i miejmy nadzieję, że obie zakończą się sukcesem. Jeśli chcemy mieć nadzieję na kolonizację Czerwonej Planety w jakimś sensownym przedziale czasu, potrzebujemy danych, danych i jeszcze raz danych. A cenne są szczególnie te, które możemy zebrać bezpośrednio.

[Aktualizacja]
Polską transmisję z tego wydarzenia można obejrzeć na Facebooku:
FB Centrum Badań Kosmicznych PAN

oraz YouTube:

Astrofaza

Źródła: nasa.gov, thespacereview.com