Łazik Perseverance cierpliwie czeka na rozpoczęcie na dobre naukowej fazy misji. W ostatnich tygodniach obserwował poczynania autonomicznego drona Ingenuity, który poradził sobie świetnie w atmosferze marsjańskiej i sprawił, że zespół misji wymyślił dla niego nowe zadania.
To już trzeci odcinek z podsumowaniem działania łazika Perseverance na powierzchni Marsa. Ostatni zakończyliśmy na przygotowaniach do wypuszczenia drona Ingenuity na powierzchnię Marsa. Pierwszy marsjański helikopter został przywieziony na Marsa przez łazik Perseverance i całą drogę podróżował pod korpusem pojazdu.
Zaczniemy od relacji z trwającego kilka dni procesu wypuszczenia drona na powierzchnię.
Podczas 30. dnia marsjańskiego (Sol 30) misji odrzucono od łazika osłonę, która chroniła dron od odłamków skalnych podczas lądowania. Agencja wyznaczyła też w marcu strefę, w obrębie której mają być przeprowadzane eksperymenty lotne.
Przez kolejne dni przeprowadzana była ścisła sekwencja działań mających na celu wypuszczenie drona. W końcu 3 kwietnia helikopter został odczepiony od korpusu i spadając o około 10 cm wylądował na własnych czterech nogach na powierzchni. Od razu po wypuszczeniu łazik odjechał od drona, by dać jego panelom słonecznym dostęp do energii słonecznej w celu naładowania baterii.
Na powyższej mapie, na której zaznaczona jest trasa łazika aż do 3 maja 2021 r., widać też miejsce wypuszczenia drona (na żółto). Do tej pory Perseverance przejechał około 300 m i w tej chwili pozostaje w obszarze nazwanym Van Zyl Overlook, skąd obserwowane były dotychczas wszystkie testowe loty drona.
Pierwszy raport pogodowy z Krateru Jezero
19 lutego, tuż po wylądowaniu instrument pogodowy MEDA na łaziku Perseverance został włączony po raz pierwszy. Na początku kwietnia zespół misji łazika podzielił się pierwszym raportem pogodowym z Krateru Jezero. W ciągu 30 minut wykonywania pomiaru podczas dnia temperatura powietrza wyniosła -20 st. C, powietrze było nieco czystsze niż w tym samym czasie w Krateru Gale'a, gdzie znajduje się stacja pogodowa na łaziku Curiosity.
Biężący raport pogodowy łazika Perseverance można zobaczyć poniżej:
Historyczny lot w atmosferze Marsa
Po wypuszczeniu drona minęło kilka dni na sprawdzaniu, czy przetrwa on marsjańską noc. Trzeba było sprawdzić, czy podgrzewacze elektroniki i baterii zadziałają, tak jak powinny i czy akumulatory przejdą pierwsze cykle ładowania bez utraty sprawności.
Podczas gdy dron przechodził pierwsze stacjonarne testy, łazik Perseverance oddalił się do punktu obserwacyjnego nazwanego Van Zyl Overlook – ku czci kolegi z zespołu misji Jakoba van Zyla, który nieoczekiwanie zmarł miesiąc po starcie łazika.
5 kwietnia zespół misji poinformował, że Ingenuity przetrwał pierwszą noc. Przesłane zostały też pierwsze zdjęcia wykonane z bliska przez łazik helikopterowi.
Źródło: NASA/JPL-Caltech.
W następnych dniach dostrajano system kontroli termicznej, by uzyskać optymalne parametry pracy elektronika drona. Potem nadszedł czas na testy wirników. 7 kwietnia podczas Sol 47 odblokowano wirniki w przygotowaniu na te testy. 9 kwietnia test rozruchu wirników do dużych prędkości zakończył się błędem oprogramowania. Procedura zakończyła się przedwcześnie z powodu wykrycia błędu w komputerze pokładowym podczas przechodzenia z trybu przed lotem do trybu programu lotu.
Niewielki błąd spowodował konieczność dokonania niewielkich zmian w kodzie oprogramowania odpowiadającego za kontrolę lotu. Modyfikacja zmieniała sposób uruchamiania się komputerów kontroli lotu (dwóch procesorów – głównego i zapasowego).
Poprawki po testach naziemnych wysłano do drona i rozpoczęto przygotowania do pierwszego lotu.
Dron Ingenuity przeszedł do historii 19 kwietnia – wykonał swój pierwszy lot w atmosferze Marsa. W pierwszym locie Ingenuity wzniósł się na wysokość 3 m, pozostał na tej wysokości przez około 30 sekund i następnie zniżył się, aby wylądować w miejscu startu. Profil lotu został wykonany zgodnie z planem i Ingenuity był w powietrzu łącznie przez 39 sekund.
Pierwszy tlen wytworzony na Marsie
20 kwietnia, podczas 60. dnia marsjańskiego misji przeprowadzono pierwszy w historii test technologii wykorzystującej zasoby innej planety (ISRU – In-Situ Resource Utilization). Instrument MOXIE na łaziku wygenerował tlen dzięki dwutlenku węgla występującego w atmosferze Marsa.
Wytwarzanie tlenu z atmosfery marsjańskiej będzie kluczowe przy przeprowadzaniu pierwszych misji załogowych. Technicznie byłoby bardzo ciężko przetransportować tlen z Ziemi, a może on być wykorzystany jako paliwo rakietowe do powrotu astronautów oraz jako zasób do oddychania dla załogi takiej misji.
MOXIE to demonstrator technologii wytwarzania tlenu cząsteczkowego z atmosfery marsjańskiej. Urządzenie pobiera marsjańskie powietrze, kompresuje je i poprzez stałotlenkowe ogniwo paliwowe SOXE rozdziela elektrochemicznie cząsteczki dwutlenku węgla na tlen cząsteczkowy (O2) i tlenek węgla (CO). Następnie wytworzony tlen jest mierzony pod względem wygenerowanej ilości i razem z ubocznymi produktami reakcji i nieprzetworzonym powietrzem wypuszczany ponownie do atmosfery.
Wykres produkcji tlenu w pierwszym eksperymencie urządzenia MOXIE. Po dwóch godzinach rozgrzewania instrumentu zaczęło się generowanie tlenu z marsjańskiej atmosfery. Dwukrotnie podczas tego procesu zmniejszono tempo produkcji w celu przetestowania działania. Łącznie udało się wygenerować 5,4 g tlenu cząsteczkowego. Źródło: MIT Haystack Observatory.
W wyniku pierwszego testowego uruchomienia MOXIE wygenerowało około 5 gramów tlenu. To wystarczyłoby do oddychania dla jednego astronauty przez 10 minut. Docelowo MOXIE może wytwarzać nawet 10 g tlenu na godzinę. Urządzenie wymaga jednak dużej ilości energii elektrycznej, potrzebnej głównie do uzyskania roboczej temperatury elektrokatalizy wynoszącej 800 stopni Celsjusza.
MOXIE będzie jeszcze podczas całej misji uruchomiony co najmniej 9 razy. Testy urządzenia podzielone są na trzy fazy. Teraz trwa pierwsza, w której sprawdzane jest, czy MOXIE działa i jak działa w rzeczywistych warunkach atmosfery Marsa. W drugiej fazie sprawdzana będzie wydajność instrumentu w różnych warunkach pogodowych, różnych porach dnia i nocy. W ostatniej fazie inżynierowie poeksperymentują z trybami pracy i porównają działanie MOXIE z różnymi parametrami, na przykład przy kilku różnych temperaturach pracy.
Kolejne trzy udane loty
22 kwietnia, trzy dni po pierwszym locie, dron Ingenuity wzbił się drugi raz w powietrze. Lot trwał 52 sekundy i polegał na wzniesieniu się na wysokość 5 m, a następnie przechyleniu się na tej wysokości o 5 stopni i wykonaniu lotu poziomego 2 metry w bok i z powrotem.
Łazik Perseverance przyglądał się drugiemu lotowi z punktu obserwacyjnego Van Zyl Overlook, około 64 m od miejsca startowego drona. Kamery na maszcie MastCam-Z oraz NavCam dokumentowały próbę. Lot powiódł się w pełni. Dron nie tylko przetrwał próbę, ale też wykonał wszystkie manewry w przewidziany sposób.
Zdjęcie cienia drona Ingenuity wykonane przez jego kamerę nawigacyjną podczas drugiego testowego lotu. Źródło: NASA/JPL-Caltech.
Drugie kolorowe zdjęcie wykonane przez drona Ingenuity, podczas drugiego lotu próbnego. Źródło: NASA/JPL-Caltech.
Kolejny, trzeci lot dron Ingenuity wykonał już 25 kwietnia. Tym razem profil próby był dużo bardziej wymagający. Statek znów wzniósł się na wysokość 5 metrów, ale tym razem wykonał daleki lot poziomy, na odległość 50 m w jednym kierunku i z powrotem. W locie poziomym dron poleciał z prędkością 2 m/s – cztery razy szybciej niż przy poprzedniej próbie.
Lot trwał tym razem 80 sekund. Dron miał polecone wykonać większą ilość zdjęć swoimi kamerami, w tym kolorową kamerą. Czarno-biała kamera nawigacyjna po raz pierwszy została przetestowana w warunkach marsjańskich, w tak długim locie poziomym. Na Ziemi symulowane warunki marsjańskie w komorze próżniowej umożliwiły tylko wykonywanie prób na długość paru metrów.
Łazik Perseverance (po lewej) i miejsce startu drona Ingenuity (po prawej) widoczne podczas 3. lotu testowego drona Ingenuity. Źródło: NASA/JPL-Caltech.
Już trzeci lot Ingenuity był spektakularny, ale czwarta próba pobiła kolejne rekordy. Helikopter wzbił się w rzadkie powietrze marsjańskie 30 kwietnia, wspiął się na wysokość 5 metrów po czym poleciał na południe. Pokonał w jedną stronę poziomo odległość 133 m. Łącznie w powietrzu spędził 117 sekund.
Przebieg lotu był „perfekcyjny” dla zespołu inżynierów przygotowujących misję. Helikopter wykonał jeszcze więcej zdjęć powierzchni niż przy poprzednich próbach.
Nowa misja drona
Początkowo misja drona Ingenuity miała zakończyć się po 30 dniach marsjańskich. To po to, aby planerzy łazika Perseverance mogli spokojnie przystąpić do wyznaczania celów dla pojazdu i rozpocząć jego misję naukową.
Zdecydowano jednak, aby Ingenuity wykonał jeszcze jeden próbny lot, a później rozpoczął nową misję – zademonstrował możliwości skautowania pobliskiego terenu dla łazika. Dzięki temu, że łazik Perseverance przeszedł testy i kalibrację swoich systemów szybciej niż przewidywano, a sam helikopter zachowuje się lepiej niż oczekiwano, można spróbować wykorzystać go do rejestrowania obrazu terenu z góry i wspomagać proces planowania jazd do najbliższych celów naukowych. Nowa misja helikoptera nie opóźni naukowej fazy Perseverance.
Cień drona Ingenuity zarejestrowany podczas 3. próbnego lotu przez jego kamerę nawigacyjną. Źródło: NASA/JPL-Caltech.
Dzięki Ingenuity będzie można wykonywać obserwacje z góry celów naukowych, pomagać w planowaniu trawersów, wykrywaniu przeszkód terenowych, obrazowania niedostępnych dla łazika miejsc oraz wykonywania zdjęć stereoskopowych do tworzenia map elewacji. Loty będą wykonywane raz na parę tygodni. Po miesiącu zespół oceni przydatność tych operacji i może je przedłużyć maksymalnie do końca sierpnia. Wtedy zespół łazika skupi się na pracy naukowej i przygotowaniu do występującej w październiku koniunkcji Ziemi i Słońca, która uniemożliwi komunikację z łazikiem.
W piątym locie Ingenuity poleci tylko w jedną stronę i wyląduje w nowym miejscu. Jeżeli statek pozostanie działający po tej próbie, wejdzie w nową fazę misji. Powinno do tego dojść za około dwa tygodnie. Nowy etap będzie charakteryzował się lotami w jedną stronę, większą ilością dokładnych manewrów oraz większym wykorzystaniem możliwości obserwacyjnych.
Łazik 26 kwietnia rozpoczął już jazdy mające na celu znalezienie pierwszych celów na zebranie próbek skał. Pierwsze potencjalne miejsce znajduje się na południe od obecnego położenia. Pierwsze kilkaset dni marsjańskich misji będzie poświęcone eksploracji podłogi krateru Jezero – dna pradawnego jeziora. Potem 2 km dalej pojazd skieruje się na północ i zachód w rejon dawnej delty rzecznej.
Więcej informacji:
Na podstawie: NASA
Opracował: Rafał Grabiański
Na zdjęciu tytułowym: Dron Ingenuity uchwycony przez jedną z kamer terenowych HazCam podczas 4. próbnego lotu 30 kwietnia 2021 r. Źródło: NASA/JPL-Caltech.
