Mars 2020

37 Pages·2020·4.961 MB·Serbian

by  Draško Dragović

D. I. Dragović. Mars 2020 Astronomski magazin
1. juni 2019.

M AR S 2 0 2 0
prvi korak ka donošenju uzoraka
Crvene planete na Zemlju
Rover koji NASA planira da lansira 2020.
predstavljaće bliskog rođaka 'Curiosityja', čiji će
zadatak biti potraga za sadašnjim i bivšim tragovima
postojanja života na Marsu. To su tzv. biomarkeri.
Misija 'Mars 2020', kako se za sada službeno zove,
polako napreduje i postepeno se uobličava.
Pogledajmo o kakvoj se mašini i misiji radi.

1
D. I. Dragović. Mars 2020 Astronomski magazin
NASA je još 1993. godine formirala autonomni program za istraživanje Marsa, koji je
nazvala skraćeno MEP – Mars Exploration Program. Cilj je bio da uz pomoć orbitera,
lendera i rovera istražuju uslove za nastanak i razvoj sadašnjeg ili bivšeg mikroskopskog
života na Marsu, ali i da nešto nauče o klimi i prirodnim resursima planete. Međutim,
NASA je 2013. drastično skresala budžet za sva planetna istraživanja (40%), te je
program MEP pripojen ostalim tehnološkim, naučnim i ljudskim kosmičkim misijama.
Problem je što je svaka misija na Mars jako skupa čak i za Nasine standarde, tako da je
rover 'Curiosity' (sleteo na Mars u avgustu 2012.) prebacio prvobitno odobreni budžet i do
sada košta preko $2,5 milijarde! Zato je NASA prosto prinuđena da sarađuje sa
evropskom kosmičkom agencijom ESA, tako da su napravili dogovor da u misiji
donošenja uzoraka sa Marsa EU participira sa nekih $5 milijardi (za 10 godina).
Ipak, na konferenciji Američkog geofizičkog saveza, održanoj 4. decembra 2012. u
San Francisku, NASA je objavila da počinje da priprema konstruisanje novog rovera.
Rečeno je da će se konstrukcija novog traktora za Mars uveliko oslanjati na dizajn i
idejna rešenja 'Curiosityja', jer su mnoge komponente već proizvedene i testirane, ali da
će novi rover nositi drugačiju naučnu opremu i napredniji 'hilti'. Konstruisanje i izrada
rovera 'Mars 2020' poverena je iskusnim veteranima u tom poslu, Laboratoriji za mlazni
pogon (JPL) i Kalifornijskom tehnološkom institutu (Caltech) iz Pasadene.
2
D. I. Dragović. Mars 2020 Astronomski magazin
Još tada je odlučeno da će rover biti lansiran 'Lockheed-Martinovom' raketom-
nosačem 'Atlas V-541', a da će čitavu misiju voditi kalifornijska Laboratorija za mlazni
pogon. Tim za definisanje naučnih ciljeva je imao ideju da rover prikupi i zapakuje 30-ak
uzoraka kamenja i Marsovog peska, koje bi kasnije misije odnele na Zemlju. Međutim,
misija je 2015. konceptualno proširena, pa je isplanirano da se sakupi još više uzoraka
koji će biti smešteni u male kontejnere koji će biti ostavljeni na površini.
Početkom jeseni 2013 NASA je je objavila konkurs za predloge i razvoj naučne
opreme za budući rover, uključujući i sistem za prikupljanje uzoraka (Sample Caching
System, SCS). Konačna selekcija 7 instrumenata obavljena je između 58 prispelih
predloga u julu 2014. godine. Iako je tadašnji direktor Tima za definisanje naučnih ciljeva
izjavljivao da NASA ne veruje da je na Marsu ikada postojao život, novija otkrića
'Curiosityja' su pokazala da je u dalekoj prošlosti život na Crvenoj planeti ipak bio moguć.

Izgled rovera 'Mars 2020'. Aluminijumski točkovi će biti za nijansu veći od 'Curiosityja' (52,5 cm naspram
50 cm) i jače i bolje konstrukcije. Ukupno, novi rover će biti za 17% teži od prethodnika – 1050 kg naspram
899 kg. Zbog korišćenja već postojećih delova, u Nasi kažu da će 'Mars 2020' sa lansiranjem koštati oko
$2,1 milijarde, što je manje od utrošenih sredstava za 'Curiosity'. Uz to, u projektovanju je korišćena
filosofija 'build-to-print', tj. pravljenja delova, opreme i komponenti tačno onakvim kakvi trebaju
konstruktorima, a ne da se inženjeri prilagođavaju onome što se nudi.

Američki roveri kroz istoriju. 'Mars 2020' će biti za nijansu veći: dok je 'Curiosity' imao dimenzije
2,9×2,7×2,2 metra, M2020 će imati 3,0×2,7×2,2 metra.

3
D. I. Dragović. Mars 2020 Astronomski magazin

Ja preobučen u nindžu u hali za ispitivanje elektronike opreme
za komunikaciju sa orbiterom i Zemljom.

Projekat M2020 je prošao komisije koje su trebale da odobre koncept u oktobru
2014, a Nasina komisija IARs, koja je trebala da dâ zeleno svetlo za ugradnju aparature,
dala je odobrenje u martu 2015. godine. Pošto se konstrukcija novog rovera jako oslanja
na provereni MSL (Mars Science Laboratory) dizajn, mnoge stvari su bile poznate i pre
svih navedenih komisija. Ali! Rover M2020 će morati da se suoči sa nekim ograničenjima
koja mu je nametnula upravo ta sličnost sa MSL roverom. Naprimer, 'Mars 2020' će
koristiti sletni sistem 'nebeske dizalice', Sky Crane – koji se sastoji od tri elementa: Cruise
Stage, Descent Stage i Aeroshaell – kao što je koristio i 'Curiosity', tako da je rover strogo
zapreminski ograničen i dopuštena su mu hardverska povećanje u vrlo ograničenim
zonama. Težina rovera M2020 je ograničena kapacitetima postojećeg EDL1 sistema Sky
Crane i 'sistemom za površinsku mobilnost', odn. kako mi to jednostavnije kažemo,
sistemom točkova i vešanja. Rover će za proizvodnju električne energije koristiti
plutonijumski generator MMRTG koji je Ministarstvo energetike Amerike proizvelo kao
rezevu tokom razvoja misije 'Curiostyja', tako da će novi rover morati da se udene u iste
energetske margine kao i prethodni rover. Celokupna avionika, sa svom elektronikom i
telemetrijskim kanalima, praktično su isti kao u misiji MSL staroj skoro jednu deceniju.
Kada se M2020 bude spustio na Mars, točkovi će se oslanjati o tlo u kvadratu
dimenzija 2,8×2,3 metra, dok će se šasija nalazizi na visini većoj od 60 cm. Inženjerijska
oprema, hardver, koji se nalazi spolja na roveru, prikazan je na sledeće dve slike.

1 EDL system – Entry-Descent-Landing system – složeni sistem koji obezbeđuje ulazak u Marsovu
atmosferu, fazu leta kroz nju, i samo finale, tj. meko spuštanje rovera na površinu planete.
4
D. I. Dragović. Mars 2020 Astronomski magazin

Kao što sam već napomenuo, mnogi hardverski elementi će biti nasleđeni iz misije
MSL i biće ponovno korišćeni na roveru M2020. Neki od njih su tačni kopije MSL-ovog
dizajna; drugi su MSL-ovi 'build-to-print' dizajni sa malim izmenama. Mehanizam za
kretanje rovera, koji se sastoji od 6 pogonskih motora i 4 upravljačka motora, biće u
suštini isti kao kod MSL-a. 'Curiosityjevi' točkovi, koji su pretrpeli znatna oštećenja tokom
vožnje preko oštrog kamenja unutar kratera Gejl, biće ojačani (po cenu povećanja težine)
za M2020. Glavni jarbol RSM (Remote Sensing Mast), na kome će se naći kamere
Mastcam-Z i SuperCam, kao i inženjerske navigacione kamere, nalaziće se 2,2 metra
iznad tla. Od 'Curosityja' je nasleđen i uređaj pod skraćenim nazivom RPFA (Rover Pyro
Firing Assembly) koji će biti odgovoran za otključavanje svih pirotehničkih brava tokom
oslobađanja rovera i oslobađanja različitih uređaja tokom faza ulaska u atmosferu,
spuštanja i nakon sletanja. Postoje 3 spoljnje telekomunikacije antene, dve koje će raditi
na X frekvenci (LGA i HGA) i jedna na ultrakratkoj frekvenci (UHF). Direktna veza sa
Zemljom biće obavljana X talasima, a sa orbiterom na UKT frekvenci. M2020 će pokretati
nuklearni izvor, MMRTG, koji će oslobađati ~ 2000 W termičke energije.

5
D. I. Dragović. Mars 2020 Astronomski magazin
Novi rover ima 7 instrumenata, što je za 3 manje od 'Curiosityja'. Pre desetak
godina, naučna oprema na roveru 'Curiosity' je koštala Nasu malo iznad $130 miliona.
Ukupna težina naučnih instrumenata na M2020 iznosi oko 45 kg ('Curiosity' nosi 75 kg).
Razlika je nastala zato što nedostaju teški instrumenti, kao što je SAM ili laboratorija
CheMin.2
Kao što sam napomenuo, na roverovom 'jarbolu' će se nalaziti unapređeni
instrumenti koji su bili i na prethodnom roveru: Mastcam-Z (stereo, kolor, 3D, zumirajuće
kamere) i SuperCam (usavršena verzija instrumenta ChemCam3). Na robotskoj ruci se
nalazi PIXL, rendgenski fluorescentni spektrometar i kamera, i SHERLOC, Ramanov
spektrometar i kamera. ROMFAX je radar koji će biti okrenit ka tlu; MEDA je meteorološki
komplet; a MOXIE je instrument koji će pokušati da na licu mesta utvrdi da li je moguće
dobijati kiseonik iz ugljen-dioksida.
Kamare na 'Marsu 2020' možemo podeliti na one koje će snimati sletanje, na
inženjerijske i na naučne kamere.

Rover nosi nekoliko kamera koje će obavljati inženjerske i naučne zadatke.
Neke će pomagati u sletanju na Mars, dok će neke predstavljati 'oči' tokom vožnje.
Ostale će vršiti naučna osmatranja i pomagati u prikupljanju uzoraka.

2 Interesantno je da na konkursu među 58 predloga za 7 instrumenata za M2020 nije prošao ruski predlog,
iako ga ima na 'Curiosityju'. Slučajnost? ☺ Doduše nije prošao ni španski spektrometar SOLID (Sign Of
LIfe Detector), koji je trebalo da potraži više od 500 biomarkera u uzorcima tla.
3 U njegov sastav su ulazila 2 instrumenta: laserski indukovan spektroskop LIBS i mikro-teleskop RMI.
LIBS je ispaljivao laserski nanosekundni impuls u neku stenu (čak na udaljenosti do 7 metara!) i pretvarao
je u paru koju je spektroskop analizirao. Teleskop RMI je snimao to područje u visokoj rezoluciji. ChemCam
je napravila francuska laboratorija CESR u saradnji sa američkom laboratorijom iz Los Alamosa.
6
D. I. Dragović. Mars 2020 Astronomski magazin
Kada je početkom avgusta 2012. rover 'Curiosity' sleteo na Mars, spuštanje je
snimao kamerom MARDI, odn. MARs Descent Imagerom. Snimci su bili jako važni
inženjerima i konstruktorima; pomogli su da se shvati šta se događa tokom jedne od
najriskantnijih faza međuplanetne misije.
Ta kamera je snimila video u boji putovanja kroz atmosferu sve do Marsove
površine. On je dao naučnicima i vozačima rovera uvid u lokaciju sletanja i omogućio im
da isplaniraju roverove prve vožnje.
Konstruktori 'Marsa 2020' su dodali roveru još nekoliko kamera i mikrofona da bi
dokumentovali ulazak u atmosferu, spuštanje i ateriranje sa više detalja. Neke od kamera
će biti okrenute nadole, što će pomoći planerima da trasiraju buduće rute vožnje. Te nove
roverove 'oči' i 'uši' su napravljene korišćenjem lako dostupnih komercijalnih kamera.
Kamere i mikrofoni će leteti kao tzv. 'diskretni teret', tj. kao dodatak misiji koji može da
donese korist ali nije neophodan za uspeh misije. Nekoliko kamera će biti okrenuto
nagore, da bi snimile otvaranje padobrana; neke će biti okrenute nadole da bi snimale
rover odozgo; jedna će sa rovera snimati nagore kako bi pratila rad Sky Crana; a jedna
će sa rovera slikati nadole da bi snimila tlo ispod rovera.
Niko do sada nije video na koji način se otvara padobran u Marsovoj atmosferi, niti
kako se rover ponaša kada se na gurtnama spusti iz svog sletnog stepena. Šta se
dešava kada rover sleti? Koliko peska i kamenja biva oduvano u atmosferu kada se
uključe retro-rakete? Kako se ponašaju točkovi i suspenzori ('amortizeri') kada rover
punom težinom legne na površinu?

Raspored sletnih (EDL) kamera na roveru 'Mars 2020'. Imaće ih 7 komada.

Poslednje faze sletanja će biti kontrolisane veoma unapređenim tehnikama.
Sletna elipsa će biti smanjena za 50%, čime će moći da se izabere mesto sletanja
veoma precizno, sa greškom manjom od 60 metara.
7
D. I. Dragović. Mars 2020 Astronomski magazin
M2020 će koristiti novu generaciju inženjerijskih kamera, čije će osobine
predstavljati korak napred u odnosu na kapacitete kamera prethodnih rovera. Te
'unapređene' inženjerijske kamere će pružati mnogo detaljnije informacije, u boji, o terenu
oko rovera. Imaće više funkcija: premeravaće tlo u okolini rovera radi bezbedne vožnje,
kontrolisaće stanje roverovog hardvera i nadgledaće i kontrolisati prikupljanje uzoraka.
Uz njihovu pomoć biće moguće odabrati najlakši put da se priđe bliže određenim
objektima interesantnim za naučno proučavanje.
Možemo slobodno reći da kamere na 'Marsu 2020' predstavljaju deo nasleđa
prethodnih Marsovih rovera – 'Curiosityja' i još ranijih 'Spirita' i 'Oppotunityja'. Pošto su
tehnološki gledano to bile kamere iz 2003. godine, inženjeri su napravili nove i snažnije,
nazvavši ih prosto 'unapređenim' kamerama, EECAM (Enhanced Engineering Cameras).
Na roveru će ih biti ukupno devet: 6 unapređenih HazCams, 2 unapređene NavCams i
kamera potpuno novog tipa, CacheCam.
Sve ove specijalizovane kamere će pomagati operatorima na Zemlji da upravljaju
roverom vrlo precizno, ali i da kontrolišu kretanja robotske ruke, bušilice i ostalih alata
prilikom rada. Daleko šire vidno polje kamera omogućiće bolje nadgledanje samog
rovera. To će biti vrlo važno radi inspekcije stanja različitih delova rovera i kontrolisanja
količine prašine i peska koji će se sakupljati na površini vozila. Nove kamere će takođe
biti u stanju da snimaju i tokom same vožnje rovera.
Sve unapređene inženjerijske kamere imaju ista kućišta kamere, ali poseduju
različita sočiva odabrena za specifične zadatke svake kamere.

Ovaj snimak navigacione kamere (NavCam) 'Marsa 2020' prikazuje hrpu kamenja snimljenu na poliginu
JPL-a sa udaljenosti od 15 metara. Ova slika ilustruje jedan od načina na koji će podaci kamere moći da
otkriju oblik nekog cilja iz daljine. Takva merenja će davati roveru i njegovom timu podatke potrebne za
pravilno putovanje i kretanje ruke.

Devet unapređenih inženjerijskih kamera je podeljeno u tri kategorije:
• Kamere za izbegavanje prepreka (HazCams, Hazard Avoidance Cameras);
• Navigacione kamere (NavCams) i
• CacheCam
8
D. I. Dragović. Mars 2020 Astronomski magazin
'Mars 2020' će nositi 6 novih HazCam kamera: 4 na prednjem kraju rovera – to je
isto kao kod 'Curiosityja' – i 2 na njegovom zadnjem panela – što je upola manje nego
kod prethodnog rovera4. Zadatak ovih kamera će biti da detektuje potencijalne opasnosti
za rover na putu, kao što su velike stene, rupe ili peščani nanosi.

HazCams i zaštita od temperaturnih razlika.

Inženjeri takođe planiraju da koriste HazCams radi upravljanja i nišanjenja
robotskom rukom kada bude merila, fotografisala ili sakupljala prašinu i kamenčiće.
Tokom vožnje, rover će često morati da zaustavlja snimanje novih stereo slika puta
ispred sebe da bi procenio eventualnu potencijalnu opasnost. Mogućnost 3D slikanja
davaće 'Marsu 2020' sposobnost da sâm donosi odluke o tome gde da vozi, bez
konsultovanja o svakom potezu roverovog tima na Zemlji.

Pozicije unapređenih kamera na roveru. Prednji parovi kamera HazCams su okrenuti ka tlu, razmaknuti
su 10 cm i nalaze se na 68 cm iznad tla, dok se stražnje HazCams kamere nalaza na visini 78 cm.
NavCams su okrenute ka tlu i razmaknute su oko 42 cm.

4 Smanjivanje broja HazCamsa, isto kao i NavCamsa, nastalo je kao posledica promene dizajna u odnosu
na original. Ranije kamere su imale dva kućišta (jedno za optiku a drugo za elektroniku), dok su nove
smeštene u jedno kućište. Unapređeni su i detektori kamera jer će se koristiti CMOS (complementary
metal-oxide-semiconductor) sa rezolucijom od 5120×3840 piksela, što je znatno poboljšanje u odnosu na
CCD detektor. To smeštanje u jedno kućište je dovelo do povećanja ukupne zapremine, a to do
smanjivanja broja kamera. To je loše, jer više nema rezervnih kamera na roveru.
9