https://frosthead.com

Kako je NASA-in priložnostni rover naredil Mars del Zemlje

V torek zvečer so inženirji laboratorija za vesoljske operacije laboratorija za letalski pogon v Pasadeni v Kaliforniji poslali svoje zadnje ukaze roverju Priložnost na Marsu. Nasa ni danes prejela nobenega signala od mirujočega roverja in danes uradno napovedala konec misije.

"Misijo Opportunity razglašam za popolno, z njo pa tudi misijo Mars Exploration Rover kot popolno, " je dejal Thomas Zurbuchen, pridruženi administrator Nasine. "Moram vam povedati, da je to čas za čustva."

Rover je izgubil stik z Zemljo 10. junija 2018. Prašna nevihta na celotnem Marsu je sonce zatemnila marelična nebesa četrtega planeta, stradajoči roverjevi sončni paneli potrebne sončne svetlobe. Agencija je ohranila budnost v upanju, da se bo rover znova prebudil, ko se bo nevihta umirila. Med intervencijskimi meseci je NASA izstrelila upor v poveljniku - vsega 835 - v primeru, da bi lahko bil sprejet kakšen signal in nadaljevanje operacij. Po osmih mesecih molka je agencija sprejela odločitev, da bo razglasila čas smrti in se robota poslovila.

Priložnost je polovica misije z dvema roverjema, imenovane Mars Exploration Rovers (MER). Roverji so na Mars ločeno pristali januarja 2004. Priložnost je pristala v Meridiani Planumu v bližini marsovskega ekvatorja. Duh, njen dvojček, je pristal na polovici planeta, v kraterju Gusev. Glavne misije roverjev so morale trajati 90 dni na Marsu ali sol (približno 24 ur in 40 minut). Dva tisoč sol pozneje je Spirit še vedno pošiljal znanost nazaj na Zemljo in nazadnje izgubil stik leta 2010. Priložnost je na Marsu preživela več kot 15 let.

Danes na Marsu ali v orbito kroži okoli osem vesoljskih plovil svetovnih vesoljskih agencij, ki jih bo naslednje leto izstrelilo, vključno z Nasinim roverjem Mars 2020. Na meji, ki so jo pokorili robotski raziskovalci, je Mars malo podoben planetu, kot smo ga poznali leta 2000, ko je bila misija MER zasnovana. Takrat je enotno vesoljsko plovilo obkrožilo rdeči planet: osamljeni Mars Global Surveyor. Dve NASA-in dve predhodni odmevni misiji na Mars sta bili neuspešni. Mars Polar Lander se je zaletel na planet in Mars Climate Orbiter je izginil, bodisi je zgorel v marsovskem ozračju ali pa se odpravil v vesolje.

Gradnja Oppyja Nasini inženirji, ki so nameščali sončne panele na roverju Opportunity, 10. februarja 2003. (NASA / JPL)

MER je prišel po neuspelih predlogih misije Raya Arvidsona, profesorja na univerzi Washington v St. Louisu; Larry Soderblom iz ameriškega geološkega zavoda; in Steve Squyres, profesor na univerzi Cornell. Vsakega od treh je premagal David Paige iz kalifornijske univerze v Los Angelesu, katerega nesrečnega Mars Polar Lander je izbrala NASA.

"Med srečanjem [Ameriške geofizične unije] sem ustavil Stevea v dvorani, " pravi Arvidson. „Rekel sem si:„ Zelo sem zgubljen. Kaj pa ti? ' In to je bil začetek. "Arvidson, Squyres in Soderblom so združili svoje različne ekipe in se lotili priprave skupnega predloga, da bi dobili rover na Marsovski površini.

"Pred Duhom in priložnostjo se je pojavil občutek hrepenenja, da bi prišli na površje, da bi lahko razumeli, kaj nam sporočajo orbitalni podatki, " pravi Arvidson. »Viditi Mars s štiristo kilometrov nad površjem je drugače kot pogled na skalne teksture in križne posteljnine ter velikosti delcev in podrobnosti mineralogije ter nabiranje kamnin. Tako počnemo geologijo na Zemlji. Zelo težko bi razumeli Zemljo, kot to počnemo samo iz orbitalnih podatkov - morda nemogoče. "

Potrebnih pet poskusov je bilo, da bi sprejeli predlog misije, ki se je končno razvil v en sam Mars Exploration Rover. Squyres, glavni preiskovalec misije, je na koncu prepričal Dan Goldina, takratnega skrbnika NASA, da je poslal dva veslača, če ena ne bo uspela.

Oppy Launch 7. julija 2003 je NASA lansirala svoj drugi Mars Exploration Rover, priložnost, na krovu vozila Delta II. (NASA)

Oba robotska raziskovalca je zgradil NASA-in laboratorij Jet Propulsion (JPL), ki je pred tem pristajal vesoljsko plovilo Mars Pathfinder in njegov spremljevalec Roj, Sojourner, leta 1997. Pathfinder, ki je trajal 85 dni, je bil v javni domišljiji zelo uspešen. Njen mali veslač Sojourner je prehodil vrtoglavih sto metrov - kar je sto metrov dlje kot karkoli prej na Marsu. Misija je prispevala 150 milijonov dolarjev, "hitreje, bolje, ceneje" pa je postala agencija mantra. Po neuspehu Mars Polar Lander in Mars Climate Orbiter so inženirji mračno dodali mantro: "... izberite dva."

MER bi postal misija v višini 820 milijonov dolarjev za oba roverja - gradnja s prvotno misijo -, kar je bila neverjetna pogodba, zlasti ob upoštevanju nepričakovane dolgoživosti vesoljskega plovila. (Za primerjavo, Vikingi 1 in 2, ki so bili predstavljeni leta 1975, so bili prilagojeni za inflacijo več milijard dolarjev.

Poleti 2003, z nebesno mehaniko in nebo nad rtom Canaveral jasno, sta dve vesoljski ladji zapustili Zemljo za svoj novi dom na drugem svetu.

Kolesa na tleh

"Ko sem bil v srednji šoli, so ti roverji pristali, " pravi Heather Justice, vodja roverja za priložnost v JPL. »To je bila prva velika stvar, ki sem jo videl z NASO, da me je resnično zanimalo delo v vesolju ali robotika. In spomnim se, da sem takrat razmišljal, morda nekega dne naredim kaj takega. Nisem si mislil, da bo to misija. Trajalo naj bi le 90 dni! "

Vsak rover je pristal z nadzvočnimi padalci, da se je upočasnil, nato pa zračne blazine, ki so eksplodirale navzven z vseh strani, preden je vesoljsko plovilo trčilo v planet. Roverji so na Mars udarili kot najmanj uničujoči meteoriti na svetu, ki so se v igri z velikanom skočili in čez mejo čez površje planeta kot nekaj kock. Priložnost se je sčasoma naselila v kraterju Eagle na Meridiani Planum.

Pristop pristanek NASA-in Mars Exploration Rover Opportunity je ta pogled dobil svoj lastni toplotni ščit med 325. marsovskim roverjem Roverja (22. decembra 2004). Glavna konstrukcija od uspešno uporabljenega ščita je skrajno levo. Dodatni drobci toplotnega ščita ležijo v zgornjem središču slike. Udarna oznaka toplotnega ščita je vidna tik nad in desno od sence sprednjega sprednjega dela kamna Priložnosti. Ta pogled je mozaik treh slik, posnetih z navigacijsko kamero roverja. (NASA / JPL)

"Pri teh pristankih ni bilo nobenega zagotovila za uspeh, " pravi Wendy Calvin, članica znanstvene skupine MER, ki se je projektu pridružila leto dni pred izstrelitvijo vesoljskega plovila. »Pravkar smo se odpravili ob teh dveh grozljivih neuspehih in resnično sem imel občutek, da bi to lahko bil še en. Svojo inženirstvo smo tako uspešno prikazali, tolikokrat od takrat ljudje pozabljajo, da smo se leta 2004 na tento spraševali, kako bo šlo. Nihče ni predvideval, da bodo pristanki tako izjemno uspešni. "

Pred misijo so, pojasnjuje, planetarni znanstveniki imeli določene predstave o Marsu, kako je deloval kot planet in kako je videti s površine. "Prve slike navzdol s pristajalnega mesta Opportunity so bile res neverjetne, saj je bil tako drugačen planet, " pravi. "Pred pristankom sem govoril s širšo javnostjo in rekel, naj ne bom presenečen, če je videti kot pristanišče Sojourner ali pristanišče Viking. Toda pristajalno mesto Opportunity je bilo res, resnično drugače. In to je bilo res kul. "

Znanstvena ekipa se je odločila pristati v Meridianiju, ker je Mars Global Surveyor na tem mestu našel spektralne dokaze o kristalnem hematitu. "Včasih je bilo veliko razprav o tem, kaj je bil vzrok za to, " pravi Calvin. "Je šlo za interakcijo med skalo in vodo? Je bilo vulkansko? Mislim, da sploh nismo razumeli Marsove zgodovine in vodnega kroga. V geološki zgodovini je bilo toliko več podrobnosti, kot smo predvidevali pred misijo. "

Hematit je železov oksid, ki ga na Zemlji običajno rudijo kot rudo. Ker so minerali iz interakcij z vodo na tem planetu, je bilo upanje, da bi nekoč na Meridiani lahko obstajala voda. V začetku 2000-ih so nekateri znanstveniki pričakovali, da bodo na površini našli velike koščke hematita. Kar je čakalo, je bilo nekoliko bolj nenavadno: drobne sivkaste kroglice, merjene v milimetrih in vtisnjene v peščenjak, razporejen po površini. Znanstveniki so jih poimenovali borovnice, zahvaljujoč modrem odtenku na slikah lažne barve, in oni - ne balvani - so bili vir hematita, odkritega iz orbite. Depoziti so verjetno nastali zaradi vode, ki teče skozi peščenjak in se nato razkrili z vremenskimi vplivi. Šlo je za (metaforičen) geološki rudnik zlata, ki dokazujejo, da je bil ta kraj nekoč topel in moker.

Borovnice Majhne krogle na Marsovski površini na tej sliki od blizu so v bližini kraterja Fram, ki ga je Nasa je leta 2004 obiskala Nasina družba Mars Exploration Rover. To so primeri mineralnih betonov z imenom "borovnice". Priložnostna preiskava betonov, bogatih s hematiti, med trimesečno misijo roverja v začetku leta 2004, je zagotovila dokaz vodnega starodavnega okolja. (NASA / JPL-Caltech / Cornell / USGS)

"Iz orbite je ravnina!" Pravi Arvidson. "Nismo imeli pojma, kaj je odlaganje okolja. Potrebno je priti do tja in pogledati kamnine v zrnu, iskati plasti in razpoke in vse ostalo, kar preprosto ne morete narediti z orbite. Zlasti ... po vodi in uživanju v bivanju, tega ne morete narediti v celoti iz orbitalnih podatkov. "

"Zame, " pravi Calvin, "dve veliki odkritji sta, da je hematitski podpis, odkrit iz orbite, v teh kroglah in da smo z Duhom našli mesta, ki so bila v bistvu vulkanski zračniki s skoraj čistim kremenom." Slednji ugotavljajo, ki vključuje vročo vodo, ki medsebojno vpliva na kamnino, bi pripomoglo k bivanju - možnemu življenjskemu ekosistemu na Marsu pred milijoni in milijoni let, katerega senca ostaja še danes kot brazgotine in subtilni namigi, vgrajeni v skalo.

Na razdaljo

Kremenik je bil odkrit po naključju, zelo stranski učinek okvarjenega kolesa na roverju Spirit. Kolo se je zagozdilo in ko se je ostalih pet koles vleklo po njem, je v marsovsko umazanijo vklesan čuden, bel jarek. Po besedah ​​Billa Nelsona, inženirskega vodje projekta MER, sta imela oba roverja težave z istim kolesom, bodisi pri vrtenju bodisi pri krmiljenju. "Pri Spiritu se desno sprednje kolo ne bi obrnilo, ampak bi se usmerilo. Priložnost bi se obrnila, vendar ne bi usmerjala. Tako smo predložili NASA Lessons Learned, ki je dejal, da bi morali začeti zapuščati slabo šesto kolo in v prihodnosti izdelovati le petkolesnike. "

Po pregledu poročila Nelson pravi: "kmalu smo ugotovili, da NASA nima merljivega smisla za humor."

Sončne plošče Spirit Avtoportret iz Nasinega Mars Exploration Rover Spirit prikazuje sončne panele, ki še vedno blestijo pod marsovsko sončno svetlobo in nosijo le tanek furnir prahu dve leti po tem, ko je rover pristal in začel raziskovati rdeči planet. (NASA / JPL-Caltech / Cornell)

Toda po besedah ​​glavnega inženirja so celo kolesa na roverju dala dragocen vpogled v disciplino teramehanike, ključnega pomena za vožnjo po drugih planetih. "To je nekoliko ezoterično področje strojništva, kjer preučujete interakcijo med kolesi in terenom ter kako se stvari vgradijo ali zamaknejo ali kako se gibljejo in zdrsnejo in tako naprej. Tam smo med modeliranjem in izkušnjami resnično prispevali. "

Priložnost meče dolgo senco na vse naslednje Mars roverje, s čimer postavlja zlati standard JPL inženiringa. Prilagojene različice programske opreme za mobilnost se uporabljajo na roverjih Curiosity in prihajajočem Marsu 2020. Petnajst let natančnih meritev marsovskega prahu in njegovih učinkov bo neprecenljivo za prihodnje misije. In potem je trajnost roverja.

"Postavili smo svetovni rekord na daljavo, " pravi Nelson. "Prešli smo več kot 45 kilometrov. Pred skoraj dvema letoma smo bili zmagovalci prvega Marsovega maratona in pričakujem, da bomo ta rekord držali še kar nekaj časa. Iskreno ne verjamem, da ima Curiosity veliko upanja, da bomo potovali skoraj tako daleč kot mi, in pravzaprav ni jasno, da se bo zgodil tudi Mars 2020. "

Prevožena razdalja je znanstveni množitelj. "To je bil rover, ki je dolgo trajal, " pravi John Callas, vodja projekta MER pri JPL. "NASA je imela zahtevo, da moraš doseči vsaj 600 metrov uspeha. Tako smo zasnovali ta usmerjevalni sistem, da bo prehodil kilometer - in bili smo popolnoma nad Luno, da bi imeli takšno sposobnost na Marsu. Nikoli si nismo predstavljali, da bomo zmogli preteči 45 kilometrov. Do sedaj smo vozili.

Oppy posnetki Ta prizor s panoramske kamere (Pancam) na Nasinem Marsu za raziskovanje Marsa Raziskovanje se vrača proti delu zahodnega obroča kraterja Endeavour, po katerem je rover poleti 2014 vozil po jugu (NASA / JPL-Caltech / Cornell Univ ./Arizona Državni univ.)

Krater Eagle, kjer je pristala priložnost, je geološko v obdobju Hesperije - srednjem obdobju Marsove zgodovine, približno sočasno z arhejskim Eonom na Zemlji. Leta 2011 je rover Opportunity dosegel krater Endeavour, to je skala Noachian Period, kjer je mogoče proučevati najstarejšo geologijo na Marsu. Zadnjih osem let je bilo kot bonus misija, praktično tretje vozilo v floti MER. "V nekem smislu, " pravi Callas, "smo se z vožnjo tega roverja tako daleč zapeljali nazaj in študirali veliko starejšo geologijo."

Callas pravi, da je eden največjih prispevkov te misije neoprijemljiv. Vsak dan se znanstveniki in inženirji zbudijo in odidejo na delo na Mars. Vsak dan se nekaj novega naučimo in Mars postane nekoliko bolj del našega sveta. "Do januarja 2004 smo imeli občasne obiske Marsa. Vikinški deželani v sedemdesetih. Pathfinder leta 1997. Leta 1999 smo se poskušali vrniti s Polar Lander. Z MER nismo samo obiskali površja Marsa, ampak smo tam ostali. Iz nekega površinskega premoženja vsak dan prihajajo nove informacije o površini Marsa. Vstopili smo v obdobje stalnega, vsakodnevnega raziskovanja površja Marsa. "

Petnajst let delovanja brez bencinskega servisa na vidiku bi bilo presenetljivo in uspešno raztezanje za katero koli vozilo, kaj šele, da bi se eno valjalo v neprijetnih vzponih Marsa. Tawny, zamrznjen, mrtvi svet, ki je pozdravil priložnost, se je v očeh zemeljskega morja v celoti spremenil. Kar je bila nekoč inertna luna, vendar rdeča, je zdaj planet, kjer je voda nekoč tekla prosto in v izobilju. Vprašanja ni več: Je bil Mars moker? Priložnost za roverje je znanstvenikom omogočila, da so namesto tega vprašali: Ali je nekaj plavalo v teh vodah in kako najdemo to?

Kako je NASA-in priložnostni rover naredil Mars del Zemlje