Čo skrývajú vesmírne dvojičky Spirit a Opportunity?

, Autor:
Iba niekoľko dní po tom, čo v januári tohto roka postupne dosadli sondy Spirit a Opportunity na povrch Marsu a vyslali prvé údaje a fotografie na Zem, americkí vedci prežívali eufóriu. Prezident George W. Bush vyhlásil frontálny útok na červenú planétu.

Na výskum vesmíru používajú vedci najmodernejšiu, ale spoľahlivú a odolnú výpočtovú techniku

Iba niekoľko dní po tom, čo v januári tohto roka postupne dosadli sondy Spirit a Opportunity na povrch Marsu a vyslali prvé údaje a fotografie na Zem, americkí vedci prežívali eufóriu. Prezident George W. Bush vyhlásil frontálny útok na červenú planétu.

Prvý pilotovaný let na Mars v roku 2030, ktorý by podľa odhadov stál vyše 200 miliárd dolárov, niektorí označujú za fantastický krok na dobývanie vesmíru, iní za megalomanské predvolebné gesto, ktoré sa musí skončiť fiaskom.

Ale aj tak sa urobili prvé, nesmierne významné kroky k odhaleniu tajomstiev Marsu. Najväčšia pozornosť sa teraz, samozrejme, upriamuje práve na dvojičky Spirit a Opportunity - mobilné sofistikované biologické laboratóriá, ktoré už pracujú na plné obrátky. Ide o skutočné technologické unikáty, v ktorých počítače - vďaka hardvéru či softvéru - hrajú najdôležitejšiu úlohu.

Vesmírne dvojičky de luxe

Aj napriek tomu sa dosiaľ o technických lahôdkach, ktorými sú obe vesmírne dvojičky doslova nabité, príliš nepísalo ani nehovorilo. Jedným z dôvodov je vysoký stupeň utajenia najmodernejších technológií použitých pri výrobe a riadení obidvoch robotov zo 170 miliónov kilometrov vzdialenej Zeme.

Spirit a Opportunity majú prvoradú bádateľskú úlohu. Pátrať na Marse po súčasných i minulých stopách vody a prípadných formách života. Sondy postavila a používa NASA Jet Propulsion Laboratory. Hlavným zariadením sondy je automatické pohyblivé vozidlo - tzv. rover. Konštrukcia sondy vychádza z koncepcie navzájom sa chrániacich elementov a trochu pripomína ruskú matriošku. Rover putuje k Marsu skrytý vo vnútri pristávacieho aparátu (tzv. landeru), ktorý je celý obklopený ochrannými pružnými vakmi (airbagy). Až do okamihu tesne pred pristátím je táto zostava ďalej chránená aerodynamickým krytom. K tomuto aparátu je pripevnený preletový modul. Celková hmotnosť zostavy pri štarte bola 1062 kg, z toho 52 kg pripadalo na pohonné látky.

Preletový modul s hmotnosťou 183 kg zabezpečoval počas letu medzi Zemou a Marsom, trvajúci 7 mesiacov, obsluhu zakonzervovaného pristávacieho modulu, operáciu v kozme, zásobovanie elektrickou energiou, rádiové spojenia a pod. Modul má tvar disku s priemerom 2,65 m a výškou 1,58 m a je vybavený na jednej strane fotovolatinickými panelmi a anténami a z druhej strany (z ktorej je k nej pripojené pristávacie púzdro) palivovými nádržami. Na obvode sú umiestnené korekčné motorčeky, hviezdny skener a slnečné tlačidlo. Všetky tieto prístroje sú ovládané softvérom špeciálne vyvinutým na tento účel. Ide o vyššiu verziu operačného systému a softvérových aplikácií, ktoré boli úspešne použité už pri lete sondy Pathfinder na Mars v roku 1997.

Počítače ovládajú všetko

Ako palivo pre raketové motorčeky oboch sond je použitý hydrazin skladovaný v dvoch guľových titanových nádržiach. Vzhľadom na to, že celá stanica rotuje rýchlosťou asi 2 otáčky za minútu, je palivo odstredivou silou tlačené k ústiu nádrže a ďalej palivovým potrubím k dvom skupinám raketových motorčekov, z ktorej každá obsahuje štyri jednotky smerujúce do rôznych smerov. Na určenie orientácie sa používa skener hviezd a slnečný senzor.

Pretože slnečné články roveru sú ukryté vo vnútri aerodynamického krytu, je nutné, aby bol preletový model vybavený vlastným zdrojom energie. Slnečné batérie pripevnené na zadnej strane majú výkon 600 W v blízkosti Zeme a približne polovičný pri prílete k Marsu. Aj tu každučký pohyb modelu a každý deciliter paliva strážia výkonné počítače a programy, na ktorých spolupracovala aj firma Microsoft.

Technickou lahôdkou sú pristávacie padáky obidvoch sond. Sú zložené v zadnej časti krytu a po rozvinutí majú priemer asi 15 metrov. Padáky boli testované pri simulovaní podmienok na Marse v obrom aerodynamickom tuneli v stredisku Ames Research Center NASA v Sunnyvale (Kalifornia). Zadná polovica krytu nesie merač zrýchlenia, ktorý stanoví správny okamih na uvoľnenie padáku. Na spodnej strane plášťa sú i raketové motorčeky na tuhé pohonné látky, ktoré ďalej znižujú rýchlosť klesania a rýchlosť krátko pred pristátím. Airgaby, ktoré takisto vychádzajú z koncepcie Mars Pathfinder, stlmí dopad pristávacieho modelu na povrch planéty. Na každej strane zloženého štvorbokého pristávacieho aparátu (landeru) sú pripojené prázdne vaky po šiestich tesne vedľa seba. Pomocou zásobníka plynu sa prudko naplnia až na tlak asi 6900 Pa. Každý airbag má dvojitý plášť, čo znižuje nebezpečenstvo, že sa po náraze na ostrú hranu kameňa prereže. Je vyrobený zo šiestich vrstiev špeciálnej polymérovej tkaniny, päťkrát pevnejší ako oceľ. Špeciálne vlákno Vectran sa používa aj na tetivy lukov a výplety tenisových rakiet.

Na „rukách“ roveru Opportunity sú umiestnené zvláštne prístroje.

Najdrahšia vesmírna hračká má aj DVD

Automatické vozidlo (rover) je hlavným objektom misie. Ide o mobilné geologické laboratórium, ktoré má vykonávať prieskum miesta pristátia a prechádzať k detailnému skúmaniu vybraných skalísk. MER (Mars Exploration Rover) sa v mnohých smeroch líši od svojho predchodcu Sojourner, použitého pri misii Mars Pathfinder.

Rover má rozmery 1,5x2,3x1,6 metra (výškaxšírkaxdĺžka) a váži 174 kg. Sojourner počas 12 týždňov činnosti prešiel vzdialenosť dĺžky futbalového ihriska. Rover má prejsť vzdialenosť 6- až 10-krát väčšiu v priebehu troch mesiacov misie. Sojourner neniesol hlavné telekomunikačné zariadenie, kameru a počítač - tie boli umiestnené na pristávacom aparáte. Vozidlo MER má tieto zariadenia na svojej palube a so svojím landerom potom, čo sa dostane na povrch, už ďalej nespolupracuje. Počítač na palube rovera používa 32-bitový procesor Rad 6000, ktorý je odolnejší proti radiácii.

Navigačný softvér

Základným prvkom roveru MER je kompozitná voštinová konštrukcia WEB (Warm Elektronic Box) izolovaná materiálom nazvaným aerogel. Zhora je zakrytý trojuholníkovou palubou, na nej sú umiestnené ďalšie zariadenia. Sú tu upevnené tri antény, kamerový stožiar a panel slnečných batérií. Navigačný softvér a schopnosti vyhodnotiť nebezpečenstvo kolízie palubného počítača umožňuje postupovať samostatne v zadanom smere podľa denného súboru povelov. Rýchlosť presunu je až 50 mm/s (180 m/h) na rovnom a tvrdom povrchu, ale pri činnosti automatického navigačného systému je priemerná rýchlosť asi pätinová.

Pod úrovňou paluby sú namontované dve stereoskopické kamery na identifikáciu kolízie - jedna vpredu a jedna vzadu.

Panoramatická kamera

Okrem navigačnej funkcie má predná kamera za úlohu snímať prácu robotizovanej ruky. Sú tu inštalované aj ďalšie dva páry stereoskopických kamier. Panoramatická kamera je súčasťou súboru vedeckých prístrojov, širokouhlá kamera s nízkym rozlíšením je ďalšou súčasťou navigačného systému. Na sťažni sa nachádza ešte ďalší z vedeckých prístrojov - miniatúrny spektrometer merajúci tepelné vyžarovanie.

Zvyšok vedeckých prístrojov je umiestnený na konci robotickej ruky IDD (Instrument Deployment Device), ktorá je pri jazde schovaná pod zábradlím vozidla. Ruka sa vysúva dopredu, len čo sa rover nachádza v polohe vhodnej na prieskum konkrétneho kameňa alebo kúska zeminy. Komunikácia rovera so Zemou sa predpokladá jednak priamo na stanicu DSN (Deep Space Network) v pásme X (8 GHz), ďalej sa majú využívať kapacity družíc obiehajúcich v tomto čase Mars - Mars Global Surveyor, 2001 Mars Odyssey, a tiež Mars Express - ako retranslačné stanice. Pristávací modul, z ktorého rover zišiel na povrch Marsu, navyše nesie DVD, na ktorom sú zaznamenané mená štyroch miliónov ľudí z celého sveta, ktorí sú prihlásení v kampani „Pošli svoje meno na Mars“, ukončenej v novembri 2002.

Minilaboratórium za stámilióny

Skutočným klenotom je pravdepodobne unikátne minilaboratórium na palube roverov, ktoré sú vybavené najmodernejšími prístrojmi za stámilióny dolárov. Na prieskum miesta pristátia je určená stereoskopická farebná panoramatická kamera s vysokým rozlíšením, umiestnená na stožiari nad roverom.

Rozlíšenie kamier je údajne trikrát väčšie, než bolo rozlíšenie pri misii Mars Pathfinder. Pomocou obrazu z kamier sa má rozhodovať, ktoré kamene alebo pôdne regióny majú byť detailne analyzované. Kamery poskytujú informácie o charaktere povrchu, rozložení blízkych kameňov a o prítomnosti tvarov modelovaných dávnymi vodnými tokmi. Miniatúrny infračervený spektrometer zasa diaľkove informuje o mineralogickom zložení povrchových útvarov a pomáha pri výbere objektov na detailné skúmanie. Pozorovanie v infračervenej oblasti umožňuje čiastočne prenikať pod prachové nánosy na kameňoch, rozpoznávať karbonáty, silikáty, organické molekuly a minerály vznikajúce vo vodnom prostredí. Pomocou infračervených lúčov sa dá určiť tepelná kapacita balvanov a pôdy, ako aj schopnosť udržovať teplo počas marťanského dňa.

Na robotickej ruke roverov je pripevnený mikroskopický zobrazovač - kombinácia mikroskopu a televíznej kamery. Poskytuje pohľady z extrémnej blízkosti (rádove v desatinách milimetra) na povrchové detaily preskúmavané ďalším prístrojom pripevneným na ruke, a tým umožňuje dať do súvislosti údaje o mineráloch a prvkoch.

Mössbauerov spektrometer je určený na stanovenie chemického zloženia minerálov, a to predovšetkým takých, ktoré obsahujú železo a ktoré je veľmi ťažké skúmať inými metódami. Tieto merania sú opäť významné pre pochopenie prvotných podmienok na Marse.

Spektrometer však dokáže aj viac - odmeria aj magnetické vlastnosti povrchových materiálov a identifikuje minerály, ktoré vznikajú v teplom vodnom prostredí a mohli zachovať stopy fosílneho života.

Na Marse bude aj internet

Podľa jedného zo zakladateľov Internetu Society Dr. Vintona Cerga by mal na Marse začať už za štyri roky fungovať internet. Cerf predpokladá, že počet trvalo pripojených počítačov (hosts) do roku 2006 dosiahne 900 miliónov, čo je oproti 150 miliónom v roku 2001 pomerne zásadný rast. Budúcnosť internetu podľa Cerfa potom logicky bude v medziplanétovom využití všetkých sietí. Medziplanétový internet (InterPlaNet) bude založený na interplanétových bránach, medziplanétovom protokole prenosu dát a funkčných protokolových vrstvách a Interplanetary Network and Information Systems Directorate. Približná komunikácia medzi Zemou a Marsom by mala začať fungovať do roku 2008. Jej základom budú satelitné družice krúžiace nad Marsom, Zemou a Mesiacom, ktoré budú internetové dáta prenášať cez sieť stacionárnych družíc umiestnených medzi týmito planétami. Rýchlosť prenášaných dát by sa mala o niekoľko rokov priblížiť k rýchlosti „pozemkového“ internetu.

Prvý pilotovaný let na Mars v roku 2030, ktorý by podľa odhadu stál viac ako 200 miliárd dolárov, jedni označujú za fantastický krok k dobývaniu vesmíru, iní za megalomanské predvolebné gesto, ktoré sa musí skončiť finančným či technickým fiaskom.

Prvé, nesmierne významné kroky k objavovaniu tajomstva Marsu sa už podnikli. Najväčšia pozornosť sa teraz, samozrejme, upiera práve na dvojičky Spirit a Opportunity - mobilné sofistikované biologické laboratóriá, ktoré už pracujú na plné obrátky. Ide o skutočné technologické unikáty, v ktorých počítače - vďaka hardvéru či softvéru - hrajú hlavnú rolu.