Kiedy na Ziemi trwa walka o każdy otwór, aby jak najbezpieczniej posadowić obiekty budowlane, NASA wysłała 30 lipca 2020 roku bezzałogową sondę na Marsa wykonującą otwory do głębokości 5 metrów. Łazik Perseverance (wraz z helikopterem Ingenuity) wylądował na czwartej od Słońca planecie Układu Słonecznego dnia 18 lutego 2021 roku. Lądowanie odbyło się w kraterze Jezero, z pełnym powodzeniem. Koszty projektu wyniosły 2,4 miliarda dolarów, co jest dopiero początkiem. Już zarezerwowano kolejne 300 milionów dolarów na prowadzenie misji.
Planeta Mars
Mars to czwarta planeta licząc od Słońca w Układzie Słonecznym (fig. 1). Zarówno Mars, jak i Ziemia powstały z tej samej pierwotnej materii ponad 4,5 miliarda lat temu. Dziś planety różnią się znacząco. Rok gwiazdowy na Marsie trwa 686,96 dni. Jego średnica równikowa wynosi 0,533 średnicy Ziemi. Jego masa wynosi 6,2185 x 1023 kg (o,105 Ziemi). Mars posiada dwie satelity naturalne – Fobos i Deimos. Okres obrotu: 25 godziny i 36 minut. W atmosferze zawiera się 0,13% tlenu. Średnia temperatura powierzchni wynosi -63 stopnie Celsjusza. Ciśnienie atmosferyczne jest 100 razy mniejsze niż na naszej planecie.
Fig. 1. Układ Słoneczny
Cel misji
Celem misji jest zbadanie ewentualnego życia na Marsie, analiza klimatu i geologii planety oraz przygotowanie misji załogowych na Marsa. Głównym zadaniem jest pobranie próbek gruntów i skał. Łazik wyposażono w urządzenie wiertnicze – rdzeniówkę. Łazik będzie odkładał rdzenie do magazynków. Oprócz próbek gruntów i skał, łazik będzie pobierał próbki gazów. Planuje się przynajmniej 20 operacji poboru próbek w różnych lokalizacjach. Miejsce lądowania jest dawnym jeziorem i korytem rzecznym z czasów panowania na planecie gęstej atmosfery. Zakłada się, że w takich warunkach na Marsie mogło istnieć życie. Naukowcy liczą na odkrycie choćby poszlaki, która udowodni przynajmniej istnienie w przeszłości prymitywnego życia na Marsie.
Technologia
Łazik Perseverance (fig. 2) jest dostarczony przez firmę Honeybee Robotics, która produkuje podobne systemy od ponad 20 lat. Jego wymiary wynoszą 2,7 na 2,2 metra, a masa 1025 kg. Zasilany jest generatorem radioizotopowym o mocy 110 watów. Maszynę wyposażono w mikrofony i kamery (19 sztuk na samym łaziku), spektrometr fluorescencyjny do zakresu rentgenowskiego, radar obrazujący obszar podpowierzchniowy, zestaw czujników meteorologicznych, urządzenie do eksperymentalnej produkcji tlenu, kamerę do wykonywania analiz chemicznych i mineralogicznych z większych odległości, stereoskopową kamerę oraz spektrometr ultrafioletowy. Łazik został przygotowany w taki sposób, aby zniósł trudne warunki, w tym duże skoki temperatury. Amplituda temperatury nie pomaga w wierceniu obrotowo-udarowym, gdyż tarcie w trakcie wiercenia z uwagi na tarcie temperatura w rejonie rdzeniówki znacznie wzrasta. Problem technologiczny polega na fakcie, iż mimo, że na Ziemi znane są technologie wiertnicze to ciężko je odnieść do warunków marsjańskich. Nie są znane oddziaływania próżni, niskie temperatury oraz obniżona grawitacja na wiercenie. Próżnia powoduje wzrost oporu wiercenia, lecz wiercenie w lodzie jest już znacznie łatwiejsze. W trakcie przygotowywań podejmowano próby badań wiercenia w takich warunkach np. w komorach klimatycznych. Najbardziej zbliżone warunki polowe do Marsa na Ziemi występują na pustyni Atacama, wyspa Devon w Kanadzie oraz Suche Doliny McMurdo na Antarktydzie.
Fig. 2. Łazik Perseverance w porównaniu z człowiekiem
Sposób wykonywania wiercenia przedstawiono na filmie poniżej.
W trakcie misji będzie wykorzystywany instrument MOXIE, którego zadaniem jest przetwarzanie atmosferycznego dwutlenku węgla Marsa w procesie suchej elektrolizy na tlen. Prawdopodobnie z tego procesu będą korzystały osoby, które dostaną się na Marsa w trakcie misji załogowych.
Równocześnie swoją misję będzie prowadził helikopter Ingenuity (fig. 3), który będzie poszukiwał zasobów, pomagał w transporcie urządzeń badawczych lub urządzeń astronautów w przyszłości. Helikopter ma około 1,8 kilograma (wysokość 49 cm, rozpiętość śmigieł 1,2 m) i posiada układ współosiowy z dwoma śmigłami, które kręcą się w przeciwnych kierunkach. Ze względu ponad sto razy mniejszą gęstość atmosfery, mimo mniejszej grawitacji niż na Ziemi, śmigła będą musiały kręcić się z dużo większą prędkością. Szacuje się, że będzie poruszał się na wysokości około 5 metrów, do 50 metrów od miejsca startu.
Fig. 3. Helikopter Ingenuity
Podsumowanie
Misja ta jest bardzo ważnym projektem dla zbadania Marsa. Powinna ona dać wstępne informacje na temat życia w przeszłości na planecie, ale także możliwości wykorzystania atmosfery i litosfery na cele zamieszkania jej przez człowieka. Dużą rolę odgrywają w misji badania geologiczne. Poprzednie misje na marsie ograniczały się do powierzchni kilku cm2 lub objętości kilku cm3 (APXS, Mossbauer, Mini-TES, CheMin, SAM). Opierając się jednak na ponad stuletniej pracy geologów na Ziemi, jest jasne, że obserwowanie zmian składu w odniesieniu do małoskalowych tekstur oraz struktur daje ogromną moc interpretacyjną do zrozumienia genezy skał. Zestaw instrumentów MARS 2020 odchodzi od pomiarów masowych. Zamiast tego dokonuje pomiarów w wyższej rozdzielczości, przestrzennie skoordynowanych pomiarów składu skał, tekstur oraz związków ich tworzących. Pomiary te są kamieniem węgielnym strategii naukowej in situ i utorują drogę do wielkich postępów w naszej wiedzy o Marsie. Niewątpliwie każdy rozwój technologii wojskowej lub kosmicznej znacznie wpływa w późniejszym czasie na technologię używaną na mniejszą skalę, na przykład w trakcie pospolitych badań geotechnicznych. Poniżej można usłuszeć pierwsze odgłosy oraz obejrzeć ujęcia łazika Perseverance z Marsa.