Slijedi ulomak iz moje nove knjige, “Nevjerovatne priče iz svemira: zakulisni pogled na misije koje mijenjaju naš pogled na kozmos”, koja će biti objavljena sutra, prosinca. Knjiga je iznutra pogled na nekoliko trenutnih NASA-ine robotske misije, a ovaj je odlomak dio 1 od 3 koji će biti objavljen ovdje u Magazinu Space, Poglavlja 2, "Roving Mars with Curiosity." Knjiga je dostupna za naručivanje na Amazonu i Barnes & Nobleu.
Sedam minuta straha
Potrebno je otprilike sedam minuta da se svemirska letjelica umjerenih veličina - poput rovera ili robotskog landera - spusti kroz Marsovu atmosferu i dosegne površinu planeta. Tijekom tih kratkih minuta, svemirska letjelica mora usporiti od svoje blistave dolazne brzine od oko 13.000 km / 20 da bi se spustila na samo 2 mph (3 km / h) ili manje.
Ovo zahtijeva niz događaja sličnih Rube Goldbergu da se odvijaju u savršenom slijedu, s preciznom koreografijom i tempiranjem. A sve se to mora dogoditi automatski putem računala, bez ikakvih podataka na Zemlji. Nema načina da upravljamo svemirskim brodom udaljeno s našeg planeta, udaljenog oko 250 milijuna kilometara. Na toj udaljenosti vrijeme kašnjenja radio signala od Zemlje do Marsa traje preko 13 minuta. Stoga, kad se završi sedmominutno spuštanje, svi oni događaji su se dogodili - ili nisu dogodili - i nitko na Zemlji ne zna koji. Ili vaš svemirski brod sjajno sjedi na površini Marsa ili leži u srušenom hrpu.
Zato ga znanstvenici i inženjeri iz misija na Mars nazivaju „Sedam minuta terora“.
A s misijom Mars Science Laboratory (MSL), koja je sa Zemlje pokrenuta u studenom 2011. godine, strah i strepnja zbog onog što se službeno naziva "ulazak, silazak i slijetanje" (EDL) eksponencijalno su se povećali. MSL odlikuje 1-tonski (900 kg), rover sa 6 kotača po imenu Curiosity, a ovaj će rover koristiti potpuno novi, neisprobani sustav za slijetanje.
Do danas su svi Marsovci i roveri koristili - kako bi - raketno navođeni ulaz, toplinski štit kako bi zaštitili i usporili vozilo, zatim padobran, a zatim su pratili potisnici da bi vozilo još više usporilo. Radoznalost bi koristila i ovaj slijed. No, konačna, ključna komponenta obuhvaćala je jedan od najsloženijih uređaja za slijetanje ikada.
Pod nazivom "Nebeska dizalica", lebdeća raketna faza spustila bi rover na 20-metarskim kablovima od Vectranovog konopa poput planinarskog skakača, a rover je sletio ravno na svoje kotače. Ovo je sve trebalo biti završeno u nekoliko sekundi, a kad bi računalo na brodu osjetilo dodir, pirotehnika bi prekinula užad, a lebdeći stup silaženja spuštao bi se punim gasom da se sruši na zemlju daleko od znatiželje.
Komplicirajući stvari još više, ovaj rover je pokušao pokušati najpreciznije slijetanje izvan svijeta, smjestivši se u krater pored planine na visini planine Rainier.
Glavni dio neizvjesnosti bio je u tome što inženjeri nikada ne bi mogli testirati cijeli sustav za slijetanje zajedno, redom. I ništa ne može simulirati brutalne atmosferske uvjete i blažu gravitaciju prisutnu na Marsu, osim što je na samom Marsu. Budući da bi pravo slijetanje bilo prvi put kada bi se koristila kompletna Sky Crane, pojavila su se pitanja: Što ako se kablovi nisu razdvojili? Što ako se faza spuštanja nastavila spuštati točno na vrhu veslača?
Ako Sky Crane ne uspije, to bi bila igra za misiju koja je već toliko svladala: tehničke probleme, kašnjenja, prekoračenja troškova i gnjev kritičara koji su rekli da ovaj Marver rover od 2,5 milijardi dolara krvari novac ostatak NASA-inog programa za istraživanje planeta.
Misije na Mars
S crvenim sjajem na noćnom nebu, Mars je stoljećima privlačio nebeske gledatelje. Kao najbliži planet Zemlji koji nudi bilo kakav potencijal za buduće ljudske misije ili kolonizaciju, bio je od velikog interesa za doba svemirskih istraživanja. Do danas je na Crvenu planetu lansirano preko 40 robotskih misija ... ili točnije, 40 plus plus misije pokušaj.
Uključujući sve napore iz SAD-a, Europe, Sovjetske / Rusije i Japana, više od polovice misija na Marsu nije uspjelo, bilo zbog katastrofe lansiranja, kvara na putu do Marsa, pokušaja klizanja u orbitu ili katastrofalnog slijetanja. Dok su nedavne misije imale veći uspjeh od naših prvih pokušaja pionira da istražuju Mars in situ (na lokaciji) svemirski znanstvenici i inženjeri samo se djelomično šale kad razgovaraju o stvarima poput "Velikog galaktičkog goula" ili "Marsovog prokletstva" koji uništavaju misije.
Ali bilo je i divnih uspjeha. Rane misije 1960-ih i 70-ih, poput ormara Mariner-a i vikinga, pokazale su nam se nevjerojatno lijep, iako neplodan i stjenovit svijet, čime su uništili svaku nadu u „male zelene muškarce“ kao naše planetarne susjede. Ali kasnije misije otkrile su dihotomiju: veličanstvena pustoš u kombinaciji s mučnim nagovještajima prošlosti - ili možda čak i današnjeg dana - vode i globalne aktivnosti.
Danas je površina Marsa hladna i suha, a njegova šaputava atmosfera ne štiti planet od bombardiranja radijacije sa Sunca. Ali pokazatelji su da na Marsu uvjeti nisu uvijek bili ovako. Iz orbite su vidljivi kanali i zamršeni dolinski sustavi koji su, čini se, urezani tekućom vodom.
Desetljećima su planetarni znanstvenici raspravljali o tome jesu li se te osobine formirale tijekom kratkih, vlažnih razdoblja uzrokovanih kataklizmičkim događajima poput masovnog udara asteroida ili iznenadne klimatske nesreće ili su se formirale tijekom milijuna godina kada je Mars mogao biti neprekidno topao i vlažan. Većina dosadašnjih dokaza je dvosmislena; te su se osobine mogle oblikovati bilo kako bilo. Ali prije nekoliko milijardi godina, da su postojale rijeke i oceani, baš kao i na Zemlji, život bi se mogao zavladati.
Roveri
Rover Curiosity četvrta je mobilna svemirska letjelica koju je NASA poslala na površinu Marsa. Prvi je rover s 10 kilograma (10,6 kg) nazvan Sojourner koji je 4. srpnja 1997. sletio na obalu kamene marsijske ravnice. Otprilike veličine mikrovalne pećnice, Sojourner dug dva metra (65 cm) nikada nije prešao udaljen više od 40 stopa od svoje zemaljske stanice i bazne stanice. Rover i lander zajedno su činili Pathfinder misiju, koja bi trebala trajati oko tjedan dana. Umjesto toga, trajalo je gotovo tri mjeseca, a dvojac je vratio 2,6 gigabita podataka, izvadivši više od 16.500 slika s landera i 550 slika s rovera, kao i kemijska mjerenja stijena i tla i proučavajući Marsovu atmosferu i vremenske prilike. Identificirali su tragove toplije i vlažnije prošlosti Marsa.
Misija se dogodila kada je Internet tek stekao popularnost, a NASA je odlučila objaviti fotografije s rovera putem interneta čim budu proslijeđene na Zemlju. Ovo je jedan od najvećih događaja u povijesti mladog interneta, s tim da je NASA-ina web stranica (i zrcalna mjesta postavljena za veliku potražnju) primila više od 430 milijuna pregleda u prvih 20 dana nakon slijetanja.
I Pathfinder je koristio neobičan sustav slijetanja. Umjesto da se potisnici pritisnu na površini, inženjeri su napravili sustav divovskih zračnih jastuka za okruženje i zaštitu svemirskog broda. Nakon korištenja konvencionalnog sustava ulaza s raketama, toplinskog štitnika, padobrana i potiskivanja, zračni se jastuci napuhavaju i kokosirana zemlja je spuštena sa stopala (30 m) iznad zemlje. Prelazeći nekoliko puta preko površine Marsa poput divovske kugle za plažu, Pathfinder se na kraju zaustavio, zračni jastuci su se razbuktali i sletište se otvorilo da bi rover mogao izaći.
Iako to može zvučati kao luda strategija slijetanja, to je uspjelo tako dobro da je NASA odlučila koristiti veće verzije zračnih jastuka za sljedeću rover misiju: dva identična rovera nazvana Spirit and Opportunity. Marsovi istraživački roveri (MER) otprilike su veličine kosilice za jahanje, dugačke 1,6 metra, tešku oko 400 kilograma (185 kilograma). Spirit je uspješno sletio blizu Marsovog ekvatora 4. siječnja 2004. godine, a tri tjedna kasnije Opportunity je odskočio s druge strane planeta. Cilj MER-a bio je pronaći dokaze o prošloj vodi na Marsu, a oba su rovera pogodila jackpot. Među mnogim nalazima Opportunity je pronašao drevne izdanke stijena koji su nastali u tekućoj vodi, a Spirit je pronašao neobične silicijeve stijene u obliku karfiola koje naučnici još uvijek proučavaju, ali mogu dati tragove potencijalnom drevnom Marsovskom životu.
Nevjerojatno, pri ovom pisanju (2016), rover Opportunity još uvijek radi, vozi više od maratona (26 milja / 42 km) i nastavlja istraživati Mars na velikom krateru nazvanom Endeavour. Duh je, međutim, podlegao gubitku snage tijekom hladne marsovske zime 2010. godine nakon što se zaglavio u pješčanoj zamci. Dva su veslača daleko nadmašila planirani životni vijek od 90 dana.
Nekako, svi su roveri razvili izrazitu "ličnost" - ili, možda je bolji način da to shvate ljudi dodijeljena ličnosti robotima. Spirit je bio problematično dijete i kraljica drame, ali morao se boriti za svako otkriće; Prilika, privilegirana mlađa sestra i izvođač zvijezda, jer su joj se, čini se, činili novi nalazi. Duh i prilika nisu bili stvoreni da budu divni, ali šarmantni veslači osvojili su mašta i o djeci i iskusnim svemirskim veteranima. Voditelj projekta MER John Callas jednom je nazvao rovare "najslađim stvarima u Sunčevom sustavu." Dok su dugovječni, lukavi veslači nadvladavali opasnosti i opasnosti, svakodnevno su s Marsa slali razglednice. I Zemljani su ih voljeli zbog toga.
Znatiželja
Dok je to već dugo na našem svemirskom popisu obaveza, još nismo smislili kako poslati ljude na Mars. Potrebne su nam veće i naprednije rakete i svemirske letjelice, bolja tehnologija za stvari poput životne potpore i uzgoja vlastite hrane i stvarno nemamo mogućnost spuštanja jako velikih korisnih tereta potrebnih za stvaranje ljudskog naselja na Marsu.
Ali u međuvremenu - dok pokušavamo sve to shvatiti - poslali smo na Crvenu planetu robotski ekvivalent ljudskog geologa. Automobil veličine Curiosity-a rover je naoružan nizom od sedamnaest kamera, vježbom, čašom, ručnim lećama, pa čak i laserom. Ti alati nalikuju opremi koju geolozi koriste za proučavanje stijena i minerala na Zemlji. Uz to, ovaj rover oponaša ljudsku aktivnost planinskim penjanjem, jedenjem (figurativno rečeno), savijanjem svoje (robotske) ruke i uzimanjem selfija.
Ovaj rotirani robotski geolog ujedno je i pokretni laboratorij kemije. Deset instrumenata na roveru pomažu u potrazi za organskim ugljikom koji bi mogao ukazivati na sirovinu potrebnu za život i „njušiti“ marsovski zrak pokušavajući osjetiti miris ako postoje plinovi poput metana - što bi moglo biti znak života -. Curiosity-ova robotska ruka nosi švicarsku armiju noževa naprava: povećalo, objektiv sličan objektivu, spektrometar za mjerenje kemijskih elemenata i bušilicu za umetanje unutar stijena i unošenje uzoraka u laboratorije pod nazivom SAM (Sample Analysis at Mars) i) i CheMin (Kemija i mineralogija). ChemCam laser može isparavati stijenu s udaljenosti do 7 metara i identificirati minerale iz spektra svjetlosti koji se emitira iz raspaljene stijene. Vremenska stanica i monitor zračenja zaokružuju uređaje na brodu.
Pomoću ovih kamera i instrumenata, rover postaje oči i ruke međunarodnom timu od oko 500 znanstvenika koji rade na Zemlji.
Dok su prethodni Mars roveri koristili solarne nizove za skupljanje sunčeve svjetlosti za napajanje, Curiosity koristi RTG poput New Horizonsa. Električna energija stvorena iz RTG-a više puta pokreće litij-ionske baterije koje se mogu puniti, a RTG-ova se toplina također unosi u roverovo kućište kako bi unutrašnjost bila elektronska.
S obzirom na veličinu i težinu Curiositya, sustav slijetanja zračnih jastuka kakve su koristili prethodni roveri nije dolazilo u obzir. Kao što je objasnio NASA-in inženjer Rob Manning, "Ne možete odskakati nešto tako veliko." Nebeska dizalica je hrabro rješenje.
Znatiželja znatiželje: otkriti kako se Mars razvijao milijardama godina i utvrditi je li nekada - ili čak sada - sposoban podržati život mikroba.
Znatiželja je znatiželja za istraživanje: 5,5 km (3,4 km) - visoki planinari sa Marsa nazivaju planinu Mt. Oštar (formalno poznat kao Aeolis Mons) koji sjedi usred Gale Cratera, udarnog bazena promjera 96 kilometara (155 km).
Gale je izabran sa 60 kandidatskih mjesta. Podaci iz orbite oko svemirske letjelice utvrdili su da planina ima desetak slojeva sedimentne stijene, možda izgrađene tijekom milijuna godina. Ti su slojevi mogli ispričati priču o Marsovoj geološkoj i klimatskoj povijesti. Uz to, čini se da i planina i krater imaju kanale i druge značajke koje izgledaju kao da su isklesane tekućom vodom.
Plan: MSL bi sletio u niži, ravneji dio kratera i pažljivo bi krenuo prema gore do planine, proučavajući svaki sloj, u osnovi obilazeći epohe Marsove geološke povijesti.
Najteži dio bi bio tamo. A MSL-ov tim imao je samo jednu priliku da to ispravi.
Noć slijetanja
Znatiželjno slijetanje 5. kolovoza 2012. bilo je jedno od najiščekivanijih svemirskih istraživanja sveobuhvatne povijesti. Milijuni ljudi gledali su kako se događaji odvijaju na mreži i na TV-u, a feedovi na društvenim mrežama zasušeni su ažuriranjima. Hrana NASA TV-a iz kontrole misije JPL-a emitirana je uživo na ekranima na njujorškom Vremenskom kvadratu i na mjestima širom svijeta koja su domaćinima „slijetanju stranaka“.
Ali epicentar akcije bio je u JPL-u, gdje su se stotine inženjera, znanstvenika i NASA-inih dužnosnika okupili u JPL-ovom pogonu za svemirske letove. EDL tim - svi koji nose odgovarajuće svijetloplave polo majice - nadzirao je računalne konzole pri kontroli misije.
Dva člana tima istakla su se: voditelj ekipe EDL-a Adam Steltzner - koji nosi kosu u Elvisovom pompadouru - koračao je naprijed-natrag između redova konzola. Direktor leta Bobak Ferdowski sporno je obradio zvijezde i pruge Mohawk. Očito je da su u dvadeset prvom stoljeću egzotične frizure zamijenile crne naočale iz 1960-ih i džepne štitnike za NASA-ove inženjere.
U vrijeme slijetanja, Ashwin Vasavada bio je jedan od znanstvenika koji je dugo služio u misijskom timu, pridružio se MSL-u kao zamjenik znanstvenika za projekte 2004. godine, kada je rover bio u izradi. Tada je veliki dio posla Vasavade radio s instrumentnim timovima na dovršetku ciljeva svojih instrumenata i nadzirao tehničke timove kako bi pomogao razviti instrumente i integrirati ih s roverom.
Svaki od deset odabranih instrumenata doveo je tim znanstvenika, pa je s inženjerima, dodatnim osobljem i studentima stotine ljudi pripremilo rover za lansiranje. Vasavada je pomogao koordinirati svaku odluku i modifikaciju koje bi mogle utjecati na eventualnu znanost napravljenu na Marsu. Tijekom slijetanja, međutim, mogao je samo gledati.
"Bila sam u sobi pored vrata s kontrolnom sobom koja se prikazivala na TV-u", rekao je Vasavada. "Za slijetanje nisam mogao ništa učiniti osim shvatiti posljednjih osam godina svog života i čitava moja budućnost je bila jahanje na tih sedam minuta EDL-a."
Osim toga, činjenica da nitko neće znati stvarnu sudbinu rovera sve do 13 minuta nakon činjenice zbog vremena kašnjenja radija, dovelo je do osjećaja bespomoćnosti za sve u JPL-u.
"Iako sam sjedio u stolici", dodao je Vasavada, "mislim da sam bio mentalno uvijen u položaj fetusa."
Dok se Curiosity približavao Marsu, tri druge veteranske svemirske letjelice koje su već okruživale planet, premjestile su se u položaj kako bi mogle voditi računa o novonastalom MSL-u dok je prenosio informacije o svom statusu. Isprva je MSL komunicirao izravno s antenama Deep Space Network (DSN) na Zemlji.
Kako bi telemetrija sa svemirskog broda bila što pojednostavljena tijekom EDL-a, Curiosity je poslao 128 jednostavnih, ali različitih tonova koji ukazuju na to kada su aktivirani koraci u procesu slijetanja. Allen Chen, inženjer u kontrolnoj sobi najavio je svaki čim su stigli: jedan je zvuk ukazivao da je svemirski brod ušao u Marsovu atmosferu; drugi je dao znak da su potisnici ispaljeni, vodeći svemirski brod prema Gale Crateru. Usmjereno pljeskanje i osmijesi dolazili su iz tima u Mission Control u ranim tonovima, a emocije su se povećavale kako se svemirski brod približavao i približavao površini.
Djelomično kroz silazak, MSL je otišao ispod marsovskog horizonta, izlažući ga komunikaciji sa Zemljom. Ali tri orbitera - Mars Odyssey, Mars Reconnaissance Orbiter i Mars Express - bili su spremni za snimanje, snimanje i prenošenje podataka DSN-u.
Bez obzira na to, tonovi su neprestano dolazili na Zemlju dok se svaki korak slijetanja besprijekorno nastavljao. Padobran je raspoređen. Toplinski štit se srušio. Ton je označavao pozornicu spuštanja kojom je rover pustio padobran, drugi je pokazivao let s pogonom i spuštanje prema površini. Još jedan ton značio je da je Sky Crane počeo spuštati rover na površinu.
Došao je ton koji upućuje na to da su Curiosityovi kotači dotakli površinu, ali čak ni to nije značilo uspjeh. Tim je morao osigurati da manevar Sky Crane leti.
Zatim je došao ton koji su čekali: "Dodir je potvrđen", obradovao se Chen. "Na Marsu smo sigurni!"
Pandemonium i radost izbili su u JPL-ovoj kontroli misije, na stranicama odredišne stranke i na društvenim mrežama. Činilo se da se svijet u tom trenutku zajedno proslavio. Prekoračenja troškova, kašnjenja, sve negativne stvari ikada izrečene o misiji MSL nestale su s trijumfom slijetanja.
"Dobrodošli na Mars!" direktor laboratorija za mlazni pogon, Charles Elachi, rekao je na konferenciji za novinare nakon dramatičnog obračuna: "Večeras smo sletjeli, sutra krećemo u istraživanje Marsa. Naša znatiželja nema granica. "
"Sedam minuta je zapravo prošlo jako brzo", rekao je Vasavada. "Bilo je gotovo prije nego što smo to znali. Tada su svi skakali gore-dolje, iako je većina nas još uvijek obrađivala to tako uspješno. "
Da je slijetanje išlo tako dobro - uistinu savršeno - možda je zapravo šokiralo neke od ekipa u JPL-u. Iako su nekoliko puta uvježbavali radoznalo slijetanje, nevjerojatno, nikad nisu uspjeli spustiti vozilo u svojim simulacijama.
"Pokušali smo ga precizno ponoviti", rekao je Vasavada, "tako da je sve bilo sinkronizirano - i telemetrija koju smo simulirali da će doći iz svemirske letjelice, zajedno s stvaranim animacijama u stvarnom vremenu. Bila je to prilično složena stvar, ali zapravo nikada nije uspjela. Dakle, stvarno, stvarno slijetanje bilo je prvi put kada je sve radilo kako treba. "
Znatiželja je programirana da odmah fotografira okolicu. U roku od dvije minute od slijetanja, prve su slike zračile na Zemlju i isplivale na zaslone gledanja JPL-a.
"Namještali smo orbiti da slijeću tijekom slijetanja, ali nismo znali da li će njihova relativna veza trajati dovoljno dugo da se početne slike sruše", rekao je Vasavada. "Prve su slike bile prilično hrapave, jer su zaštitne navlake još uvijek bile na kamerama, a potisnici su podigli puno prašine na naslovnice. U stvari to nismo mogli vidjeti, ali ipak smo skakali gore-dolje jer su to slike s Marsa. "
Iznenađujuće, jedna od prvih slika pokazala je upravo ono što je rover poslao na proučavanje.
"Sletjeli smo s kamerama u osnovi okrenutim izravno na planinu Mt. Oštro ", rekao je Vasavada i odmahnuo glavom. "Na snimku HazCam-a (kamera za opasnosti), između kotača, snimili smo ovaj prekrasan snimak. Bila je planina. Bio je to kao pregled cjelokupne misije, ispred nas. "
Sutra: 2. dio "Roving Mars sa znatiželjom", s "Živjeti na Marsovom vremenu" i "Otkrića"
"Nevjerojatne priče iz svemira: zakulisni pogled na misije koje mijenjaju naš pogled na kozmos" objavljuje Page Street Publishing, podružnica Macmillana.
