Mars 2020

 

Zdjęcie: NASA/JPL-Caltech

 

Amerykański łazik Perseverance to następca łazika Curiosity, który działa na powierzchni Czerwonej Planety od 2012 roku. Pojazd bazuje na konstrukcji poprzednika, ale ma udoskonalony system jezdny i nowe ładunki naukowe do szukania potencjalnych oznak dawnego życia na planecie oraz testowania technologii dla przyszłych misji załogowych.

 

Kalendarium misji

 

30 lipca 2020 r. - start misji na rakiecie Atlas V

14 sierpnia 2020 r. - manewr korekcji trajektorii TCM-1

30 września 2020 r. - manewr korekcji trajektorii TCM-2

 

O misji

Mars 2020 to misja programu zdalnej eksploracji Marsa NASA Mars Exploration Program. Największym wyróżnikiem naukowym tej misji jest skupienie już nie na samych badaniach czy w przeszłości na Marsie występowały warunki sprzyjające życiu mikroorganizmów, ale na bezpośrednim szukaniu potencjalnych śladów, jakie to życie mogło pozostawić na powierzchni planety.

 

Misja ma cztery ogólne cele naukowe:

• Ustalenie czy na Marsie istniało kiedykolwiek życie,
• scharakteryzowanie marsjańskiego klimatu,
• badania marsjańskiej geologii,
• przygotowanie do przyszłych misji załogowych na Marsa.

 

Aby osiągnąć trzy pierwsze cele NASA ustaliła następujące cele szczegółowe misji:

• zrozumienie geologii miejsca lądowania łazika,
• ustalenie czy Krater Jezero mógł mieć warunki sprzyjające prostym formom życia i poszukanie śladów takiego dawnego życia,
• zebranie i zabezpieczenie próbek, reprezentujących różnorodność geologiczną krateru, do zabrania na Ziemię w przyszłej misji.

 

Cel przygotowania do przyszłych misji załogowych ma zostać uzyskany poprzez następujące cele szczegółowe:

• demonstracja technologii pozyskującej tlen z atmosferycznego dwutlenku węgla,
• zbadanie jak pył atmosferyczny na Marsie może wpływać na technologię i działanie przyszłych systemów wsparcia życia,
• zbadanie pogody marsjańskiej i tego jak może wpływać na astronautów,
• zbadanie procesu wejścia w atmosferę i lądowania, co może pomóc w projektowaniu przyszłych systemów załogowych.

 

Łazik Mars 2020 zostanie wyposażony w system, który umożliwi pobranie próbek marsjańskiej ziemi i przechowanie ich w specjalnych kontenerach, które mają zostać sprowadzone na Ziemię podczas kolejnych misji.

Budowa łazika

Łazik Perseverance bazuje na konstrukcji działającego obecnie na powierzchni Marsa łazika Curiosity. Pojazd ma około 3 m długości (nie licząc ramienia robotycznego), 2,7 m szerokości i 2,2 m wysokości. Jego całkowita masa wynosi 1070 kg.

 

System jezdny łazika, podobnie jak w przypadku Curiosity składa się z sześciu kół, każdy zasilany własnym silnikiem. Możliwość sterowania posiadają dwa przednie i dwa tylne koła. Koła mają średnicę 52,5 cm i są wykonane z aluminium. Nogi składające się na strukturę jezdną są wykonane z tytanu.

 

Korpus pojazdu ma kształt prostopadłościanu i jego głównym zadaniem jest ochrona komputera pokładowego, elektroniki i części instrumentów naukowych. Do korpusu przymocowane jest ramię robotyczne, podobne do tego wykorzystywanego w łaziku Curiosity. Funkcjonalna końcówka ramienia jest jednak większa i ma zamontowane inne instrumenty naukowe.

 

Z korpusu wychodzi też maszt, na którym zamontowane są kamery nawigacyjne i spektrometr do analizy chemicznej SuperCam.

 

Łazik zasilany będzie radioizotopowym generatorem termoelektrycznym (MMRTG) stworzonym przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych. Urządzenie zamienia energię cieplną pochodzącą z izotopu plutonu-238 na energię elektryczną, która ładuje dwie główne baterie łazika mocą 110 W. Część ciepła jest przekazywana do systemu kontroli termalnej odpowiedzialnej za utrzymywanie sprzętu łazika w odpowiednich temperaturach pracy.

 
Łazik będzie komunikował się przez większość czasu za pośrednictwem cylindrycznej anteny niskiego zysku pasma UHF, która będzie przesyłać dane na Ziemię przez orbitery marsjańskie: MAVEN, MRO i TGO. Antena wysokiego zysku pasma X umieszczona z tyłu pokładu łazika posłuży do wysłania komend do pojazdu z Ziemi. Do sytuacji awaryjnych, przy odpowiedniej odległości od Ziemi i jej widoczności można też użyć anteny niskiego zysku pasma X.

 
Rozwój i budowa łazika Perseverance kosztowała NASA około 2,4 mld dolarów. Dodatkowo prowadzenie misji będzie kosztować w podstawowym czasie 300 milionów dolarów.

Model łazika Mars 2020. Źródło: JPL/Caltech.

Instrumenty naukowe

Łazik Mars 2020 zabierze na pokładzie siedem instrumentów naukowych.

 

• MASTCAM-Z - zestaw kamer, które będą stanowić "oczy" łazika. W odróżnieniu od poprzednika kamera masztowa będzie zdolna wykonywać zbliżenie optyczne. Zestaw umożliwi także wykonywanie filmów w wysokiej rozdzielczości oraz obrazów stereoskopowych i panoramicznych.
• MEDA (Mars Enviromental Dynamics Analyzer) - stacja pogodowa zamontowana na korpusie pojazdu i maszcie. Umożliwi pomiary kierunku i prędkości wiatru, temperatury, wilgotności, ciśnienia oraz promieniowania. W ramach zestawu zamontowano też kamerę SkyCam, która będzie patrzeć w niebo i ma zbadać jak cząsteczki zawieszone w powietrzu i aerozole wpływają na światło słoneczne docierające do powierzchni.
• MOXIE (Mars Oxygen ISRU Experiment) - demonstrator technologii wytwarzania tlenu z marsjańskiej atmosfery. Tlen ten możnaby w przyszłych misjach wykorzystać jako utleniacz paliwa rakietowego do misji powrotnych czy oddychania.
• PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry) - spektrometr fluorescencji rentgenowskiej z rejestracją obrazu wysokiej rozdzielczości. Pozwoli na wykonanie dokładnych analiz chemicznych skał i gruntu. Może to pozwolić w ustaleniu sposobu formacji związków chemicznych na skałach i ustaleniu czy mogłyby one mieć charakter biologiczny.
• RIMFAX (Radar Images for Mars' Subsurface Exploration) - georadar przeznaczony do pierwszych w historii pomiarów w wysokiej rozdzielczości profilu skał pod powierzchnią planety.
• SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics and Chemicals) - spektrometr ramanowski do badania minearologii skał i wykrywania związków organicznych. Urządzenie zostało dodatkowo wyposażone w kamerę WATSON do rejestrowania mikroskopowych obrazów skał i powierzchni.
• SuperCam - spektrometr laserowy do analizy chemicznej i mineralnej skał oraz pomiarów atmosferycznych. SuperCam to następca instrumentu ChemCam, wzbogacony o możliwości analizy minerałów i cząsteczek oraz rejestrowanie kolorowego obrazu.

 

System zbierania próbek

 

System zamykania i przechowywania próbek na łaziku Perseverance. Źródło: NASA/JPL-Caltech.

 

Łazik Perseverance zbierze próbki skał i ziemi z różnych miejsc swoich działań, zabezpieczone tubki pozostawi na Marsie, do zabrania przez przyszłą misję. Praca nad próbkami może zostać podzielona na trzy etapy:

 

1. Zebranie próbki
2. Zabezpieczenie próbki i przechowywanie na pokładzie łazika
3. Pozostawienie próbki na powierzchni

 

Pod korpusem łazika znajduje się cały system przeznaczony do zebrania i przechowania próbek. Jest tam umieszczona specjalna platforma obrotowa z różnymi wiertłami oraz zestaw 43 tub. Przynajmniej 20 z nich ma być uzupełnionych.

 

Duże ramie robotyczne łazika będzie wykonywało odwierty, a materiał z odwiertów trafiał będzie do tubek operowanych przez niewielkie ramię systemu zbierania próbek. Po umieszczeniu próbki małe ramię robotyczne umieści tubkę w systemie, który ją hermetycznie zamknie i schowa pod "brzuchem" pojazdu. Próbki zostaną wypuszczone w jednym albo kilku wyznaczonych miejscach.

 

Helikopter Ingenuity

 

Ilustracja drona Ingenuity po wypuszczeniu przez łazik Perseverance. Źródło: NASA/JPL-Caltech.

 

Na łaziku Perseverance poleciał też pierwszy międzyplanetarny dron autonomiczny Ingenuity. Urządzenie jest demonstratorem technologii, który ma pokazać, czy możliwa jest eksploracja Marsa poprzez latanie w jego rzadkiej atmosferze.

 

Dron ma wysokość 49 cm, a podwójne śmigła mają rozpiętość 1,2 m. Całość ma masę 1,8 kg i jest zasilana przez panele słoneczne. Ingenuity będzie wykonywał loty autonomicznie - po wgraniu planu lotu za pośrednictwem łazika, dron będzie wykonywał lot bez ingerencji naziemnej kontroli misji. Na dronie umieszczono dwie kamery: jedną kolorową i jedną czarno-białą oraz czujniki nawigacyjne z komputerem pokładowym.

 

 

Profil misji

Ilustracja: NASA/JPL-Caltech.

Podczas lotu łazika Perseverance w kierunku Marsa inżynierowie będą na bieżąco sprawdzali działanie wszystkich systemów pojazdu. W tym czasie zostaną też skalibrowane niektóre z instrumentów. Statek będzie cały czas orientowany tak, by utrzymywać komunikację z Ziemią i utrzymywać zasilanie z paneli słonecznych.

 

Podczas lotu międzyplanetarnego wystąpi pięć okazji na korekcje trajektorii (i dwie dodatkowe zapasowe możliwości). Korekcja jest potrzebna, by dokładnie wycelować w planowane miejsce lądowania łazika na powierzchni. Ostatnie 45 dni przed lądowaniem to będzie już faza zbliżania, w której zostaną przeprowadzone ostatnie przygotowania do wejścia w atmosferę i miękkiego lądowania.

 

Łazik Perseverance został wyposażony w podobny system lądowania co jego poprzednik Curiosity. Lądowanie można podzielić na kilka etapów.

 

W pierwszym kapsuła wchodzi w atmosferę planety i chroni łazik przed wysokimi temperaturami. Kapsuła wejściowa została tak skonstruowana, by mieć siłę nośną i sterować w pewnym zakresie miejscem lądowania.

 

11 km nad powierzchnią Ziemi otworzy się zestaw spadochronów, który dalej wyhamuje statek. Później odrzucona zostanie dolna osłona termiczna. Następnie od górnej pokrywy kapsuły odłączy się rakietowy moduł zniżania (zwany też podniebnym żurawiem), do którego przymocowany będzie łazik.

 

Krótko po tym odpalony zostanie zestaw ośmiu silników rakietowych na żurawiu, by dalej wyhamować i wybrać dogodne miejsce lądowania. Tuż nad ziemią stopień zniżania wypuści na linach łazik, kontynuując obniżanie na włączonych silnikach rakietowych. Gdy koła łazika dotkną ziemi, linie żurawia zostaną przecięte, a sam stopień oddali się od pojazdu o co najmniej 150 m.

 

 

Najważniejsze artykuły

 

Łazik Perseverance w drodze na Marsa

 

Kolejny łazik marsjański gotowy do startu

 

Kolejny łazik marsjański NASA nazwany Perseverance

 

11 milionów nazwisk na pokładzie łazika marsjańskiego Perseverance
 

 

Materiały zewnętrzne

• oficjalna strona misji