piątek, 27 lipca 2012

9 dni do lądowania Curiosity

Pozostało 9 dni do kolejnego szalonego manewru lądowania na Marsie. Szczegóły misji, zwłaszcza manewru wyhamowywania, jeżą włosy na karku. Czy tak nietuzinkowe i skomplikowane rozwiązania jakie zastosowano, spełnią swoje zadanie? Czy nie okażą się zbyt złożone?

Temu wszystkiemu i innym szczegółom misji przyjrzymy się w dzisiejszym artykule, będącym wstępem do dalszej relacji z momentu lądowania.



Co leci na Marsa?

Po dotychczasowych misjach marsjańskich, NASA postanowiła pójść na całość. Zamiast wysyłać kolejne, zasilane energią słoneczną roboty o ograniczonych możliwościach badawczych, tym razem jest to przysłowiowa gruba rura.

Na Marsa leci mobilne laboratorium badawcze wielkości samochodu osobowego, wyposażone w 10 zaawansowanych instrumentów naukowych i zasilane energią atomową. Ważący 900 kilogramów pojazd będzie wykonywał swą pierwszą główną misję przez 2 lata.




Dane podstawowe

Pojazd Curiosity, jest największym łazikiem wysłanym na inną planetę w naszej historii.

Wymiary: 3m długości, 2.7m szerokości, 2.2m wysokości

Masa : 899 kg
Masa instrumentów naukowych: 75 kg
Źródło energii: radioizotopowy generator termoelektryczny
Paliwo: 4.8 kg dwutlenku plutonu 238
Komputer pokładowy:  200 MHz, 250 MB pamięci RAM, 2GB pamięci flash, całość dla bezpieczeństwa zdublowana
Długość misji: 98 tygodni od lądowania + misje dodatkowe od zakończenia misji głównej do momentu wyłączenia, awarii lub wyczerpania energii

Cele misji:
  • zbadać czy Mars posiada lub posiadał warunki sprzyjające życiu
  • zbadać procesy geologiczne Marsa
  • zbadać procesy klimatyczne Marsa
  • zbadać poziomy radiacji na powierzchni (konieczne dla przyszłej wyprawy załogowej)

Dzięki tak szerokim celom, możliwym do zrealizowania dzięki temu potężnemu robotowi, możemy spodziewać się znacznego rozszerzenia naszej obecnej wiedzy na temat czerwonej planety.

Curiosity - porównanie wielkości z człowiekiem i poprzednimi pojazdami




Droga do celu

Zawsze zdumiewał mnie niesłychany poziom trudności manewru dojścia do planety i samego lądowania. Przyjrzyjmy się temu bliżej. Podróż na Marsa nie polega na namierzeniu czerwonej kropki i wystrzeleniu w jej kierunku rakiety. Ponieważ Ziemia i Mars znajdują się w nieustannym ruchu, z różną prędkością wokół Słońca, statek musi przybrać kurs, który początkowo wcale nie zmierza w kierunku planety docelowej.




Powyższy obrazek na pierwszy rzut oka nie działa specjalnie na wyobraźnię, więc ujmijmy go w odpowiedniej perspektywie. Po pierwsze statek zostaje wystrzelony w kierunku miejsca gdzie nie ma Marsa. Po drugie na obrazku widać drogę statku po łuku od orbity Ziemi, do orbity Marsa. Jednakże ruch ten w głównej mierze wywołany jest dzięki samemu ruchowi Ziemi wokół Słońca. Inaczej mówiąc, Ziemia sama wystrzeliwuje statek "w bok". My nadajemy mu tylko konieczny wektor oddalający statek od orbity Ziemi. Jeszcze inaczej - ponieważ Ziemia wraz ze statkiem krąży wokół Słońca, to statek oderwawszy się do Ziemi będzie nadal krążył wokół Słońca i jeśli dodamy mu trochę prędkości oddalającej, to wykona łuk który zbliży go do orbity Marsa z taką prędkością, aby w momencie lądowania prędkość Marsa i prędkość statku nie różniły się od siebie zbyt znacząco.

Jest to klasyczna trajektoria Hohmana z 1925 roku i przypomina nieco wyrzucenie piłki z rozpędzonego pociągu. Piłka poleci zarówno w bok jak i wzdłuż trasy pociągu. Podczas takiego przelotu na Marsa w ogóle nie są uruchamiane silniki, statek leci sam. Gdyby zaś np. wystrzelić statek w "drugą" stronę na kurs kolizyjny z Marsem, trzeba by wówczas zużyć znacznie więcej paliwa, aby przezwyciężyć bezwładność nadaną przez Ziemię poruszającą się w przeciwnym kierunku, oraz przygotować się na bardzo, bardzo twarde lądowanie.





A zatem NASA wystrzeliwuje statek, który leci po trajektorii będącej sumą sił z napędu i ruchu Ziemi wokół Słońca i po 254 dniach dociera w miejsce gdzie akurat znajdzie się wtedy Mars. Oznacza to oczywiście, że data startu nie może być wybrana przypadkowo. Istnieją dokładne przedziały czasowe, zwane oknami startowymi, w których możliwe jest wystrzelenie statku tak, aby po niemal roku dotarł do orbity Marsa akurat w momencie gdy Mars będzie w punkcie przecięcia.

Na tym jednak nie koniec. Statek musi uzyskać kurs, który wprowadzi go w atmosferę Marsa pod odpowiednim kątem w stosunku do powierzchni, aby sprawnie przeprowadzić hamowanie atmosferyczne. Zbyt duży kąt i statek się rozbije, zbyt mały kąt i statek przeleci przez atmosferę. Dodatkowo, Curiosity nie ma wylądować byle gdzie... miejsce lądowania jest ściśle dobrane drogą 5-letniej eliminacji przez 150 naukowców zajmujących się Marsem.


Miejsca lądowań poszczególnych misji marsjańskich (zakończonych sukcesem)


Miejsce to znajduje się wewnątrz krateru Gale'a i ma średnicę... 20 kilometrów

Statek pokonał 567 milionów kilometrów i ma trafić w elipsę o średnicy 20 km. Taka jest dokładność trajektorii na planetę, którą czasami widzimy na niebie jako maleńki czerwonawy punkcik, nieróżniący się zbytnio od gwiazd w tle. I jeszcze jeden drobny szczegół - lot zaplanowano tak, aby w momencie dotarcia na miejsce, dokładnie nad terenem lądowania przelatywała akurat satelita Mars Odyssey, wysłana 11 lat wcześniej.

Krater Gale'a i miejsce lądowania Curiosity


Manewr lądowania

Sposób w jaki naukowcy postanowili posadzić łazik na powierzchni planety, jest bezprecedensowy, oryginalny i niemal szalony. Tak duży i ciężki pojazd wymaga specjalnego podejścia do kwestii lądowania. Ogromna prędkość przelotowa w podróży z Ziemi na Marsa musi zostać wytracona do zera i to w bardzo krótkim czasie. Tu nie wystarczą spadochrony. Nie można też użyć poduszek powietrznych znanych z poprzedniej misji - Curiosity jest zbyt ciężki. Same rakiety zaś wzbiłyby w miejscu lądowania zbyt wielką kurzawę. Postanowiono więc połączyć kilka systemów razem oraz dodać jeden całkowicie nowy, nietestowany do tej pory.

Curiosity zbliżając się rozpocznie hamowanie atmosferyczne. Zewnętrzna warstwa potężnej frontowej tarczy cieplnej w zderzeniu z atmosferą rozgrzeje się do temperatury ponad 2000 stopni Celsjusza a przeciążenie wywołane hamowaniem może osiągnąć wartość 15g. Atmosfera jednak nie spowolni kapsuły wystarczająco. Przy prędkości około 1500 km/h odpalony zostaje spadochron o średnicy 16 metrów - najmocniejszy naddźwiękowy spadochron jakiego kiedykolwiek użyła NASA. Po 25 sekundach lotu na spadochronie, statek zwolni do prędkości 450 km/h i odrzuci tarczę cieplną, tym samym umożliwiając wnętrzu statku analizę zbliżania się do powierzchni za pomocą radaru i kamer.

Ponieważ spadochron nie spowolni statku już bardziej, półtora kilometra nad powierzchnią zostaje odcięty i do akcji wkracza napęd rakietowy. Gdyby rakiety po prostu hamowały zbliżanie się do gruntu, po pewnym czasie na kapsułę opadłby spadający z góry spadochron, dlatego konieczna jest "ucieczka w bok", po za zasięg spadającej luźnej szmaty spadochronu. Dopiero po tej ucieczce rozpoczyna się właściwe zejście w dół na rakietach.

Najciekawszy jest jednak finałowy moment lądowania. Gdyby silniki rakietowe posadziły pojazd bezpośrednio na powierzchni, wzbiłyby w górę potężną chmurę materii, która następnie opadając na pojazd, mogłaby go uszkodzić. Poprzednio użyto dmuchanych poduszek, na których łazik został zrzucony na powierzchnię i odbijał się na nich aż do zatrzymania. Tym razem, z powodu dużej masy łazika opracowano inną metodę. 20 metrów nad powierzchnią, moduł rakietowy spuści 900-kilogramowy łazik na 7 metrowej uwięzi w dół a następnie, ze zwisającym i kołyszącym się pojazdem rozpocznie schodzenie niżej, korygując wahania aż do posadzenia pojazdu na powierzchni. Następnie moduł rakietowy odczepi się od pojazdu, odleci na bezpieczną odległość i rozbije o powierzchnię, za kilkaset lat stając się zapewne kolejnym eksponatem marsjańskiego muzeum techniki.



I najważniejsze : cały manewr lądowania odbędzie się BEZ UDZIAŁU CZŁOWIEKA. Od wejścia w atmosferę do samego lądowania, całym tym karkołomnym procesem steruje komputer o mocy mniejszej niż te znajdujące się w nowych smartfonach. Od momentu wylądowania i wysłania pierwszego sygnału potwerdzającego, minie 14 minut. Przez 14 nerwowych minut sygnał będzie biegł z prędkością swiatła, od Marsa do Ziemi. Jeśli nie nadejdzie, może to oznaczać katastrofę misji.

Na facebookowej stronie bloga, znajdzie się relacja na żywo z całego procesu lądowania :

http://www.facebook.com/nietuzinkowyblognaukowy




Bonus !

W oczekiwaniu na moment lądowania, przypomnijmy sobie jedną z poprzednich misji - Mars Exploration Rover. Jeden z dwóch wysłanych wówczas łazików - Opportunity, nadal funkcjonuje, wykonując dodatkowe zadania po 8 latach od wylądowania, przekraczając swój zakładany czas trwania misji ponad trzydziestokrotnie.

Oto jej wizualizacja :





Zagadka Bystrzaka !

Ta martwa, pustynna planeta była niegdyś zupełnie innym miejscem. Na Marsie widzimy wielkoskalowe struktury najprawdopodobniej mogące powstać tylko poprzez erozyjne działanie wielkich ilości ciekłej wody w odległej przeszłości. Gruba atmosfera i mnóstwo wody - oto przeszłość czerwonej planety wg aktualnych ustaleń. Dziś atmosfera jest tak cienka, że ciekła woda nie jest w stanie utrzymać się w tym stanie. Co się zatem stało z atmosferą Marsa, dlaczego zniknęła?



Polecane artykuły :

Lądowanie na Europie

Przykładowe źródła :
http://mars.jpl.nasa.gov/msl/
http://www.jpl.nasa.gov/news/press_kits/MSLLanding.pdf
http://www.nasa.gov/mission_pages/msl/index.html


24 komentarze:

  1. Akurat w tym przypadku kierunek startu był niemal taki sam jak na Marsa w momencie startu :)

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. To jak z ciążą, albo jest albo nie. Nie ma 'niemal ciąży' ;)

      Usuń
  2. kurwunia, dlaczego nie wystrzelą tam mega wielkiego skurwysyna, który zdoła zrobić wsio, od pobrania i zbadania próbek, przez wybudowanie prowizorycznych schronów dla ludzi, po przejechanie 10tys km na jednym baku, paliwko dostaczaraliby co 3m-c razem z jednym człowiekiem, uprzednio budując baze matke na księżycu.
    off- dziwne że ruskie i amerykańce sie tak ścigali na księżyc, po wylądowaniu amerykanców kto był nastepny na księżycu, hmm... ruscy? może my? nie amerykanie, i przez nastepne 40 lat nikt, szkoda i tyle

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Odpowiedź na off: to proste - program podboju kosmosu był elementem Zimnej Wojny między USA i ZSRR. Amerykanie chcieli w ten sposób pokazać swoją dominację. A po lądowaniu w zasadzie nie było już czego udowadniać. Tym bardziej teraz wszystkim szkoda (ogromnych) pieniędzy na programy kosmiczne.

      Usuń
  3. Jako typowy bystrzak ;) pozwolę sobie odpowiedzieć na końcowe pytanie. Po pierwsze primo nieaktywne jądro tej planety nie wytwarza pola magnetycznego (z tego samego powodu nie ma tam również aktywnych wulkanów). Co więcej Mars jest nieco mniejszy od Ziemi. Tym samym wiatr słoneczny mógł w przeszłości bezkarnie rozdmuchiwać gazową atmosferę Marsa po przestrzeni kosmicznej. Zostało tam atmosfery tylko tyle ile jest w stanie utrzymać przy powierzchni grawitacja. Dlatego też atmosfera na Marsie jest rzadsza niż na Ziemi.

    Szkoda, że anonimowo nie można wpisać swojego pseudonimu ;) W każdym razie Wykop pozdrawia ;)

    OdpowiedzUsuń
  4. Mam malego. ale artykul fajny.

    OdpowiedzUsuń
  5. Tekst bardzo fajny, przyjemnie się to czytało.

    Pomysła mam:
    Dlaczego by nie skrzyknąć się na ziemi i każdy kto może niech zainwestuje. Inwestycja polega dla wybudowaniu i transporcie na marsa czegoś co powoli szukać fajnych minerałów typu złoto itd. Kto znajdzie to jego, i dzięki temu szybko byśmy się dorobili może fajnych statków a tak miliarderzy ciułają kasę w skarpetach dalej ;]

    pozdrowienia dla wykopowych troli na czele z elfik32

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Jakikolwiek transport materiałów/surowców z przestrzeni kosmicznej na Ziemię jest obecnie nieopłacalny (ekonomicznie rzecz biorąc). Ktoś jednak wpadł na inny pomysł - robi zbiórkę na podróż w jedną stronę na marsa - Edan Musk bodajże się nazywa

      Usuń
    2. To nie Musk. Musk robi znacznie bardziej realistyczne projekty. Dopiero co wysłał własny statek do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

      To o czym piszesz nazywa się "Mars-One" i jest, hmm... dość odważne.

      http://mars-one.com/en/

      Usuń
  6. "zbadać czy Mars posiada lub posiadał warunki sprzyjające życiu" - piszcie pełnym zdaniem, bo chodzi zapewne o "zbadać czy Mars posiada lub posiadał warunki sprzyjające życiu podobnemu do ziemskiego" :)

    OdpowiedzUsuń
  7. http://youtu.be/P4boyXQuUIw Tutaj cała wizualizacja.

    OdpowiedzUsuń
  8. Czy ten system lądowania (sama końcówka - rakiety+opuszczenie) był przetestowany na Ziemi, choćby zrzucając go helikoptera?

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. http://www.nasa.gov/mission_pages/msl/building_curiosity.html
      to jest lepsze źródło informacji co do testów :)

      Usuń
  9. Dobry artykuł, teraz będę niecierpliwie czekał, na wieści z lądowania.

    //dlaczego taki słabiutki komputerek pokładowy?
    przecież już nawet w aparatach cyfrowych montują lepsze :P

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. http://pl.wikipedia.org/wiki/RAD750
      http://en.wikipedia.org/wiki/RAD750

      W aparacie cyfrowym raczej nie zamontowaliby komputerka za $200.000 :)

      Usuń
    2. dzięki
      -takie promieniowanie to pewnie dzięki tym bateryjkom ;)

      Usuń
    3. Raczej przez promieniowanie kosmiczne.

      Usuń
  10. "po za zasięg" - popraw ortografa z łaski swojej

    OdpowiedzUsuń
  11. 567000000 / 14 / 60 to ponad 600000 km na s! Więc chyba coś nie tak ;) oj Panie SciFun ;)

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. A skąd Ty wziąłeś 567 mln km ??? Tyle to pokonał statek. Przeczytaj artykuł jeszcze raz, szczególnie część o trajektorii lotu. Sygnał radiowy to nie statek. Sygnał leci wprost do celu, bez żadnej krzywej trajektorii.

      Usuń
  12. Właśnie zobaczyłem zamieszczony tu filmik z lądowania Curiosity. Nie zdawałem sobie sprawy że dysponujemy już taką technologią - łazik został wręcz "postawiony" na planecie! Rewelacyjne materiały.

    OdpowiedzUsuń
  13. My dysponuje o wiele lepszą technologią, ale o tym nie wiemy. Wojska mają 10 lat wcześniej technologie, które są nam oddawane do użytkowania.

    OdpowiedzUsuń
  14. A czy kolejne loty są planowane? Co się teraz dzieje z lotami w kosmos?

    OdpowiedzUsuń