InSight zbliża się do lądowania na Marsie. Statek kosmiczny podejdzie do lądowania i wyląduje za pomocą wypróbowanej i prawdziwej metody, ale chociaż NASA wykonała już ten wyczyn, dziesiątki rzeczy muszą iść dokładnie w prawo podczas wjazdu, zejścia i lądowania (EDL), aby InSight mógł bezpiecznie dotrzeć na pokład powierzchnia Czerwonej Planety.
O godzinie 14:47 czasu EST w poniedziałek, 26 listopada, lądownik InSight uderzy w szczyt marsjańskiej atmosfery, około 125 kilometrów (70 mil) nad powierzchnią, podróżując z prędkością 5, 5 kilometra na sekundę (12 000 mil na godzinę). Ablacyjna krzemionkowa osłona termiczna statku wzrośnie do temperatury ponad 1500 stopni Celsjusza - wystarczająco gorącej, aby stopić stal. Około trzy i pół minuty po wejściu do atmosfery statek kosmiczny nadal będzie leciał w kierunku ziemi z prędkością naddźwiękową. Spadochron wystartuje, aby spowolnić jak najdalej, osłona termiczna wyskoczy, a statek kosmiczny zacznie szukać ziemi za pomocą radaru. Około sześć minut po uderzeniu w atmosferę lądownik oddzieli się od tylnej skorupy - wciąż podróżując z prędkością około 180 km / h - i wystrzeli retro rakiety, aby przywieźć resztę drogi do domu, lądując mniej więcej minutę później.
Jeśli wszystko pójdzie dobrze - podczas gdy inżynierowie monitorują ekrany kontrolne podczas „siedmiu minut terroru”, niezdolni do kierowania odległym statkiem w czasie rzeczywistym, InSight zatrzyma się w Elysium Planitia w poniedziałek po Święcie Dziękczynienia i przygotuje się do rozpoczęcia studiów sejsmologii i wewnętrzne ciepło Marsa. NASA może pocieszyć się faktem, że takie lądowania się powiodły w przeszłości, ale kiedy próbujesz wylądować w odległości miliona kilometrów, niemożliwe jest przygotowanie się na każdą ewentualność.
(Emily Lakdawalla dla The Planetary Society) Za każdym razem, gdy zbliża się lądowanie na Marsie, fani kosmosu otrzymują mnóstwo statystyk. Przed lądowaniem Curiosity „ponad połowa wszystkich misji Marsa zakończyła się niepowodzeniem”. Przed uruchomieniem europejskiego ExoMars „więcej misji zakończyło się niepowodzeniem: 28 flopów w porównaniu z 19 sukcesami.” Po sukcesie orbitera ExoMars, ale jego lądownik nie ( przynajmniej nie do końca): „Z około tuzina robotycznych misji lądowników i łazików wystrzelonych na Marsa tylko siedmiu udało się”.
Statystyki są dramatyczne, ale historia, którą opowiadają, jest nieco przestarzała. W drugiej połowie XX wieku nastąpił spektakularny ciąg awarii - Mars 96, Mars Observer, Mars Climate Orbiter i Mars Polar Lander wciąż cierpią. Ale chociaż Rosja nigdy nie osiągnęła pełnego sukcesu na Marsie, NASA, Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) i Indyjska Organizacja Badań Kosmicznych (ISRO) mają wszystkie przybite orbity na Marsie od Y2K. Chiny, Indie i Japonia mają w tej misji swoje drugie misje na Marsie, a Zjednoczone Emiraty Arabskie planują swoje pierwsze, nie wspominając o ambicjach kilku podmiotów prywatnych.
Wprowadzanie orbity Marsa stało się stosunkowo rutynowe w XXI wieku, ale lądowania na Marsie są nadal jednymi z najtrudniejszych misji kosmicznych, jakie kiedykolwiek podjęto. Dwa udane orbity ESA obejmowały małe lądowniki, z których po lądowaniu nigdy nie słychać, chociaż lądownik Schiaparelli ExoMars zwrócił dane prawie na powierzchnię.
Trzy rzeczy sprawiają, że lądowanie na Marsie jest znacznie trudniejsze niż lądowanie na Księżycu - lub lądowanie na Ziemi, jeśli o to chodzi. Po pierwsze, w przeciwieństwie do Księżyca, Mars jest zbyt daleko, aby jakikolwiek człowiek związany z ziemią znalazł się w pętli podczas próby lądowania. Czas, jaki musi upłynąć, zanim sygnał przemieści się z Marsa na Ziemię iz powrotem, nigdy nie jest krótszy niż dziewięć minut i zwykle jest znacznie dłuższy, więc zanim usłyszymy i zareagujemy na sygnał, że nasz statek kosmiczny uderzył w szczyt atmosfery, wynik końcowy, tak czy inaczej, już się pojawił.
Drugi problem to atmosfera Marsa. Jest zarówno za dużo, jak i za mało. Na Ziemi, kiedy astronauci i kapsułki próbek wracają z kosmosu, możemy chronić statek kosmiczny za osłonami cieplnymi i użyć tarcia wlotu atmosferycznego, aby spowolnić statek hipersoniczny do prędkości poddźwiękowych. Po zakończeniu ognistej części możemy po prostu wyskoczyć ze spadochronu, aby jeszcze bardziej zmniejszyć prędkość i dryfować do delikatnego (lub przynajmniej możliwego do przetrwania) przyziemienia na lądzie lub wodzie.
Atmosfera Marsa jest wystarczająco gęsta, aby wygenerować ogniste wejście, wymagające osłony cieplnej, ale jest zbyt cienka, aby sam spadochron mógł spowolnić wchodzący statek kosmiczny do bezpiecznej prędkości lądowania. Kiedy w 2012 roku Ciekawość osiągnęła szczyt atmosfery Marsa, podróżowała z prędkością 5, 8 kilometra na sekundę (13 000 mil na godzinę). Kiedy tarcza cieplna zrobiła wszystko, co mogła, statek kosmiczny wciąż leciał w kierunku ziemi z prędkością 400 metrów na sekundę (895 mil na godzinę). Spadochron Curiosity mógł zwolnić i zwolnił, ale tylko do 80 metrów na sekundę. Trafienie w ziemię z taką prędkością nie jest możliwe, nawet dla robota.
W bezpowietrznym świecie, takim jak księżyc, osłony cieplne nie są wymagane, a spadochrony nie są dla ciebie dobre. Ale nie obawiaj się, mamy technologię lądowań na Księżycu od lat 60. XX wieku: weź rakiety i skieruj je w dół, anulując prędkość statku.
Jednak atmosfera sprawia, że na Marsie jest trochę trudniej. Ponieważ ruch powietrza jest dodatkowym czynnikiem, nieprzewidywalne wiatry mogą dodać równie nieprzewidywalną prędkość poziomą do zstępującego statku kosmicznego. Z tego powodu regiony lądowania na Marsie muszą mieć niskie regionalne stoki. Wysokie wiatry poziome i wysokie zbocza mogłyby umieścić lądownik znacznie dalej lub bliżej ziemi, niż się spodziewa - i każda z tych sytuacji może oznaczać katastrofę.
Ilustracja lądownika InSight NASA, który ma wylądować na powierzchni Marsa. (NASA / JPL-Caltech) Lądownik Mars potrzebuje trzech technologii, aby dotrzeć na powierzchnię: osłony termicznej, naddźwiękowo spadochronu i retrorockets. Misje Vikinga na Marsa w połowie lat 70. XX wieku przygotowane przez testowe spadochrony na rakietach suborbitalnych w celu sprawdzenia, czy mogą się one napompować bez strzępienia z prędkością większą niż dźwięk. Wszystkie udane lądowania na Marsie od tego czasu (wszystkie NASA) polegały na spadochronach ze spuścizną Wikingów. Ostatnio NASA pracowała nad nową próbą opracowania technologii zwalniania zdolnych do lądowania statku kosmicznego cięższej niż sondy Vikinga - wysiłku, który początkowo nie był udany, skutkując katastrofalnie zniszczonymi spadochronami. (Nowsze testy działały lepiej.)
Mając to wszystko na uwadze, co wiemy o tym, co poszło nie tak z ostatnio nieudanymi lądownikami Marsa? W przypadku dwóch z nich - Mars Polar Lander i Beagle 2 - możemy jedynie spekulować. Statek kosmiczny nie miał zdolności do przesyłania danych telemetrycznych w czasie rzeczywistym podczas zniżania. Awaria Mars Polar Lander nauczyła NASA ważnej lekcji: jeśli mamy się czegoś nauczyć z naszych awarii, musimy zebrać jak najwięcej danych, aż do momentu awarii. Odkąd Mars Lander Lander uderzył w powierzchnię pod koniec 1999 roku, każdy lądownik Marsa, z wyjątkiem Beagle 2 ESA, przesyłał dane do orbitera, który nagrywał surowe sygnały radiowe do przyszłej analizy w przypadku awarii.
W dzisiejszych czasach na Marsie jest wiele orbit, więc możemy zrobić jeszcze więcej. Zawsze jest jeden orbiter, który słucha i nagrywa każdy kawałek sygnału radiowego z lądownika, na wypadek katastrofy. I zwykle jest drugi orbiter, który nie tylko słucha sygnału, ale dekoduje go i przekazuje informacje na Ziemię tak szybko, jak pozwala na to powolna podróż światła. Ta transmisja danych „giętej rury” dała nam pełen adrenaliny obraz w czasie rzeczywistym prób lądowania na Marsie.
Mapa Marsa, pokazująca lokalizacje wszystkich siedmiu udanych lądowań NASA wraz z miejscem lądowania InSight w płaskim regionie Elysium Planitia. (NASA) Kiedy InSight wyląduje, na Mars Reconnaissance Orbiter zostanie zapisany telemetria do przyszłej sekcji, jeśli próba się nie powiedzie. Aby uzyskać dane o lądowaniu w czasie rzeczywistym, InSight zabrał ze sobą dwóch małych towarzyszy lotów kosmicznych: MarCO CubeSats, każdy o długości około trzech stóp. Statek kosmiczny Mars Cube One to pierwszy w historii międzyplanetarny CubeSats. Jeśli statek odniesie sukces, świat otrzyma raporty w czasie rzeczywistym na temat lądowania InSight, a małe roboty kosmiczne utorują drogę przyszłym, mniejszym i tańszym podróżom na Marsa.
Ale na razie wszystkie oczy skierowane są na InSight. NASA z powodzeniem wylądowała na Marsie siedem razy, a zanim minie miesiąc, agencja kosmiczna spróbuje osiągnąć ósme miejsce.
Emily Lakdawalla jest ewangelistką planetarną w The Planetary Society i redaktorem kwartalnej publikacji towarzystwa The Planetary Report. Jej nowa książka to Projektowanie i inżynieria ciekawości: jak łazik marsjański wykonuje swoją pracę .
Projektowanie i inżynieria ciekawości: jak łazik marsjański wykonuje swoją pracę
Ta książka opisuje najbardziej złożoną maszynę, jaką kiedykolwiek wysłano na inną planetę: Ciekawość. Jest to tonowy robot z dwoma mózgami, siedemnastoma kamerami, sześcioma kołami, energią jądrową i wiązką laserową na głowie. Nikt nie rozumie, jak działają wszystkie jego systemy i instrumenty. To istotne odniesienie do misji Curiosity wyjaśnia inżynierię każdego systemu łazika, od plecaka odrzutowego napędzanego rakietem, przez generator termoelektryczny radioizotopowy po diabelnie skomplikowany system przenoszenia próbek.
Kupować
