Sledi odlomek iz moje nove knjige "Neverjetne zgodbe iz vesolja: zakulisni pogled na misije, ki spreminjajo naš pogled na kozmos", ki bo izšla jutri, decembra. Knjiga je pogled v notranjost več trenutkov Nasino robotske misije in ta odlomek je 1. od 3. dela, ki bo objavljen tukaj v vesoljski reviji, poglavja 2, "Roving Mars with Curiosity." Knjiga je na voljo za naročilo na Amazonu in Barnes & Noble.
Sedem minut groze
Približno sedem minut traja, da se zmerno veliko vesoljsko plovilo - na primer rover ali robotski zemlja - spusti skozi Marsovo atmosfero in doseže površje planeta. V teh kratkih minutah se mora vesoljsko plovilo upočasniti s svojo bliskovito dohodno hitrostjo približno 13.000 mph (20.900 km / h), da se spusti navzdol s samo 2 mph (3 km / h) ali manj.
Za to je potreben niz dogodkov, ki so podobni Rubeju Goldbergu, v popolnem zaporedju, z natančno koreografijo in časovnim razporedom. In vse to se mora samodejno zgoditi prek računalnika, brez prispevkov nikogar na Zemlji. Ni mogoče voditi vesoljskega plovila na daljavo od našega planeta, oddaljenega približno 250 milijonov milj (250 milijonov km). Na tej razdalji čas zamude radijskega signala od Zemlje do Marsa traja 13 minut. Zato so se do konca sedemminutnega spuščanja vsi ti dogodki zgodili - ali pa se niso zgodili - in nihče na Zemlji ne ve, kateri. Ali vaše vesoljsko plovilo čudovito sedi na površini Marsa ali leži v strmoglavljem.
Zato znanstveniki in inženirji iz misij na Mars to imenujejo "Sedem minut groze."
In z misijo Mars Science Laboratory (MSL), ki se je začela z Zemlje novembra 2011, so se strahovi in strah v zvezi s tem, kar se uradno imenuje "vstop, spust in pristanek" (EDL), eksponentno narasli. MSL odlikuje 1-tonski (900 kg), 6-kolesni rover z imenom Curiosity, ta rover pa bo uporabil povsem nov, neprečiščen pristajalni sistem.
Do danes so vsi Mars-ovci in roverji uporabljali - po vrstnem redu - raketno vodeni vstop, toplotni ščit za zaščito in upočasnitev vozila, nato pa padalo, ki mu sledijo potiski, da vozilo še bolj upočasni. Radovednost bi uporabila tudi to zaporedje. Vendar je končna, ključna sestavina vključevala eno najkompleksnejših pristajalnih naprav, ki je bila kdaj letela.
Poimenovan "Sky Crane", bi lebdeči raketni oder spuščal roverja na 66 ft (20 metrov) kablov Vectranove vrvi, kot bi bil gonjač, z roverjem mehko pristanek neposredno na kolesa. Vse to je bilo treba dokončati v nekaj sekundah, in ko bi računalnik na vozilu zaznal dotik, bi pirotehnika prekinila vrvi in lebdeča stopnja spuščanja bi se s polnim plinom odmaknila, da bi se strmoglavila daleč stran od Radovednosti.
Še bolj zapleteno bo zadevni rover poskusil najnatančnejši pristanek izven sveta doslej in se spustil v krater poleg gorovja, višine gore Rainier.
Večji del negotovosti je bil, da inženirji ne morejo nikoli preizkusiti celotnega sistema za pristajanje skupaj, zaporedoma. In nič ne bi moglo simulirati brutalnih atmosferskih razmer in lažje gravitacije, prisotne na Marsu, razen na Marsu. Ker bi bilo pravo pristajanje prvič uporabljeno polnozračni žerjav, so se pojavila vprašanja: Kaj, če se kabli ne ločijo? Kaj pa, če bi se spustilna stopnica spuščala desno na roverju?
Če Sky Crane ne bi deloval, bi bila to igra za misijo, ki je že premagala toliko: tehnične težave, zamude, prekoračitev stroškov in jezo kritikov, ki pravijo, da je ta Marver rover v vrednosti 2,5 milijarde dolarjev odplačeval denar preostali NASA-in program za raziskovanje planetov.
Misije na Mars
Mars je s svojim rdečim sijajem na nočnem nebu že stoletja privlačil nebesne opazovalce. Kot najbližji planet Zemlji, ki ponuja kakršen koli potencial za prihodnje človeške misije ali kolonizacijo, je bilo v obdobju vesoljskega raziskovanja veliko zanimanja. Do danes je bilo na Rdeči planet odstranjenih več kot 40 robotskih misij ... ali natančneje, 40 misij plus poskus.
Vključno z vsemi ameriškimi, evropskimi, sovjetskimi / ruskimi in japonskimi prizadevanji več kot polovica misij na Marsu ni uspela, bodisi zaradi izstrelitvene katastrofe, zaradi okvare na poti na Mars, neuspelega poskusa drsenja v orbito ali katastrofalnega pristanka. Medtem ko so nedavne misije imele večji uspeh kot naši prvi pionirski poskusi raziskovanja Marsa in situ (na lokaciji), se vesoljski znanstveniki in inženirji le delno norčujejo, ko govorijo o stvareh, kot so "Veliki galaktični ghoul" ali "Mars Prekletstvo", ki se je zmešalo misije.
Vendar so bili tudi čudoviti uspehi. Zgodnje misije v šestdesetih in sedemdesetih letih, na primer ornamenti Marinerja in vikingi, so nam pokazali presenetljivo lep, čeprav neploden in skalnat svet, s čimer so uničili vsakršna upanja o 'malih zelenih možicah' kot naših planetarnih sosedih. Toda poznejše misije so pokazale dihotomijo: veličastno pustošenje v kombinaciji z mučnimi namigi preteklosti - ali morda celo današnjega dne - vode in globalne dejavnosti.
Danes je površje Marsa hladno in suho, njegovo ozračje, ki šepeta, pa ne ščiti planeta pred bombardiranjem sevanja s Sonca. Toda nakazuje, da pogoji na Marsu niso bili vedno tako. V orbiti so vidni kanali in zapleteni dolinski sistemi, za katere se zdi, da so bili izklesani s tekočo vodo.
Desetletja so planetarni znanstveniki razpravljali o tem, ali so se te lastnosti oblikovale v kratkih, mokrih obdobjih, ki so jih povzročili kataklizmični dogodki, kot je na primer velik asteroidni udar ali nenadna podnebna nesreča, ali če so se oblikovale v milijonih let, ko je bil Mars nenehno topel in moker. Večina dosedanjih dokazov je dvoumnih; te lastnosti bi se lahko oblikovale tako ali drugače. Toda pred milijardami let, če bi bile reke in oceani, tako kot na Zemlji, bi se življenje morda prijelo.
Roverji
Rover Curiosity je četrto mobilno vesoljsko plovilo, ki ga je NASA poslala na površje Marsa. Prvi je bil 23-kilogramski (10,6 kg) rover z imenom Sojourner, ki je 4. julija 1997 pristal na skalnati Marsovski ravnici. O velikosti mikrovalovne pečice 2-nožni (65 cm) dolg Sojourner ni nikoli prestopil več kot 40 čevljev od zemljevida in bazne postaje. Rover in lander sta skupaj pomenila misijo Pathfinder, ki naj bi trajala približno en teden. Namesto tega je trajalo skoraj tri mesece, dvojac pa je vrnil 2,6 gigabita podatkov in posnel več kot 16.500 slik s zemlje in 550 slik z roverja, poleg tega pa je opravil kemične meritve kamnin in zemlje ter preučeval Marsovo atmosfero in vreme. Ugotovili so sledi toplejše, vlažnejše preteklosti Marsa.
Misija se je zgodila, ko je internet šele pridobival na priljubljenosti, NASA pa se je odločila, da bo fotografije z roverja objavila na spletu, takoj ko so bili usmerjeni na Zemljo. To je bil eden največjih dogodkov v zgodovini mladega interneta, saj je Nasina spletna stran (in zrcalna mesta, ki so bila postavljena za veliko povpraševanje) v prvih 20 dneh po pristanku prejela več kot 430 milijonov zadetkov.
Tudi Pathfinder je uporabil nenavaden sistem pristajanja. Namesto da bi uporabili potisnike na površino, so inženirji izdelali sistem velikanskih zračnih blazin za obkrožanje in zaščito vesoljskega plovila. Po uporabi običajnega sistema vleta z raketami, toplotnim ščitom, padali in potiski so se napihnili zračni blazini in kokondirana zemlja je padla s sto metrov (30 m) nad tlemi. Pathfinder se je večkrat odskočil po Marsovi površini kot velikanska žoga za plažo, na koncu so se ustavili, zračne blazine so se razblinile in pristanišče odprlo, da je roverju uspelo izstopiti.
Čeprav se to morda sliši kot nora strategija pristajanja, je delovalo tako dobro, da se je NASA odločila, da bo za naslednje misije roverjev uporabila večje različice zračnih blazin: dva enaka roverja z imenom Spirit in Opportunity. Mars Exploration Rovers (MER) je približno velikost vrtne kosilnice, dolga 1,6 metra, težka približno 185 kilogramov (185 kilogramov). Spirit je uspešno pristal blizu Marsovega ekvatorja 4. januarja 2004, tri tedne pozneje pa se je priložnost odbila na drugo stran planeta. Cilj MER-a je bil najti dokaze o pretekli vodi na Marsu in oba roverja sta zadela jackpot. Priložnost je med številnimi ugotovitvami našla starodavne kamnine, ki so se oblikovale v tekoči vodi, Spirit pa je našel nenavadne kremenčeve kamnine v obliki cvetače, ki jih znanstveniki še preučujejo, vendar pa lahko dajejo namige potencialnemu starodavnemu Marsovcu.
Neverjetno, pri tem pisanju (2016) še vedno deluje rover Opportunity, ki vozi več kot maraton (26 milj / 42 km) in nadaljuje raziskovanje Marsa v velikem kraterju z imenom Endeavour. Duh je vendarle podlegel izgubi moči med mrzlo marsovsko zimo leta 2010, potem ko se je zataknil v peskovnik. Oba roverja sta daleč presegla predvideno 90-dnevno življenjsko dobo.
Vsakokrat so roverji razvili izrazito "osebnost" - ali morda boljši način za to, da ljudje to opredelijo dodeljeno osebnosti do robotov. Spirit je bil problematičen otrok in kraljica drame, vendar se je moral boriti za vsako odkritje; Priložnost, privilegirana mlajša sestra in zvezdniška izvajalka, saj so se ji zdele nove ugotovitve enostavno. Duh in priložnost nista bila zasnovana tako, da bi bila čudovita, a očarljivi veslači so ujeli domišljije otrok in začinjenih vesoljskih veteranov. Menedžer projektov MER John Callas je nekoč poimenoval dvolitrske roverje "najbolj simpatične stvari v osončju". Ko so dolgoživi, okorni roverji premagali nevarnosti in nevarnosti, so vsak dan z Marsa pošiljali razglednice. In Zemljani so jih imeli radi zaradi tega.
Radovednost
Čeprav je že dolgo na našem seznamu opravil, še nismo natančno ugotovili, kako poslati ljudi na Mars. Potrebujemo večje in naprednejše rakete in vesoljska plovila, boljšo tehnologijo za stvari, kot so življenjska podpora in gojenje lastne hrane, in resnično nimamo možnosti, da bi na Marsu pristali zelo velike koristne obremenitve, da bi ustvarili človeško naselje.
Medtem pa smo - medtem ko poskušamo vse to ugotoviti - na Rdeči planet poslali robotski ekvivalent človeškega geologa. Rover velikosti Curiosity v avtomobilu je oborožen s serijo sedemnajstih kamer, vrtalnikom, zajemalko, ročno lečo in celo laserjem. Ta orodja so podobna opremi, ki jo geologi uporabljajo za proučevanje kamnin in mineralov na Zemlji. Poleg tega ta rover oponaša človeško aktivnost s plezanjem po gorah, prehranjevanjem (figurativno rečeno), upogibanjem svoje (robotske) roke in fotografiranjem selfijev.
Ta potujoči robotski geolog je tudi mobilni laboratorij kemije. Skupaj deset instrumentov na roverju pomaga pri iskanju organskega ogljika, ki bi lahko nakazoval na surovine, ki jih zahteva življenje, in "nanjušil" marsovski zrak in poskušal dišati, če so prisotni plini, kot je metan - kar bi lahko bil znak življenja -. Robotična roka Curiosityja nosi švicarski pripomoček švicarske vojske: povečevalno lečo, kamero, spektrometer za merjenje kemičnih elementov in vrtalnik, ki se v notranjost kamnin in vzorce krme vrta v laboratorije z imenom SAM (Sample Analysis of Mars) in) in CheMin (Kemija in mineralogija). ChemCam laser lahko izhlapi kamnino oddaljeno do 23 metrov in prepozna minerale iz spektra svetlobe, ki jo oddaja pihana kamnina. Vremenska postaja in monitor sevanja zaokrožita naprave na krovu.
Rover s temi kamerami in instrumenti postane oči in roke mednarodni ekipi približno 500 znanstvenikov, ki se kopajo po svetu.
Medtem ko so prejšnji Mars roverji uporabljali sončne matrike za zbiranje sončne svetlobe za napajanje, Curiosity uporablja RTG kot New Horizons. Električna energija, pridobljena iz RTG-ja, večkrat poganja litij-ionske baterije za ponovno polnjenje, RTG-jeva toplota pa se pretaka tudi v ohišje roverja, da ohrani ogrevanje notranje elektronike.
Glede na velikost in težo Curiosityja sistem pristanka zračnih blazin, ki so ga uporabljali prejšnji roverji, ni bil upošteven. Kot je pojasnil Nasin inženir Rob Manning, "ne moreš odskočiti nečesa tako velikega." Žerjav Sky je drzna rešitev.
Misija radovednosti: ugotoviti, kako se je Mars razvijal v milijardah let, in ugotoviti, ali je nekoč - ali celo zdaj - sposoben podpirati življenje mikrobov.
Radovedni cilj za raziskovanje: 3,4 milje (5,5 km) - visoki gorski Mars znanstveniki kličejo Mt. Ostro (uradno znano kot Aeolis Mons), ki sedi sredi Gale Craterja, 96 milj (155 km), udarni bazen.
Gale je bil izbran izmed 60 kandidatnih mest. Podatki z krožišča vesoljskih plovil so določili, da ima gora na desetine plasti sedimentne kamnine, morda zgrajene v milijonih let. Te plasti bi lahko pripovedovale zgodbo o Marsovi geološki in podnebni zgodovini. Poleg tega se zdi, da imata gora in krater kanale in druge lastnosti, ki so videti, kot da so bile izklesane s tekočo vodo.
Načrt: MSL bi pristal v spodnjem, ravnejšem delu kraterja in previdno opravil svojo pot navzgor proti gori in preučil vsako plast, v bistvu pa si ogledal epohe Marsove geološke zgodovine.
Najtežji del bi bil tam. In ekipa MSL je imela le eno priložnost, da jo izpravi.
Pristanek
Radovedni pristanek 5. avgusta 2012 je bil eden najbolj pričakovanih vesoljskih raziskav v novi zgodovini. Milijoni ljudi so gledali, kako se dogodki odvijajo v spletu in na televiziji, medtem ko se viri družbenih medijev oglašajo s posodobitvami. Krma Nasine televizije z nadzorovanja misije JPL se je predvajala v živo na zaslonih v newyorškem Time Squareu in na prizoriščih po vsem svetu, ki gostijo "pristajalne zabave".
Toda epicenter akcije je bil v JPL, kjer se je na stotine inženirjev, znanstvenikov in NASA uradnikov zbralo v JPL-ovem operacijskem sistemu za vesoljske polete. Ekipa EDL - vsi, ki nosijo ujemajoče se svetlo modre polo majice - je nadzorovala računalniške konzole pri nadzoru misije.
Izstopala sta dva člana ekipe: vodja ekipe EDL Adam Steltzner - ki ima lase v elvissovem pompadourju - hodil naprej in nazaj med vrsticami konzole. Direktor letenja Bobak Ferdowski je obarval zvrstne zvezde in črte Mohawk. Očitno so v enaindvajsetem stoletju eksotične frizure nadomestile črna očala in zaščitnike žepov iz šestdesetih let za NASA-ove inženirje.
V času pristanka je bil Ashwin Vasavada eden izmed znanstvenikov z najdaljšimi službami v misiji, saj se je pridružil MSL kot namestnik znanstvenika projekta leta 2004, ko je bil rover v gradnji. Takrat je velik del Vasavadovega dela sodeloval z instrumentalnimi skupinami, da bi dokončno zastavili cilje svojih instrumentov, in nadzoroval tehnične ekipe, da bi pomagali razviti instrumente in jih vključili v rover.
Vsak od desetih izbranih instrumentov je pripeljal skupino znanstvenikov, zato je bilo z inženirji, dodatnim osebjem in študenti na stotine ljudi, ki so rover pripravljali na izstrelitev. Vasavada je pomagal uskladiti vsako odločitev in spremembo, ki bi lahko vplivala na morebitno znanost, opravljeno na Marsu. Med pristankom pa je lahko le opazoval.
"Bil sem v sosednji sobi do kontrolne sobe, ki so jo prikazovali na TV," je dejal Vasavada. "Za pristanek nisem mogel storiti ničesar, razen zavedati se zadnjih osem let svojega življenja in vsa moja prihodnost je bila vožnja na teh sedmih minutah EDL."
Poleg tega je dejstvo, da nihče ne bi izvedel prave usode roverja šele 13 minut po dejstvu zaradi časa zakasnitve radia, pripeljal do občutka nemoči za vse na JPL.
"Čeprav sem sedel na stolu," je dodal Vasavada, "mislim, da sem bil duševno zvit v plodu."
Ko se je radovednost pomerila bližje Marsu, so se tri druge veteranske vesoljske ladje, ki že krožijo po planetu, premaknile, da bi lahko spremljale novomeški MSL, ko je prenašal informacije o svojem statusu. Sprva je MSL komuniciral neposredno z antenami Deep Space Network (DSN) na Zemlji.
Da bi telemetrijo s vesoljskega plovila med EDL čim bolj poenostavili, je Curiosity poslal 128 preprostih, vendar izrazitih tonov, ki označujejo, kdaj so bili vključeni koraki v procesu pristanka. Allen Chen, inženir v nadzorni sobi, je naznanil vsakega, ko so prišli: en zvok je označil, da je vesoljsko plovilo vstopilo v atmosfero Marsa; drugi je nakazal, da so potisni strelci izstrelili vesoljsko plovilo proti Gale Craterju. Navdušujoče ploskanje in nasmehi so prihajali iz ekipe v misiji Control v zgodnjih tonih, čustva so se povečevala, ko se je vesoljsko plovilo pomikalo vse bližje in bližje površju.
Delno skozi spust se je MSL spustil pod marsovsko obzorje in tako izpustil komunikacijo z Zemljo. Toda trije orbiti - Mars Odyssey, Mars Reconnaissance Orbiter in Mars Express - so bili pripravljeni zajeti, zabeležiti in posredovati podatke DSN.
Toni so neprestano prihajali na Zemljo, ko se je vsak korak pristanka nadaljeval brezhibno. Padalci so bili razporejeni. Toplotni ščit je odpadel. Ton je označil stopnjo spuščanja, s katero je veslač spustil padalo, še en nakazan polet z motorjem in spust proti površju. Drugi ton je pomenil, da je Sky Crane začel spuščati rover na površino.
Prišel je ton, ki je nakazoval, da so kolesa Curiosityja dotaknila površino, vendar tudi to ni pomenilo uspeha. Moštvo je moralo poskrbeti, da je manevrski obroč Sky Crane deloval.
Potem je prišel ton, ki so ga čakali: "Potrditev je potrjena," razveseli Chen. "Na Marsu smo varni!"
Pandemonium in veselje sta izbruhnila pri nadzoru misij JPL, na spletnih mestih pristajalnih strank in na družbenih medijih. Zdelo se je, da je svet v tistem trenutku skupaj praznoval. Prekoračitev stroškov, zamude, vse negativne stvari, ki so bile kdajkoli povedane o misiji MSL, so se z zmagoslavjem pristanka izginile.
"Dobrodošli na Mars!" Direktor laboratorija za reaktivni pogon Charles Elachi je na tiskovni konferenci po dramatičnem pritisku dejal: "Nocoj smo pristali, jutri začnemo z raziskovanjem Marsa. Naša radovednost nima meja. "
"Sedem minut je dejansko minilo zelo hitro," je dejal Vasavada. "Vse je bilo konec, preden smo vedeli. Potem so vsi skakali gor in dol, čeprav je večina od nas še vedno predelala, da je šlo tako uspešno. "
Da je pristanek šel tako dobro - res odlično - je morda res šokiral del ekipe JPL. Medtem ko so že večkrat vadili pristanek Curiosityja, presenetljivo je, da v svojih simulacijah nikoli niso mogli pristati na vozilo.
"Zelo natančno smo ga poskušali ponoviti," je dejal Vasavada, "tako da je bilo vse usklajeno - tako telemetrija, ki smo jo simulirali, da bo prihajala iz vesoljskega plovila, skupaj z ustvarjenimi animacijami v realnem času. To je bila precej zapletena zadeva, vendar v resnici nikoli ni delovala. Pravi, dejanski pristanek je bil prvič, ko je vse delovalo pravilno. "
Radovednost je bila programirana tako, da je takoj fotografiral svojo okolico. V dveh minutah po pristanku so na Zemljo zasvetlele prve slike na Zemlji in se pojavile na zaslonih JPL.
"Med kroženjem smo usmerili orbite, vendar nismo vedeli, ali bo njihova štafetna povezava zdržala dovolj dolgo, da bi spustili začetne slike," je dejal Vasavada. "Prve slike so bile precej grmeče, ker so bili zaščitni pokrovi še vedno na fotoaparatih in so potiski dvigali veliko prahu na platnicah. Nismo ga mogli videti zelo dobro, vendar smo kljub temu skakali gor in dol, ker so bile to slike z Marsa. "
Neverjetno je ena prvih slik natančno pokazala, kaj je rover poslal v študijo.
"Pristali smo s kamerami, ki so v glavnem obrnjene neposredno na Mt. Ostro, "je rekel Vasavada in zmajal z glavo. »Na fotografiji HazCam (kamera za nevarnosti), med kolesi, smo imeli ta krasen posnetek. Tam je bila gora. Bil je kot predogled celotne misije, tik pred nami. "
Jutri: 2. del "Roving Mars with Radovednost", z "Living on Mars Time" in "Odkritja"
"Neverjetne zgodbe iz vesolja: zakulisni pogled na misije, ki spreminjajo naš pogled na kozmos" objavlja Page Street Publishing, podružnica Macmilana.
