Dosud nikdy nebyla na planetě Mars tak velká flotila průzkumníků ze Země. Najdeme tu sondy z USA, Evropy, Číny, Indie, Spojených arabských emirátů... Když je všechny sečteme, dojdeme k impozantnímu číslu dvanáct. Pojďme se podívat na některé z nich.
Mise InSight se pomalu loučí a již brzy se ozve naposledy, naopak rover Perseverance se začíná dostávat do „provozního tempa“ a stává se nedílnou součástí jednoho z největších technických dobrodružství 21. století. Perseverance za tichého skřípotu svých kol připravuje základy velkého společného projektu NASA a ESA: odběru vzorků hornin z Marsu a jejich dopravy do pozemských laboratoří. Již brzy tak můžeme dostat odpověď na odvěkou otázku „Jsou tam taky žáby?“
POHLED POD POVRCH MARSU
Začněme ale u výsadkové sondy InSight. Na Marsu přistála v listopadu 2018 v oblasti Elysium Planitia, přičemž měla za úkol zjistit co nejvíce o vnitřní struktuře planety. Za tímto účelem nesla dvojici přístrojů, které pomocí mechanické paže umístila přímo na povrch planety.
První z nich, podpovrchová sonda HP3 (Heat Flow and Physical Properties Package), představovala „krtka“ o průměru 2,7 cm a délce 40 cm, který se měl desítkami tisíc drobných úderů elektromechanického kladívka dostat snad až pět metrů pod povrch Marsu. Tedy do míst, kde jsme zatím nikdy nebyli. Přístroj však nefungoval, jak se očekávalo, opakované pokusy o jeho „zavrtání“ byly neúspěšné.
Sonda InSight na Marsu, v popředí podpovrchová sonda „krtek“ a pod „poklopem“ je seismometr SEIS s dosud nevídanou citlivostí aplikovanou ve vesmíru /Foto: NASA/
Druhý přístroj, kterým byl seismometr SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure), byl mnohem úspěšnější. Tvořil jej soubor citlivých čidel uložených v hermeticky uzavřeném titanovém pouzdře. Jen díky naprostému vakuu bylo možné dosáhnout maximální přesnosti měření.
V praxi to znamená, že přístroj je schopen zaznamenávat pohyby půdy odpovídající čtvrtině průměru atomu vodíku. Jde tedy o citlivost v meziplanetárních letech dosud neviděnou. Seismometry jsou ve vakuovém pouzdře uloženy na stabilizované plošině, jejíž přesnou polohu zajišťuje šestice miniaturních krokových motorů Faulhaber s planetovou převodovkou o průměrech 8 a 10 mm a celkové hmotnosti 20 g. Speciální maziva, ložiska a korozi odolné materiály jsou nutnými úpravami pohonů pro naprostou spolehlivost aplikace v prostředí Marsu. Trojice motorů AM1020 slouží k přesné nivelaci přístroje, další trojice AM0820 pak k aretaci. Ta má přitom dvojí úkol: kompenzovat pohyby vyvolané tepelnými změnami a přesně stabilizovat měřicí čidla. Každý motor Faulhaber vykonal během dvouleté práce množství potřebných korekčních cyklů. Tyto mikromotory zajišťují orientaci plošiny s detektory s přesností na desetinu stupně, přičemž pracují v rozsahu teplot od −120 °C do +70 °C. Spolehlivě pracují v naprostém vakuu, což ale není jediný extrém, se kterým se potýkají: přečkaly přetížení a vibrace při startu rakety, půlroční přelet stavem beztíže a následné drsné přistání. Vše přitom bez nejmenšího kompromisu v oblasti přesnosti nebo spolehlivosti.
Předchozí pokusy o použití seismometrů na Marsu byly totiž znehodnoceny nekvalitními přístroji, které detekovaly závany větru nebo pohyb vlastní sondy.
Mise InSight ovšem pomalu končí. Pracovat měla jeden místní rok (tedy dva pozemské), takže už je na planetě skoro dvakrát déle. V posledních měsících se ale sonda dostává do „energetické krize“. Její sluneční panely dodávající životadárnou energii začínají být zaprášené a den ze dne je tak k dispozici čím dál méně elektřiny. Aktuálně je dodávka jen na 27 % proti disponibilnímu množství po přistání. Neúspěšný přístroj HP3 bylo dokonce nutné definitivně vypnout, jinak by nebyla energie pro základní provoz.
Předpokládá se, že někdy ve druhé polovině roku bude energie tak málo, že InSight nebude schopen komunikovat, a pak už ani udržet své systémy při životě po dobu chladných marsovských nocí.
Šest kol na Marsu Naproti tomu rover Perseverance má před sebou — zdá se — velkou budoucnost. Na planetu dorazil loni 18. února. Jde o šestikolového robota, který má jako zdroj energie radioizotopový generátor, tedy „plutoniovou baterii“. Není tak odkázán na obvyklé sluneční panely a baterie se všemi nevýhodami z nich plynoucí. Svou konstrukcí je rover Perseverance v mnohém podobný svému „bratříčkovi“ Curiosity, který pracuje na Marsu od srpna 2012 a dosud překonal vzdálenost 27 km.
Perseverance má délku 2,9 m, šířku 2,2 m a výšku 2,7 m. Jeho hmotnost je 1 025 kg, což z něj udělalo nejtěžší lidmi dopravené zařízení na povrch Marsu.
Kromě atraktivního vrtulníčku Ingenuity (v dubnu uskutečnil už 27. let!) má Perseverance sedm hlavních přístrojů, devatenáct kamer a dva mikrofony.
Evropský rover MFR bude sbírat vzorky ve speciálních kapslích, získané a na povrchu planety zanechané roverem Perseverance /Foto: NASA/
POHLED DO MINULOSTI MARSU
Co se týká vzorků hornin z Marsu, dnes máme desítky meteoritů, které na Zemi doputovaly právě ze čtvrté planety Sluneční soustavy. Jenže ty mají za sebou cestu dlouhou miliony let, často dramatické události (při vyvržení z mateřské planety i při průletu zemskou atmosférou) a z původních informací se tak v nich nedochovalo zhola nic. Navíc si nemůžeme vybrat, odkud vzorek pochází, což snižuje jeho hodnotu.
Rover Perseverance zamířil do kráteru Jezero. Ten je pojmenován podle vesnice v Bosně a Hercegovině. Jeho průměr je 45 km. V dobách, kdy byl Mars vlhkou a teplou planetou se stabilním podnebím, v něm totiž bylo skutečné jezero. To napájely dva přítoky, které sem přinesly až kilometrový nános usazenin. Přitom mnohé z těchto vrstev jsou díky členitému terénu obnažené, takže se dají relativně dobře zkoumat. Kromě sedimentů jsou zde také horniny vulkanického původu, což geologickou atraktivitu terénu zvyšuje. Kráter Jezero je navíc pokrytý menšími krátery či zvětralými útvary usnadňujícími přístup k hlubším geologickým vrstvám, které by jinak při pouhém povrchovém průzkumu zůstaly nedostupné. Bez větší nadsázky se dá říci, že právě krátery jsou „okny do minulosti“.
Každopádně vlhká a teplá minulost kráteru Jezero z dob před 3,5 až 3,9 mld. let je zásadní. Pokud totiž máme někde na Marsu šanci najít stopy minulého života, tak právě zde. Úkolem Perseverance bude průzkum povrchových procesů na planetě a pátrání po stopách nebo biosignaturách minulého mikrobiálního života. Aby nevyvolávala přehnaná očekávání, upozorňuje NASA, že nepředpokládá existenci minulého života na Marsu. Nicméně nálezy předchozího roveru Curiosity ukazují, že možný byl.
PROSPEKTOR NA MARSU
Rover Perseverance je vnímán jako samostatná a unikátní laboratoř. Což je ale jen polovina pravdy, protože je nedílnou součástí širšího konceptu MSR (Mars Sample Return). Jeho cílem je dostat vzorky hornin z Marsu na Zemi. Perseverance je první ze čtyř misí. Toto rozdělení má výhody. Jednak dovoluje finanční prostředky uvolňovat postupně po menších částkách (slavná „salámová metoda“ — představte si, že by bylo třeba schválit najednou závratných 8 až 10 mld. dolarů na všechny mise). A jednak dovoluje zopakování jednotlivých částí mise, kdyby některá z nich selhala.
Perseverance vyhledává a odebírá na Marsu vzorky z nejzajímavějších míst. Za tímto účelem je rover vybaven 43 superčistými kapslemi tvaru doutníku, do nichž budou uloženy vzorky hornin o průměru 13 mm a délce 60 mm (přesněji: do 39 kapslí, zbývající čtyři představují „srovnávací vzorky“). Do tohoto prostoru se vejde zhruba 20 g horniny. Kapsle budou postupně plněny zajímavými vzorky, jež z povrchu co nejšetrněji odebere jeden z devíti vrtáků na palubě.
Vzorky budou následně zdokumentovány (hmotnost, vzhled...), kapsle uzavřeny a postupně ukládány na povrchu Marsu. Vždy po několika kusech najednou v tzv. úložištích. Na těchto místech si je budoucí roboti vyhledají, vyzvednou a dopraví k raketě, která zajistí jejich transport na Zemi. Ale to předbíháme.
K jednotlivým kapslím ještě drobná poznámka. Původně se plánovalo, že bude využit na první pohled jednodušší způsob předání vzorků: všechny měly být uloženy do jedné kompaktní hlavice s mnoha komůrkami. Tu měl rover Perseverance dovézt na stanovené místo předání. Nemusely by se tak hledat desítky „doutníků“ v prachu Marsu. Jenže... Kdyby se cokoliv pokazilo a velkou hlavici nebylo možné předat, byla by ztracena celá mise.
Stejně tak by byla věčná škoda, kdyby se hlavice naplnila, odhodila, a pak byl nalezen kromobyčejně zajímavý vzorek.
Použití mnoha kapslí oba problémy eliminuje: jsou odhazovány průběžně a počítá se s tím, že několik posledních bude ponecháno na palubě „pro strýčka Příhodu“.
DOPRAVNÍ SLUŽBA PRO HORNINY
Perseverance je tedy první misí z celkového počtu čtyř. Další (ERO — Earth Return Orbiter) odstartuje v roce 2027, zbývající dvě o rok později. Protože ale mise ERO bude potřeba až na závěr celého projektu, podívejme se nejprve na dvojici sond z roku 2028. Zvažovalo se, že by obě letěly společně, ale letos v březnu partnerské agentury ESA a NASA rozhodly jinak: společné přistání obou sond na Marsu by vyžadovalo vývoj zcela nové techniky a na cestě by byla spousta neodzkoušených manévrů/technologií.
Když sondy poletí zvlášť, mohou vsadit na osvědčenou kartu. A to na přistání pomocí techniky Sky Crane (Nebeský jeřáb), se kterou na Mars dosedly rovery Curiosity a Perseverance. Její podstata je jednoduchá: na planetě nepřistává plošina a z ní nesjede robot, ale přesně naopak, rover je pod přistávací plošinou. Ta se snáší k povrchu a v určitém okamžiku jej na planetu spustí. Jakmile se rover dotkne povrchu, jsou přetnuta spojovací lana a plošina odlétá. Divoké, ale velmi efektivní, protože od okamžiku přistání je rover na povrchu planety a nemusí složitě sjíždět z přistávacího modulu, nemusí rozkládat své mechanické prvky apod. Přistane a je funkční.
V roce 2028 tak ze Země odstartují dvě sondy, zatím označované jako SRL1 a SRL2 (Sample Retrieval Lander). První ponese raketu MAV (Mars Ascent Vehicle) pro dopravu vzorků z povrchu planety na oběžnou dráhu Marsu a robotický manipulátor pro přeložení vzorků z roveru na palubu této rakety. Druhá ponese zhruba 200 kg těžký rover MFR (Mars Fetch Rover). A zřejmě i další vybavení, protože nosnost Sky Crane je tuna nákladu na povrchu Marsu. A tu by byla škoda nevyužít. Rover MFR dodá ESA, přičemž má denně urazit až 200 m, a to zcela autonomně. Jeho hlavním cílem bude posbírat kapsle v úložištích a dopravit je k MAV. Optimisté doufají, že v té době bude ještě fungovat Perseverance a dopraví k MAV poslední dávku kapslí se vzorky přímo. Tím by usnadnil práci roveru MFR, jehož mise bude už tak mimořádně obtížná.
SMĚR: ZEMĚ!
Když rover MFR posbírá jednotlivé kapsle se vzorky ze všech úložišť, převeze je k raketě MAV a všechny uloží do její špice. MAV bude představovat krátkou a robustní dvoustupňovou raketu na tuhé pohonné látky. Ryze kapalinový nosič (možná dokonce s výrobou pohonných látek přímo z místních zdrojů) nebo hybridní pohon byly zamítnuty jako pro daný účel příliš komplikované. MAV bude i tak přestavovat technologický unikát, který dopraví hlavici se vzorky na oběžnou dráhu ve výšce cca 300 km nad planetou.
A tady už bude vyčkávat sonda ERO, která odstartuje v roce 2027. K Marsu ale dorazí společně se sondami vypuštěnými až o rok později, neboť bude využívat iontové motory. Ty jsou velmi efektivní (se stejným množstvím pracovní látky nabízejí desetinásobnou změnu rychlosti oproti klasickým chemickým), zároveň však mají jen minimální tah. Jsou tedy ideální pro energeticky náročné mise, které „mají čas“. Tento druh pohonu byl zvolen proto, že ERO bude potřebovat opravdu rozsáhlé manévrování. Ani ne tak na cestě k Marsu, ale hlavně na jeho oběžné dráze. Raketa MAV totiž na orbitě planety uvolní hlavici se vzorky. Ta nebude mít žádnou aktivní navigaci, takže bude zcela na sondě ERO, aby ji lokalizovala, přiblížila se k ní a zachytila ji. Sondu postaví Airbus, robotické vybavení dodá NASA. Hlavice se vzorky bude následně sterilizována a přesunuta do ochranného kontejneru, který zajistí, aby ani v případě nehody nedošlo ke kontaminaci naší planety vzorky z Marsu. Kontejner pak poputuje do přistávací kapsle.
Návratový modul mise ERO má se vzorky z Marsu přistát zpět na Zemi v roce 2033. Bude přitom tak jednoduchý, že už ani jednodušší být nemůže. Prostě bude mít za úkol druhou kosmickou rychlostí vstoupit do atmosféry Země (sem ho přiveze ERO) a přečkat průlet (vysoké teploty, přetížení...). Následně má tvrdě dopadnout do Utahu. V rámci zjednodušení neponese žádné padáky, žádný radiomaják.
ERO bude největší meziplanetární sondou v historii: při startu má mít hmotnost 6,5 t. Energeticky náročné iontové motory navíc budou potřebovat panely slunečních baterií o rozpětí 35 m. A co se financí týká: vývoj Perseverance přišel na 2,4 mld. USD (a to vycházel z roveru Curiosity). NASA počítá, že bude potřebovat do projektu MSR dát ještě 2,5 až 3 mld. dolarů. Podíl ESA (rover MFR a sonda ERO) by pak měl být zhruba 1,75 mld. USD.
Všechny části mise vedoucí k získání vzorků z Marsu (zleva): rovery Perseverance a MFR, v pozadí jeho přistávací plošina, v popředí plošina s raketou MAV a raketa za letu, nad nimi pak sonda ERO, která vzorky dopraví na Zemi /Foto: NASA/
EVROPSKÝ ROVER ČEKÁ NA NOVOU PŘÍLEŽITOST
Návrat vzorků horniny ovšem není jediným ambiciózním projektem průzkumu Marsu. Dalším je rover Rosalind Franklinová, který dostal do vínku pátrání po stopách života. Ovšem ne na povrchu či pár centimetrů pod ním, jako to dělá běžně. Rover je totiž vybaven unikátní vrtnou soupravou, která je schopná odebírat vzorky horniny z hloubky až 2 m a ty pak analyzovat ve svých palubních přístrojích. Tedy z hloubky, kde je dlouhodobě stabilní prostředí, není vystaveno působení radiace jako povrch planety, vyskytuje se zde voda v kapalném stavu... Tedy prostředí, které je příznivé pro vznik a udržení života.
Pro zkoumání okolí a plánování veškerých aktivit na povrchu Marsu jsou naprosto klíčové „oči roveru“ umístěné na dvoumetrovém stožáru. Ty tvoří trojice kamer: stereoskopické snímky planety budou mít na starosti dvě panoramatické širokoúhlé kamery a kamera s vysokým rozlišením poskytující detaily geologických struktur. O to, aby kamery bezchybně fungovaly, se starají tři miniaturní krokové motory Faulhaber, které pohánějí rotační osu výměny filtrů panoramatických kamer a zaostřovací mechanismus kamery s vysokým rozlišením. Je to dokonalé řešení pro optické aplikace, protože motory dokážou udržet s vysokou přesností polohu objektivu i bez proudu. Stručně řečeno, jedná se o jednoduché a robustní pohony s vynikajícími schopnostmi, ideální pro drsné podmínky vesmíru.
Rover Rosalind Franklinová měl odstartovat letos v září, ale pro nejistotu ohledně dostupnosti ruské nosné rakety Proton se nyní hledá nový způsob dopravy. Zatím není jasné, jak dlouhý odklad bude (kromě rakety bude potřeba nahradit i ruské komponenty mise, což nemusí být jednoduché). [ESA v době uzávěrky tohoto vydání TT oznámila, že start uskuteční nejdříve v roce 2028 — pozn. red.].
EPILOG
Jak vidno, současnost i budoucnost průzkumu čtvrté planety Sluneční soustavy je velmi košatá. Pokud se podaří realizovat všechny zamýšlené mise, tak na Zemi v roce 2033 dorazí nesmírně cenný vědecký náklad. Vědci budou moci vzorky z Marsu začít rozebírat. Kamínek po kamínku, zrníčko po zrníčku. Hornina z Marsu nám postupně začne vyprávět příběh této vzdálené planety. A kdo ví, třeba i příběh náš.
| FAULHABER — ŘEŠENÍ PRO NÁROČNÉ APLIKACE |
| Unikátní konstrukce samonosného vinutí je jedním z klíčových faktorů, proč pohony Faulhaber splňují vysoké nároky a požadavky. Tento typ vinutí byl vyvinut v roce 1958 Dr. Fritzem Faulhaberem. DC kartáčové motory se samonosným vinutím vynikají proti klasické konstrukci s železným jádrem velmi nízkým momentem setrvačnosti, který umožňuje vysokou dynamiku motoru. Tento koncept dovoluje dosažení výrazně menších vnějších rozměrů a hmotnosti i pro elektronicky komutované motory. Uvedených konstrukčních a technologických výhod využívají zároveň precizní krokové motory Faulhaber PRECIstep. Vynikají tak opět kompaktními rozměry, výbornou dynamickou odezvou, nízkou hmotností a jednoduchostí v řízení. Díky svým vlastnostem jsou využívány i pro aplikace v náročných podmínkách vesmíru, nízkých teplot a vakua. Pohony lze dle potřeb aplikace vybavit mnoha úpravami pro nestandardní pracovní teploty a podmínky. Motory je možno kombinovat dále s precizními převodovkami, pohybovými šrouby a snímači. Kontakty, detailnější informace a technickou podporu naleznete na webu www. routech.cz. |