Proti Marsu potuje novi raziskovalec

Sonda InSight bo po pristanku čez približno pol leta merila potresno aktivnost rdečega planeta
Objavljeno
10. maj 2018 17.30
Posodobljeno
10. maj 2018 17.21
Na Nasini ilustraciji sonda opravlja meritve z vrtalno napravo, ki bo prodrla do pet metrov pod Marsovo površje.
Miloš Krmelj
Miloš Krmelj
Na nosilni raketi Atlas V verzije 401 je v soboto z vojaškega izstrelišča Vandenberg v Kaliforniji proti Marsu poletel najnovejši Marsov lander InSight. To je prva medplanetarna sonda, ki so jo v vesolje izstrelili s tega izstrelišča.

Vesoljska sonda za raziskovanje Marsa, ki se je najprej imenovala Geofizikalna opazovalna postaja ali GEMS, dvanajsta po vrsti iz programa Discovery, je primer razvoja bolj cenenih in stroškovno učinkovitih vesoljskih sond za raziskovanje sončnega sistema.

Nasa jo je začela izdelovati že sredi leta 2014. Izstrelitev je načrtovala za marec 2016, toda zaradi težav s seizmometrom ali potresometrom, ki ga je prispevala francoska vesoljska agencija CNES, so morali izstrelitev odložiti za dve leti, torej jo prestaviti v leto 2018. Razvoja ustreznega seizmometra so se lotili Američani, CNES pa je prevzel druge naloge.
 

Težave s seizmometri

Ni bilo prvič, da so se pojavile težave s seizmometri. To se je dogajalo že pri obeh seizmometrih na krovu sond Viking 1 in Viking 2. Po uspešnem mehkem pristanku na Marsu leta 1976 se nista uspešno razvila, vendar sta bila vključena v konstrukcijo pristajalnega modula in sta tako zaznala tudi druge vibracije, ki so izvirale iz samega pristajalnega modula in iz vetra. Seizmometre, uporabljene na površini Lune, pa so razvili astronavti programa Apollo, najprej Apolla 11, nato je to naredilo še kar nekaj odprav tega izjemnega vesoljskega programa.

484
milijonov kilometrov bo prepotovala sonda do Marsa


Potem ko je Nasa program InSight leta 2016 odložila, so pristajalni modul vrnili v tovarno Lockheed Martin, kjer so ga izdelali, in ga nato uskladiščili v poseben prostor. Ta odlog je Naso stal okoli 150 milijonov dolarjev, vendar jim drugega ni preostalo. Zadeva je bila razvojno že tako daleč, da je ni bilo mogoče odpovedati, ampak samo odložiti in težavo s seizmometrom odpraviti, kar jim je zdaj tudi uspelo.
 

Nepremični pristajalni modul

Pristajalni modul je nadgradnja modula Phoenix, ki je pred desetimi leti pristal na severnem ali polarnem območju Marsa in tam deloval 157 Marsovih oziroma 160 zemeljskih dni. Marsov dan traja 39 minut več kot zemeljski. Načrtovali so sicer, da bo delal 90 Marsovih dni ali solov, a je načrt presegel za več kot polovico in se izkazal kot zelo odporna vesoljska sonda.

Program InSight predvideva namestitev stacionarnega ali nepremičnega pristajalnega modula na površino Marsa, ki je opremljen s seizmometrom in sondo za merjenje pretoka toplote. Te podatke geoastronomi potrebujejo za razumevanje zgodnje geološke zgodovine planeta, omogočili pa bi tudi vpogled v novo razumevanje Zemlji podobnih planetov našega sončnega sistema, predvsem Merkurja, Venere, Marsa in naše Lune.

Ker je predvideno, da bo modul pristal blizu ekvatorja Marsa, bo to omogočilo kar se da veliko izkoriščanje energije sonca za delovanje naprave. Ta naj bi na površini rdečega planeta delovala eno Marsovo leto, kar sta praktično dve zemeljski. Na pot proti Marsu bo sondo poslala močna satelitska nosilna raketa Atlas V vrste 401. Hkrati s sondo bosta proti Marsu potovala mikrosatelita CuBesata, in sicer MarCO A in MarCO B. Tako majhni sateliti do zdaj še niso poleteli v medplanetarni vesoljski prostor.
 

Potovanje od pol do enega leta

Mars je vsakih 26 mesecev v takem položaju, da je takrat tudi najbolj gospodarno izstreliti vesoljsko sondo proti njemu. Odvisno od vsakokratnega položaja lahko taka sonda do njega potuje samo pol leta, kot naj bi se zgodilo pri InSightu, ali pa skoraj leto dni, kot je bilo pri Vikingu 1 in Vikingu 2. Ob izstrelitvi 5. maja je bil Mars od Zemlje oddaljen 121 milijonov kilometrov. Predvidoma bo sonda potovala do cilja 485 milijonov kilometrov.
Pristanek na Marsu je načrtovan za 26. november, po šestih mesecih in pol potovanja v vesoljskem prostoru. Na kraju pristanka bo to sredi popoldneva v zimskem dnevu na rdečem planetu. Za kraj pristanka je bila izbrana ravnica Elysium Planitia. Mars bo takrat od Zemlje oddaljen 146 milijonov kilometrov. Na 26. november bo za enosmerno radijsko komunikacijo potrebnih 8,1 minute.

Program bo predvidoma trajal eno Marsovo leto (plus 40 Marsovih dni) ali približno dve zemeljski oziroma do 20. novembra 2020. V času primarne naloge bo razpon temperature od minus 100 do minus 20 stopinj Celzija.
 

ABC vesoljske sonde

Stopnja za križarjenje z lupino in toplotnim ščitom, v kateri je pristajalni modul, je visoka 1,76 metra, medtem ko ima lupina premer 2,64 metra. Pri pristanku naj bi bila visoka od 83 do 103 centimetrov, odvisno od tega, kako bodo delovali blažilniki pristajalnih nog. Z razvitimi ploščami s sončnimi celicami bo razpon 6 metrov. Krov je širok 1,56 metra, robotska roka pa je dolga 2,4 metra.

Ob izstrelitvi je bila sonda InSight težka 694 kilogramov. Od tega 358 kilogramov tehta pristajalni modul, 189 kilogramov imata lupina in ščit, ki varuje sondo med pristankom, 79 kilogramov pa stopnja za križarjenje, ki omogoča potovanje do Marsa.

Na krovu je tudi 67 kilogramov hidrazinskega raketnega goriva, ki omogoča delovanja zaviralnih raketnih motorjev in mehki pristanek na planetu. Vsak od satelitkov MarCo tehta 13,5 kilograma. Skupni tovor, ki ga raketa Atlas V nese v medplanetarni prostor, tako tehta 721 kilogramov.
 

Glavni tovor: znanstvena oprema

Na krovu pristajalnega modula je za 50 kilogramov znanstvene opreme. Ta zajema seizmični eksperiment, namenjen proučevanju notranje strukture planeta. Med opremo je tudi mehanični krt, naprava, ki se bo zakopala od tri do pet metrov globoko in bo merila pretok toplote in fizikalne lastnosti tal. Na krovu so še razna pomožna tipala za merjenje temperature atmosfere, sistem za razvitje instrumentov in tudi mali laserski retroreflektor.

Sončne celice in litijeve ionske baterije napajajo tako InSight kot oba mikrosatelita. Še na Zemlji sta sončni celici na InSightu, ki se razvijeta kot pahljača, v jasnem dnevu zagotovili 1800 vatov električne energije. Na Marsu naj bi je v jasnem dnevu dajali od 600 do 700 vatov oziroma od 200 do 300, če ju bo pokril prah.
Sonda je opremljena z dvema kamerama, eno na robotski roki in drugo na krovu pristajalnega modula. Obe sta sposobni posredovati barvno slikovno gradivo. S kamerama sta opremljena tudi oba satelitka, in sicer s širokokotno in še eno manjšo. Mikrosatelita bosta spremljala vstop in pristajanje sonde na Marsu, nato pa bosta opravila mimolet in odpotovala v vesoljske globine.
 

Kako bo potekal pristanek na Marsu

Pristanek bo potekal z vstopom v atmosfero s hitrostjo 5,9 kilometra na sekundo ali 21.240 kilometrov na uro. Torej hitreje kot pri Phoenixu, saj je InSight tudi težji od njega, opremljen je z debelejšim toplotnim ščitom. Padala se pri večji hitrosti ravno odprejo, zato so vezi med njimi in pristajalnim modulom okrepljene.
Zadnji del pristanka bo potekal z malimi raketnimi motorji, ki mu bodo hitrost zmanjšali na 2,4 metra na sekundo ali 8,6 kilometra na uro. Sonda bo nato prosto padla na površino. Pristanek bodo ublažili posebni blažilniki pri vsaki od treh pristajalnih nog.

InSight bo pristal 1500 metrov višje od Phoenixa in bo tako imel na voljo manj atmosfere za deakceleracijo ali pojemek. Pristal bo v letnem času zgodnje zime na severni polobli, ko dobijo prašnati in peščeni viharji globalne razsežnosti. Pristanek bodo spremljali umetni sateliti Mars 2001 Odiseja, MRO, evropska Mars Express in TGO. Ti bodo tudi komunikacijski posredniki.
 

Poleg Nase še evropske vesoljske agencije

Pri programu ima glavno vlogo Nasa, sodelujejo pa še druge vesoljske agencije in znanstvene ustanove. Razvoj seizmometra je imela na skrbi francoska vesoljska agencija CNES, razvoj toplotne sonde in mehaničnega krta nemška DRL, medtem ko je laserski retroreflektor razvila italijanska vesoljska agencija ASI. Sodelujejo še ustanove iz Velike Britanije, Švice, Španije in tudi Poljske (pri sestavini mehaničnega krta).
ZDA so v program vložile 813,8 milijona dolarjev, kar vključuje tudi 163,4 milijona, kolikor so stale satelitska nosilna raketa in z njo povezane dejavnosti. Francija in Nemčija kot glavni evropski udeleženki sta za oba omenjena eksperimenta prispevali 180 milijonov dolarjev. Nasa je namenila še 18,5 milijona dolarjev za oba mikrosatelita.
Vodilni pri tem programu je dr. Bruce Banerdt, njegova pomočnica, torej drugi človek programa, pa je dr. Suzanne Smrekar, ki ima slovenske korenine in jo je pisec pred časom tudi spoznal.

Avtor članka Miloš Krmelj jepredstavnik Mednarodne vesoljske univerze (ISU) za Slovenijo in regionalni sekretar Mednarodne akademije za astronavtiko (IAA)

Kako dolgo traja potovanje do Marsa
Naš planetarni sosed že dolgo ni več nedosegljiv cilj. Kar nekaj plovil je že pristalo na njem in le vprašanje časa (pa verjetno tudi denarja) je, kdaj bo nanj stopila človeška noga. Toda ali veste, kako dolgo bo trajalo potovanje, ko se bo prva posadka odpravila na rdeči planet, kot ga pogosto imenujemo?
Vprašanje je preprosto, odgovor pa niti ne. Kako dolgo bo trajalo potovanje do Marsa, bo namreč odvisno od vrste dejavnikov, od položaja planetov do tehnologije, ki bo omogočala polet. A čas potovanja bo najprej odvisen od razdalje do našega vesoljskega soseda.

Mars je sicer četrti planet po oddaljenosti od Sonca in drugi najbližji Zemlji, takoj za Venero, ki nam je najbližja. Toda razdalja med nami in Marsom se, medtem ko tako Zemlja kot Mars potujeta okoli Sonca, nenehno spreminja.

Teoretično bi bil Mars najbližje Zemlji takrat, ko je na najbližji točki do Sonca, Zemlja pa na najdaljši. V takem primeru bi bila razdalja med planetoma 54,6 milijona kilometrov. Vendar se kaj takega, namreč, da bi bil Mars najbolj blizu Sonca in Zemlja hkrati najbolj oddaljena, še ni zgodilo, odkar obstajajo zapiski astronomskega opazovanja. Najbližje sta si bila planeta leta 2003, ko sta bila 56 milijonov kilometrov vsaksebi.

Po drugi strani sta Zemlja in Mars najbolj oddaljena drug od drugega takrat, ko sta oba na najbolj oddaljeni točki od Sonca, in sicer vsak na svoji strani naše zvezde. V takem primeru bi bila razdalja med njima kar 401 milijon kilometrov. Toda tako največja oddaljenost kot tudi največja bližini sta točki, za kateri je malo verjetno, da ju bomo dočakali. Večino življenja smo od našega planetarnega soseda oddaljeni okoli 225 milijonov kilometrov.

Kako dolgo bi torej trajalo, da bi prepotovali to razdaljo? Če bi potovali s svetlobno hitrostjo, ki premeri 299.792 kilometrov v sekundi, bi do Marsa, ko je najbližje Zemlji, potrebovali le dobre tri minute. Ko pa bi bila razdalja med Marsom in Zemljo največja, bi potovanje s svetlobno hitrostjo trajalo približno 22 minut. Na povprečni razdalji, kakršna je večino časa, bi trajalo 751 sekund ali nekaj več kot 12 minut in pol.

Tako bi bilo, če bi leteli s svetlobno hitrostjo. Kako dolgo pa bi bilo potovanje z vesoljskimi plovili? Odgovor ni enostaven, kajti ni odvisen samo od razdalje med planetoma, ko bi krenili na pot, temveč tudi od tega, v kateri točki svoje orbite bi planeta tedaj bila. Koliko časa bi porabili za pot, je odvisno še od tehnološkega razvoja sistemov za reakcijske pogone.

Doslej najhitrejše plovilo z Zemlje v vesolju je Nasino plovilo Nova obzorja, ki leti proti Plutonu. Zemljo je zapustilo januarja 2006 s hitrostjo 58 tisoč kilometrov na uro. Če bi bilo usmerjeno na Mars, bi ga v primeru, da bi bil ta na najbližji točki do nas, doseglo v 39 dneh, če pa bi bil rdeči planet najdlje od nas, bi ga doseglo v 289 dneh. In koliko časa bi trajalo njegovo potovanje do Marsa v najbolj verjetnih razmerah, ko je med nami in Marsom povprečna razdalja? Takrat bi pot v povprečju trajala 3888 ur ali 162 dni.

Kako dolgo pa je trajalo potovanje plovil, ki so do zdaj prispela do Marsa? Najprej se je proti rdečemu planetu odpravil Mariner 4 in leta 1964 švignil mimo njega po 228 dneh letenja. Pet let pozneje ga je Mariner 6 dosegel v 155 dneh, Mariner 7 pa v 128, medtem ko je Mariner 9, ki je leta 1971 Mars tudi prvi obkrožil, do tja potreboval 168 dni.

Viking 1, prvo ameriško plovilo, ki je leta 1975 pristalo na Marsu, je potovalo do njega 304 dni, Viking 2 je isto leto potoval 333 dni. Natanko 21 let pozneje je Mars Global Surveyor do tja potreboval 308 dni, Mars Pathfinder pa istega leta 212 dni. Mars Odyssey je leta 2001 do cilja prispel v 201 dnevu, Mars Reconnaissance Orbiter pa štiri leta kasneje v 210. Mars Science Laboratory je pred petimi leti potoval do rdečega planeta kar 254 dni.
Silvestra Rogelj Petrič