W dniach i godzinach poprzedzających lądowanie łazika Curiosity na Marsie, Adam Steltzner, kluczowa postać tego globalnie oczekiwanego wydarzenia, był często widywany w telewizji, wyjaśniając fizykę delikatnego osadzania jednotonowego robota podróżującego z prędkością 13 200 mil na godzina na posypaną skałami powierzchnię planety. Ciekawość była misją o wartości 2, 5 miliarda dolarów, w którą zaangażowały się setki naukowców i inżynierów, ale Steltzner stał się jej publiczną twarzą i wiele zrobiono z jego zawadiackiego osobistego stylu, od pomadanych włosów po duże sprzączki pasa i sprytne kowbojskie buty - modne wyczucie skały gwiazda, do której kiedyś dążył, i daleko od niej, z centralnego punktu widzenia, z tego, co ludzie uważali za standardową inżynierię NASA.
Z tej historii
[×] ZAMKNIJ
Adam Steltzner może być publiczną twarzą wysiłku Ciekawość, ale jest nieugięty, że to cała jego drużyna zjechała z lądowania. (Zdjęcie kompozytowe: obrazy NASA; ilustracja Brian Smale) 
Steltzner znalazł powołanie podczas gry w zespołach rockowych. Jednej nocy wracając do domu z koncertu, zaczął się zastanawiać, dlaczego konstelacja Oriona się poruszyła. (Kolekcja Adama Seltznera) 
Świętowanie rozmieszczenia spadochronu łazika. (Bill Ingalls / NASA) 
Steltzner i jego zespół witają bohatera na konferencji prasowej po lądowaniu. (Bill Ingalls / NASA) 
Artystyczny rendering „dźwigu nieba” obniżającego ciekawość na powierzchnię Marsa. Nazwa kodowa całej sekwencji lądowania to „Audacity”. (NASA / JPL-Caltech) 
Galeria zdjęć
Potem nadeszła chwila prawdy. Skomplikowana sekwencja manewrów wymyślona i opracowana przez zespół Steltznera zmniejszała prędkość zstępującego łazika, aż można go było bezpiecznie obniżyć na ziemię za pomocą unoszącego się, napędzanego rakietą urządzenia zwanego dźwigiem nieba. Steltzner, podobnie jak miliony innych ludzi na całej planecie, był przyklejony do monitora, obserwując nerwowo, choć w jego przypadku stawką było kulminacja dziewięciu lat intensywnej pracy inżynieryjnej i nie lobbowanie nad wyższymi członkami NASA jego wizja strzał.
„W głębi duszy czekałem, aż coś pójdzie nie tak” - mówi Steltzner. „Byłem racjonalnie pewny siebie i przerażony emocjonalnie”.
Nie był sam. John Holdren, doradca naukowy Białego Domu, podobno był tak zmartwiony, że był prawie fizycznie chory. Mars to Trójkąt Bermudzki eksploracji kosmosu. Tylko 15 z 41 misji wysłanych przez ludzi na Czerwoną Planetę zakończyło się sukcesem. Na przykład w 1999 r. Marsjański orbiter klimatyczny NASA rozpadł się w atmosferze - późniejsza awaria wynikała z niedopasowania inżynierskiego między jednostkami metrycznymi i angielskimi.
Ciekawość lądowania pozwoliła na zerowy margines błędu. A ze względu na opóźnienie radiowe między Ziemią a Marsem, inżynierowie nie byli w stanie kontrolować statku kosmicznego w czasie rzeczywistym. Zamiast tego ciekawość poradziłaby sobie ze swoim zejściem - z każdym manewrem w ułamku sekundy podyktowanym ponad 500 000 linii kodu komputerowego. NASA nazwała to przedsięwzięcie „siedem minut terroru”.
Steltzner przypomina mi białe golonka w jeden gorący dzień w swoim domu w Altadena w Kalifornii, niedaleko swojego biura w Jet Propulsion Laboratory (JPL). Dziś jego najmłodsza córka, Olive, jest chora, a wraz z nieobecną żoną 50-letnią Steltzner pracuje w domu i ma bardziej swobodny wygląd - koszulkę, szorty i sandały - choć włosy w stylu rockabilly wciąż są widoczne.
Udane lądowanie Ciekawości w sierpniu 2012 r. - po miesiącach spekulacji medialnych o tym, czy „zwariowany” plan zadziała - zapewniło tak potrzebną dawkę publicznego entuzjazmu w czasach, gdy wydawało się, że za nim stoją najlepsze dni programu kosmicznego. „Dowodzi to, że nawet najdłuższe szanse nie mogą się równać z naszą wyjątkową mieszanką pomysłowości i determinacji” - powiedział Prezydent Barack Obama. Lub, jak powiedział Stephen Colbert: „My Mars'd it!” Łazik jest największym, najbardziej wyrafinowanym pojazdem, jaki kiedykolwiek wysłano na inną planetę. Dzięki 17 aparatom Curiosity zarejestrowało jedne z najbardziej niezwykłych zdjęć Marsa, jakie kiedykolwiek zostały wykonane (w tym selfie). Wyposażony w wiertło i laser o mocy miliona W, łazik nie pozostawia kamienia obróconego (lub nie odparowanego) podczas badań chemii i geologii planety. Odkrył starożytne potokowe i chemiczne związki - takie jak węgiel, wodór i tlen - które są niezbędne do życia. Poruszając się z prędkością 0, 9 mil na godzinę, mobilne laboratorium dotrze do swojego pierwotnego miejsca docelowego następnej wiosny i powoli wspina się u podnóża góry Sharp, wysokiego na trzy mile szczytu bogatego w gliniaste osady, które mogłyby zawierać długo poszukiwane odpowiedzi na temat historii klimatu planety .
I te olśniewające historyczne osiągnięcia naukowo-techniczne były możliwe dzięki facetowi, który zawiódł geometrię w szkole średniej.
***
Steltzner dorastał w hrabstwie Marin w Kalifornii, na północ od San Francisco, samoopisanym dzieckiem uprzywilejowanym. „Moi rodzice nie pracowali” - mówi. „Mój ojciec był końcem linii gnijącego bogactwa odziedziczonego po firmie przyprawowej Schillera”. Takie dzieciństwo ma swoje zalety, ale ma też swoją ciemną stronę. „Dziedziczone bogactwo”, mówi Steltzner, „oznacza, że przeszłość jest zawsze lepsza niż przyszłość” - psychologicznie ponura perspektywa dla dziecka. Zbuntował się w jedynej sferze, w której mógł, uparcie odmawiając chodzenia na lekcje w liceum, z wyjątkiem klasy dramatycznej i związanego z nią programu teatralnego. W ciągu ostatniego roku zrobił tylko tyle, by ukończyć szkołę, choć nigdy nie zadał sobie trudu, aby odebrać dyplom ukończenia szkoły średniej.
Ojciec podniósł ręce i oświadczył, że jego syn nigdy nie będzie niczym więcej niż kopaczem rowów. Przez kilka następnych lat Steltzner starał się udowodnić, że ma rację. Po krótkim pobycie w Boston's Berklee College of Music wrócił do Bay Area, grając na gitarze basowej w różnych lokalnych zespołach rockowych. A jednak czuł się niespokojny i niezadowolony. Rozpoznał w sobie niepokojącą tendencję: znajdzie zajęcie, które mu się podoba, ale gdy tylko stanie się ono poważne i będzie wymagało zaangażowania, jego zainteresowanie zniknie. „Obudziłem się z faktu, że zostałem wyszkolony, aby czekać, aż mój tata umrze i odziedziczy pieniądze” - mówi. „Nie podobało mi się to. Byłem głodny prawdziwego znaczenia. ”
Znalazł swoją ścieżkę pewnej jesiennej nocy po koncercie, jadąc do domu przez Most Golden Gate - trasę, która zapewniała piękny widok na gwiazdozbiór Oriona. Zauważył, że Oriona nie było w tym samym miejscu, co wcześniej wieczorem, i postanowił dowiedzieć się więcej o tym, dlaczego gwiazdy się poruszają. Zapisał się na kurs astronomii w miejscowym college'u i wziął kurs fizyki konceptualnej jako warunek wstępny.
W przeciwieństwie do swojego ojca, którego Steltzner opisuje jako intelektualnego dyletanta zamieszkującego marzycielski świat abstrakcyjnych idei, Steltzner ma pragmatyczny charakter. Skierował się w stronę fizyki, z jej namacalnymi regułami dotyczącymi działania wszechświata, oraz inżynierii, zastosowania tych reguł do rzeczywistych problemów. „Oto podstawa” - mówi Steltzner i rzucił się na studia z fizyki, matematyki i inżynierii z dyscypliną i celem, o których istnieniu nie wiedział. „Zostałem mnichem, aby nauczyć się tego gówna” - mówi, goląc włosy w bzyczący krój i utrzymując się na brązowym ryżu. „Patrzyłem na to jak na wybawcę mojego życia”.
Steltzner uzyskał tytuł licencjata inżyniera na Uniwersytecie Kalifornijskim w Davis oraz tytuł magistra mechaniki stosowanej na Caltech w 1991 roku. Dostał swoją pierwszą pracę, dzwoniąc do naukowców z JPL, dopóki ktoś nie zgodził się go zatrudnić w strukturach statków kosmicznych i grupie dynamicznej . W końcu uzyskał tytuł doktora mechaniki na University of Wisconsin-Madison, pracując zdalnie dla JPL w trakcie roku akademickiego.
„Kiedy poznałem Adama, przypomniał mi o Elvisie Presleyu” - mówi Gentry Lee, główny inżynier programu eksploracji Układu Słonecznego JPL. Natychmiast wyznaczył Steltznera jako pokrewnego ducha, „jednego z tych kreatywnych ludzi, którzy nie chcą, aby powiedziano im, co robić i niekoniecznie chcą przestrzegać zasad”. Lee uważa, że laboratorium rzuca wyzwanie Steltznerowi, nie niszcząc jego kreatywności, lub jego osobisty styl. „Myślę, że dawno temu ktoś zdał sobie sprawę, że jeśli chcesz mieć miejsce słynące z jedynych w swoim rodzaju wyczynów inżynieryjnych, lepiej upewnij się, że nie za bardzo koralisz swoich ludzi, bo inaczej nie będą w stanie wykonać pracę. ”
Ze swojej strony Steltzner cieszy się z faktu, że laboratorium wspiera kulturę, która „szanuje prawdę. Nie ma świętych krów, nie ma dogmatyzmu. ”Podczas gdy wielu inżynierów woli zdobyć mistrzostwo w wyspecjalizowanym obszarze, a następnie trzymać się tego, co wiedzą, Steltzner woli to, co nazywa„ stromym końcem krzywej uczenia się ”. Mówi, że rzeźbił niszę dla siebie jako faceta, który rozkoszował się technicznymi zadaniami i problemami, które nie miały precedensu: „Ludzie zaczęli mówić:„ To dziwne, dajmy to Adamowi i zobaczmy, co on może z tym zrobić ””.
Okazał się także prezentem dla przywódcy, który mógł zobaczyć, jak wszystkie elementy pasują do siebie w całość. Dlatego Steltzner został wybrany na szefa zespołu inżynierii mechanicznej w celu opracowania systemu wejścia, zejścia i lądowania (EDL) dla ciekawości - wyzwanie, ponieważ sama wielkość łazika oznaczała, że metody opracowane dla poprzednich misji nie zadziałały.
Steltzner i jego zespół przeprowadzili burzę mózgów przez trzy dni w 2003 roku. Na początku tego roku NASA wypuściła dwa inne łaziki marsjańskie - Spirit i Opportunity - każdy o wadze 400 funtów. Inżynierowie JPL zamknęli łaziki w poduszkach powietrznych, umożliwiając im lądowanie, odbijając się od powierzchni planety, a następnie przetaczając się, aby zatrzymać rozproszenie uderzenia. Ale to podejście nie zadziałałoby w przypadku Ciekawości, która waży pięć razy więcej niż Duch czy Szansa. Wymagane poduszki powietrzne byłyby zbyt ciężkie, a zatem zbyt kosztowne do uruchomienia. Uderzenie spowodowałoby również powstanie dużej ilości pyłu, co zagroziłoby zarówno łazikowi, jak i jego delikatnym instrumentom.
Następnie Steltzner i jego zespół przyjrzeli się podejściu opracowanemu dla 700-kilogramowego Marsa Phoenix Landera, który został uruchomiony w 2007 roku w celu badania bieguna północnego planety. Rakiety steru strumieniowego stopniowo opuszczały pojazd na powierzchnię na trójnożnym lądowniku. Ale z większą, cięższą Ciekawością na górze, trójnożny lądownik byłby zbyt niestabilny. I wymagałoby to potężniejszych rakiet niż Phoenix, które mogłyby tworzyć kratery w glebie, utrudniając łazikowi odjazd po wylądowaniu.
W końcu zespół doszedł do rozwiązania: dźwigu. „Pozostajesz przywiązany, wychodzisz razem i latasz, a następnie tuż nad powierzchnią, kiedy jesteś w idealnym locie pionowym, wykonaj rozstaw”, mówi Steltzner.
Złożoność sekwencji lądowania, którą przewidzieli inżynierowie JPL, była niespotykana. Po pierwsze, kapsuła kosmiczna niosąca Ciekawość wyrzuciłaby swoją osłonę cieplną i uruchomiła naddźwiękowy spadochron, który spowolniłby zejście do prędkości 200 km / h. Następnie wybuchłby szereg śrub, zwalniając rynnę i upuszczając łazik - przymocowany do podwozia - na kilka sekund do swobodnego opadania, zanim wystrzelił rakiety. Podwozie zawisłoby na wysokości 60 stóp, podczas gdy żuraw opuścił łazik na powierzchnię za pomocą kabli. Po wylądowaniu łazika przecinacze kabli zerwą ogniwo, pozwalając żurawowi rzucić się przed uderzeniem w zakurzoną marsjańską ziemię. Nic dziwnego, że nazwa kodowa sekwencji EDL brzmiała „Audacity”.
***
NASA przez krótki czas rozważała podobny system dźwigu powietrznego (nazwany „łazikiem na linie”) dla misji Mars Pathfinder w 1997 r., Ale odłożył na bok ten pomysł, ponieważ pojazd na uwięzi musiałby walczyć z siłami wahadła i wiatrem na wszystkich innych problemy. Ale kiedy zespół EDL Curiosity przeprowadził analizę odnowionego projektu, „Ku naszemu zdziwieniu zachowało się wahadło”, mówi Miguel San Martin, główny inżynier ds. Nawigacji, nawigacji i kontroli.
Były jednak inne wyzwania. Biorąc pod uwagę jego większy rozmiar, łazik wymagał miękkiego przyziemienia, a to wymagało precyzyjnego systemu radarowego do skanowania i mapowania terenu podczas zniżania. Zespół EDL przetestował radar, montując go na helikopterze - który, podobnie jak proponowany lądownik, był w stanie powolnie opadać, a następnie unosić się nad powierzchnią - na środku pustyni Mojave w Kalifornii. W ten sposób odkryli, że wydmy mogą stanowić problem dla delikatnych czujników w systemie radarowym: Wirnik śmigłowca wyłuskał ziarna piasku, podobnie jak rakiety łazika na Marsie, powodując duży błąd w pomiarach. Do tego czasu niewiele mogli zrobić, aby zmienić konstrukcję radaru, ale byli w stanie uwzględnić ten efekt w swoich kalibracjach.
Pomimo tych środków ostrożności niemożliwe było wcześniejsze przetestowanie całej sekwencji lądowania. Jedynym kompletnym eksperymentem na żywo była sama misja monitorowana w sterowni JPL z odległości 352 milionów mil.
Po pierwsze, Curiosity musiał wyrzucić ostatni odcinek rakiety („etap rejsowy”), który skierował ją na Marsa. W tym momencie musiał wejść w atmosferę planety pod odpowiednim kątem, aby uniknąć poparzenia. Nastąpiło wstrząsające dziewięć minut po rozdzieleniu rejsu, zanim wrócił pierwszy sygnał: na obrzeżach marsjańskiej atmosfery przybyła ciekawość i zaczynała schodzić. Początkowo wiadomość nie była dobra: „Katastrofalna beta poza granicami”. (Tłumaczenie: „Ciekawość przesuwa się zbytnio na bok”).
Po kolejnych czterech bolesnych minutach pojawił się następny sygnał wskazujący, że wszystko było w porządku. Ciekawość przeszła przez atmosferę.
Teraz rozpoczęła się sekwencja opadania i lądowania. Spadochron wystartował, osłona termiczna została oddzielona, a system radarowy skanował ziemię. Kierownik ds. Dynamiki lotu i operacji Allen Chen, który nadawał program „play-by-play”, ogłosił rozpoczęcie sekwencji dźwigu powietrznego. „Naprawdę?”, Przypomina Steltzner. „Dziewięć lat i tak się stanie”.
Potrzebne były trzy kluczowe dane. Po pierwsze, łazik wysłałby wiadomość informującą swoich twórców z powrotem na Ziemi, że wylądował bezpiecznie. Następnie należałoby potwierdzić, że Ciekawość nie wylądowała na ścianie krateru ani nie była ciągnięta po powierzchni przez wciąż połączony stopień zejścia. Wreszcie etap zejścia musiał odlecieć zgodnie z planem, zamiast lądować na łaziku i miażdżyć jego antenę UHF.
Wiadomości przychodziły jedna po drugiej.
„Nominalna delta tanga”.
„RIMU stabilny.”
„UHF dobrze.”
Na zawołanie Chen ogłosił „Przyłożenie potwierdzone”, gdy wybuchły dzikie okrzyki. Cała sekwencja poszła z niewielkim trudem.
„Wyobraź sobie, że ścigasz się przez dziewięć lat, a w końcu przekraczasz linię mety”, mówi Steltzner, który przyznaje, że konsekwencje były dla niego ciężkie. „W jaki sposób moje ciało przestaje działać? Przez dekadę zażywałem adrenalinę. Jak żyć bez powolnego uwalniania hormonu stresu? ”Jego rozwiązanie: rzucić się na kolejną stromą krzywą uczenia się. Został przydzielony do nowej misji, projektując pojazd zdolny nie tylko do zbierania próbek na Marsie, ale także do pakowania tych próbek w hermetycznie zamknięte tuby i transportu ich z powrotem na Ziemię. Jest także częścią możliwej misji umieszczenia lądownika na Europie, jednym z księżyców Jowisza, który ze swoimi metanowymi oceanami, lodową powierzchnią i intensywnymi podmuchami promieniowania jest jeszcze mniej gościnny niż Mars. Obie misje są jednak na jak najwcześniejszym etapie wstępnym. „Myślę, że wciąż szuka swojego kolejnego wielkiego wyzwania”, mówi Lee.
Steltzner może być publiczną twarzą wysiłku Ciekawość, ale jest nieugięty, że to cała jego drużyna wylądowała. „To jedna z pięknych rzeczy w inżynierii. To sztuka współpracy ”- mówi. „Jesteśmy jedynie produktem tego, co robimy jako grupa.” Próbował przygotować swój zespół na dzień, w którym zostaną rozwiązani. „Z moich wcześniejszych doświadczeń z lądowaniem wiedziałem, że ta piękna społeczność, którą stworzyliśmy, umrze tego wieczoru bez względu na wynik”, mówi. „Powiedziałem im, żeby naprawdę się kochali, żyli chwilą i pili głęboko z kubka, ponieważ ten facet, którego obecnie nienawidzisz, nienawidzi samego brzmienia jego głosu - będziesz za nim tęsknić”.
