Podwozie ciekawostki. Co kryje się w łaziku Curiosity

6 sierpnia 2012 roku statek kosmiczny Curiosity wylądował na powierzchni Marsa. W ciągu najbliższych 23 miesięcy łazik będzie badał powierzchnię planety, jej skład mineralogiczny i widmo promieniowania, szukał śladów życia, a także oceniał możliwość wylądowania człowieka.

Główną taktyką badawczą jest poszukiwanie interesujących skał za pomocą kamer wysoka rozdzielczość. Jeśli jakiś się pojawi, łazik napromieniowuje badaną skałę laserem z daleka. Wynik Analiza spektralna określa, czy konieczne jest wyjęcie manipulatora z mikroskopem i spektrometrem rentgenowskim. Curiosity może następnie wyodrębnić próbkę i załadować ją do jednej z 74 szalek laboratorium wewnętrznego w celu dalszej analizy.

Przy całym swoim dużym body kit i zewnętrznej lekkości urządzenie ma masę samochodu osobowego (900 kg) i waży 340 kg na powierzchni Marsa. Cały sprzęt zasilany jest energią rozpadu plutonu-238 z radioizotopowego generatora termoelektrycznego Boeinga, którego żywotność wynosi co najmniej 14 lat. NA ten moment wytwarza 2,5 kWh energii cieplnej i 125 W energii elektrycznej, z biegiem czasu moc elektryczna spadnie do 100 W.

W łaziku zainstalowano kilka różnych typów kamer. Mast Camera to system dwóch nierównych kamer o normalnym odwzorowywaniu kolorów, który może wykonywać zdjęcia (w tym stereoskopowe) w rozdzielczości 1600x1200 pikseli i, co jest nowością w łazikach marsjańskich, rejestrować skompresowany sprzętowo strumień wideo 720p (1280x720). Do przechowywania powstałego materiału system dysponuje 8 gigabajtami pamięci flash dla każdej kamery - to wystarczy na przechowywanie kilku tysięcy zdjęć i kilku godzin nagrań wideo. Zdjęcia i filmy są przetwarzane bez obciążania elektroniki sterującej Curiosity. Mimo, że producent posiadał konfigurację zoomu, aparaty nie posiadają zoomu, bo nie było już czasu na testy.

Ilustracja obrazów z MastCam. Kolorowe panoramy powierzchni Marsa uzyskuje się poprzez połączenie kilku zdjęć. Kamery MastCam będą wykorzystywane nie tylko do zabawiania publiczności informacjami o pogodzie panującej na czerwonej planecie, ale także do pomocy w pobieraniu i przemieszczaniu próbek.

Do masztu przymocowana jest również część systemu ChemCam. Jest to spektrometr emisji iskry laserowej i zespół obrazujący, które działają w parach: po odparowaniu niewielkiej ilości badanej skały, 5-nanosekundowy impuls laserowy analizuje widmo powstałego promieniowania plazmowego, co pozwoli określić skład pierwiastkowy skały. próbka. Nie ma potrzeby przedłużania manipulatora.

Rozdzielczość sprzętu jest 5-10 razy wyższa niż rozdzielczość zainstalowana w poprzednich łazikach marsjańskich. Z odległości 7 metrów ChemCam może określić rodzaj badanej skały (np. wulkaniczna lub osadowa), strukturę gleby i skał, śledzić dominujące elementy, rozpoznawać lód i minerały z cząsteczkami wody w strukturze krystalicznej, mierzyć oznaki erozji na skały i wizualnie pomagają w eksploracji skał za pomocą ramienia robota.

Koszt ChemCam wyniósł 10 milionów dolarów (mniej niż pół procent całego kosztu wyprawy). System składa się z lasera umieszczonego na maszcie i trzech spektrografów wewnątrz obudowy, do których promieniowanie dostarczane jest za pośrednictwem światłowodu.

Na manipulatorze łazika zainstalowano Mars Hand Lens Imager, który może wykonywać zdjęcia o rozdzielczości 1600 × 1200 pikseli, na których widoczne są szczegóły o wielkości 12,5 mikrometra. Kamera posiada białe podświetlenie umożliwiające pracę zarówno w dzień jak i w nocy. Oświetlenie ultrafioletowe jest niezbędne do wywołania emisji minerałów węglanowych i ewaporatów, których obecność sugeruje, że w powstaniu powierzchni Marsa brała udział woda.

Do celów mapowania wykorzystano kamerę Mars Descent Imager (MARDI), która podczas opadania urządzenia rejestrowała obrazy o rozdzielczości 1600 × 1200 pikseli na 8 gigabajtach pamięci flash. Gdy tylko pozostało kilka kilometrów do powierzchni, aparat zaczął robić pięć kolorowych zdjęć na sekundę. Uzyskane dane pozwolą na stworzenie mapy siedliska Curiosity.

Po bokach łazika umieszczono dwie pary czarno-białych kamer o kącie widzenia 120 stopni. System Hazcams wykorzystywany jest podczas wykonywania manewrów i wysuwania manipulatora. Na maszcie znajduje się system Navcams, który składa się z dwóch czarno-białych kamer o kącie widzenia 45 stopni. Programy łazika na bieżąco budują mapę 3D w kształcie klina w oparciu o dane z tych kamer, co pozwala mu unikać kolizji z nieoczekiwanymi przeszkodami. Jednym z pierwszych zdjęć z Curiosity jest zdjęcie z kamery Hazcam.

Na łaziku zainstalowano stację monitorującą, która mierzy warunki pogodowe. środowisko(Stacja Monitoringu Środowiska Rovera), która mierzy ciśnienie, temperaturę atmosfery i powierzchni, prędkość wiatru i promieniowanie ultrafioletowe. REMS jest chroniony przed marsjańskim pyłem.

ChemCam to zestaw narzędzi do wykonywania zdalnej analizy chemicznej różnych próbek. Praca przebiega w następujący sposób: laser oddaje serię strzałów w kierunku badanego obiektu. Następnie analizowane jest widmo światła emitowanego przez odparowaną skałę. ChemCam może badać obiekty znajdujące się w odległości do 7 metrów od niej. Koszt urządzenia wyniósł około 10 milionów dolarów (przekroczenie wydatków o 1,5 miliona dolarów). W trybie normalnym laser automatycznie skupia się na obiekcie.
MastCam: system składający się z dwóch kamer i zawierający wiele filtrów spektralnych. Istnieje możliwość wykonywania zdjęć w naturalnych kolorach o rozmiarze 1600×1200 pikseli. Wideo o rozdzielczości 720p (1280 × 720) jest nagrywane z szybkością do 10 klatek na sekundę i kompresowane sprzętowo. Pierwsza kamera to kamera średniokątna (MAC), ma ogniskową 34 mm i pole widzenia 15 stopni, 1 piksel równa się 22 cm w odległości 1 km.
Kamera wąskokątna (NAC) ma ogniskową 100 mm, pole widzenia 5,1 stopnia, 1 piksel to 7,4 cm w odległości 1 km. Każdy aparat posiada 8 GB pamięci flash, która jest w stanie zapisać ponad 5500 surowych zdjęć; Obsługiwana jest kompresja JPEG i kompresja bezstratna. Kamery posiadają funkcję autofokusa, która pozwala im ustawić ostrość na obiektach od 2,1 m do nieskończoności. Mimo, że producent posiadał konfigurację zoomu, aparaty nie posiadają zoomu, bo nie było już czasu na testy. Każda kamera posiada wbudowany filtr Bayera RGB oraz 8 przełączalnych filtrów IR. W porównaniu z kamerą panoramiczną w Spirit and Opportunity (MER), która rejestruje czarno-białe obrazy w rozdzielczości 1024 x 1024 pikseli, MAC MastCam ma 1,25 razy większą rozdzielczość kątową, a NAC MastCam ma 3,67 razy większą rozdzielczość kątową.
Mars Hand Lens Imager (MAHLI): System składa się z kamery zamontowanej na ramieniu robota łazika i służy do wykonywania mikroskopijnych zdjęć skał i gleby. MAHLI może przechwycić obraz o rozdzielczości 1600 × 1200 pikseli i rozdzielczości do 14,5 µm na piksel. MAHLI ma ogniskową od 18,3 mm do 21,3 mm i pole widzenia od 33,8 do 38,5 stopnia. MAHLI posiada oświetlenie białe i UV LED, umożliwiające pracę w ciemności lub przy oświetleniu fluorescencyjnym. Oświetlenie ultrafioletowe jest niezbędne do wywołania emisji minerałów węglanowych i ewaporatów, których obecność sugeruje, że w powstaniu powierzchni Marsa brała udział woda. MAHLI koncentruje się na obiektach o wielkości zaledwie 1 mm. System może wykonać wiele zdjęć z naciskiem na przetwarzanie obrazu. MAHLI może zapisać surowe zdjęcie bez utraty jakości lub skompresować plik JPEG.
MSL Mars Descent Imager (MARDI): Podczas schodzenia na powierzchnię Marsa MARDI przesłał kolorowy obraz o rozdzielczości 1600 × 1200 pikseli przy czasie ekspozycji 1,3 ms, kamera rozpoczęła fotografowanie w odległości 3,7 km i zakończyła w odległości 5 metrów od powierzchni Marsa wykonano kolorowe zdjęcie z częstotliwością 5 klatek na sekundę, strzelanie trwało około 2 minut. 1 piksel odpowiada 1,5 metra w odległości 2 km, a 1,5 mm w odległości 2 metrów, kąt widzenia kamery wynosi 90 stopni. MARDI zawiera 8 GB pamięci wewnętrznej, która pomieści ponad 4000 zdjęć. Obrazy z kamery umożliwiły obserwację otaczającego terenu w miejscu lądowania. JunoCam, zbudowana dla statku kosmicznego Juno, opiera się na technologii MARDI.
Spektrometr rentgenowski cząstek alfa (APXS): urządzenie to napromieniuje cząstki alfa i porówna widma rentgenowskie w celu określenia składu pierwiastkowego skały. APXS to forma emisji promieniowania rentgenowskiego wywołanej cząsteczkami (PIXE), która była wcześniej stosowana w Mars Pathfinder i Mars Exploration Rovers. APXS został opracowany przez Kanadyjską Agencję Kosmiczną. MacDonald Dettwiler (MDA) – Kanadyjska firma lotnicza, która buduje Canadarm i RADARSAT, jest odpowiedzialna za projektowanie i budowę APXS. Zespół programistów APXS składa się z członków z Uniwersytetu w Guelph, Uniwersytetu Nowego Brunszwiku, Uniwersytetu Zachodniego Ontario, NASA, Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego i Uniwersytetu Cornell.
Zbieranie i transport do analizy skał marsjańskich in-situ (CHIMRA): CHIMRA to łyżka o wymiarach 4x7 centymetrów, która zbiera ziemię. W wewnętrznych zagłębieniach CHIMRY przesiewa się ją przez sito o oczkach 150 mikronów, w czym pomaga praca mechanizmu wibracyjnego, nadmiar usuwa się, a następną porcję przekazuje się do przesiania. W sumie istnieją trzy etapy pobierania próbek z wiadra i przesiewania gleby. W rezultacie pozostaje niewielka ilość proszku wymaganej frakcji, która jest wysyłana do pojemnika glebowego na korpusie łazika, a nadmiar jest wyrzucany. W efekcie z całego wiadra otrzymuje się do analizy warstwę gleby o grubości 1 mm. Przygotowany proszek badany jest na urządzeniach CheMin i SAM.
CheMin: Chemin bada skład chemiczny i mineralogiczny za pomocą fluorescencji i dyfrakcji promieni rentgenowskich. CheMin jest jednym z czterech spektrometrów. CheMin pozwala określić zasobność minerałów na Marsie. Instrument został opracowany przez Davida Blake'a w Centrum Badawczym Ames NASA i Laboratorium Napędów Odrzutowych NASA. Łazik będzie wiercić skały, a powstały proszek zostanie zebrany przez narzędzie. Następnie promienie rentgenowskie zostaną skierowane na proszek, a wewnętrzna struktura krystaliczna minerałów zostanie odzwierciedlona we wzorze dyfrakcyjnym promieni. Dyfrakcja zdjęcia rentgenowskie jest różny dla różnych minerałów, więc obraz dyfrakcyjny pozwoli naukowcom określić strukturę substancji. Informacje o jasności atomów i obrazie dyfrakcyjnym zostaną uchwycone przez specjalnie przygotowaną matrycę E2V CCD-224 o wymiarach 600x600 pikseli. Curiosity posiada 27 kuwet do analizy próbek; po zbadaniu jednej próbki kuwetę można wykorzystać ponownie, lecz przeprowadzona na niej analiza będzie miała mniejszą dokładność ze względu na zanieczyszczenie poprzednią próbką. Zatem łazik ma tylko 27 prób pełnego zbadania próbek. Kolejnych 5 zapieczętowanych komórek przechowuje próbki z Ziemi. Są potrzebne do przetestowania działania urządzenia w warunkach marsjańskich. Urządzenie wymaga do działania temperatury -60 stopni Celsjusza, w przeciwnym razie zakłócenia z urządzenia DAN będą zakłócać.
Analiza próbek na Marsie (SAM): Zestaw instrumentów SAM będzie analizował próbki stałe, materię organiczną i skład atmosfery. Narzędzie zostało opracowane przez: Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda, Laboratorium Międzyuczelniane, francuskie CNRS i Honeybee Robotics oraz wielu innych partnerów.
Detektor oceny promieniowania (RAD): To urządzenie zbiera dane w celu oszacowania poziomu promieniowania tła, które będzie oddziaływać na uczestników przyszłych wypraw na Marsa. Urządzenie instaluje się niemal w samym „sercu” łazika i symuluje w ten sposób przebywającego w nim astronautę statek kosmiczny. RAD był pierwszym z instrumentów naukowych MSL, który włączył się jeszcze na orbicie okołoziemskiej i zarejestrował promieniowanie tła wewnątrz urządzenia, a następnie wewnątrz łazika podczas jego pracy na powierzchni Marsa. Gromadzi dane o natężeniu dwóch rodzajów promieniowania: wysokoenergetycznych promieni galaktycznych oraz cząstek emitowanych przez Słońce. RAD został opracowany w Niemczech przez firmę Southwestern Instytut Badawczy(SwRI) w dziedzinie fizyki pozaziemskiej w grupie Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, przy wsparciu finansowym Dyrekcji Misji Systemów Eksploracji w siedzibie NASA i Niemczech.
Dynamiczne albedo neutronów (DAN): Dynamiczne albedo neutronów (DAN) służy do wykrywania wodoru i lodu wodnego w pobliżu powierzchni Marsa, co zapewnia Federalna Agencja Kosmiczna (Roscosmos). Jest to wspólne dzieło Instytutu Badawczego Automatyki im. N.L. Dukhova w Rosatomie (generator neutronów impulsowych), Instytucie Badań Kosmicznych Rosyjskiej Akademii Nauk (jednostka detekcyjna) i Wspólnym Instytucie Badań Jądrowych (kalibracja). Koszt opracowania urządzenia wyniósł około 100 milionów rubli. Zdjęcie urządzenia. Urządzenie zawiera impulsowe źródło neutronów i odbiornik promieniowania neutronowego. Generator emituje krótkie, mocne impulsy neutronów w kierunku powierzchni Marsa. Czas trwania impulsu wynosi około 1 μs, moc strumienia wynosi do 10 milionów neutronów przy energii 14 MeV na impuls. Cząsteczki wnikają w glebę Marsa na głębokość 1 m, gdzie oddziałują z rdzeniami głównych pierwiastków skałotwórczych, w wyniku czego spowalniają i są częściowo wchłaniane. Pozostała część neutronów jest odbijana i rejestrowana przez odbiornik. Dokładne pomiary możliwe są do głębokości 50-70 cm Oprócz aktywnego badania powierzchni Czerwonej Planety, urządzenie jest w stanie monitorować naturalne tło promieniowania powierzchni (badanie pasywne).
Łazikowa stacja monitorowania środowiska (REMS): Hiszpańskie Ministerstwo Edukacji i Nauki dostarczyło zestaw instrumentów meteorologicznych i czujnik ultrafioletowy. W zespole badawczym kierowanym przez Javiera Gómeza-Elvirę z Centrum Astrobiologii (Madryt) partnerem jest Fiński Instytut Meteorologiczny. Zainstalowali go na maszcie kamery, aby mierzyć ciśnienie atmosferyczne, wilgotność, kierunek wiatru, temperaturę powietrza i gruntu oraz promieniowanie ultrafioletowe. Wszystkie czujniki składają się z trzech części: dwóch ramion przymocowanych do łazika, masztu teledetekcyjnego (RSM), czujnika ultrafioletowego (UVS) umieszczonego na górnym maszcie łazika oraz jednostki sterującej przyrządami (ICU) znajdującej się wewnątrz korpusu. REMS zapewni nowy wgląd w lokalny stan hydrologiczny, niszczycielskie skutki promieniowania ultrafioletowego i życie pod ziemią.
Oprzyrządowanie do lądowania i lądowania MSL (MEDLI): Głównym celem MEDLI jest badanie środowiska atmosferycznego. Po wyhamowaniu pojazdu zniżającego z łazikiem w gęstych warstwach atmosfery, osłona termiczna oddzieliła się – w tym okresie niezbędne dane dotyczące marsjańska atmosfera. Dane te zostaną wykorzystane w przyszłych misjach, umożliwiając określenie parametrów atmosferycznych. Można ich także użyć do zmiany projektu lądownika w przyszłych misjach na Marsa. MEDLI składa się z trzech głównych instrumentów: zintegrowanych wtyczek czujnikowych MEDLI (MISP), systemu danych atmosferycznych na wejściu na Marsa (MEADS) i elektroniki pomocniczej czujnika (SSE).
Kamery zapobiegające zagrożeniom (Hazcams): Łazik jest wyposażony w dwie pary czarno-białych kamer nawigacyjnych umieszczonych po bokach pojazdu. Służą do uniknięcia niebezpieczeństwa podczas ruchu łazika oraz do bezpiecznego skierowania manipulatora na skały i ziemię. Kamery wykonują zdjęcia 3D (pole widzenia każdej kamery wynosi 120 stopni) i tworzą mapę obszaru przed łazikiem. Skompilowane mapy pozwalają łazikowi unikać przypadkowych kolizji i na podstawie oprogramowania urządzenia wybierają niezbędną trasę do pokonania przeszkód.
Kamery nawigacyjne (Navcams): Do nawigacji łazik wykorzystuje parę czarno-białych kamer zamontowanych na maszcie w celu śledzenia ruchów łazika. Kamery mają pole widzenia 45 stopni i wykonują zdjęcia 3D. Ich rozdzielczość pozwala zobaczyć obiekt o wielkości 2 centymetrów z odległości 25 metrów.

Jak zatem komunikować się z łazikiem na Marsie? Pomyśl o tym – nawet gdy Mars znajduje się w najmniejszej odległości od Ziemi, sygnał musi pokonać pięćdziesiąt pięć milionów kilometrów! To naprawdę ogromna odległość. Ale w jaki sposób mały, samotny łazik udaje się dotychczas i w takich ilościach przesyłać swoje dane naukowe i piękne, pełnokolorowe obrazy? Na pierwszy rzut oka wygląda to mniej więcej tak (naprawdę bardzo się starałem):

Tak więc w proces przesyłania informacji zaangażowane są zwykle trzy kluczowe „postacie” - jedno z centrów komunikacji kosmicznej na Ziemi, jeden ze sztucznych satelitów Marsa, a właściwie sam łazik. Zacznijmy od starszej pani Ziemi i porozmawiajmy o centrach komunikacji kosmicznej DSN (Deep Space Network).

Stacje komunikacji kosmicznej

Którykolwiek z misje kosmiczne NASA ma na celu zapewnienie możliwości komunikacji ze statkiem kosmicznym 24 godziny na dobę (a przynajmniej wtedy, gdy jest to możliwe) zasadniczo). Ponieważ, jak wiemy, Ziemia obraca się dość szybko własną oś Aby zapewnić ciągłość sygnału, potrzeba kilku punktów do odbioru/przesyłania danych. To są dokładnie te punkty, w których znajdują się stacje DSN. Znajdują się one na trzech kontynentach i są od siebie oddalone o około 120 stopni długości geograficznej, co pozwala im częściowo nakładać się na swoje obszary zasięgu i dzięki temu „prowadzić” statek kosmiczny 24 godziny na dobę. Aby to zrobić, gdy statek kosmiczny opuszcza obszar zasięgu jednej ze stacji, jego sygnał jest przesyłany do innej.

Jeden z kompleksów DSN zlokalizowany jest w USA (kompleks Goldstone), drugi w Hiszpanii (ok. 60 km od Madrytu), a trzeci w Australii (ok. 40 km od Canberry).

Każdy z tych kompleksów ma swój własny zestaw anten, ale pod względem funkcjonalności wszystkie trzy centra są w przybliżeniu równe. Same anteny noszą nazwę DSS (Deep Space Stations) i mają własną numerację - anteny w USA noszą numery 1X-2X, w Australii - 3X-4X, a w Hiszpanii - 5X-6X. Jeśli więc usłyszycie gdzieś „DSS53”, możecie być pewni, że mówimy o jednej z hiszpańskich anten.

Kompleks w Canberze służy najczęściej do komunikacji z łazikami marsjańskimi, dlatego porozmawiajmy o tym nieco bardziej szczegółowo.

Kompleks posiada własną stronę internetową, na której można znaleźć całkiem sporo interesująca informacja. Na przykład już niedługo – 13 kwietnia tego roku – antena DSS43 skończy 40 lat.

W sumie stacja Canberra ma obecnie trzy aktywne anteny: DSS-34 (o średnicy 34 metrów), DSS-43 (imponujące 70 metrów) i DSS-45 (ponownie 34 metry). Oczywiście przez lata funkcjonowania ośrodka używano innych anten, które różne powody zostały wycofane z eksploatacji. Na przykład pierwszą antenę, DSS42, wycofano ze służby w grudniu 2000 r., a DSS33 (o średnicy 11 metrów) w lutym 2002 r., po czym w 2009 r. przewieziono ją do Norwegii, aby kontynuować pracę jako instrument do badania atmosfery .

Pierwsza z wymienionych działających anten, DSS34, powstał w 1997 roku i stał się pierwszym przedstawicielem nowej generacji tych urządzeń. Jego cechą charakterystyczną jest to, że sprzęt do odbioru/nadawania i przetwarzania sygnału nie jest umieszczony bezpośrednio na antenie, ale w pomieszczeniu pod nią. Dzięki temu antena była znacznie lżejsza, a także umożliwiła obsługę sprzętu bez przerywania pracy samej anteny. DSS34 jest anteną reflektorową, jej schemat działania wygląda mniej więcej tak:

Jak widać, pod anteną znajduje się pomieszczenie, w którym odbywa się całe przetwarzanie odbieranego sygnału. Jeśli chodzi o prawdziwą antenę, to pomieszczenie znajduje się pod ziemią, więc nie widać go na zdjęciach.

DSS34, klikalny

Audycja:

Pasmo X (7145-7190 MHz)
Pasmo S (2025-2120 MHz)

Przyjęcie:

Pasmo X (8400-8500 MHz)
Pasmo S (2200-2300 MHz)
Pasmo Ka (31,8–32,3 GHz)

Dokładność pozycjonowania: Prędkość skrętu:

2,0°/sek

Odporność na wiatr:

Stały wiatr 72 km/h
Porywy +88km/h

DSS43(który wkrótce będzie obchodził swoje urodziny) to egzemplarz znacznie starszy, zbudowany w latach 1969-1973, a zmodernizowany w 1987 roku. DSS43 to największa ruchoma antena paraboliczna na rynku półkula południowa naszej planety. Masywna konstrukcja, ważąca ponad 3000 ton, obraca się na filmie olejowym o grubości około 0,17 milimetra. Powierzchnia czaszy składa się z 1272 paneli aluminiowych i ma powierzchnię 4180 metrów kwadratowych.

DSS43, klikalny

niektóre parametry techniczne

Audycja:

Pasmo X (7145-7190 MHz)
Pasmo S (2025-2120 MHz)

Przyjęcie:

Pasmo X (8400-8500 MHz)
Pasmo S (2200-2300 MHz)
Pasmo L (1626-1708 MHz)
Pasmo K (12,5 GHz)
Pasmo Ku (18–26 GHz)

Dokładność pozycjonowania:

w granicach 0,005° (dokładność wskazania punktu na niebie)
w granicach 0,25mm (dokładność ruchu samej anteny)

Prędkość skrętu:

0,25°/sek

Odporność na wiatr:

Stały wiatr 72 km/h
Porywy +88km/h
Maksymalna szacunkowa prędkość - 160 km/h

DSS45. Antena ta została ukończona w 1986 roku i pierwotnie miała komunikować się z sondą Voyager 2, która badała Urana. Obraca się na okrągłej podstawie o średnicy 19,6 metra, wykorzystując 4 koła, z czego dwa napędzają.

DSS45, klikalny

niektóre parametry techniczne

Audycja:

Pasmo X (7145-7190 MHz)

Przyjęcie:

Pasmo X (8400-8500 MHz)
Pasmo S (2200-2300 MHz)

Dokładność pozycjonowania:

w granicach 0,015° (dokładność wskazania punktu na niebie)
w granicach 0,25mm (dokładność ruchu samej anteny)

Prędkość skrętu:

0,8°/sek

Odporność na wiatr:

Stały wiatr 72 km/h
Porywy +88km/h
Maksymalna szacunkowa prędkość - 160 km/h

Jeśli mówimy o stacji komunikacji kosmicznej jako całości, możemy wyróżnić cztery główne zadania, które musi ona wykonać:
Telemetria- odbierać, dekodować i przetwarzać pochodzące dane telemetryczne statek kosmiczny. Zazwyczaj dane te składają się z informacji naukowych i inżynieryjnych przesyłanych łączem radiowym. System telemetryczny odbiera dane, monitoruje ich zmiany i zgodność z normą, a następnie przekazuje je do systemów walidacyjnych lub ośrodków naukowych, które je przetwarzają.
Śledzenie- system śledzenia musi zapewniać możliwość dwukierunkowej komunikacji pomiędzy Ziemią a statkiem kosmicznym oraz przeprowadzać obliczenia jej położenia i wektora prędkości dla prawidłowego ustawienia satelity.
Kontrola- daje specjalistom możliwość przekazywania poleceń sterujących do statku kosmicznego.
Monitorowanie i kontrolowanie- pozwala kontrolować i zarządzać systemami samego DSN

Warto dodać, że australijska stacja obsługuje obecnie około 45 statków kosmicznych, zatem jej harmonogram pracy jest jasno uregulowany i można na niej uzyskać Dodatkowy czas nie takie proste. Każda antena ma również techniczną możliwość jednoczesnej obsługi maksymalnie dwóch różnych urządzeń.

Zatem dane, które muszą zostać przesłane do łazika, trafiają do stacji DSN, skąd są wysyłane na jego krótki (od 5 do 20 minut) podróż w kosmosie na Czerwoną Planetę. Przejdźmy teraz do samego łazika. Jakimi środkami komunikacji dysponuje?

Ciekawość

Ciekawość jest wyposażona w trzy anteny, z których każda może służyć zarówno do odbioru, jak i przesyłania informacji. Są to anteny UHF, LGA i HGA. Wszystkie znajdują się z „tyłu” łazika, w różnych miejscach.

HGA – Antena o dużym wzmocnieniu
MGA – antena o średnim wzmocnieniu
LGA – Antena o niskim wzmocnieniu
UHF – ultrawysoka częstotliwość
Ponieważ skróty HGA, MGA i LGA zawierają już w sobie słowo antena, nie będę im ponownie przypisywał tego słowa, w przeciwieństwie do skrótu UHF.

Interesują nas anteny RUHF, RLGA i o dużym wzmocnieniu

Najczęściej stosowana jest antena UHF. Za jego pomocą łazik może przesyłać dane przez satelity MRO i Odyssey (o czym porozmawiamy później) na częstotliwości około 400 megaherców. Do transmisji sygnału preferowane jest wykorzystanie satelitów ze względu na to, że znajdują się one w polu widzenia stacji DSN znacznie dłużej niż sam łazik siedzący samotnie na powierzchni Marsa. Ponadto, ponieważ są znacznie bliżej łazika, ten ostatni musi zużywać mniej energii na przesyłanie danych. Szybkość transferu może osiągnąć 256 kb/s w przypadku Odyssey i do 2 Mb/s w przypadku MRO. B O Większość informacji pochodzących z Curiosity przechodzi przez satelitę MRO. Sama antena UHF znajduje się z tyłu łazika i wygląda jak szary cylinder.

Ciekawość posiada również HGA, którego może używać do otrzymywania poleceń bezpośrednio z Ziemi. Antena ta jest ruchoma (można ją skierować w stronę Ziemi), co oznacza, że aby z niej skorzystać, łazik nie musi zmieniać swojego położenia, wystarczy obrócić HGA w żądanym kierunku, a to pozwala zaoszczędzić energię. HGA jest zamontowany mniej więcej pośrodku, po lewej stronie łazika, i ma kształt sześciokąta o średnicy około 30 centymetrów. HGA może przesyłać dane bezpośrednio na Ziemię z szybkością około 160 bps w przypadku anten 34-metrowych lub do 800 bps w przypadku anten 70-metrowych.

Wreszcie trzecia antena to tzw. LGA.
Wysyła i odbiera sygnały w dowolnym kierunku. LGA pracuje w paśmie X (7-8 GHz). Moc tej anteny jest jednak dość mała, a prędkość transmisji pozostawia wiele do życzenia. Z tego powodu służy głównie do odbierania informacji, a nie do ich przesyłania.
Na zdjęciu LGA to biała wieża na pierwszym planie.
W tle widoczna antena UHF.

Warto zaznaczyć, że łazik generuje ogromną ilość danych naukowych i nie zawsze udaje się przesłać je wszystkie. Eksperci NASA ustalają priorytety tego, co ważne: informacje o najwyższym priorytecie zostaną przesłane w pierwszej kolejności, a informacje o niższym priorytecie będą czekać na kolejne okno komunikacyjne. Czasami niektóre z najmniej ważnych danych muszą zostać całkowicie usunięte.

Satelity Odyssey i MRO

Dowiedzieliśmy się więc, że zwykle do komunikacji z Ciekawością potrzebujesz „ mediator„w postaci jednego z satelitów. Umożliwia to wydłużenie czasu, w którym w ogóle możliwa jest komunikacja z Curiosity, a także zwiększenie prędkości transmisji, ponieważ mocniejsze anteny satelitarne są w stanie przesyłać dane na Ziemię ze znacznie większą prędkością.

Każdy z satelitów ma dwa okna komunikacyjne z łazikiem co sol. Zazwyczaj te okna są dość krótkie – tylko kilka minut. W sytuacji awaryjnej Curiosity może również skontaktować się z satelitą Mars Express Orbiter Europejskiej Agencji Kosmicznej.

Odyseja Marsjańska

Odyseja Marsjańska
Satelita Mars Odyssey został wystrzelony w 2001 roku i pierwotnie miał badać strukturę planety i szukać minerałów. Satelita ma wymiary 2,2 x 2,6 x 1,7 metra i masę ponad 700 kilogramów. Wysokość jego orbity waha się od 370 do 444 kilometrów. Satelita ten był szeroko używany przez poprzednie łaziki marsjańskie: około 85 procent danych otrzymanych od Spirit i Opportunity zostało przez niego przesłanych. Odyssey może komunikować się z Curiosity w zakresie UHF. Jeśli chodzi o komunikację, posiada antenę HGA, MGA (antena o średnim wzmocnieniu), LGA i antenę UHF. Zasadniczo do przesyłania danych na Ziemię służy HGA, który ma średnicę 1,3 metra. Transmisja odbywa się na częstotliwości 8406 MHz, a odbiór danych odbywa się na częstotliwości 7155 MHz. Rozmiar kątowy promień wynosi około dwóch stopni.

Lokalizacja instrumentu satelitarnego

Łączność z łazikami odbywa się za pomocą anteny UHF na częstotliwościach 437 MHz (nadawanie) i 401 MHz (odbiór), a szybkość wymiany danych może wynosić 8, 32, 128 lub 256 kbps.

Marsjański orbiter rozpoznawczy

MRO

W 2006 roku do satelity Odyssey dołączył MRO – Mars Reconnaissance Orbiter, który dziś jest głównym rozmówcą Curiosity.
Jednak oprócz pracy operatora łączności sam MRO dysponuje imponującym arsenałem instrumentów naukowych i, co najciekawsze, jest wyposażony w kamerę HiRISE, która w istocie jest teleskopem zwierciadlanym. Umieszczony na wysokości 300 kilometrów HiRISE może wykonywać zdjęcia z rozdzielczością do 0,3 metra na piksel (dla porównania zdjęcia satelitarne Ziemi dostępne są zwykle w rozdzielczości około 0,5 metra na piksel). MRO może również tworzyć stereopary powierzchni z dokładnością do zdumiewającego 0,25 metra. Zdecydowanie zalecamy sprawdzenie przynajmniej kilku dostępnych obrazów, takich jak . Ile jest wart na przykład ten obraz krateru Wiktorii (klikalny, oryginał ma około 5 megabajtów):

Najbardziej uważnym sugeruję, aby na obrazku odszukali łazik Opportunity ;)

odpowiedź (klikalna)

Należy pamiętać, że większość zdjęć kolorowych wykonywana jest w rozszerzonym zakresie, więc jeśli natkniesz się na zdjęcie, na którym część powierzchni jest w kolorze jasnoniebiesko-zielonkawym, nie spiesz się z teoriami spiskowymi;) Ale możesz być pewien, że w różnych na zdjęciach te same rasy będą miały ten sam kolor. Wróćmy jednak do systemów komunikacji.

MRO jest wyposażony w cztery anteny, które mają takie samo przeznaczenie jak anteny łazika – antenę UHF, jedną HGA i dwie LGA. Główna antena wykorzystywana przez satelitę – HGA – ma średnicę trzech metrów i pracuje w paśmie X. To właśnie służy do przesyłania danych na Ziemię. HGA jest również wyposażony w 100-watowy wzmacniacz sygnału.

1 - HGA, 3 - UHF, 10 - LGA (oba LGA montowane są bezpośrednio na HGA)

Ciekawość i MRO komunikują się za pomocą anteny UHF, okno komunikacji otwiera się dwa razy na zol i trwa około 6-9 minut. MRO przydziela dziennie 5 GB danych odbieranych z łazików i przechowuje je do momentu znalezienia się w zasięgu wzroku jednej ze stacji DSN na Ziemi, po czym przesyła tam dane. Przesyłanie danych do łazika odbywa się na tej samej zasadzie. 30 MB/sol jest przeznaczone na przechowywanie poleceń, które należy przesłać do łazika.

Stacje DSN prowadzą MRO 16 godzin dziennie (pozostałe 8 godzin, w których satelita przebywa Odwrotna strona Mars i nie może wymieniać danych, ponieważ jest zamknięty przez planetę), z czego 10-11 przesyła dane na Ziemię. Zazwyczaj satelita trzy dni w tygodniu pracuje z 70-metrową anteną DSN, a dwa razy z 34-metrową anteną (niestety nie wiadomo, co robi w pozostałe dwa dni, ale mało prawdopodobne jest, aby miał dni wolne) ). Szybkość transmisji może wahać się od 0,5 do 4 megabitów na sekundę – maleje w miarę oddalania się Marsa od Ziemi i wzrasta w miarę zbliżania się obu planet. Teraz (w momencie publikacji artykułu) Ziemia i Mars znajdują się prawie w maksymalnej odległości od siebie, więc prędkość transmisji najprawdopodobniej nie jest zbyt wysoka.

NASA twierdzi (na stronie satelity znajduje się specjalny widżet), że podczas całej swojej pracy MRO przesłał na Ziemię ponad 187 terabajtów (!) danych – to więcej niż wszystkie urządzenia wysłane w kosmos przed razem wziętymi.

Wniosek

Podsumujmy więc. Podczas przesyłania poleceń sterujących do łazika dzieje się co następuje:

Specjaliści JPL wysyłają polecenia do jednej ze stacji DSN.
Podczas sesji komunikacyjnej z jednym z satelitów (najprawdopodobniej będzie to MRO) stacja DSN przesyła do niego zestaw poleceń.
Satelita przechowuje dane w pamięci wewnętrznej i czeka na kolejne okno komunikacji z łazikiem.
Gdy łazik znajdzie się w strefie dostępu, satelita przesyła do niego polecenia sterujące.

Podczas przesyłania danych z łazika na Ziemię wszystko dzieje się w odwrotnej kolejności:

Łazik przechowuje swoje dane naukowe w pamięci wewnętrznej i czeka na najbliższe okno komunikacji z satelitą.
Gdy satelita jest dostępny, łazik przesyła do niego informacje.
Satelita odbiera dane, przechowuje je w swojej pamięci i czeka na udostępnienie jednej ze stacji DSN.
Gdy stacja DSN stanie się dostępna, satelita wysyła do niej odebrane dane.
Ostatecznie po odebraniu sygnału stacja DSN dekoduje go i wysyła odebrane dane do osób, dla których jest on przeznaczony.

Mam nadzieję, że udało mi się mniej więcej krótko opisać proces komunikowania się z Curiosity. Wszystkie te informacje (na język angielski; plus ogromna sterta dodatków, w tym np. dość szczegółowe raporty techniczne dotyczące zasady działania każdego z satelitów) jest dostępna na różnych stronach JPL, bardzo łatwo ją znaleźć, jeśli wiesz, co dokładnie Cię interesuje.

Wszelkie błędy i literówki prosimy zgłaszać na PW!

W ankiecie mogą wziąć udział wyłącznie zarejestrowani użytkownicy. Wejdź proszę.

Nauka

Łazik marsjański NASA Ciekawość, który już pracuje na Marsie ponad półtora roku, udało się dokonać wielu odkryć, poszerzając naszą wiedzę i wyobrażenia na temat Czerwonej Planety, a zwłaszcza na jej temat odległa przeszłość.

Jak się okazało, Mars i Ziemia są włączone wczesne stadia istnienie, były całkiem podobne. Zakładano nawet, że życie powstało najpierw na Marsie, a następnie przybyło na Ziemię. Są to jednak tylko domysły. Wielu rzeczy nie wiemy na pewno, ale Bardzo blisko Zbliżamy się do rozwiązania.

Łazik ciekawości

1) Wczesny Mars był zamieszkany przez żywe istoty, być może przez długi czas

Po grupie badaczy pracujących z łazikiem Ciekawość, odkryli, że w kraterze Gale płynęły kiedyś rzeki i strumienie, donieśli, że też tam były całe jezioro pluskało. To małe wydłużone jezioro z świeża woda prawdopodobnie istniał około 3,7 miliarda lat temu

Ta woda jest na powierzchni planety, jak Wody gruntowe to zaszło głęboko kilkaset metrów, zawierał wszystko, co niezbędne do powstania mikroskopijnego życia.

Krater Gale był cieplejszy, bardziej wilgotny i mniej więcej nadawał się do zamieszkania 3,5 - 4 miliardy lat temu. Według naukowców właśnie wtedy zaczęły pojawiać się na Ziemi pierwsze żywe organizmy.

Czy Mars był domem prymitywnych istot pozaziemskich? Łazik marsjański Ciekawość nie może i nigdy nie będzie mógł dawać 100% trafna odpowiedź odpowiedzieć na to pytanie, ale odkrycia, których dokonał, sugerują, że prawdopodobieństwo istnienia prymitywnych Marsjan jest bardzo wysokie.

Krater Gale’a

2) Woda płynęła kiedyś w wielu częściach Marsa

Do niedawna naukowcy nie mogli sobie nawet wyobrazić, że na Marsie istniały kiedyś miejsca. dzikie rzeki i duże zbiorniki wodne woda w stanie ciekłym. Obserwacje z wykorzystaniem sztucznych satelitów krążących wokół Marsa pozwoliły naukowcom zgadnąć na ten temat. Jednak to łazik Ciekawość pomogły udowodnić, że rzeki i jeziora naprawdę istniały.

Zdjęcia wykonane przez łazik na powierzchni Czerwonej Planety pokazują wiele skamieniałe struktury, czyli ślady rzek i potoków, kanałów, delt i jezior, które kiedyś tu istniały.

Wiadomości o łaziku marsjańskim

3) Ślady znalezione na Marsie materia organiczna

Wyszukaj oparte na składnikach organicznych węgiel- jeden z głównych celów misji łazika marsjańskiego Ciekawość, zadanie, które będzie nadal wykonywał. I chociaż miniaturowe laboratorium chemiczne na pokładzie zadzwoniło Analiza próbek na Marsie(SAM) już odkrył sześć różnych składników organicznych, ich pochodzenie wciąż pozostaje tajemnicą.

Laboratorium chemiczne na pokładzie analizatora próbek w łaziku marsjańskim

„Nie ma wątpliwości, że SAM wykrył substancje organiczne, ale nie możemy z całą pewnością stwierdzić, że składniki te są pochodzenia marsjańskiego” – dodał.– twierdzą badacze. Istnieje kilka możliwości pochodzenia tych substancji, na przykład wyciek w piecu SAM rozpuszczalniki organiczne z Ziemi, które są niezbędne do niektórych eksperymentów chemicznych.

Jednak w trakcie prac poszukiwania materii organicznej na Marsie znacznie posunęły się do przodu Ciekawość. Każda nowa kolekcja marsjańskiej gleby i piasku zawierała zwiększenie koncentracji substancje organiczne, czyli różne próbki materiału marsjańskiego wykazują zupełnie odmienne wyniki. Gdyby substancje organiczne znalezione na Marsie były ziemskie pochodzenie, jego stężenie będzie wynosić mniej lub bardziej stabilny.

SAM to najbardziej złożony i najważniejszy instrument, jaki kiedykolwiek działał na innej planecie. Naturalnie potrzeba czasu, aby to zrozumieć jak najlepiej z tym pracować?.

Łazik marsjański 2013

4) Na Marsie występuje szkodliwe promieniowanie

Galaktyczny promieniowanie kosmiczne a promieniowanie słoneczne atakuje Marsa, a cząstki o wysokiej energii rozrywają wiązania pozwalają żywym organizmom przetrwać. Gdy urządzenie zadzwoni , który mierzy poziom promieniowania, dokonał pierwszych pomiarów na powierzchni Czerwonej Planety, takie były wyniki po prostu oszałamiające.

Detektor oceny promieniowania

Promieniowanie wykryte na Marsie jest po prostu szkodliwy dla drobnoustrojów, który mógł żyć na powierzchni i na głębokości kilku metrów pod ziemią. Co więcej, takie promieniowanie najprawdopodobniej zaobserwowano tutaj w ostatnim czasie kilka milionów lat.

Aby sprawdzić, czy jakakolwiek żywa istota jest w stanie przetrwać w takich warunkach, naukowcy przyjęli za model ziemską bakterię Deinococcus radiodurans, który jest w stanie wytrzymać niesamowite dawki promieniowania. Jeśli bakterie lubią D.radiodurany,pojawił się w czasie, gdy Mars był bardziej wilgotny i ciepła planeta a gdy miała jeszcze atmosferę, wówczas teoretycznie mogły przetrwać po długim okresie spoczynku.

Żywa bakteria Deinococcus radiodurans

Łazik Curiosity z 2013 roku

5) Promieniowanie Marsa zakłóca normalny przebieg reakcji chemicznych

Naukowcy współpracujący z łazikiem marsjańskim Ciekawość, podkreślają, że w związku z tym, że promieniowanie zakłóca normalny przebieg reakcji chemicznych na Marsie, substancje organiczne są trudne do wykrycia na jego powierzchni.

Za pomocą metoda rozpadu promieniotwórczego, który jest również używany na Ziemi, naukowcy z Caltech stwierdził, że powierzchnia w okolicy Glenelga (Krater Gale) był wystawiony na działanie promieniowania przez około 80 milionów lat.

Ten nowa metoda może pomóc w znalezieniu miejsc na powierzchni planety były mniej narażone na promieniowanie zakłócanie reakcji chemicznych. Takie miejsca mogą znajdować się w rejonie skał i półek skalnych, które zostały wyciosane przez wiatr. Promieniowanie w tych obszarach może być blokowane przez skały zwisające z góry. Jeśli badacze znajdą takie miejsca, rozpoczną tam wiercenia.

Najnowsze wiadomości o łaziku marsjańskim

Opóźnienia w podróży

Łazik marsjański Ciekawość– zapytano natychmiast po wylądowaniu specjalna trasa, zgodnie z którym musi obrać kurs w kierunku interesującym z naukowego punktu widzenia Smutek Sharpe'a wysokość około 5 kilometrów, położony w centrum Krater Gale. Misja już trwa ponad 480 dni, a łazik potrzebuje jeszcze kilku miesięcy, aby dotrzeć do pożądanego punktu.

Co opóźniło łazik? W drodze na górę odkryto wiele ważnych i ciekawych informacji. Obecnie Curiosity niemal bez przerwy zmierza w stronę Mount Sharp, omijając potencjalnie interesujące miejsca.

Po znalezieniu i przeanalizowaniu potencjalnie nadającego się do zamieszkania środowiska na Marsie badacze Ciekawość będzie nadal pracować. Kiedy stanie się jasne, gdzie znajdują się obszary chronione przed promieniowaniem, łazik otrzyma polecenie rozpoczęcia wierceń. W międzyczasie Ciekawość zbliżając się do pierwotnego celu – Mount Sharpe.

Zdjęcie z łazika

Pobieranie próbek

Zdjęcie wykonane przez łazik podczas jego pracy w rejonie Rocknest w październiku-listopadzie 2012 roku

Autoportret. Zdjęcie jest kolażem kilkudziesięciu zdjęć wykonanych kamerą umieszczoną na końcu automatycznego ramienia łazika. W oddali widać górę Sharp

Łazik pobrał pierwsze próbki marsjańskiej gleby

Jasny obiekt w centrum zdjęcia to najprawdopodobniej fragment statku, który rozbił się podczas lądowania

Świecąca na monitorach panorama składa się z klatek wysyłanych przez łazik na Ziemię. Błękitne niebo nie powinno kłamać: na Marsie jest matowożółte, ale ludzkie oko jest bardziej zaznajomione z odcieniami, które tworzy światło rozproszone przez ziemską atmosferę. Dlatego zdjęcia są przetwarzane i wyświetlane w nienaturalnych kolorach, co pozwala spokojnie przyjrzeć się każdemu kamykowi. „Geologia jest nauką terenową” – wyjaśnił nam Sanjeev Gupta, profesor w Imperial College w Londynie. — Lubimy chodzić po ziemi z młotkiem. Nalej kawę z termosu, obejrzyj wyniki i wybierz najciekawszą do laboratorium.” Na Marsie nie ma laboratoriów ani termosów, ale geolodzy wysłali tam Curiosity, swojego elektronicznego kolegę. Sąsiednia planeta intryguje ludzkość od dawna, a im więcej się o niej dowiadujemy, im częściej dyskutujemy o przyszłej kolonizacji, tym poważniejsze podstawy tej ciekawości.

Dawno, dawno temu Ziemia i Mars były bardzo podobne. Obie planety miały oceany ciekłej wody i najwyraźniej całkiem prostej materii organicznej. A na Marsie, podobnie jak na Ziemi, wybuchły wulkany, gęsta atmosfera wirowała, ale w pewnym niefortunnym momencie coś poszło nie tak. „Próbujemy zrozumieć, jak wyglądało to miejsce miliardy lat temu i dlaczego tak bardzo się zmieniło” – powiedział w wywiadzie profesor geologii z Caltech, John Groetzinger. „Uważamy, że była tam woda, ale nie wiemy, czy mogłaby podtrzymać życie”. A jeśli mogła, to czy wspierała? Jeśli tak, nie wiadomo, czy w kamieniach pozostały jakiekolwiek dowody”. Dowiedzenie się tego wszystkiego należało do geologa łazika.

Ciekawość jest regularnie i dokładnie fotografowana, co pozwala na zbadanie i ocenę jej ogólnego stanu. To „selfie” składa się ze zdjęć wykonanych aparatem MAHLI. Umieszczony jest na trójprzegubowym manipulatorze, który przy łączeniu obrazów okazał się prawie niewidoczny. W ramie nie znalazła się wiertarka udarowa, kadź do zbierania próbek sypkich, sito do ich przesiewania oraz szczotki metalowe do oczyszczania pyłu z kamieni. Nie widać także makrokamery MAHLI i spektrometru rentgenowskiego APXS do analizy skład chemiczny próbki.

1. Baterie słoneczne nie wystarczą dla potężnych systemów łazika, a energię zapewnia radioizotopowy generator termoelektryczny (RTG). 4,8 kg dwutlenku plutonu-238 pod obudową dostarcza 2,5 kWh dziennie. Widoczne są łopatki chłodnicy. 2. Laser urządzenia ChemCam wytwarza impulsy o czasie trwania 50-75 nanosekund, które odparowują kamień w odległości do 7 m i pozwalają na analizę widma powstałej plazmy w celu określenia składu celu. 3. Para kolorowych kamer MastCam nagrywa przez różne filtry podczerwieni. 4. Stacja pogodowa REMS monitoruje ciśnienie i wiatr, temperaturę, wilgotność i poziom promieniowania ultrafioletowego. 5. Manipulator z zestawem narzędzi i przyrządów (niewidoczny). 6. SAM – chromatograf gazowy, spektrometr mas i spektrometr laserowy do oznaczania składu substancji lotnych w próbkach odparowanych i w atmosferze. 7. CheMin określa skład i mineralogię rozdrobnionych próbek na podstawie dyfrakcji promieni rentgenowskich. 8. Detektor promieniowania RAD rozpoczął pracę na niskiej orbicie okołoziemskiej i zbierał dane przez cały lot na Marsa. 9. Detektor neutronów DAN umożliwia wykrywanie wodoru związanego w cząsteczkach wody. Ten Wkład rosyjski w pracę łazika marsjańskiego. 10. Obudowa anteny do komunikacji z satelitami Mars Reconnaissance Orbiter (ok. 2 Mbit/s) i Mars Odyssey (ok. 200 Mbit/s). 11. Antena do bezpośredniej komunikacji z Ziemią w paśmie X (0,5−32 kbit/s). 12. Podczas opadania kamera MARDI wykonała kolorowe zdjęcia w wysokiej rozdzielczości, umożliwiające szczegółowe obejrzenie miejsca lądowania. 13. Prawa i lewa para czarno-białych Navcamów do budowania modeli 3D otaczającego obszaru. 14. Panel z czystymi próbkami umożliwia sprawdzenie działania analizatorów chemicznych łazika. 15. Zapasowe wiertła. 16. Przygotowane próbki z kadzi wylewa się na tę tacę w celu zbadania za pomocą makrokamery MAHLI lub spektrometru APXS. 17. 20-calowe koła z niezależnymi napędami, na szprychach z tytanowymi sprężynami. Korzystając ze śladów pozostawionych przez pofałdowanie, można ocenić właściwości gleby i monitorować ruch. Projekt zawiera litery alfabetu Morse'a - JPL.

Początek wyprawy

Dziki Mars to pechowy cel dla astronautyki. Od lat 60. wysłano do niego prawie pięćdziesiąt urządzeń, z których większość uległa awarii, wyłączyła się, nie weszła na orbitę i zniknęła na zawsze w kosmosie. Jednak wysiłki nie poszły na marne, a planetę badano nie tylko z orbity, ale nawet przy pomocy kilku łazików. W 1997 roku na Marsie podróżował 10-kilogramowy Sojourner. Bliźniaki Spirit i Opportunity stały się legendami: drugi z nich bohatersko kontynuuje pracę przez ponad 12 lat z rzędu. Ale Curiosity robi największe wrażenie ze wszystkich – całe zrobotyzowane laboratorium wielkości samochodu.

6 sierpnia 2012 roku lądownik Curiosity wypuścił system spadochronów, który pozwolił mu zwolnić w rzadkiej atmosferze. Osiem zadziałało silniki odrzutowe hamowanie, a system lin ostrożnie obniżył łazik na dno krateru Gale. Miejsce lądowania wybrano po wielu debatach: według Sanjeeva Gupty to właśnie tutaj znaleziono wszystkie warunki umożliwiające lepsze zrozumienie geologicznej – pozornie bardzo burzliwej – przeszłości Marsa. Badania orbitalne wykazały obecność iłów, których pojawienie się wymaga obecności wody i w których materia organiczna jest dobrze zachowana na Ziemi. Wysokie zbocza góry Sharp (Aeolid) zapewniały możliwość zobaczenia warstw starożytnych skał. Dość płaska powierzchnia wyglądała na bezpieczną. Ciekawość pomyślnie skontaktowała się z oprogramowaniem i zaktualizowała je. Część kodu wykorzystywanego podczas lotu i lądowania została zastąpiona nowym – z astronauty łazik stał się w końcu geologiem.

Rok pierwszy: ślady wody

Wkrótce geolog rozciągał nogi na sześciu aluminiowych kołach, sprawdzając liczne kamery i sprzęt badawczy. Jego koledzy na Ziemi zbadali miejsce lądowania ze wszystkich stron i wybrali kierunek. Podróż na Mount Sharp miała zająć około roku i przez ten czas było mnóstwo pracy do wykonania. Bezpośredni kanał komunikacji z Ziemią nie jest zbyt dobry wydajność, ale każdego dnia marsjańskiego (sol) orbity przelatują nad łazikiem. Wymiana z nimi odbywa się tysiące razy szybciej, pozwalając dziennie przesyłać setki megabitów danych. Naukowcy analizują je w Obserwatorium Danych, oglądają obrazy na ekranach komputerów, wybierają zadania dla następnego lub kilku soli na raz i wysyłają kod z powrotem na Marsa.

Pracując praktycznie na innej planecie, wielu z nich zmuszonych jest żyć według kalendarza marsjańskiego i przystosować się do nieco dłuższego dnia. Dziś dla nich jest „tosol”, jutro „solvtra” (solmorrow), a dzień to po prostu sol. I tak po 40 solach Sanjev Gupta wygłosił prezentację, podczas której oznajmił: Ciekawość porusza się wzdłuż kanału starożytna rzeka. Małe kamienne kamyczki zmielone przez wodę wskazywały prąd o prędkości około 1 m/s i głębokość „do kostek lub kolan”. Później przetworzono także dane z instrumentu DAN, który dla Curiosity wyprodukował zespół Igora Mitrofanowa z Instytutu Badań Kosmicznych Rosyjskiej Akademii Nauk. Świecąc przez glebę neutronami, detektor pokazał, że na głębokości nadal zatrzymuje się do 4% wody. Jest to oczywiście miejsce bardziej suche niż nawet najsuchsza pustynia na Ziemi, ale w przeszłości Mars był nadal pełen wilgoci i łazik mógłby skreślić tę kwestię ze swojej listy.

64 ekrany o wysokiej rozdzielczości tworzą panoramę 313 stopni: Obserwatorium danych KPMG w Imperial College w Londynie umożliwia geologom podróżowanie bezpośrednio do krateru Gale i pracę na Marsie w podobny sposób, jak na Ziemi. „Przyjrzyj się bliżej, tu też są ślady wody: jezioro było dość głębokie. Oczywiście nie taki jak Bajkał, ale wystarczająco głęboki” – iluzja była tak realna, że wydawało się, jakby profesor Sanjev Gupta skakał z kamienia na kamień. Odwiedziliśmy Obserwatorium Danych i rozmawialiśmy z naukowcem w ramach wydarzeń Brytyjsko-Rosyjskiego Roku Nauki i Edukacji 2017, organizowanych przez British Council i Ambasadę Brytyjską.

Rok drugi: robi się coraz bardziej niebezpiecznie

Curiosity świętował swoją pierwszą rocznicę na Marsie i zagrał piosenkę „Happy Birthday to You”, zmieniając częstotliwość wibracji czerpaka na swoim ciężkim 2,1-metrowym manipulatorze. Ramię robota zbiera łyżką luźną ziemię, wyrównuje ją, przesiewa i wsypuje trochę do odbiorników swoich analizatorów chemicznych. Wiertło z wydrążonymi, wymiennymi końcówkami umożliwia pracę z twardymi skałami, a łazik może mieszać giętki piasek bezpośrednio swoimi kołami, odsłaniając wewnętrzne warstwy dla swoich narzędzi. To właśnie te eksperymenty wkrótce przyniosły dość nieprzyjemną niespodziankę: w miejscowej glebie znaleziono do 5% nadchloranów wapnia i magnezu.

Substancje te są nie tylko toksyczne, ale także wybuchowe, a nadchloran amonu jest nawet używany jako podstawa stałego paliwa rakietowego. Nadchlorany wykryto już na miejscu lądowania sondy Phoenix, ale teraz okazało się, że te sole na Marsie są zjawiskiem globalnym. W lodowatej atmosferze beztlenowej nadchlorany są stabilne i nieszkodliwe, a ich stężenia nie są zbyt wysokie. Dla przyszłych kolonistów nadchloran może być użytecznym źródłem paliwa i poważnym zagrożeniem dla zdrowia. Jednak dla geologów pracujących z Curiosity mogą one położyć kres ich szansom na znalezienie materii organicznej. Łazik analizując próbki podgrzewa je i w takich warunkach nadchlorany szybko rozkładają związki organiczne. Reakcja przebiega gwałtownie, ze spalaniem i dymem, nie pozostawiając zauważalnych śladów pierwotnych substancji.

Rok trzeci: u podnóża

Jednak Curiosity odkrył także substancje organiczne – ogłoszono to później, po zakryciu miejsca całkowity Po przebyciu 6,9 km łazik geologa marsjańskiego dotarł do podnóża góry Sharp. „Kiedy otrzymałem te dane, od razu pomyślałem, że należy wszystko jeszcze raz sprawdzić” – powiedział John Grötzinger. Tak naprawdę już podczas prac Curiosity na Marsie okazało się, że niektóre bakterie lądowe – jak na przykład Tersicoccus phoenicis – są odporne na metody czyszczenia pomieszczeń czystych. Obliczono nawet, że do chwili wystrzelenia na łaziku powinno pozostać od 20 do 40 tysięcy stabilnych zarodników. Nikt nie może zagwarantować, że część z nich nie dotarła z nim do Mount Sharp.

Aby przetestować czujniki, na pokładzie znajduje się również niewielki zapas czystych próbek substancji organicznych w szczelnych metalowych pojemnikach – czy można z całkowitą pewnością stwierdzić, że pozostały one zamknięte? Wykresy zaprezentowane na konferencji prasowej w NASA nie budziły jednak żadnych wątpliwości: w trakcie swojej pracy marsjański geolog zaobserwował kilka gwałtownych – dziesięciokrotnych – skoków zawartości metanu w atmosferze. Gaz ten może mieć pochodzenie niebiologiczne, ale najważniejsze jest to, że kiedyś mógł stać się źródłem bardziej złożonych substancji organicznych. Ich ślady, przede wszystkim chlorobenzenu, znaleziono także w glebie Marsa.

Lata czwarte i piąte: Żywe rzeki

Do tego czasu Curiosity wywiercił już kilkanaście otworów, pozostawiając na swojej trasie idealnie okrągłe ślady o średnicy 1,6 centymetra, które pewnego dnia wyznaczą trasę turystyczną poświęconą jej wyprawie. Zawiódł mechanizm elektromagnetyczny, który zmuszał wiertło do wykonywania do 1800 uderzeń na minutę, aby pracować z najtwardszą skałą. Jednak zbadane wychodnie gliny i kryształy hematytu, warstwy krzemianowych drzewców i kanały przecięte wodą ujawniły jednoznaczny obraz: krater był niegdyś jeziorem, do którego schodziła rozgałęziona delta rzeki.

Kamery Curiosity ujawniły teraz zbocza góry Sharp, których sam wygląd nie pozostawiał wątpliwości co do ich pochodzenia osadowego. Warstwa po warstwie, przez setki milionów lat, woda podnosiła się i opadała, osadzając skały i powodując ich erozję w środku krateru, aż w końcu opadła, zbierając cały szczyt. „W miejscu, gdzie obecnie znajduje się góra, znajdował się kiedyś basen, który od czasu do czasu napełniał się wodą” – wyjaśnił John Grötzinger. Jezioro zostało rozwarstwione według wysokości: warunki w płytkiej i głębokiej wodzie różniły się zarówno temperaturą, jak i składem. Teoretycznie mogłoby to zapewnić warunki do rozwoju różnorodnych reakcji, a nawet form drobnoustrojów.

Kolory na modelu 3D krateru Gale odpowiadają wysokości. W centrum znajduje się góra Aeolis (Aeolis Mons, 01), która wznosi się 5,5 km nad równiną o tej samej nazwie (Aeolis Palus, 02) na dnie krateru. Zaznaczone jest miejsce lądowania Curiosity (03) oraz Farah Vallis (04) - jedno z rzekomych kanałów starożytnych rzek, które wpadały do zaginionego już jeziora.

Podróż trwa

Wyprawa Curiosity jeszcze się nie skończyła, a energia pokładowego generatora powinna wystarczyć na 14 ziemskich lat pracy. Geolog jest w drodze już prawie 1750 soli, pokonując ponad 16 km i wspinając się po zboczu na wysokość 165 m. Jak okiem sięgnąć jego instrumenty, na górze nadal widać ślady skały osadowe starożytne jezioro, ale skąd wiesz, gdzie się kończą i na co jeszcze będą wskazywać? Robot geolog kontynuuje wspinaczkę, a Sanjeev Gupta i jego koledzy już wybierają miejsce lądowania kolejnego. Pomimo śmierci lądownika Schiaparelli moduł orbitalny TGO w zeszłym roku bezpiecznie wszedł na orbitę, uruchamiając pierwszy etap europejsko-rosyjskiego programu ExoMars. Następny będzie łazik marsjański, który ma zostać wystrzelony w 2020 roku.

Znajdą się w nim już dwa rosyjskie urządzenia. Sam robot waży około połowę mniej niż Curiosity, ale jego wiertło będzie w stanie pobierać próbki z głębokości do 2 m, a w kompleksie instrumentów Pasteura znajdą się narzędzia do bezpośredniego poszukiwania śladów przeszłego – a nawet wciąż zachowanego – życia . „Czy masz jakieś cenne pragnienie, znalezisko, o którym szczególnie marzysz?” – zapytaliśmy profesora Guptę. „Oczywiście, że jest: skamielina” – odpowiedział bez wahania naukowiec. - Ale to oczywiście jest mało prawdopodobne. Gdyby tam było życie, byłyby to tylko jakieś mikroby... Ale, widzisz, byłoby to coś niesamowitego.