18 lutego na powierzchni Marsa w Kraterze Jezero wyląduje amerykański łazik Perseverance. Jak będzie przebiegać te kilka krytycznych minut misji i co pojazd będzie robił pierwszego dnia na Czerwonej Planecie? Zapraszamy na zapowiedź lądowania.
Perseverance to kolejny amerykański łazik wysłany na Marsa. To do tej pory najbardziej skomplikowany pojazd robotyczny wysłany poza Ziemię. Jego misją będzie szukanie potencjalnych śladów dawnego życia na Czerwonej Planecie i przetestowanie technologii, które mogą przydać się w przyszłych załogowych misjach. Za pomocą łazika Perseverance zostaną też zebrane próbki marsjańskich skał, które zostaną w przyszłości zabrane na Ziemię przez inny statek.
Łazik Perseverance poleciał w kierunku Marsa podczas zeszłorocznego okna startowego. W kierunku Marsa wyniosła go 30 lipca 2020 r. rakieta Atlas V. Podczas tego samego dogodnego do lotu na Marsa okna startowały też misje: arabska sonda al-Amal oraz chińska Tianwen 1. Oba statki weszły już na orbitę wokół Marsa. 18 lutego dołączy do nich pojazd Perseverance. Nie będzie on jednak wchodził na orbitę, a wleci bezpośrednio w marsjańską atmosferę i za pomocą spadochronów i silników rakietowych miękko wyląduje na powierzchni. Jak ten manewr będzie wyglądał?
Jak będzie przebiegać lądowanie?
Faza misji nazywana Entry, Descent and Landing (z ang.: Wejście, Zniżanie i Lądowanie) zaczyna się gdy kapsuła z łazikiem wchodzi w atmosferę Marsa z prędkością około 5,4 km/s. Kończy się zaledwie 7 minut później, kiedy pojazd będzie stał na swoich kołach na powierzchni.
Animacja lądowania łazika Perseverance. Źródło: NASA/JPL-Caltech.
Te 7 minut zostało nazwane przy okazji poprzedniej misji łazika Curiosity – 7 minutami grozy (7 minutes of terror). Oba manewry możemy porównać – łazik Perseverance korzysta z tej samej techniki miękkiego lądowania co jego poprzednik w 2012 r., chociaż wprowadzono drobne usprawnienia.
Zobacz też: Jesień 2020 z łazikiem Curiosity. Następny cel: skały siarczanowe [ZDJĘCIA]
Perseverance wyląduje w najtrudniejszym kiedykolwiek wybranym do misji powierzchniowej rejonie Marsa. Jest to szeroki na 45 km krater uderzeniowy Jezero, który wypełniało kiedyś jezioro ciekłej wody i do którego wpływała kiedyś rzeka rozległym systemem delty.
Elipsa obszaru lądowania łazika Perseverance. Źródło: ESA/DLR/FU-Berlin/NASA/JPL-Caltech
Krater usiany jest stromymi klifami, polami z dużymi ostańcami skalnymi, wydmami piaskowymi i mniejszymi kraterami. Aby lądowanie w takim miejscu mogło się powieść konieczne było wprowadzenie usprawnień w stosunku do systemu lądowania łazika Curiosity.
Ściśle zaplanowana sekwencja akcji związanych z lądowaniem zacznie się około 10 minut przed wejściem w marsjańską atmosferę. Od kapsuły, w której zamknięty jest łazik odłączy się o 21:38 czasu polskiego stopień podróżny (cruise stage), który zapewniał pojazdowi zasilanie i wykonywał manewry korekty trajektorii podczas lotu międzyplanetarnego.
O 21:48 statek powinien wejść w atmosferę Marsa. Tutaj do działania przystąpią silniczki manewrowe znajdujące się w kapsule. Za ich pomocą kapsuła będzie kontrolowała autonomicznie swoje wychylenie i sterowała nośnością – po to by jak najdokładniej ustawić miejsce lądowania i zrekompensować naturalne nierówności lokalne w gęstości atmosfery.
Kapsuła z łazikiem podczas lotu w atmosferze Marsa. Źródło: NASA/JPL-Caltech.
Już 75 sekund po wejściu w atmosferę na kapsułę powinny działać maksymalne temperatury. Osłona termiczna zamontowana z przodu powinna osiągnąć temperaturę 1300 stopni Celsjusza.
3 minuty później, około 21:52 nastąpi otwarcie spadochronów kapsuły. Dlaczego nie znamy dokładnej godziny? Tu swoje zadanie będzie wykonywał system Range Trigger (nowość w stosunku do poprzedniego łazika). Komputer pokładowy będzie podczas zniżania mierzył na bieżąco odległość do celu i na tej podstawie sam autonomicznie zdecyduje kiedy spadochron powinien zostać otworzony, by znaleźć się jak najbliżej planowanego punktu dotknięcia powierzchni.
Technika ta umożliwi wylądować nawet 10 razy bardziej precyzyjnie od łazika Curiosity, który już stanowił rewolucję – jego elipsa lądowania była 300 razy mniejsza niż ta pierwszego amerykańskiego łazika Sojourner w 1997 r.
Gdy kapsuła wypuści spadochrony powinna znajdować się na wysokości około 11 km nad powierzchnią, a atmosfera powinna wyhamować ją do prędkości poniżej 450 m/s. 20 sekund po otworzeniu spadochronu spód kapsuły zostanie odrzucony, a radar i kamery na łaziku będą mogły już spoglądać w powierzchnię Marsa.
Tutaj dojdzie do głosu kolejna nowa technologia – Terrain-Relative Navigation. Łazik Curiosity polegał na radarze i informacji o swojej prędkości. Łazik Perseverance będzie jeszcze miał coś na wzór autopilota, który oceni gdzie dokładnie się znajduje, porówna to z zapisanymi mapami terenu i ustali najbliższe miejsce, gdzie można bezpiecznie przyziemić.
Kapsuła z odsłoniętym łazikiem podczas hamowania na spadochronie. Źródło: NASA/JPL-Caltech.
Analizowanie odległości przez radar zacznie się na wysokości 7-8 km, kamery zaczną rejestrować zdjęcia powierzchni i wysyłać je do analizy, gdy łazik znajdzie się 2,2–4,2 km nad powierzchnią. Technologia Terrain-Relative Navigation może zmienić miejsce lądowania nawet o 600 m.
Pod sam koniec pobytu łazika pod wiekiem kapsuły zostanie przeprowadzona ostatnia kalkulacja lokalizacji przez specjalny komputer przeznaczony do analizy obrazów. Dane te zostaną wysłane do komputera łazika i ten podejmie decyzję do jakiego bezpiecznego miejsca należy skierować się w ostatniej fazie lądowania.
Wtedy na wysokości 2,1 km plecak rakietowy z przymocowanym łazikiem odczepi się od górnej połowy kapsuły wiszącej na spadochronie i zacznie się ostatni etap zniżania. Po wyhamowaniu na spadochronie pojazd z plecakiem będzie opadał już z prędkością tylko 300 km/h.
Łazik Perseverance zniżający się na plecaku rakietowym. Źródło: NASA/JPL-Caltech.
8 silników plecaka rakietowego odpali, aby wyhamować pojazd do niemal całkowitego zatrzymania w powietrzu (do prędkości pionowej 3 km/h). Gdy łazik obliczy, że znajduje się około 20 m nad wybranym wcześniej miejscem lądowania zacznie się manewr podniebnego dźwigu (sky crane maneuver). Plecak rakietowy wypuści pojazd na linach około 8 metrów pod sobą, obniży się nieco i jak tylko wykryje, że łazik dotknął powierzchni, odpali materiały pirotechniczne do odcięcia lin i odleci na bezpieczną odległości.
Jeżeli wszystko pójdzie zgodnie z planem to o 21:55 Perseverance powinien stać bezpiecznie na własnych kołach na powierzchni Marsa.
Jak będzie wyglądać komunikacja z łazikiem podczas lądowania?
W komunikację z łazikiem będzie zaangażowana cała flotylla statków wokół Marsa i wiele anten na Ziemi. Oczywiście podczas wykonywania operacji będzie to komunikacja jednokierunkowa - jedynie odbiór informacji wysyłanych przez pojazd.
Główną sondą przygotowaną do przekazywania tych informacji jest amerykański orbiter MRO, który będzie przelatywał nad miejscem lądowania w odpowiednim czasie. Statek dostanie telemetrię podczas wszystkich faz lądowania i dane te będzie od razu przekazywał do anten systemu Deep Space Network. Wiodącą rolę będzie w tym przypadku spełniała antena w Madrycie.
Dodatkowo łazik będzie wysyłał bezpośrednio na Ziemię sygnał radiowy pasma X i UHF. W paśmie X będą to specjalne tony, które po odebraniu przez anteny DSN powiedzą czy pojazd wykonał kluczowe manewry. Sygnał UHF będzie da jedynie informacje czy łazik nadal działa. Nadawanie UHF odbiorą anteny Green Bank Observatory w Wirginii i Effelsberg Observatory w Niemczech. Bezpośrednia transmisja sygnału na Ziemię skończy się tuż po odrzuceniu spodu kapsuły, około minutę przed wylądowaniem. W momencie lądowania Krater Jezero nie będzie już widoczny z Ziemi. Nadal jednak komunikacja będzie następować przez sondę MRO.
Telemetrię będzie też zbierała inna amerykańska sonda MAVEN oraz europejska sonda Trace Gas Orbiter. Dane zebrane przez te statki będą wysłane na Ziemię jednak dopiero kilka godzin po wylądowaniu.
Specjalna strona Uranii poświęcona misji łazika Perseverance
Co po wylądowaniu?
Wizja artystyczna łazika Perseverance na powierzchni Marsa. Źródło: NASA/JPL-Caltech.
W miejscu lądowania łazika będzie wczesne popołudnie, gdy Perseverance dotknie kołami ziemi. Od razu po lądowaniu komputer pokładowy przejdzie z programu przygotowanego na operację zniżania i lądowania do trybu działania na powierzchni.
Jedną z pierwszych czynności będzie wykonanie zdjęć powierzchni przez inżynieryjne kamery omijania przeszkód Hazcam. Jeszcze tego dnia powinniśmy dostać skompresowane zdjęcia w niskiej rozdzielczości, które dadzą pierwsze wskazówki o położeniu pojazdu.
W późniejszym czasie, jeszcze tego samego dnia wysłane zostaną zdjęcia w trochę większej rozdzielczości z tych kamer oraz pierwsze zdjęcia po odsłonięciu osłon przeciwpyłowych z tych kamer.
Następnego poranka powinniśmy dostać pierwsze zdjęcia w wysokiej rozdzielczości kół i zdjęcie zrobione łazikowi przez stopień zniżania podczas operacji lądowania. Kolejne dni przyniosą kolejne zdjęcia miejsca lądowania i stanu łazika, zrobione za pomocą kamer nawigacyjnych Navcam i Mastcam-Z na maszcie.
Przez pierwszych 90 dni marsjańskich misji (1 dzień marsjański – 24 godziny i 39 minut) zespół misji będzie przeprowadzał testy wszystkich podsystemów łazika i upewni się, że zarówno pojazd jak i kontrolujący go zespół jest gotowy do działania.
Rozkładany będzie sprzęt naukowy, kalibrowane instrumenty, sprawdzany system jezdny, a komputer pokładowy na łaziku dostanie aktualizacje oprogramowania.
Jeżeli wszystko pójdzie zgodnie z planem to w przeciągu pierwszych kilku tygodni łazik powinien mieć rozłożony maszt, dużą antenę komunikacyjną, sprawdzone działanie wszystkich instrumentów, rozłożone ramię robotyczne i ramię do zbierania próbek. Pojazd powinien też mieć za sobą pierwszą testową jazdę na odległość około 5 m.
Następnie łazik powinien pojechać do najbliższego płaskiego miejsca, gdzie wypuszczony zostanie dron do wykonania pierwszego kontrolowanego lotu w atmosferze innej niż ziemska.
Opracował: Rafał Grabiański
Na podstawie: NASA
Więcej informacji:
Na zdjęciu: Ilustracja przedstawiająca ostatnią fazę lądowania łazika Perseverance. Źródło: NASA/JPL-Caltech.
