"Siedem minut horroru". Bezcenne dzieło NASA musi wylądować pod rakietowym dźwigiem

Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, pierwszy sygnał powinien nadejść o 21:55 czasu polskiego. Chwilę później na Ziemię powinny dotrzeć zdjęcia z krateru Jezero na Marsie. Siedem wcześniejszych minut będzie jednak katuszą dla personelu NASA i nie tylko. Łazik Perseverance musi bezbłędnie wykonać karkołomne lądowanie.

Cała procedura jest nazywana przez amerykańskich naukowców i inżynierów "siedmioma minutami horroru". Wynikające z odległości opóźnienie w łączności wynosi 11 minut. Nie sposób na żywo kontrolować opadający na powierzchnię Marsa łazik. Nie ma szans na jakieś szybkie reagowanie na problemy. Łazik jest zdany wyłącznie na siebie i musi wszystko przeprowadzić w trybie automatycznym. Ludzie mogą tylko obserwować w napięciu to, co stało się kilka minut wcześniej.

A napięcie będzie ogromne, bo stawka jest naprawdę duża. I nie chodzi tylko o pieniądze, choć budowa i wysłanie łazika w podróż kosztowały NASA już ponad dwa miliardy dolarów. Tak naprawdę jest jednak bezcenny. Jeśli coś pójdzie nie tak, to ludzkość straci szansę na przeprowadzenie szeregu niezwykle ważnych badań Marsa. Na wysłanie kolejnego takiego łazika w najbliższych latach nie ma szans.

Kiedyś było prościej, ale gorzej

Lądowanie na Marsie jest najbardziej ryzykownym etapem całej misji Perseverance. Mnóstwo rzeczy może pójść nie tak. Nerwy są tym większe, że cała procedura w wykonaniu Perseverance jest dość skomplikowana. Przynajmniej w porównaniu z klasycznymi metodami lądowań na obcych planetach, czyli hamowanie podczas wpadania w atmosferę, otwarcie spadochronu i opadnięcie pod nim na powierzchnię.

Problem w tym, że taka metoda jest dobra tylko dla lekkich pojazdów o wzmocnionej konstrukcji. Nie sposób bowiem na tyle spowolnić opadania, aby uderzenie o grunt nie było twarde. No i w ten sposób bardzo trudno zapewnić precyzyjne lądowanie. Opadanie na spadochronie trudno kontrolować. Wszystko to wykluczało użycie tradycyjnej metody dla wymarzonych przez NASA dużych marsjańskich łazików, które mogą działać długo, pokonywać spore dystanse i przenosić bogaty zestaw urządzeń badawczych.

W NASA Jet Propulsion Laboratory w kalifornijskiej Pasadenie obmyślono więc nowy sposób. Nazwa tego rozległego instytutu badawczego może być myląca, ale kiedy go zakładano w latach 30., robiono to głównie z myślą o rozwoju nowych technologii napędu rakietowego oraz odrzutowego. Z czasem JPL wyspecjalizował się jednak w tworzeniu sond wysyłanych przez NASA w kosmos. W tym całej serii coraz większych i coraz bardziej zaawansowanych marsjańskich łazików. Postawiono na rozwiązanie, które może wydawać się bardzo karkołomne. Otóż ostatnia faza lądowania jest przeprowadzana przy pomocy czegoś, co jest skrzyżowaniem latającej platformy z napędem rakietowym i dźwigiem.

Siedem minut horroru

Początkowo, tak jak zwykle, łazik wpada w atmosferę w specjalnej osłonie chroniącej przed temperaturą oraz oporami aerodynamicznymi i zaczyna ogniste hamowanie z prędkości około 20 tys. km/h, z którą przyleciał z Ziemi. Na wysokości 11 kilometrów, nadal lecąc z prędkością bliską 1500 km/h, wypuszcza spadochron. Nie jest to zwykły spadochron, ale coś, co inżynierowie NASA dopracowywali przez lata, między innymi wystrzeliwując prototypy rakietami i testując je w ziemskiej atmosferze. Moment jego wypuszczenia jest kontrolowany co do sekundy, ponieważ minimalne odchylenie może oznaczać minięcie strefy lądowania o wiele kilometrów.

Przez następną minutę łazik wyhamuje do trochę ponad 200 km/h i zacznie orientować się w przestrzeni. Uruchomiony zostanie radar pozwalający dokładnie określić wysokość oraz nowy system zapożyczony z systemów naprowadzania wojskowych rakiet. To kamera, która będzie obserwować teren poniżej i porównywać go z zapisaną w pamięci precyzyjną mapą powierzchni Marsa. Komputer, wykrywając różne charakterystyczne punkty, będzie w stanie dokładnie określić położenie łazika i wyliczyć, gdzie opada.

Tutaj można zobaczyć symulację całego lądowania w 3D i z detalami.

Po około sześciu minutach od wejścia w atmosferę, na wysokości niecałych dwóch kilometrów, rozpocznie się ostatni i najbardziej dramatyczny etap lądowania. Łazik odpadnie od spadochronu i reszty osłony, a po po chwili obudzić się do życia ma zamontowany do jego grzbietu wspomniany rakietowy dźwig. Przy pomocy ośmiu małych silniczków musi najpierw odsunąć się z drogi opadającemu spadochronowi, po czym, dokonując ciągle drobnych korekt kursu, opadać w sposób kontrolowany ku wyznaczonemu miejscu lądowania. Wolnego od wszelkich niebezpiecznych przeszkód.

Rakietowa platforma zwolni do tempa maszerującego człowieka, niecałych trzech km/h. Kilkanaście sekund przed lądowaniem, na wysokości około 20 metrów, zostanie na dodatek dźwigiem. Łazik zacznie być opuszczany na trzech linach długich na 6,5 metra i w końcu łagodnie postawiony na Marsa. Kiedy tylko jego systemy wykryją kontakt z gruntem, liny zostaną odcięte, a platforma-dźwig odleci dalej i rozbije się w bezpiecznej odległości. W tym momencie ludzie na Ziemi nawet nie otrzymają jeszcze sygnału o rozpoczęciu hamowania w atmosferze. Będą musieli poczekać cztery kolejne minuty.

Badania i eksperymenty wielkiej wagi

Choć statystycznie tylko 40 procent misji wysłanych na Marsa z powodzeniem na nim wylądowało, to szansa na sukces Perseverance jest znacznie większa. Tę metodę lądowania przetestowano już w 2012 roku podczas misji bardzo podobnego łazika Curiosity. Tamten nie miał jednak kilku systemów, zwłaszcza tego określającego pozycję po obrazie terenu poniżej, które mogą znacznie poprawić precyzję lądowania i zapewnić uniknięcie ewentualnych przeszkód.

Precyzja lądowania ma duże znaczenie nie tylko z powodu konieczności omijania potencjalnie katastrofalnych przeszkód. Chodzi też o to, aby wylądować w konkretnym rejonie krateru Jezero. Wstępne badania pozwalają zakładać, że kilka miliardów lat temu było w nim jezioro i w związku z tym może było w nim jakieś życie. Łazik ma wylądować w konkretnej części krateru, blisko jego ściany, w której może być najłatwiej znaleźć interesujące ślady. Łazik ma wykonać kilka odwiertów w skałach i uzyskane z nich próbki pozostawić za sobą. NASA planuje wysłanie kolejnej misji na Marsa w drugiej połowie tej dekady, której zadaniem będzie te próbki zebrać i dostarczyć na Ziemię.

Poza szukaniem śladów życia i odpowiedzi na to, jakie kiedyś panowały warunki na Marsie, Perseverance ma też wykonać kilka ciekawych eksperymentów. Między innymi spróbować wyprodukować z marsjańskiej atmosfery niewielką ilość tlenu, co może mieć ogromne znaczenie dla przyszłych załogowych misji na tę planetę. Ma też z sobą niewielkiego robota-helikopter, który ma wykonać pięć lotów na wysokość kilku metrów, trwających po 90 sekund. To głównie test technologii, które w przyszłości mogą posłużyć za bazę do budowy większego pojazdu latającego wysłanego na Marsa.

Czas "życia" łazika Perseverance zakładany jest na maksimum dwa lata. Dotychczasowa praktyka misji marsjańskich NASA wykazuje jednak, że to bardzo ostrożne założenie. Łazik Curiosity miał wstępnie planowane dwa lata funkcjonowania. Minęło już ponad osiem i dalej bada Marsa. Para wcześniejszych i znacznie mniejszych łazików Spirit oraz Opportunity funkcjonowały odpowiednio 6 i 14 lat. Też znacznie dłużej niż wstępnie planowane trzy miesiące. Jeśli więc lądowanie Perseverance pójdzie dzisiaj zgodnie z planem, to najpewniej będzie przez wiele lat dostarczał ludzkości bezcennych informacji na temat Marsa.