Nauka

Lądowanie łazika Perseverance na Marsie w teorii i w praktyce - jak, gdzie, kiedy?

przeczytasz w 7 min.

Już 18 lutego około 205 milionów kilometrów od Ziemi łazik Perseverance przeżyje swoje słynne 7 minut grozy. Dlaczego słynne i dlaczego grozy? Tego dowiecie się z tekstu o lądowaniu najnowszego łazika NASA na Marsie.

Do Marsa dotarły w lutym 2021 już dwa pojazdy z Ziemi. Arabski orbiter Hope oraz chiński Tianwen-1. Ten drugi to w praktyce lądownik z łazikiem i orbiter. Jednak ten lądownik dopiero w maju podejmie próbę lądowania, do tego czasu pozostając na orbicie. Znacznie wcześniej, bo już 18 lutego podobną próbę podejmie łazik Perseverance, który w ramach misji Mars 2020 również melduje się na orbicie Czerwonej Planety.

W przypadku Marsa mówimy, że próbujemy na nim wylądować, a nie lądujemy, bo to nie takie łatwe zadanie i za każdym razem ryzyko jest ogromne

Nawet NASA, która notuje największe sukcesy w eksploracji Marsa, zdołała zakończyć sukcesem tylko połowę swoich misji powierzchniowych. Stąd też wspomniane 7 minut grozy, czyli czas jaki upływa od momentu wejścia w atmosferę do osiągnięcia powierzchni.

Perseverance osłona termiczna
Osłona termiczna (w tle) i tylna osłona ochronna dla misji Mars 2020

W trakcie lądowania łazik będzie wysyłał dane do sondy Mars Recoinassance Orbiter, która będzie je przekazywać na Ziemię w trwających 5 sekund pakietach wysyłanych z opóźnieniem 16 sekund. W razie problemów z komunikacją na tym etapie, łazik będzie w stanie ponownie przesłać dane już po lądowaniu. Dodatkowo Perseverance z pomocą radiowego pasma X i UHF prześle bezpośrednio na Ziemię krótkie kontrolne sygnały, informujące o statusie zakończenia danego etapu lądowania. Pierwszy sygnał wysłany będzie na około minutę przed osiągnięciem powierzchni Marsa.

Główny wkład w powstanie Perseverance ma NASA, ale w konstruowanie aparatury badawczej łazika zaangazowane były też kraje europejskie - Włochy, Norwegia, Hiszpania i Franca

Mars ma co prawda znacznie rzadszą atmosferę niż Ziemia, ale na tyle gęstą, by rozgrzać ochronną tarczę lądownika do 1300 stopni Celsjusza w trakcie lądowania. Osłona termiczna po przedarciu się przez górne warstwy atmosfery jest odrzucana, a potem pojazdy podejmują próbę lądowania na powierzchni. Wciąż poruszają się z dużą prędkością, którą trzeba wytracić. Jest na to kilka sposobów. Łazik Perseverance wykorzysta najpewniejszy z nich.

Chcesz być na bieżąco? Miejsca w sieci, gdzie będziesz śledzić postęp lądowania

Osoby bardziej zainteresowane szczegółami i przebiegiem samego lądowania na pewno spróbują śledzić to wydarzenie w internecie. Oprócz głównego kanału NASA na YouTube, transmisji można szukać na Facebooku, LinkedIn, Twitch, Daily Motion i Theta.TV. Transmisja rozpocznie się o 20:15 w czwartek 18 lutego 2021.

Oglądaj transmisję z lądowania łazika Perseverance

Transmisja z centrum kontroli lotów będzie miała swój własny strumień, podobnie jak przekaz w 360 stopniach, dla tych co lubią w VR się bawić. Na kanale NASA JPL w YouTube już po północy 19 lutego transmitowana będzie też pierwsza konferencja prasowa po lądowaniu Perseverance.

Lądowanie na żywo? Nie do końca, bo w praktyce będą to wiadomości z przeszłości

Ze względu na opóźnienie w komunikacji radiowej Ziemia-Mars, wszystkie komunikaty o postępie lądowania łazika Perseverance dotrą na Ziemię 11 minut po fakcie. A zatem dla nas wszystko rozpocznie się na dobre dopiero wtedy, gdy na Marsie będzie już po lądowaniu. Oby pomyślnym.

Perseverance kontrola lotów maseczki
Zdalne sterowanie pojazdem na Marsie w czasach epidemii nabiera dodatkowego znaczenia

4 sprawdzone sposoby lądowania na powierzchni Marsa

Mówiąc o kilku sposobach lądowania, mamy na myśli przede wszystkim sposób na pokonanie ostatniego etapu lądowania, czyli bezpieczne przyziemienie przez łazik, lądownik czy jakikolwiek inny pojazd. Na przestrzeni lat wykorzystywano cztery metody.

  • Lądowanie z wykorzystaniem spadochronów, silników hamujących i poduszki powietrznej amortyzującej upadek
  • Lądowanie z wykorzystaniem spadochronów i rakietowych silników hamujących
  • Lądowanie z wykorzystaniem spadochronów, rakietowych silników hamujących i/lub kokonu z nadmuchanych balonów otaczających pojazd
  • Lądowanie z wykorzystaniem spadochronu, modułu rakietowego i dźwigu opuszczającego pojazd

Pierwszą metodę próbował opanować Związek Radziecki w latach 70. XX wieku. Z drugiej metody korzystały między innymi lądowniki Viking w tym samym czasie, do dziś stosuje się ją w przypadku lądowników. Trzecią technikę zastosowano w latach 90. w przypadku Pathfindera, a powtórzono w przypadku łazików Spirit i Opportunity. Z kolei Perseverance, który waży 1025 kilogramów (na Marsie 393 kilogramy), podobnie jak Curiosity, jest już za ciężki na ten sposób amortyzacji upadku na powierzchnię.

Spadochron Perseverance
Spadochron, który zastosowano w Perseverance. Ten element stosowany jest od zawsze na etapie hamowania pojazdu w atmosferze

Dlatego opracowano moduł rakietowy, który pozwala na kontrolowanie z dużą precyzją prędkości i kierunku opadania tuż przed dotknięciem powierzchni Marsa. Łazik na ostatnim etapie (około 20 metrów nad powierzchnią) jest opuszczany dodatkowo na linie o długości około 6,5 metra. Z tej techniki lądowania korzysta Perseverance, a moduł odlatuje na bezpieczną odległość, by opaść na powierzchnię bez ryzyka uszkodzenia łazika.

Łazik Perseverance moduł rakietowy
Moduł rakietowy uruchomiony zostanie około dwóch kilometrów nad powierzchnią Marsa. Po wypuszczeniu łazika odleci na bezpieczną odległość

Ze względu na etapowość lądowania pojazdów na Marsie, ślady po tej części podróży można znaleźć w różnych miejscach na powierzchni. Są to odrzucone spadochrony, osłona termiczna, osłona zewnętrzna i w końcu moduł rakietowy o ile taki został zastosowany. Wszystkie te elementy są odrzucane na bezpieczną odległość, tak by nie uszkodziły łazika (lub innego pojazdu).

Zderzenie czołowe - był taki pomysł, ale nie udało się go doprowadzić udanie do końca

Amerykanie (misja Mars Polar Lander) jak i Rosjanie (misja Mars 96) mieli kiedyś jeszcze jeden pomysł na dostarczenie obiektów na powierzchnię Czerwonej Planety. Co prawda nie takich pojazdów jak łaziki czy duże lądowniki, a niewielkie próbniki, ale można tę technikę byłoby potraktować jako kolejną metodę lądowania.

Metodę twardą, bo byłoby to w zasadzie zderzenie czołowe z prędkością nawet większą niż rekord prędkości pociągu na Ziemi (ponad 600 km/h). Taki lądownik miałby osłonę termiczną, która pełniłaby rolę amortyzatora w momencie uderzenia rozbijając się, a samo urządzenie wbiłoby się na co najmniej kilkadziesiąt cm w powierzchnię Marsa.

Obie wyposażone w takie urządzenia misje nie dotarły do powierzchni Marsa, rosyjska sonda nawet nie opuściła orbity Ziemi, dlatego o skuteczności takiego gwałtownego hamowania na Marsie możemy jedynie deliberować.

Lądowanie łazika Perseverance krok po kroku

Perseverance podejmie próbę lądowania, podobnie jak wcześniej Curiosity, z marszu. Czyli nie będzie wchodził na orbitę Marsa, bo nawet nie ma tu takiej potrzeby. Pojazd lecący na Marsa składa się z modułu transportowego, który wyposażony jest w baterie słoneczne do zasilenia niezbędnych części łazika w trakcie podróży i sprzęt do komunikacji z Ziemią na etapie lotu międzyplanetarnego.

Ten moduł zostanie odrzucony na 10 minut przed wejściem w atmosferę. Potem w ciągu 7 minut powinno nastąpić lądowanie na powierzchni. A potem wszystko potoczy się tak jak na poniższej ilustracji. Podobnie lądował Curiosity, więc kontrola misji ma teoretycznie wszystko już przećwiczone. Jednakże Perseverance waży o 126 kilogramów więcej, nie jest zatem kopią 1:1 Cusiosity, dlatego nerwy będą towarzyszyć ekipie misji Mars 2020 do samego końca lądowania, gdyż parametry lotu będą odmienne od już wypróbowanych.

Lądowanie Perseverance krok po kroku

Czas w Polsce dla kluczowych momentów lądowania na Marsie w czwartek 18 lutego będzie następujący:

  • oddzielenie modułu transportowego: godzina 21:38
  • wejście w atmosferę: 21:48
  • chwila największego nagrzania osłony termicznej: 21:49
  • otwarcie spadochronów: 21:52
  • odrzucenie osłony termicznej: 21:52 (20 sekund po otwarciu spadochronów)
  • odrzucenie osłony zewnętrznej: 21:54
  • przyziemienie łazika: 21:55

Można zatem powiedzieć, że mamy miejsca w pierwszym rzędzie, bo przed ekranem komputera i wygodną godzinę seansu.

Symulacja lądowania Perseverance, czyli jak to powinno wyglądać

Jeden obraz zastąpi 1000 słów, a interaktywny model-animacja 1000 obrazów. Dlatego zachęcam do skorzystania z takiej demonstracji lądowania Perseverance na Marsie.

Mars lądowanie symulacja

Przyciskami RATE możecie zwiększać tempo odtwarzania symulacji, a przycisk Scroll for next phase przeniesie nas do kolejnego kluczowego momentu lądowania. W przestrzeni nawigujemy kursorem myszy.

Gdzie wyląduje Perseverance i z jaką dokładnością osiągnie swój cel?

Miejsce lądowania, czyli krater Jezero na Marsie o średnicy około 45 km, w odległości 3700 km od miejsca lądowania Curiosity, znane jest już od dawna. To znajdujący się niedaleko równika Marsa, na jego północnej półkuli, w rejonie Isidis Planitia, krater uderzeniowy, który kiedyś był prawdopodobnie wypełniony wodą jak jezioro (stąd swojsko brzmiąca nazwa).

Mars lądowanie mapa

Krater Jezero to miejsce gdzie są duże szanse na znalezienie śladów życia ówczesnego, a może i obecnego. Poniższe zdjęcie starożytnej delty dowodzi, że są ku temu konkretne podstawy.

Krater Jezero

Perseverance w atmosferę Marsa wejdzie z prędkością około 20 tysięcy kilometrów na godzinę, hamowanie z pomocą osłony termicznej zmniejszy prędkość około 1600 km na godzinę, a po otwarciu spadochronów zmniejszy się ona jeszcze dwukrotnie. Tuż przed osiągnięciem powierzchni Marsa, łazik będzie poruszał się z prędkością niespełna 3 kilometrów na godzinę.

Krater Jezero to najtrudniejsza lokalizacja do lądowania, pod względem ukształtowania terenu, z jaką kiedykolwiek do czynienia miało NASA

Tak jak w przypadku innych lądowników zakłada się elipsę lądowania czyli obszar, w którym pojazd powinien osiąść na powierzchni Marsa. Dla Perseverance będzie ona miała wymiary 7,7 x 6,6 km. W trakcie lądowania komputery pojazdu będą podejmowały decyzję co do odpowiedniego ciągu każdego z silników hamujących, by ewentualnie skorygować błędy w torze lotu.

Elipsa lądowania Perseverance

By dostrzec jak dużą precyzją lądowania wykaże się Perseverance wystarczy porównać wymiary jego elipsy lądowania z wymiarami dla kilku poprzednich misji NASA.

  • InSight / 130 x 27 km
  • Curiosity / 25 x 20 km
  • Pathfinder / 200 x 70 km

Autonomiczne sterowanie na ostatnich etapach lądowania - klucz do sukcesu

Tak silne zawężenie pola lądowania w stosunku do łazika Curiosity możliwe jest dzięki zastosowaniu autonomicznego systemu sterowania spadochronami (Range Trigger). Podejmie on samodzielnie decyzję o ich otwarciu na podstawie porównania aktualnej pozycji lądującego łazika i jego odległości od powierzchni, z wartościami spodziewanymi.

Asysta lądowanie Perseverance
Dane zebrane podczas lądowania Perseverance mają wspomóc projekty załogowych misji na Marsa

Gdy łazik z modułem rakietowym zostanie naprowadzony na cel, aktywuje się system nawigacji lotu bazujący na fotografiach otoczenia. Będzie on porównywał wykonywane na bieżąco zdjęcia powierzchni z przechowywanymi w pamięci łazika obrazami wcześniej wykonanymi przez orbitery. Jeśli okaże się, że łazik zmierza w kierunku niezbyt przyjaznego otoczenia, silniki sterujące skorygują tor lotu tak, by lądowanie odbyło się w bezpiecznym otoczeniu. W ten sposób łazik będzie w stanie uniknąć przeszkód o rozmiarach do 335 metrów.

Łazik Perseverance budowa na czas lotu
Poszczególne elementy pojazdu, który dotarł na Marsa i lokalizacja kamer i mikrofonów, które pomogą udokumentować lądowanie

Wspomniana autonomia procedury lądowania, to jedna z kilku rzeczy, których wcześniej żaden łazik nie próbował na Marsie. Pozostałe to między innymi zbieranie próbek dla przyszłych misji, produkcja tlenu oraz nagrywanie dźwięków otoczenia i pracy łazika.

Być może uda się też zarejestrować filmy z tego pierwszego etapu misji dzięki kamerom umieszczonym w tylnej osłonie i module rakietowym. Będą one w stanie filmować spadochrony oraz zbliżającą się powierzchnię planety.

A po lądowaniu? Przyjdzie pora na obfotografowanie się i aktualizację oprogramowania

Łazik Perseverance od razu po wylądowaniu przełączy się w tryb pracy naziemnej, ale jeszcze przez miesiąc będzie przygotowywał się do pracy. Czynności na tym etapie misji obejmują bliską nam kategorię działań. Łazik rozciągnie się, czyli rozłoży maszt z kamerami, ramię robotyczne, uruchomi antenę komunikacyjną wysokiej mocy. Wykona też zdjęcia otoczenia i samego siebie oraz kół. Pierwsze zdjęcia będą zrobione z założonymi osłonami antypyłowymi, kolejne już po ich zdjęciu.

Helikopter Ingenuity
Helikopter Ingenuity zainstalowany pod brzuszkiem łazika. Na zdjęciu wykonanym w laboratorium jeszcze nie zabezpieczony na czas lądowania

Przeprowadzona zostanie diagnostyka instrumentów ich kalibracja oraz aktualizacja oprogramowania.

Przed rozpoczęciem pracy na Marsie odrzucone będą też dodatkowe osłony chroniące instrument do pobierania próbek z powierzchni. Jednak dopiero co najmniej po miesiącu usunięta zostanie ochronna tarcza helikoptera Ingenuity. Wtedy też łazik odbędzie przejażdżkę do miejsca lotów, które będą jednym w pierwszych wielkich zadań misji Mars 2020.

Perseverance ma zbadać większą przestrzeń niż jakikolwiek inny łazik

Dotychczasowy rekord przejechanego w ciągu marsjańskiego dnia dystansu wynosi 214 metrów i ustanowił go łazik Opportunity w 2005 roku. To był wyjątkowy moment, średnio pokonywane dystanse były znacznie krótsze. Tymczasem dla Perseverance pokonywanie 200 metrów dziennie ma być rutyną. A pisanie przestrzeń zamiast powierzchnię ma sens, gdyż za sprawą helikoptera po raz pierwszy eksploracja będzie prowadzona w trzech wymiarach.

Mars Perseverance na Marsie

W tym celu oprogramowanie łazika wyposażone będzie poprzez wspomnianą aktualizację w zestaw algorytmów automatyzujących i autonomizujących poruszanie się po powierzchni Marsa. Do analizy danych wykorzystana będzie ta sama elektronika, co podczas lądowania. Jej sercem jest układ FPGA klasy Virtex-5 (architektura PowerPC).

Natomiast mózgiem misji jest komputer bazujący na wypróbowanym już procesorze RAD750 (architektura PowerPC), który zabezpieczono przed promieniowaniem. W odwodzie będzie czekał drugi układ, uruchamiany w przypadku problemów z pierwszym. Ta nadmiarowość uratowała Curiosity przed odejściem na wcześniejszą emeryturę już w lutym 2013 roku. Curiosity jest już mocno doświadczonym łazikiem. Jego koła są mocno zużyte, wietrło uszkodziło się w 2016 roku, a w 2019 roku dokonano pełnego resetu komputerów

Źródło: NASA, inf. własna

Czytaj więcej na temat Marsa:

Komentarze

16
Zaloguj się, aby skomentować
avatar
Komentowanie dostępne jest tylko dla zarejestrowanych użytkowników serwisu.
  • avatar
    .Alx.
    6
    Marsjanie, którzy na własne oczy zobaczą Perseverance, będą opowiadać, że widzieli jak ląduje "latający talerz"... [ patrz zdjęcia/grafiki ]

    ...Opowiedzą o tym pobratymcom, ale oczywiście nikt im nie uwierzy, bo wiadomo, istnienie innych cywilizacji to teorie spiskowe w które wierzą tylko płaskomarsjańcy. Marsjańskie wojsko ogrodzi cały teren, powie, że to był balon meteorologiczny i sprawa wkrótce ucichnie. Może nie całkiem, bo i tak foliarze będą twierdzić, że wojsko ukrywa statek obcych... ale kto by im tam wierzył...
    • avatar
      Gnom_Z_Piany
      6
      @Karol, świetny artykuł. Gdybyś miał możliwość, pogadaj z @Pawłem aby nie uprawiał taniej sensacji bo to po prostu drażni na portalu technologicznym. Gdyby na tym portalu było więcej artykułów w twoim stylu a nie @Pawłowym :) my tu mamy po prostu dosyć "wyciekło", czy "wiemy" i tak dalej. chcemy profesjonalizmu i neutralności, a nie jakiegoś pudelka.

      czekamy na więcej artykułów od ciebie, nie tylko o kosmosie :) heh, czasem się krytykuję, ale to mam nadzieję jest konstruktywne. aha, SN10 jest po static test. zaliczony. ciekawe czy temu uda się wylądować, czy nie zawiodą silniki i zasilanie paliwem.
      • avatar
        greghostor
        3
        Powodzenia...
        • avatar
          rafal.mrozik
          1
          Och.. Widzę że nawet Franca była zaangażowana w tym projekcie. A to... Franca :)
          • avatar
            Konto usunięte
            -1
            Wydaje mi się, że z misji Mars Pathfinder była relacja w telewizji. A dziś w czwartek w Telewizji Propagandowej Władzy mogę obejrzeć radioreporterze lub Barwy szczęścia. Ja się pytam gdzie poszły te dwa miliardy PLNów?
            • avatar
              Gatts-25
              -5
              Te misje są wyjątkowe bo Amerykanie doprowadzili do tego, że najwięksi nie będą chcieli z nimi współpracować. Ruscy już się odcinają od USA bo Wróg mojego Wroga jest moim przyjacielem i planują budować stację kosmiczną na księżycu z Chińczykami. Po co te podziały jak na Ziemi żyjemy razem? Najgorsze, że były prezydent Stanów Zjednoczonych do tego doprowadził i jeszcze 'Leserzy' bronili go w procedurze 'impeczmentu'.
              • avatar
                pawluto
                -5
                Czekamy na bezpośrednią transmisję lądowania na marsie łazika...!
                Będzie tak samo jak z lądowaniem na księżycu ???
                • avatar
                  Erikson83
                  -6
                  Ta wylądują w kiblu i zrobią animacje że to mars hahahah NASA=NAZI
                  • avatar
                    Dariosex
                    -6
                    Oby sie rozbil z wielkim hukiem!
                    • avatar
                      Ahura
                      0
                      w sumie fascynujące, ciekawe ile informacji zostanie podane do opinii publicznej.
                      • avatar
                        makavel
                        0
                        Siemanko od siebie mogę dodać że warto zobaczyć Live na kanale AstroLife youtube.com/astrolifepl. Super kanał o astronomii w dodatku po Polsku.
                        • avatar
                          FunkyKoval
                          0
                          LOL lądują aparaty arabski, chiński itp. ... w dodatku nazywają Marsa "czewona planetą". Jak nic chińczycy położą na Marsie łapę, pierwszy sekretarz komunistycznej partii Chin pewnie tam poleci i przetnie wstęgę i będzie pozamiatane.
                          Ciekaw jestem ile czasu upłynie pomiędzy budową pierwszych baz na Marsie a pierwszymi konfliktami o terytoria na Marsie i jego orbicie.