Prosto z Wieruszowa o lądowaniu na Marsie

Rozmowa z Kazimierzem Błaszczakiem, którego nazwisko dziś wyląduje na Marsie. 

Poniżej tekst przygotowany przez Kazimierza Błaszczaka 

Perseverance – Wytrwałość - lądowanie na Marsie 18.02.21 godz. 21:48 – 21:55 czasu polskiego.

7 minut grozy i strachu

Taką nazwą określane jest lądowanie łazika Perseverance na Marsie w dniu 18 lutego 2021 r. Po angielsku „7 minutes of terror”. Dlaczego taka nazwa? Dlatego, że cały zespół NASA kierujący lotem łazika i my wszyscy entuzjaści na całym świecie będziemy się bać; będziemy w strachu czy łazik szczęśliwie wyląduje. Tym bardziej, że nie będzie z nim łączności w czasie lądowania, Mars obecnie znajduje się w odległości 210 mln km i sygnał radiowy z Marsa biegnie 11 minut. To znaczy, że w momencie jak dostaniemy potwierdzenie czy łazik wylądował to on będzie już stał sobie na powierzchni Marsa. Należy pamiętać, że w całej dotychczasowej historii lądowań na Marsie tylko 40% było udanych, 60% skończyło się porażką lub katastrofą. Wszystkie 16 lądowań rosyjskich misji było nieudanych, 2 misje ESA i kilka NASA. Już były nawet teorie, że to Marsjanie przyczyniają się do tych katastrof, nie chcą wpuścić tam ziemskich próbników ale to oczywiście żart.

Na czym polega trudność lądowania na Marsie? Łazik waży ponad tonę, tyle co samochód osobowy więc jest to duża masa. Zobaczcie co się dzieje z samochodem przy zderzeniu z przeszkodą. Szybkość przelotu statku kosmicznego, który transportuje ten łazik jest ogromna i dolatując do Marsa wynosi 20000 km/godz słownie 20 tysięcy km/godz, co wynosi na sekundę 5,5 km. Jest to prędkość 25 razy większa niż samolotu pasażerskiego, 16 razy większa od dźwięku i 10 razy większa od kuli karabinowej. Jest to oczywiście prawdziwa prędkość kosmiczna. Teraz proszę sobie wyobrazić że trzeba takiego rozpędzonego kolosa w ciągu 7-miu minut wyhamować z prędkości kosmicznej do zera i delikatnie posadzić w zaplanowanym miejscu z dużą dokładnością celu. Jak trzeba „walić po hamulcach” żeby tego dokonać? Nie można wylądować gdzieś na zboczu góry żeby łazik spadł i się potrzaskał. Cały proces lądowania musi się odbyć autonomicznie, w trybie automatycznym bez naszego udziału, na pilocie automatycznym.

Proces lądowania składa się z trzech faz: Entry, Descent, Landing – Wejście, Zniżanie, Lądowanie.

Wejście lądownika w atmosferę Marsa musi się odbyć pod odpowiednim precyzyjnym kątem, gdyż za mały kąt spowoduje odbicie od atmosfery i ucieczkę w kosmos, zbyt duży kąt spowoduje zbyt gwałtowne wejście w atmosferę i spalenie się statku.

Lądownik wjedzie w atmosferę Marsa o godz. 21:48 czasu polskiego na wysokości 100 km z szybkością 20 tys. km/godz. Przez 4 minuty będzie się odbywać hamowanie na skutek tarcia o atmosferę, tarcza hamująca rozgrzeje się do temperatury 1300 st C. Lądowanie w płomieniach – to będzie ta groza! Lądownik wyhamuje do szybkości 1500 km/godz i na wysokości ok 10 km zostanie otwarty spadochron naddźwiękowy o potężnej średnicy 21m. Następnie przez 2 minuty będzie zniżanie – opadanie i hamowanie na spadochronie do wysokości ok 2 km i do szybkości 320 km/godz. Przy tak rzadkiej atmosferze więcej się nie da. Jednocześnie będzie działać nowoczesna nawigacja aby łazik wylądował dokładnie w celu. Wówczas łazik zostanie wypuszczony z lądownika wraz z rakietowym dźwigiem podniebnym, który zapewni łagodne hamowanie i opadanie. Po upływie 1 minuty na wysokości 20 m na powierzchnią Marsa i przy szybkości 2 km/godz dźwig podniebny z rakietami zatrzyma się i łazik zostanie opuszczony delikatnie na linach. Po dotknięciu gruntu dźwig podniebny wraz z linami zostanie odstrzelony za pomocą ładunków pirotechnicznych i odleci na bezpieczną odległość i sobie gdzieś tam upadnie. Takie rozwiązanie z linami jest zastosowane w tym celu aby silniki rakietowe nie znalazły się zbyt nisko powierzchni co doprowadziłoby do wzbicia tumanów pyłu marsjańskiego i spowodowałoby uszkodzenie instrumentów łazika. Po wylądowaniu łazik przystąpi do działania i przede wszystkim wyśle sygnał radiowy o szczęśliwym wylądowaniu na Marsie. Następnie Perseverance przystąpi do pracy a helikopterek wzbije się do góry i będzie patrolował i szukał ciekawych miejsc do badań.

Cele i zadania łazika marsjańskiego Perseverance.

Łazik ten ma do wykonania historyczną misję i będzie wielkim krokiem w podboju Marsa.

Łazik Perseverance wyruszył w podróż 30 lipca 2020 z kosmodromu Cap Canaveral na Florydzie. Po 7-miu miesiącach podróży wyląduje 18 lutego na Marsie. Masa łazika wynosi ponad tonę dokładnie 1070 kg i jest wyższa od słynnego poprzednika Curiosity, który ważył 900 kg. Ma wymiary 3 m długości 2 m szerokości i wysokości. Posiada 7 instrumentów pomiarowych i aż 23 kamery. Głównym zadaniem i celem łazika jest odkrycie życia na Marsie obecnie lub w przeszłości w postaci skamieniałości. Odkrycie życia na innej planecie byłoby ogromnym historycznym wydarzeniem dla ludzkości. Ma wiele innych zadań, najważniejszym jest test wyprodukowania tlenu z dwutlenku węgla za pomocą urządzenia Moxie, który jest podstawowym składnikiem atmosfery marsjańskiej. Tlen będzie potrzebny przyszłym astronautom, którzy wylądują na Marsie. Ważnym zadaniem będzie zbieranie i magazynowanie próbek gruntu marsjańskiego. Próbki te zostaną przywiezione na Ziemię za pomocą innej rakiety w roku 2026. Przywiezienie próbek z Marsa będzie wielkim wydarzeniem i krokiem w podboju Marsa.

Na wyposażeniu łazika jest mały helikopter – dron o nazwie Ingenuity (Pomysłowość), który będzie badał teren w pobliżu łazika. Trudność lotu drona na Marsie polega na tym że atmosfera Marsa jest bardzo rzadka i ciśnienie wynosi 1/100 ciśnienia ziemskiego, to tyle ile na wysokości 25 km nad Ziemią. Napęd drona będą stanowić baterie słoneczne. Łazik będzie miał radioizotopowe źródło zasilania w energię elektryczną.

Na pokładzie łazika leci moje imię i nazwisko umieszczone na czipie elektronicznym. Posiadam bilet tzw. boarding pass Mars 2020, który otrzymałem po zgłoszeniu się w lipcu 2019 roku i który pokazuję na załączonym zdjęciu.

Miejscem lądowania łazika jest krater ok 50 km średnicy o nazwie Jezero, niedaleko marsjańskiego równika. Tam będą prowadzone wszystkie badania.

Lecę tam na Marsa aby dopilnować to wydarzenie odkrycia życia na Marsie i ażeby znowu czegoś nie pomylono tak jak w czasie misji Viking 1 i 2 w roku 1976. Posiadały one specjalne laboratorium do odkrycia życia i stało się tak, że pierwsze testy wykryły życie a następne już nie i do dzisiaj nie wiemy na czym polegała prawda.

Dodam jeszcze, że w styczniu 2020 w czasie pobytu w USA brałem udział w konkursie NASA na nazwę tego łazika. Było 9 propozycji do wyboru. Mój wnuczek tam mieszkający Łukaszek 12 lat wybrał dobrze ja natomiast wybrałem Ingenuity, moja propozycja nie przeszła bo przyjęto Perseverance ale moja została przyjęta dla helikoptera tak, że mam satysfakcję.

Wejście, opadanie i lądowanie.

Poszerzony opis lądowania.

Opracowałem na podstawie strony NASA. Dla bardziej zainteresowanych

- często określane jako „EDL” Entry, Descent, Landing - to najkrótsza i najbardziej intensywna faza misji Mars 2020 określana również jako 7 minut terroru, 7 minut grozy i przerażenia.

Faza ta rozpoczyna się, gdy statek kosmiczny osiąga szczyt marsjańskiej atmosfery około 100 km nad powierzchnią Marsa, mając prędkość ok 20 000 kilometrów na godzinę. Kończy się około siedem minut później, gdy Wytrwałość zatrzyma się nieruchoma na powierzchni Marsa. Aby bezpiecznie przejść od tych prędkości do zera, w tak krótkim czasie, osiągając w wąski cel na powierzchni, wymaga to „walenia po hamulcach” w bardzo ostrożny, kreatywny i wymagający sposób.

Lądowanie na Marsie jest trudne. Tylko około 40 procent misji wysłanych kiedykolwiek na Marsa - przez jakąkolwiek agencję kosmiczną - zakończyło się sukcesem. Setki rzeczy muszą pójść dobrze podczas tych 7-miu minut terroru. Co więcej, Wytrwałość musi sobie ze wszystkim poradzić sama w trybie automatycznym. Podczas lądowania podróż sygnału radiowego z Marsa na Ziemię zajmuje ponad 11 minut, więc zanim zespół misyjny usłyszy, że statek kosmiczny wszedł do atmosfery, w rzeczywistości łazik będzie już na powierzchni. Tak więc Wytrwałość ma na celu samodzielne ukończenie całego procesu EDL - autonomicznie. Schematyczna ilustracja przedstawia kluczowe etapy lądowania Mars Perseverance, od separacji lądownika od stopnia podróżnego do przyziemienia łazika.

Profil wejścia, opadania i lądowania łazika Perseverance jest pokazany na ilustracji. Przedstawia ona wydarzenia, które mają miejsce w ostatnich minutach prawie siedmiomiesięcznej podróży łazika Perseverance

Jak przebiega lądowanie?

Końcowe przygotowania.

Dziesięć minut przed wejściem w atmosferę statek kosmiczny – kapsuła lądująca opuszcza swój stopień rejsowy, w którym znajdują się panele słoneczne, radia i zbiorniki paliwa używane podczas lotu na Marsa. Jedynie lądownik – kapsuła ochronna z tarczą hamującą - z łazikiem w środku - umożliwia podróż na powierzchnię. Przed wejściem do atmosfery pojazd uruchamia małe silniki odrzutowe na tylnej części kadłuba kapsuły, aby zmienić swoją orientację i upewnić się, że osłona termiczna jest skierowana do przodu.

Wejście do atmosfery.

Gdy statek kosmiczny wchodzi w atmosferę Marsa, wytwarzany opór drastycznie go spowalnia - ale siły te również dramatycznie go podgrzewają. Szczytowe nagrzewanie następuje około 80 sekund po wejściu do atmosfery, kiedy temperatura na zewnętrznej powierzchni osłony termicznej osiąga około 1300 stopni Celsjusza. Jednak bezpieczny w kapsule z tarczą ochronną łazik nagrzewa się tylko do temperatury pokojowej.

Gdy zaczyna opadać przez atmosferę, statek kosmiczny napotyka mniejsze lub większe kieszenie powietrza, które mogą zepchnąć go z kursu. Aby to zrekompensować, uruchamia małe silniki odrzutowe na tylnej części kapsuły lądującej, które dostosowują kąt i kierunek opadania. Ta technika „kierowanego wejścia” pomaga statkowi kosmicznemu pozostać na drodze do celu znajdującego się na powierzchni Marsa.

Rozłożenie spadochronu.

Osłona termiczna spowalnia statek kosmiczny do prędkości poniżej 1600 kilometrów na godzinę. W tym momencie można bezpiecznie wypuścić naddźwiękowy spadochron. Aby ustalić czas tego krytycznego wydarzenia, Perseverance używa nowej technologii - Range Trigger - aby obliczyć odległość do celu lądowania i otworzyć spadochron w idealnym momencie i trafić w cel.

Naddźwiękowy spadochron, który ma 21,5 m średnicy, rozkłada się około 240 sekund po wejściu na wysokości około 11 kilometrów i przy prędkości 1512 km / h.

Przyziemienie przy lądowaniu – zetknięcie się z powierzchnią

Dwadzieścia sekund po otwarciu spadochronu osłona termiczna oddziela się i odpada. Łazik zostaje po raz pierwszy wystawiony na działanie atmosfery Marsa, a kluczowe kamery i instrumenty mogą zacząć namierzać szybko zbliżającą się powierzchnię poniżej. Jego radar lądowania odbija sygnały z powierzchni, aby obliczyć wysokość. W międzyczasie pojawia się kolejna nowa technologia EDL - nawigacja względna w terenie. Używając specjalnej kamery do szybkiej identyfikacji cech na powierzchni, łazik porównuje je z mapą pokładową, aby dokładnie określić, dokąd zmierza. Członkowie zespołu misji wyznaczyli z wyprzedzeniem najbezpieczniejsze obszary strefy lądowania. Jeśli Wytrwałość może stwierdzić, że zmierza w kierunku niebezpiecznego terenu, wybiera bardziej bezpieczne miejsce, do którego może dotrzeć, i przygotowuje się do następnego dramatycznego kroku.

Opadanie z napędem

W rzadkiej marsjańskiej atmosferze spadochron jest w stanie spowolnić pojazd tylko do około 320 kilometrów na godzinę. Aby osiągnąć bezpieczną prędkość przyziemienia, Wytrwałość musi odciąć się od spadochronu i opadać resztę drogi za pomocą rakiet. Bezpośrednio nad łazikiem, wewnątrz tylnej części obudowy, znajduje się stopień zniżania napędzany rakietami. Można to potraktować jako rodzaj plecaka odrzutowego z ośmioma silnikami skierowanymi w dół. Gdy znajdzie się na wysokości około 2100 metrów nad powierzchnią, łazik oddziela się od tylnej części obudowy i włącza silniki stopnia zniżania.

Stopień schodzenia szybko zmienia kierunek na jedną lub drugą stronę, aby uniknąć uderzenia spadochronem i spadochronem tylnym spadającym za nim. Kierunek manewru zmiany kierunku jest określany przez bezpieczny cel wybrany przez komputer, na którym działa nawigacja zależna od terenu.

Manewry dźwigu rakietowego.

Gdy etap zniżania wyrównuje się i zwalnia do końcowej prędkości około 2,7 km na godzinę, inicjuje manewr „dźwigiem podniebnym”. Na około 12 sekund przed przyziemieniem, na wysokości około 20 metrów nad powierzchnią, dźwig podniebny opuszcza łazik na zestawie lin o długości około 6,4 metra. W międzyczasie łazik rozkłada swój system mobilności, blokując nogi i koła w pozycji do lądowania. Gdy tylko łazik wyczuje, że jego koła dotknęły gruntu, szybko przecina liny łączące go z dźwigiem rakietowym. Dzięki temu dźwig rakietowy może odlecieć i wykonać własne niekontrolowane lądowanie na powierzchni, w bezpiecznej odległości od Wytrwałości.

Kazimierz Błaszczak 

Galeria

Komentarze