Trwa prawdziwe oblężenie Marsa. Trzy misje w jednym czasie to nie przypadek. O co w nich chodzi?

Bartłomiej Pawlak
Na orbicie Marsa zrobiło się dość tłoczno, a niebawem nowe instrumenty badawcze pojawią się również na jego powierzchni. Skąd takie zainteresowanie Czerwoną Planetą i dlaczego aż trzy misje dotarły w jej okolice niemal w jednym czasie? To nie przypadek. Wyjaśniamy, z czego wynika obecna "popularność" Marsa i co będą badać USA, Chiny i ZEA.
Zobacz wideo Mars 2020. Tak wyglądał start rakiety Atlas V z przylądka Canaveral na Florydzie

9 lutego 2021 roku na orbitę wokół Marsa weszła należąca do Zjednoczonych Emiratów Arabskich sonda Al Amal. Zaledwie dzień później dołączył do niej pojazd kosmiczny misji Tianwen-1 prowadzonej przez agencję kosmiczną Chin. 18 lutego 2021 na Marsie wyląduje łazik Perseverance misji Mars 2020 amerykańskiej agencji NASA.

Zbieżność tych dat nie jest przypadkowa - została wymuszona przez mechanizmy, jakimi rządzi się Układ Słoneczny (o tym więcej w dalszej części tekstu). Nie zmienia to jednak faktu, że Mars przeżywa właśnie prawdziwe oblężenie, a jego powierzchnię już teraz eksplorują dwa urządzenia stworzone przez człowieka. Kilka kolejnych jest też na orbicie.

Trzy wyjątkowe misje kosmiczne. Celem jedna planeta

Warto na początek pokrótce opisać każdą z misji, bo - choć odbywają się one w podobnym czasie - będą wyglądać zupełnie inaczej. Pierwsza z nich (Al Amal) jest zdecydowanie najmniej skomplikowana. ZEA chciały pokazać przede wszystkim, że potrafią zbudować międzyplanetarny pojazd kosmiczny i umieścić go na orbicie Marsa (choć udało się to przy pomocy Amerykanów, którzy pomogli w budowie urządzeń i Japończyków, którzy wystrzelili statek).

Pierwsze zdjęcie sondy Hope z orbity MarsaPierwsze zdjęcie sondy Hope z orbity Marsa fot. Mohammed bin Rashid Space Center / UAE Space Agency / via AP

Misja Al Amal (w przeciwieństwie do amerykańskiej i chińskiej) nie ma na celu lądowania na Czerwonej Planecie. Statek pozostanie na orbicie (na wysokości 20-43 tys. km nad powierzchnią z okresem orbitalnym 55 godzin) i będzie skupiał się na badaniu atmosfery Marsa, a w szczególności na jego cyklach pogodowych i występujących tam zjawiskach atmosferycznych. Na pokładzie orbitera znalazła się kamera obserwująca w świetle widzialnym i ultrafioletowym, a także dwa spektrometry.

Chińczycy - choć to również ich pierwsza samodzielna marsjańska misja - postawili poprzeczkę dużo wyżej. Tianwen-1 miała na celu nie tylko wejść na orbitę wokół planety (to się już udało), ale i wylądować na powierzchni. W maju 2021 roku od orbitera odłączy się lądownik, który osiądzie na Marsie, wypuszczając następnie łazika badawczego.

Jeśli misja nie napotka przeszkód i pojazd rozpocznie badania, Chiny zostaną drugim w historii krajem, któremu udało się tego dokonać. Do tej pory wszelkiego rodzaju instrumenty badawcze na Marsa wysyłali tylko Amerykanie. W 1971 roku swoją sondę Mars 3 wysłał też Związek Radziecki. Ta co prawda wylądowała, ale zamarła na zawsze po zaledwie 15 sekundach pracy.

Testy chińskiego lądownika na ZiemiTesty chińskiego lądownika na Ziemi Fot. Andy Wong / AP Photo

Chiny chcą, aby łazik i orbiter współpracowały ze sobą, prowadząc badania dotyczące geologii Marsa i wewnętrznej struktury planety. Misja ma też pomóc zrozumieć nam, jak wyglądała przeszłość Marsa i czy faktycznie kiedyś była to planeta podobna do obecnej Ziemi. Tianwen-1 będzie korzystać łącznie z 13 instrumentów badawczych.

Zdecydowanie najbardziej zaawansowaną misją jest Mars 2020 amerykańskiej agencji NASA. USA mają ogromne doświadczenie w podbojach Marsa, dlatego NASA mogła pozwolić sobie na rozwinięcie skrzydeł i stworzenie najbardziej spektakularnej ze wszystkich trzech misji.

Łazik Perseverance misji Mars 2020Łazik Perseverance misji Mars 2020 fot. J. Krohn/NASA via AP

Pierwszym krokiem będzie lądowanie statku kosmicznego na powierzchni planety, które zaplanowano na 18 lutego (późnym wieczorem czasu polskiego). Proces składa się z kilku etapów. W pierwszym pojazd wejdzie w atmosferę planety i rozpocznie wyhamowywanie za pomocą spadochronu. Następnie z kapsuły zostanie uwolniony łazik Perseverance (Wytrwałość) podczepiony do statku wyposażonego w silniki hamujące. Łazik zostanie następnie opuszczony na linach, dzięki czemu delikatnie osiądzie na powierzchni Marsa. Oczywiście wszystko odbędzie się zupełnie automatycznie, bo ze względu na duże opóźnienie sygnału, sterowanie urządzeniami marsjańskimi z Ziemi w czasie rzeczywistym jest niemożliwe.

 

Nowy łazik ma być po części następcą Curiosity, który od 2012 roku eksploruje powierzchnię planety. Nowa misja ma jednak nieco inne cele. Perseverance ma sprawdzić, czy na Marsie mogło istnieć życie, a także dowiedzieć się, czy i w jaki sposób możemy wykorzystać istniejące zasoby Marsa na potrzeby przyszłych załogowych misji.

Łazik ma pozwolić lepiej zrozumieć, jakie zagrożenia czyhają na astronautów na Czerwonej Planecie oraz dowiedzieć się, czy możliwe jest wykorzystanie dwutlenku węgla z atmosfery do produkcji tlenu. Będzie on kiedyś potrzebny do oddychania oraz uruchomienia silników statku, którym załoga będzie wracać na Ziemię. Perseverance zbierze też próbki marsjańskiego regolitu z różnych miejsc, zabezpieczy je i pozostawi dla kolejnych misji marsjańskich.

Łazik Perseverance i helikopter Ingenuity Mars - wizja artystyŁazik Perseverance i helikopter Ingenuity Mars - wizja artysty fot. NASA/JPL-Caltech

Wraz z łazikiem na Marsie wyląduje też Ingenuity (Pomysłowość) - autonomiczny dron (NASA nazywa go helikopterem), którego zadaniem będzie sprawdzenie w praktyce, czy w marsjańskiej atmosferze można latać, wykorzystując siłę nośną (a nie silniki rakietowe). Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, Ingenuity będzie pierwszym w historii helikopterem, który wzniósł się w powietrze na obiekcie innym niż Ziemia.

 

Jak dolecieć na Marsa? Sondy ścigały planetę miesiącami

Wróćmy jednak od wyjaśnienia, z czego wynika taki natłok misji marsjańskich wysłanych niemalże dzień po dniu. Dlaczego wszystkie trzy kraje postanowiły zawitać w okolicy Marsa akurat teraz? Zmusza je do tego ruch planet wokół Słońca, który sprawia, że Ziemia i Mars stale zmieniają odległość względem siebie. Wynosi ona od niespełna 60 mln km, gdy są najbliżej siebie do ok. 400 mln km, gdy są najdalej. 

Nie jest możliwe wysłanie pojazdu kosmicznego, który w linii prostej pokona te 60 czy 70 mln km i po kilku tygodniach wejdzie na orbitę Czerwonej Planety. Międzyplanetarne statki kosmiczne wykorzystują więc ruch wokół Słońca nadany przez Ziemię. Po opuszczeniu naszej planety stopniowo oddalają swoją orbitę od ziemskiej, a zbliżają się do orbity Marsa.

W przypadku misji Mars 2020 realizowanej przez NASA ruch pojazdu kosmicznego przedstawiono na obrazku (odwzorowano go kolorem białym):

Tor lotu misji Mars 2020 od startu do lądowaniaTor lotu misji Mars 2020 od startu do lądowania fot. NASA/JPL-Caltech

Po miesiącach takiego ścigania Czerwonej Planety, pojazd kosmiczny odpala silniki hamujące, dzięki czemu może bezpiecznie wejść na orbitę lub wylądować na powierzchni. Cały lot od startu z Ziemi aż do dotarcia na Marsa trwa zwykle od 6 do 9 miesięcy, a przebyta przez statek odległość to przynajmniej ok. pół miliarda km (np. 480 mln km w przypadku misji Mars 2020).

Oczywiście z powodu stale zmieniającej się konfiguracji obu planet, dogodna okazja na wystrzelenie sondy w kierunku Marsa zdarza się tylko raz na nieco ponad dwa lata. Taki przedział czasowy, w którym należy przeprowadzić start pojazdu, nazywamy okienkiem startowym. Ostatnie miało miejsce na przełomie lipca i sierpnia 2020 roku, a następne będzie jesienią 2022 roku.

Zgranie w czasie startów misji Al Amal, Tianwen-1 i Mars 2020 (odpowiednio 20, 23 i 30 lipca), a także wejścia na orbitę Marsa (Al Amal i Tianwen-1 - odpowiednio 9 i 10 lutego 2021) lub lądowania na powierzchni planety (Mars 2020 - 18 lutego 2021) nie jest zatem przypadkowe.

Misja Mars 2020 NASAMisja Mars 2020 NASA fot. NASA/JPL-Caltech

Na Marsie coraz tłoczniej

Przyznać trzeba jednak, że dawno nie mieliśmy już takiego tłoku na powierzchni Marsa i na jego orbicie. Nie byłoby go, gdyby nie fakt, że zainteresowanie eksploracją kosmosu w ostatnim czasie rośnie. Poza stałymi bywalcami przestrzeni kosmicznej (amerykańską agencją NASA, europejską ESA oraz rosyjską Roskosmos) kosmosem przed kilkoma laty zainteresowały się nowe kraje, z Chinami na czele (ale też m.in. Indie, ZEA czy Izrael).

W chwili obecnej na orbicie Marsa znajduje się aż osiem orbiterów (łącznie z dwoma nowymi), a na jego powierzchni wciąż działają dwa urządzenia - łazik Curiosity, który wylądował w 2012 roku i lądownik InSight posadzony na powierzchni planety w 2018 roku (oba należą do NASA). W tym roku dołączą dwa kolejne pojazdy - Perseverance (wraz z helikopterem Ingenuity) oraz łazik misji Tianwen-1. W czerwcu 2023 roku na Marsie wylądować ma jeszcze łazik Rosalind Franklin europejsko-rosyjskiej misji ExoMars.