Mars 2020 - zuchwały plan zebrania próbek Czerwonej Planety

Być może już w lipcu 2020 roku, w stronę Marsa poleci kolejny łazik NASA. Wyprawa pod roboczą nazwą Mars 2020 została ogłoszona w roku lądowania łazika Curiosity na Czerwonej Planecie (2012). W tym miesiącu projekt przechodzi przez kluczową fazę przeglądu.

Mars 2020 ma bazować na działającym łaziku. Ma być to również 6-kołowy pojazd o masie około 1 t. W 2014 roku rozstrzygnięto konkurs na instrumenty naukowe jakie mają znaleźć się na urządzeniu. Jednym z najważniejszych celów misji ma być zebranie z Marsa próbek ziemi, skał i powietrza oraz zapięczętowaniu ich w specjalnych pojemnikach. Pojazd ma wypełnić 37 takich pojemników i pozostawić je na powierzchni. W dalszej przyszłości inna misja miałaby podjąć te próbki i przylecieć z nimi na Ziemię. Gdyby wszystko się powiodło za kilkadziesiąt lat mielibyśmy do dokładnych badań najcenniejsze próbki pochodzenia pozaziemskiego.

Łazik nabiera kształtów


Przyszły łazik ma kosztować prawie 2,5 mld dolarów. W lutym rozpocznie się Krytyczny Przegląd Projektu tzw. CDR (z ang.: Critical Design Review). W laboratoriach NASA trwa w tej chwili finalizowanie ostatnich decyzji dotyczących projektu całego przedsięwzięcia. Każdy szczegół i każda minuta przyszłych badań łazika na powierzchni Marsa są w tej chwili dopracowywane. Naukowcy i inżynierowie muszą także skrócić listę potencjalnych miejsc lądowań. Przyszłość misji zależy od zaliczenia tego przeglądu. Powodzenie misji marsjańskiej zależy od tak wielu szczegółów, że nie można pozwolić na pominięcie któregoś z nich. Stawką jest przyszłość badań Układu Słonecznego w najbliższej dekadzie, a Mars jest już dużym cmentarzyskiem nieudanych misji.

Pod koniec stycznia, Office of Inspector General (amerykański odpowiednik NIK) opublikował raport, z którego wynika, że z powodu rozmaitych problemów projektowych misja może się jednak opóźnić o kilka lat.

Tymczasem w laboratoriach JPL (Jet Propulsion Laboratory) w pobliżu Los Angeles, łazik nabiera już kształtów. Nowy pojazd odziedziczy po swoim poprzedniku Curiosity aż 85% części – m.in. zawieszenie, system zasilania czy systemy komunikacji. Mars 2020 ma być 5. łazikiem wyprodukowanym w JPL – niesamowita seria powodzeń została rozpoczęta w 1998 roku niewielkim pojazdem Pathfinder, następnie kontynuowana była parą Spirit i Opportunity, kończąc na Curiosity.

Czym się Mars 2020 różni od Curiosity?


Nowymi elementami łazika będą instrumenty naukowe. Tych ma być siedem. Na pionowym maszcie zamontowana będzie kamera panoramiczna. Laser, który jonizuje próbki w Curiosity zostanie ulepszony o  dodatkowe długości fal w nowym projekcie. Na ramieniu robotycznym pojawią się spektrometry promieniowanie UV i rentgenowskie.

Zebranie próbek z powierzchni Czerwonej Planety ma stworzyć materiał do badań na wiele lat. Najtrudniejszym chyba elementem misji będzie zaprojektowanie systemu, który pobierze materiał i zamknie go szczelnie w ultraczystym pojemniku, tak by nikt nie miał wątpliwości, że materiał się tam znajdujący nie jest w najmniejszym stopniu ziemskiego pochodzenia.

Wygrała koncepcja pobierania próbek przez narzędzia na ramieniu łazika. Po wykonaniu odwiertu, 15 g materiału ma trafiać do pojemnika i być szczelnie zamykane, a następnie transportowane do korpusu pojazdu. Wszystko ma trwać mniej niż godzinę, by zminimalizować ryzyko kontaminacji.

Nie wszystkie z próbek zawierać będą materiał do badań. Niektóre z nich mają być próbkami kontrolnymi, które umożliwią oddzielenie zewnętrznych czynników od rzeczywistej zawartości zbieranego materiału. Jeden z pojemników będzie otwarty podczas startu i podróży w kierunku planety, aby sprawdzić jakie zanieczyszczenia z pojazdu mogły się dostać do kontenerów już podczas lotu. Pojemnik ten zostanie zapięczętowany po przylocie na planetę.

Łącznie na pokładzie znajdą się 43 pojemniki, 37 z nich zostaną przeznaczone do przechowania materiału lub próby kontrolnej, a 6 ma stanowić zapas.

Jest możliwe, że przygotowane kontenery będą najczystszymi rzeczami jakie kiedykolwiek powstały na Ziemi. To właśnie potrzeba ich nieskazitelności jest dla inżynierów największym wyzwaniem.

NASA planuje czas trwania misji na około 1 rok marsjański (prawie 2 ziemskie lata). Na pewno próbki zostaną pobrane z wielu lokalizacji, aby zmaksymalizować efekty naukowe. Jeszcze nie postanowiono czy próbki zostaną pozostawione w jednym miejscu.

Problemy do rozwiązania


Agencję czeka jeszcze dużo testów nowych instrumentów, które mogą opóźnić misję. Trzeba też zaadresować mnóstwo problemów. Jeżeli chcemy poszukiwać związków organicznych, to musimy mieć na uwadze, że te potencjalnie występujące na Marsie leżące na otwartej powierzchni i wystawione na promieniowanie kosmiczne zostały dawno zmienione. Nie jest jeszcze zaplanowana misja z powrotem próbek na Ziemię, najpewniej stanie się to wiele lat po misji łazika. Naukowcy muszą przeanalizować jakie informacje naukowe zostaną utracone, kiedy próbka będzie oczekiwać w hermetycznym pojemniku do przylotu następnej misji, która zabierze ją na Ziemię. Wiemy też, że próbki siłą rzeczy będą zanieczyszczone wolframem pochodzącym od wiertła, co utrudni nieco ich datowanie (używa się do tego celu liczenia zawartości izotopów hafnu i woflramu właśnie). Wyzwaniem będzie też narzucone tempo odwiertów. Łazik 2020 będzie musiał je wykonywać znacznie szybciej niż Curiosity, który w 4,5 roku wywiercił 15 dziur.

Wkrótce powinniśmy poznać wąską listę czterech kandydatów do lądowania. Na razie w konkursie pozostało 8 miejsc, wśród których znajdują się dna pradawnych jezior, delt czy obszary bardzo starych skał.

Łazik Mars 2020 ma wykorzystywać podobną technikę lądowania do tej łazika Curiosity. Będzie jednak ona istotnie polepszona o lokalną nawigację terenową, która umożliwi łazikowi tuż przed lądowaniem podjąć decyzję o anulowaniu i odlocie do innego miejsca z powodu rozpoznanego zagrożenia (nierówny teren, klify itp.).

Pozostaje czekać niecierpliwie na rezultat przeglądu prac. Jeśli wszystko zostanie zatwierdzone, zespół inżynierów i naukowców kontynuował będzie budowę łazika i planowanie misji. Obecnie na początek przyszłej dekady planuje się kilka misji marsjańskich. Łazik 2020 jest jedyną oficjalnie projektowaną misją NASA, chociaż mówi się też o wysłaniu nowego orbitera w 2022 roku. Również w 2020 roku ma wystartować misja łazika ExoMars Europejskiej Agencji Kosmicznej. Także Chiny mają ambicję wysłać pojazd na Czerwoną Planetę w tym samym czasie.

Źródło: Nature

Więcej informacji:

Na zdjęciu: Projekt górnego masztu nowego łazika Mars 2020. Pojazd ma dziedziczyć wiele części po projekcie Curiosity. Źródło: NASA/JPL-Caltech