Przodkowie
Pierwszym łazikiem, który z powodzeniem wylądował na Marsie, był American Sojourner. W ramach programu Mars Pathfinder w 1997 roku pracował na planecie przez całe trzy miesiące, czasami przekraczając szacowany czas życia. Łazik nie stanął przed szczególnie trudnymi zadaniami - sam fakt odnalezienia naziemnej aparatury robota na Czerwonej Planecie zrobił furorę na świecie. Mimo to Sojournerowi udało się przesłać wiele zdjęć Marsa, a także przeprowadzić proste badania meteorologiczne i geologiczne.
Dwa lata później NASA ponownie wysłała misję na Marsa w kosmos, mającą na celu szczegółowe zbadanie warunków glebowych i klimatycznych planety. Misja Mars Polar Lander zakończyła się niepowodzeniem - zstępujący pojazd rozbił się z nieznanych dotąd przyczyn. Na pokładzie statku kosmicznego zniknął również rosyjski radar laserowy (lidar), przeznaczony do badania składu atmosfery.
Amerykanie weszli w XXI wiek jako niekwestionowani światowi liderzy w eksploracji Marsa i poparli swój sukces w 2003 roku uruchomieniem programu Mars Exploration Rover. Zgodnie z planem, planetę miały badać dwa łaziki - Spirit i Opportunity. Oba lądowniki wylądowały na powierzchni Marsa w styczniu 2004 roku w odstępie 21 ziemskich dni. Konstrukcja Opportunity okazała się na tyle niezawodna i wytrzymała, że łazik działał do czerwca 2018 roku.
Teraz na Marsie działa 900-kilogramowy łazik Curiosity z radioizotopowym źródłem zasilania, który uderzył w planetę w sierpniu 2012 roku. Jego głównym zadaniem jest wiercenie i badanie próbek. W tej chwili misja została przedłużona bezterminowo.
Amerykanom to nie wystarczyło, a jeszcze wcześniej, w 2008 roku, na planecie pojawiła się niewielka stacja Phoenix, której jedną z misji było poszukiwanie życia pozaziemskiego. Urządzenie nie było przystosowane do ruchu, było stosunkowo tanie (400 mln USD) i żyło w stanie aktywnym zaledwie kilka miesięcy. Niemniej jednak Phoenix odkrył wodę na Marsie i przeprowadził prostą analizę chemiczną gleby.
Wymiana stacjonarnego robota eksploracyjnego, który wyłączył się jesienią 2008 roku, zajęła Amerykanom prawie dziesięć lat. Stacja sejsmiczna Marsa z platformą InSight NASA wylądowała na planecie w 2018 roku i do tej pory z powodzeniem wysyła wyniki badań na Ziemię.
Obecność jednego mobilnego i jednego stacjonarnego aparatu marsjańskiego wyraźnie nie wystarcza Amerykanom. Aby umocnić swoją obecność na Marsie, 18 lutego 2021 r. łazik Perseverance wylądował na powierzchni. I ma własny helikopter.
Czy na Marsie jest życie?
Przede wszystkim Perseverance to największy łazik, jaki do tej pory zrzucono na Czerwoną Planetę. Elon Musk katapultował kiedyś swój elektryczny roadster w kosmos, a NASA wysłała na Marsa łazik wielkości samochodu. Wytrwałość ma około 3 metry długości, 2,7 metra szerokości i 2,2 metra wysokości. W przypadku dość dużego łazika zastosowano super mocne i ultralekkie materiały, dlatego waga urządzenia w warunkach naziemnych ledwo przekracza tonę. W warunkach Marsa Perseverance waży dwa i pół raza mniej.
Uruchomienie tak złożonego i kosztownego projektu (ponad 3 miliardy dolarów) musi być wsparte odpowiednim programem badawczym na Marsie. Aby usprawiedliwić wydane pieniądze, Amerykanie naraz wyposażyli łazik w kilka ciekawych gadżetów.
Przede wszystkim jest to model aparatu MOXIE do syntezy tlenu z dwutlenku węgla w atmosferze marsjańskiej, którego udział sięga 93%. W teorii wszystko jest bardzo proste – od cząsteczki dwutlenku węgla CO2 odrywamy tlen atomowy i łączymy go z jednym z nich. Spaliny wytwarzają tlenek węgla i tlen cząsteczkowy, który jest całkiem oddychający.
Wcześniej w warunkach kosmicznych tlen był syntetyzowany przez elektrolizę wody, ale na życie jednej osoby potrzebny jest cały kilogram wody dziennie - ta metoda nie dotyczy Marsa. Krótko mówiąc, aparat MOXIE kompresuje dwutlenek węgla, podgrzewa go do 800 stopni i przepuszcza przez niego prąd elektryczny. W rezultacie na anodzie ogniwa gazowego uwalniany jest czysty tlen, a na anodzie tlenek węgla. Następnie mieszanina gazów jest schładzana, sprawdzana pod kątem czystości i wypuszczana do atmosfery Marsa.
Oczywiście w odległej przyszłości tysiące takich generatorów będą przetwarzać marsjański dwutlenek węgla w przyjazną człowiekowi atmosferę. Warto zauważyć, że ta technologia nie jest najbardziej postępowa. Jednak zgodnie z teorią z dwóch cząsteczek CO2 powstaje tylko jedno O2… A to jest bardzo dalekie od rzeczywistej skuteczności takich instalacji. O wiele ciekawszy jest pomysł rozszczepienia dwutlenku węgla na węgiel C i cząsteczkę O2… W 2014 r. w czasopiśmie Science opublikowano metodę syntezy tlenu z CO2 pod wpływem laserów ultrafioletowych. Pięć lat później Kalifornijski Instytut Technologiczny wpadł na pomysł przyspieszenia i uderzenia cząsteczek dwutlenku węgla w obojętne powierzchnie, takie jak złota folia. W wyniku tej barbarzyńskiej obróbki dwutlenek węgla rozkłada się na tlen cząsteczkowy i węgiel, czyli sadzę. Ale chociaż takie techniki są dalekie od doskonałości technologicznej, NASA musi zadowolić się urządzeniami takimi jak MOXIE.
Drugim ciekawym gadżetem dla łazika jest PIXL, który ma za zadanie skanować okolicę za pomocą promieni rentgenowskich. Urządzenie przeprowadza zdalne badania gleby pod kątem substancji chemicznych i pierwiastków, które mogą być znacznikami organizmów żywych. Twórcy zapewniają, że PIXL jest w stanie rozpoznać ponad 26 pierwiastków chemicznych. Podobne zadanie wykonuje wielofunkcyjny skaner SuperCam, który jest w stanie określić skład atomowy i molekularny skał z siedmiu metrów. W tym celu jest wyposażony w laser i bardzo czułe czujniki podczerwieni.
A to jeszcze nie wszystko. Analizę na obecność śladów życia przeprowadzają „eksperci kryminalistyczni” SHERLOC i WATSON. SHERLOC działa w zakresie ultrafioletu, badając otaczające skały za pomocą lasera. Zasada jest bardzo podobna do pracy ziemskiego detektywa szukającego dowodów biologicznych za pomocą latarki UV. WATSON z kolei rejestruje wszystko, co dzieje się przed kamerą. Na końcu wysięgnika łazika znajduje się para czujników wraz z RTG PIXL.
Wytrwałość nie ma wiertła do eksploracji marsjańskiego wnętrza. W tym celu wykorzystywany jest skaner radarowy RIMFAX, zdolny do „zeskanowania” Marsa do głębokości 10 metrów. GPR zmapuje leżącą pod spodem powierzchnię i poszuka złóż marsjańskiego lodu.
Łazik marsjański z helikopterem
Głównym „popisem” Perseverance nie są opisane powyżej supergadżety ani nawet elektrownia jądrowa, ale pierwszy w historii samolot na Marsa. Po wylądowaniu w marsjańskim kraterze Jezero łazik przyniósł pod brzuch miniaturowy współosiowy helikopter. W najlepszych tradycjach amerykańskiej astronautyki nazwa helikoptera została wybrana przez konkurencję, a najlepszą była Ingenuity. Vaniza Rupani, 11-klasistka z Northport.
Śmigłowiec nie jest wyposażony w sprzęt naukowy. Jego głównym zadaniem jest wykazanie możliwości lotu w atmosferze Marsa, która składa się prawie w całości z dwutlenku węgla. Atmosfera Czerwonej Planety ma gęstość podobną do Ziemi, ale grawitacja jest 2,5 razy mniejsza. Samolot ciągnie o 1,8 kilograma i jak na swoją wagę jest wyposażony w stosunkowo małe śmigła (prędkość obrotowa - 2537 obr/min) - premie marsjańskiej grawitacji. Jednak ogromne spadki temperatury na powierzchni planety zmusiły inżynierów do zbudowania złożonego systemu ochrony termicznej na śmigłowcu. Pierwszy lot Ingenuity zaplanowano nie wcześniej niż 8 kwietnia, a cały program testowy powinien zakończyć się w ciągu miesiąca. Helikopter jest jednorazowy - po testach pozostanie na Marsie jako obce szczątki. Wytrwałość również w końcu zamieni się w martwy kawałek drogich stopów, ale jego cykl życia jest znacznie dłuższy.
Zakłada się, że Perseverance zrzuci swojego satelitę do ochronnego pojemnika w kształcie gitary, cofnie się o kilkadziesiąt metrów i zdalnie uruchomi program lotu testowego. Śmigłowiec będzie musiał latać wokół łazika nie opuszczając obszaru obserwacji kamer i skanerów. Najtrudniejsze jest przetrwanie pierwszej zimnej marsjańskiej nocy dla miniaturowego helikoptera. Jeśli czytasz materiał przed 8 kwietnia 2021 r., łazik marsjański właśnie zmierza w kierunku wstępnie wybranego lotniska na start Ingenuity.
