Η United Launch Alliance ξεκίνησε την τελευταία αποστολή της NASA στον Άρη: το Perseverance rover και το ελικόπτερο Ingenuity.
Η εκτόξευση της τρίτης από τις τρεις αποστολές στον Άρη κατά τη διάρκεια του τρέχοντος διαπλανητικού έτους μεταφοράς πραγματοποιήθηκε την Πέμπτη 30 Ιουλίου 2020 στην αρχή ενός δύο ωρών εκκίνησης που ανοίγει στις 07:50 EDT.
Ιστορικό και σχεδιασμός αποστολής:
Επισήμως γνωστή ως Mars 2020, η αποστολή ανακοινώθηκε επίσημα από τη NASA στις 4 Δεκεμβρίου 2012 - λίγο λιγότερο από τέσσερις μήνες μετά την εκπληκτική προσγείωση του Curiosity rover στον κρατήρα Gale στον Άρη.
Στην πραγματικότητα, η NASA προσπάθησε να αξιοποιήσει την επιτυχία του Curiosity και της συνολικής επιστημονικής πλατφόρμας του σχεδιασμού αυτού του rover με το όχημα Mars 2020, ενσωματώνοντας μαθήματα που αντλήθηκαν και επεκτείνοντας τις συνολικές δυνατότητες του νέου rover για να συμπεριλάβει την ανίχνευση των βιογραφιών της προηγούμενης μικροβιακής ζωής καθώς και συλλογή και εμφιάλωση δειγμάτων του Άρη για μελλοντική επιστροφή στη Γη.
Αυτές οι αλλαγές, μαζί με την οριστική σειρά επιστημονικών οργάνων, έφεραν τη συνολική μάζα της Perseverance στα 1.025 kg, βαρύτερη από την περιέργεια (στα 899 kg).
Δεδομένης της συνολικής ζήτησης της αποστολής και της βασικής της βάσης από εκείνη του Curiosity's, το Perseverance φέρνει μια θερμοηλεκτρική γεννήτρια πολλαπλών αποστολών ραδιοϊσοτόπων, ή MMRTG, που στην πραγματικότητα είναι ένα αντίγραφο ασφαλείας σε αυτό που χρησιμοποιείται για το Curiosity.
Το MMRTG - μέσω της φυσικής αποσύνθεσης του πλουτωνίου-238 - θα παρέχει σταθερή ισχύ 110 watt καθώς και θερμότητα καθ 'όλη τη διάρκεια της αποστολής και προσφέρει πιθανή διάρκεια ζωής 14 ετών για το rover.
Η χρήση μιας πηγής πυρηνικής ενέργειας επιτρέπει στις επιστημονικές επιχειρήσεις να πραγματοποιούνται ανά πάσα στιγμή και κατά τις περισσότερες εποχιακές συνθήκες στον Άρη, συμπεριλαμβανομένης της περιβόητης καταιγίδας σκόνης του πλανήτη - η τελευταία μεγάλη από τις οποίες ισχυρίστηκε τη λειτουργική ζωή του Opportunity rover που βασίστηκε σε ηλιακούς συλλέκτες για εξουσία.
Το Perseverance είναι επίσης εξοπλισμένο με δύο επαναφορτιζόμενες μπαταρίες ιόντων λιθίου για να βοηθήσει τις λειτουργίες κατά τη διάρκεια αιχμών επιστημονικών απαιτήσεων, μερικές από τις οποίες προβλέπεται να υπερβούν τη μέγιστη συνεχή έξοδο των 110 watt από το MMRTG.
Συνολικά, επτά επιστημονικά ωφέλιμα φορτία θα αντλήσουν δύναμη από τα συστήματα του rover, όπως:
Mastcam-Z,
Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA),
Πείραμα αξιοποίησης πόρων in-Situ Mars Oxygen (MOXIE),
Πλανητικό μέσο για λιθοχημεία ακτίνων Χ (PIXL),
Radar Imager for Mars ’Suburface Experiment (RIMFAX),
Σάρωση κατοικήσιμων περιβαλλόντων με Raman και Luminescence για Organics & Chemicals (SHERLOC) και
SuperCam.
Το Mastcam-Z θα παρέχει στο Perseverance το σύστημα όρασης του, συμπεριλαμβανομένης της δυνατότητας εστίασης, εστίασης, εικόνας 3D και ταινιών υψηλής ταχύτητας σε μακρινό έδαφος. Σύμφωνα με τη NASA, το σύστημα όρασης του Mastcam μπορεί να παρατηρήσει με σαφήνεια μια κοινή μύγα στο μήκος ενός γηπέδου ποδοσφαίρου.
Ο Mars Environmental Dynamics Analyzer (MEDA) είναι ένας μετεωρολογικός σταθμός που θα παρακολουθεί την κατεύθυνση και την ταχύτητα του ανέμου, την τοπική θερμοκρασία και υγρασία, καθώς και την ποσότητα και το μέγεθος των σωματιδίων σκόνης στην ατμόσφαιρα.
Το MEDA είναι η τελευταία από μια συνεχιζόμενη σειρά ερευνών από τον διεθνή στόλο rover, lander και orbiter στον Άρη για τον χαρακτηρισμό των μαρτικών καιρικών μοντέλων και την ανάπτυξη ακριβών μοντέλων - καθώς οι μελλοντικοί ανθρώπινοι βιότοποι στον Άρη θα βασίζονται σε προβλέψεις καιρού.
Στο ίδιο θέμα, το Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE) θα εξετάσει τρόπους παραγωγής οξυγόνου από την ατμόσφαιρα του Άρη τόσο για την υποστήριξη της ζωής όσο και για τις ανάγκες για προωθητικά πυραύλων.
Ενώ το διοξείδιο του άνθρακα είναι άφθονο στον Άρη, αντιπροσωπεύοντας το 96% της ατμόσφαιρας του πλανήτη, το οξυγόνο δεν είναι. Σε συγκέντρωση μόλις 0,13%, το οξυγόνο είναι ένα σπάνιο προϊόν.
Ωστόσο, στη Γη ένα βιολογικό παράδειγμα της ανταλλαγής διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα για την απελευθέρωση οξυγόνου έρχεται με τη μορφή δέντρων και των διαφόρων χλωρίδων του πλανήτη μας.
Το MOXIE επιδιώκει να αναπαράγει αυτήν τη βιολογική, δια βίου διαδικασία σε τεχνολογικό επίπεδο, λαμβάνοντας διοξείδιο του άνθρακα από την αττική ατμόσφαιρα και παράγοντας οξυγόνο.
Εν τω μεταξύ, το Πλανητικό Όργανο για Λιθοχημεία Ακτίνων Χ (PIXL) θα γίνει το πρώτο όργανο που έχει επιφορτιστεί ειδικά με την εύρεση σημείων προηγούμενης μικροβιακής ζωής στον Άρη.
Το όργανο θα είναι σε θέση να εντοπίσει τις συγκεκριμένες αλλαγές στις υφές και τις χημικές ουσίες των πετρωμάτων του Άρη που έχουν μείνει πίσω από την αρχαία μικροβιακή ζωή, ακόμη και αν υπάρχει μόνο στην πιο λεπτή ποσότητα.
Το PIXL έρχεται επίσης εξοπλισμένο με κάμερα που θα επιτρέπει την κοντινή, εξαιρετικά λεπτομερή απεικόνιση υφής βράχου και εδάφους με σαφή ανάλυση αντικειμένων το μέγεθος ενός κόκκου αλατιού.
Δουλεύοντας εν μέρει σε συνδυασμό με το PIXL θα είναι το Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics & Chemicals (SHERLOC), τα οποία θα χρησιμοποιούν κάμερα, φασματομετρητές και λέιζερ για να αναζητήσουν οργανικά και μεταλλικά στοιχεία που ενδεχομένως μεταβάλλονται από ένα περιβάλλον νερού - έτσι δείχνοντας ένα σημάδι πιθανής παρελθόντος μικροβιακής ζωής.
«Βασικά, τα ερωτήματα οδήγησης είναι αν ο Άρης ήταν ή κατοικήθηκε ποτέ, και αν όχι, γιατί όχι;» είπε ο Luther Beegle, κύριος ερευνητής του SHERLOC. "Η έρευνα SHERLOC θα προωθήσει την κατανόηση της γεωλογικής ιστορίας του Άρη και θα εντοπίσει το παρελθόν βιολογικό δυναμικό της."
Ομοίως, το SuperCam θα αναζητήσει επίσης οργανικά μέσω κάμερας, λέιζερ και φασματομέτρων, ενώ θα επικεντρώνεται επίσης στην ατομική και χημική σύνθεση πετρωμάτων και εδαφών που άλλαξαν με την πάροδο του χρόνου από το νερό.
Κοιτάζοντας κάτω από τα επιφανειακά βράχια, το Radar Imager for Mars ’Suburface Experiment (RIMFAX) θα χρησιμοποιήσει ραντάρ που διεισδύει στο έδαφος για να αποκαλύψει την εσωτερική δομή του Άρη με νέα λεπτομέρεια.
Αυτό θα σηματοδοτήσει την πρώτη φορά που μια αποστολή της NASA μεταφέρει ένα όργανο ραντάρ στην επιφάνεια του Άρη. Το RIMFAX θα μπορεί να ανιχνεύει νερό, άλμη ή πάγο που βρίσκεται πάνω από 10 μέτρα κάτω από την επιφάνεια.
Επιπλέον, ο βραχίονας ρομπότ της Perseverance, το Bit Carousel και το Adaptive Caching Assembly θα παραλάβουν, θα συσκευάσουν και θα αφήσουν πίσω δείγματα της επιφάνειας του Άρη που οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αξίζουν να επιστρέψουν στη Γη με μια μελλοντική αποστολή στον Άρη.
Αλλά δεν είναι μόνο τα όργανα που τοποθετούνται ή χρησιμοποιούνται από το rover που αποτελούν το επίκεντρο της αποστολής. Η επιμονή μεταφέρει επίσης το ελικόπτερο Ingenuity Mars, το πρώτο ελικόπτερο που στάλθηκε σε άλλο πλανήτη.
Με μόλις 1,8 κιλά (4 λίβρες), δύο ζεύγη ινών άνθρακα, περιστρεφόμενες λεπίδες που κινούνται στις 2.400 σ.α.λ. θα επιτρέψουν σε αυτό το μικρό, ηλιακό ελικόπτερο να εκτελεί πτήσεις 90 δευτερολέπτων κάθε ημέρα του Άρη.
Το Ingenuity διαθέτει δύο κάμερες για απεικόνιση εδάφους και πλοήγηση.
Το ίδιο το ελικόπτερο είναι το επιστημονικό ωφέλιμο φορτίο, καθώς είναι μία από τις δύο πειραματικές τεχνολογίες που πετούν στον Άρη σε αυτήν την αποστολή. Το άλλο είναι το MOXIE.
Το Ingenuity θα δοκιμάσει την ικανότητα εκτέλεσης αυτόνομων πτητικών λειτουργιών μέσω της ατμόσφαιρας του Άρη και θα δώσει στους επιστήμονες και στους αρμόδιους σχεδιαστές αποστολών ανεκτίμητα δεδομένα σχετικά με τον τρόπο λειτουργίας των πτητικών σκαφών στην ατμόσφαιρα ενός άλλου πλανήτη.
Αυτή η τεχνολογία δεν ισχύει μόνο για πιθανά μελλοντικά ελικόπτερα του Άρη που θα μπορούσαν να οδηγήσουν μαζί με εμβληματικές ρομποτικές αποστολές ή ενδεχομένως να βοηθήσουν μελλοντικούς αστροναύτες να εξερευνήσουν δύσκολα εδάφη, αλλά και στην επερχόμενη αποστολή Dragonfly που θα στείλει ένα στροφείο στο φεγγάρι του Κρόνου Titan για να πετάξει ένα επιστημονικό εργαστήριο. διαφορετικές περιοχές του φεγγαριού με την ατμόσφαιρα.
Το ίδιο το Ingenuity φέρει τρεις γενικούς στόχους αποστολής, όπως:
επιδείξτε την πτήση με δύναμη στη λεπτή ατμόσφαιρα του Άρη
επιδείξτε τη μικροσκοπική τεχνολογία πτήσης σε έναν άλλο πλανήτη και
λειτουργούν αυτόνομα.
Σχεδιασμένο για άμεση επικοινωνία με το Perseverance, το Ingenuity δεν θα πετάξει ποτέ περισσότερο από 1 χλμ. Από το rover. Η ''επιμονή'' θα αναμεταδώσει τις μεταδόσεις της Ingenuity σε έναν από τους δορυφόρους της τροχιάς του Άρη, ο οποίος με τη σειρά του θα μεταδώσει το σήμα πίσω στη Γη.🚀 Tomorrow, we’re launching our @NASAPersevere rover to Mars. Perseverance will search for signs of ancient microbial life & pave the way for human exploration beyond the Moon.
— NASA (@NASA) July 29, 2020
Tag your questions with #CountdownToMars for a chance to have them answered in our launch broadcast! pic.twitter.com/RjWEBqxP2Y
Εκκίνηση και κρουαζιέρα στον Άρη
Αφού ανέβηκε από το Space Launch Complex 41 (SLC-41), ο Atlas V πραγματοποίησε έναν ελιγμό pitch and roll για να βρεθεί στο σωστό αζιμούθιο, ή προς την πυξίδα, για να μετακινηθεί ανατολικά-νοτιοανατολικά μακριά από το κέντρο εκτόξευσης της Φλόριντα πάνω από τον Ατλαντικό Ωκεανός - περνώντας βόρεια από τις Μπαχάμες.
Μετά τα πρώτα 90 δευτερόλεπτα της πτήσης, οι τέσσερις κινητήρες πυραύλων από την Aerojet Rocketdyne έκαψαν και χωρίστηκαν λίγα δευτερόλεπτα αργότερα, αφήνοντας τον Atlas V κάτω από τη δύναμη του μοναδικού κινητήρα RD-180.
Ακολουθία επιμονής και εισόδου, καθόδου και προσγείωσης της Ingenuity στις 18 Φεβρουαρίου 2021. (Credit NASA / JPL)
Μετά τον τερματισμό και τον διαχωρισμό του ενισχυτή Atlas V, ο ανώτερος κινητήρας Centaur ολοκλήρωσε το καθήκον να μεταφέρει την επιμονή στην αρχική του τροχιακή τροχιά Γης 167 x 250 km με κλίση 29,1 μοιρών.
Μετά από μια περίοδο ακτών, ο κινητήρας του Κενταύρου αναφλέχθηκε 45 λεπτά μετά την απογείωση για να κάνει το έγκαυμα Trans Mars Injection.
Το έγκαυμα περίπου 8 λεπτών σχεδιάστηκε για να τοποθετήσει το ανώτερο στάδιο του ωφέλιμου φορτίου και του Κενταύρου σε μια ηλιοκεντρική τροχιά (Ήλιος) που σχεδόν τέλεια αναχαιτίζει τον Άρη τον Φεβρουάριο του 2021. Σχεδόν τέλεια, αλλά όχι αρκετά - καθώς το Trans Mars Injection burn έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε ο Centaur πραγματικά χάνει τον Άρη όταν πετά.
Το στάδιο της κρουαζιέρας, που συνδέεται με το αεροσκάφος, πρέπει συνεπώς να παρέχει όχι μόνο ισχύ, δεδομένα και επικοινωνίες, αλλά και δυνατότητες διόρθωσης πορείας για να τελειοποιήσει τη συνολική τροχιά για μια ακριβή αναχαίτιση της ατμόσφαιρας του Άρη σε επτά μήνες.
Καθώς φτάνει στον Άρη για αυτό που είναι κάπως γνωστό ως «Τα επτά λεπτά του τρόμου», η σκηνή της κρουαζιέρας ήταν ξεχωριστή και 10 λεπτά αργότερα, η επιμονή - με ασφάλεια μέσα στο προστατευτικό αεροζόλ του - θα χτυπήσει πρώτα στη θερμική ασπίδα της ατμόσφαιρας του Άρη.
Η ατμοσφαιρική τριβή θα κάνει το πρώτο μέρος της δουλειάς να επιβραδύνει το όχημα καθώς το πλάσμα δημιουργείται γύρω από το αεροζόλ για τα πρώτα δύο λεπτά εισόδου και οι θερμοκρασίες φτάνουν τους 1.300 ° C (2.370 ° F).
Μόλις το αεροπλάνο βγει από το στάδιο εισόδου στο πλάσμα, ένα υπερηχητικό αλεξίπτωτο θα αναπτυχθεί για να επιβραδύνει την κάψουλα ακόμη πιο πριν η θερμική ασπίδα πέσει μακριά και ολόκληρο το συγκρότημα rover / ελικόπτερο πέσει από το αεροζόλ και ελεύθερες πτώσεις προς την επιφάνεια του Άρη για λίγα δευτερόλεπτα .
Σε αυτό το σημείο, το σύστημα εδάφους-σχετικής πλοήγησης που προστέθηκε στο σύστημα προσγείωσης του Perservance από αυτό που χρησιμοποιήθηκε στο Curiosity το 2012 θα είναι ενεργό.
Αυτό το νέο σύστημα χρησιμοποιεί κάμερα προς τα κάτω τοποθετημένη κάτω από την επιμονή που θα τραβήξει γρήγορα φωτογραφίες καθώς κατεβαίνει το όχημα. Αυτές οι φωτογραφίες θα τροφοδοτηθούν αμέσως στη συνολική βάση δεδομένων του συστήματος προσγείωσης και θα συγκριθούν με τις τροχιακές εικόνες της στοχευόμενης περιοχής προσγείωσης.
Για πρώτη φορά, μπορούν να εντοπιστούν αόρατοι κίνδυνοι στο σημείο προσγείωσης και το σύστημα προσγείωσης στο πλοίο μπορεί στη συνέχεια να απομακρύνει ολόκληρο το συγκρότημα μακριά από κίνδυνο και σε ασφαλέστερη τοποθεσία.
Στη συνέχεια, η σειρά των οπίσθιων πυρκαγιών θα επιβραδύνει το όχημα σε μια απόσταση 20 μέτρων (65,5 πόδια) πάνω από την επιφάνεια του Άρη.
Σε αυτό το σημείο, ένα βαρούλκο sky crane θα ενεργοποιηθεί και θα μειώσει την Ανθεκτικότητα στην επιφάνεια του Άρη αφού τα πόδια του rover αναπτύξουν με επιτυχία και ασφαλίσουν στη θέση τους.Less than 24 hours to launch and the weather is cooperating with an 80% chance of favorable conditions. Alex Mather and Vaneeza Rupani, who named me and Ingenuity, are here to watch the launch from @NASAKennedy. #CountdownToMars
— NASA's Perseverance Mars Rover (@NASAPersevere) July 29, 2020
Latest Weather Update: https://t.co/BYiBibP2lo pic.twitter.com/dVer7nwvPP
Στη συνέχεια, το καλώδιο βαρούλκου θα κοπεί και το πακέτο retrorocket θα πετάξει με ασφάλεια μακριά για προσγείωση.
Η ολόκληρη ακολουθία εισόδου, κατάβασης και προσγείωσης 6 λεπτών 50 δευτερολέπτων είναι αυτοματοποιημένη χωρίς περιθώρια σφάλματος ή χρόνου για χειροκίνητη διόρθωση μόλις ξεκινήσει η ακολουθία.
Η απόσταση μεταξύ της Γης και του Άρη κατά την ημερομηνία προσγείωσης του Perseverance σημαίνει ότι από τους ελεγκτές χρόνου στο Jet Propulsion Laboratory λαμβάνουν το σήμα που επιβεβαιώνει ότι το αεροσκάφος έχει εισέλθει στην ατμόσφαιρα του Άρη, το Perseverance θα έχει ήδη προσγειώθη με επιτυχία στην επιφάνεια του Άρη.
Η προσγείωση έχει χρονομετρηθεί περίπου στις 3:45 μ.μ. τοπική μέση ηλιακή ώρα στον κρατήρα Jezero, Mars, στις 18 Φεβρουαρίου 2021.
Μετά την προσγείωση, οι υπολογιστές του rover θα μεταβούν αυτόματα από τη λειτουργία Entry, Descent και Landing σε Surface και θα ξεκινήσουν μια σειρά από αυτόνομες δραστηριότητες και ταμεία για την πρώτη ημέρα στον Άρη, επίσημα γνωστά ως Sol 0.
Το "Sol" είναι μια ημέρα του Άρη, διάρκειας 24 ωρών 39 λεπτών 35 δευτερολέπτων, και θα είναι η επίσημη χρονική στιγμή που χρησιμοποιείται για την αποστολή.