RIZIČNI SVEMIR

Dragan Lazarević

Novi poduhvati na Marsu

Mikrohelikopter „ingenuity“ i rover „zhirong“

Istraživanje površine Marsa započeto je prvim uspešnim spuštanjima sondi NASA-e „viking 1 i 2“ daleke 1976. godine da bi sledeća misija bila tek 1997, sa lenderom „pathfinder“ i malim roverom „sojourner“. To je predstavljalo osnovu za početak neprekidnog istraživanja Marsa roverima „spirit“ i „opportunity“, počev od njihovog spuštanja 2004. Usledile su i misije lendera „phoenix“ i „insight“ i veoma složenih Marsovih naučnih laboratorija-rovera na nuklearni pogon „curiosity“ i „perseverance“. Sve ove projekte je vodila NASA iako su one, korišćenjem naučnih instrumenata iz drugih zemalja, i rezultat široke međunarodne saradnje. Konačno je i uspešno spušten lender sa roverom „zhurong“ jedne druge kosmičke sile u usponu - NR Kine. Ukupno je obavljeno deset uspešnih spuštanja sondi na površinu Marsa a od toga je šest dopremilo vozila-rovere.

Najsloženija misija na površini Marsa započeta je spuštanjem rovera „erseverance“ 21. februara 2021. u krater nazvan Jezero (spuštanje je detaljnije opisano u članku u broju 100. „Planete“) Rover je uspešno pokrenut ka prvom cilju istraživanja, nanosima sedimenata za koje se veruje da su doneseni vodom reke koja je tekla pre 3,7-3,4 milijarde godina, kroz korito koje je nazvano Neretva. Misija rovera će trajati preko jedne decenije i, pošto nema razloga za žurbu, rover je do kraja maja prešao samo 350 m. Eksperiment dobijanja kiseonika razlaganjem CO2 iz Marsove atmosfere (MOXIE) je uspešno obavljen u odgovarajućoj aparaturi 20. aprila, pri čemu je dobijeno 5,37 gr kiseonika u toku jednog sata. Time je dokazana mogućnost daleko veće proizvodnje O2 za potrebe budućih ljudskih naseobina na Marsu.
Eksperiment od kojeg se najviše očekivalo, let minijaturnog helikoptera „ingenuity“, uspešno je obavljen 21. aprila 2021.

Razvoj ove letelice započet je prvim konceptom 2014. da bi se, tokom narednih godina, izradili test modeli koji su ispitivani u simuliranim uslovima Marsove atmosfere i na temperatiri od -90º C. Uspešan ishod svih ispivanja doveo je do izrade ovog mikrohelikoptera a njegovo poslednje ispitivanje je bilo u vakuum komori prečnika 7,62 m laboratorije u Pasadeni. Tada je, u simuliranoj Marsovoj atmosferi, od CO2 sa pritiskom od 6,3 mbara uspešno obavljeno uzletanje i sletanje. Marsova gravitacija, koja iznosi 38% Zemljine, simulirana je potezanjem naviše pomoću vertikalne spone, silom od 62% težine mikrohelikoptera. Posle ove poslednje provere „ingenuity“ je uključen u misiju rovera „perseverance“.

Prvi let

Helikopter pokreće par koaksijalnih konratarotirajučih elisa razmaha 1,2 m, sa kracima napravljenim od grafitnih kompozita visoke čvrstoće i oblikom prilagođenim uslovima rada u atmosferi Marsa i sa mogućnošću promene koraka elise u tri fiksna položaja. Korpus male letelice ima dimenzije 13,6x19,5x16,3 cm, sleće na stajne noge (takođe od grafita) dužine 384 cm, a visina od tla do vrha na kojem su solarni paneli iznosi 49 cm. Ukupna masa iznosi 1,8 kg a od toga na 6 litijum-jonske baterije snage 350W otpada 273 gr. Orjentacija u prostoru se obavlja preko vizuelno-inercijalnog navigacionog sistema koji čini navigaciona kamera koja snima tle ispod letelice i senzori ubrzanja i naginjanja. Visinu od tla određuje laserski altimetar. Raspolaže i bočno usmerenom kolor kamerom a radio-vezu sa roverom i prenos snimaka održava preko antene na solarnim panelima. Let se obavlja prema prethodno zadatom programu računaru na letelici a slike se po sletanju prenose roveru koji ih preko orbitera MRO šalje na Zemlju. Projektovane letne karakteristike su: maksimalna horizontalna brzina od 10 m/s, vertikalna 3m/s, maksimalni prelet 600 m, vreme trajanja leta je ograničeno na dva minuta zbog mogućnosti pregrevanja elektromotora - a ne raspoloživom energijom u baterijama.

Helikopter je bio smešten u spremište na donjem delu rovera da bi 3. aprila bio spušten na površinu Marsa, posle čega se rover udaljio 100m. U okviru pripremnih testova, 17. aprila je isprobana maksimalna brzina obrtanja rotora od 40 obrtaja u sekundi. Konačno je 19. aprila obavljen prvi let u trajanju od 39 sekundi, do visine od 3 m. Mala letelica se podigla do 3m visine, lebdela, rotirala u mestu i snimila sopstvenu senku na tlu Marsa da bi potom sletela na mesto poletanja. To je bio prvi let u atmosferi druge planete sa pogonom zasnovanom na aerodinamičkim principima (baloni-aerostati su leteli nad Venerom u misiji sondi „vega 1 i 2“, 1985).

Zvuk letelice nad površinom Marsa

Drugi let je usledio tri dana kasnije (toliko je trebalo da solarni paneli dopune baterije). Trajao je 59 sekundi a isprobani su manevri naginjanja, okretanja, pariranja vetru na visini do 5 m i sletanja.
Pri četvrtom letu, 29. aprila, koji je trajao 117 sekundi, ukupna dužina putanje je iznosila 266 m sa maksimalnom brzinom 3,5 m/s. Napravljeni su brojni snimci okoline i rovera „perseverance“ koji je i snimio zvuk helikoptera. Peti let je bio poslednji od planiranih letova za osnovno tehnološko testiranje; obavljen je 7. maja i postignuta je visina od 10 m, prelet od 109 m u trajanju od 108 sekundi sa sletanjem na drugom mestu. Nova faza testiranja je započeta šestim letom, 23. maja koji je trajao140 sekundi, sa preletom od 215 m na visini od 10 m i maksimalnom brzinom od 4 m/s, sa višestrukim menjanjem kursa ali i malim promašajem sletnog mesta za 5 m.

Poslednji let, sedmi po redu, obavljen je 8. juna sa preletom od 106 m u trajanju od  62 sekundi i sletanjem na prethodno određeno drugo mesto.
Koncept Marsovog helikoptera se kroz obavljene testove u potpunosti potvrdio, čime je osnovna uloga tehnološkog demonstratora obavljena. NASA planira da ga dalje koristi za naučna istraživanja i izviđanja terena kojim treba da se kreće rover „perseverance“, za snimanje sa visine nekih mesta od naučnog interesa koji nisu na kursu rovera i praćenja vetrova na osnovu delovanja na letelicu.

Kineska sonda oko Marsa i rover na Marsu

U misije istraživanja Marsa kosmičkim sondama uključila se i NR Kina kada je njena sonda „tianwen-1“ 10.februara 2021. ušla u orbitu oko Marsa. Potom je sonda svojim raketnim motorima počela da menja parametre orbite  do najmanje udaljenosti od Marsa od 250 km. Sonda  se sastojala od orbitalnog dela, mase 3175kg (znatan deo otpada na gorivo koje je utrošeno za orbitalne manevre) i kapsule sa lenderom i roverom, ukupne mase 1825 kg. S obzirom da je ovo prva misija Kine na Mars, mesto spuštanja je određeno pošto je sa orbitera obavljeno detaljno snimanje planiranog regiona kamerama visoke rezolucije (Kina se ne oslanja na snimke NASA-e već obavlja sopstvena snimanja). Odlučeno je da to bude na južnom delu ravne nizije Utopia Planitia.
Kapsula se odvojila od orbitera 14.maja i potom ušla u Marsovu atmosferu. Prema objavljenoj animaciji misije, faza aerodinamičkog kočenja je obavljana kontrolisano, radom raketnih motora kapsule održavan je njen odgovarajući nagib u odnosu na pravac kretanja i svojevrsno glisiranje. Potom je usledilo otvaranje padobrana, odbacivnje donje školjke termičkog štita i potom odvajanje lendera sa roverom i retroraktno kočenje i meko sletanje na površinu Marsa. Iako su takve procedure sletanja iste za sve sonde koje su poslate do sada na Marsovu površinu, neka tehnička rešenja primenjena na lenderu su rezultat kineskog iskustva sa sondama „chang e“ spuštenim na Mesec - npr. lender ima jedan snažan centralni retroraketni motor i više manjih bočno postavljenih stabilizućih raketnih motora.

Prve slike panorame Marsa stigle su 19. maja a rover „zhurong“ (trebalo bi da se čita „džirong“) se uspešno spustio, sa platforme na lenderu, preko dve kose rampe, na površinu Marsa 22. maja. Rover mase 240 kg, visine 1,85 m, dužine 3m i širine preko točkova 2,6 m uspešno se kretao u okolini lendera, pokretan energijom iz akumulatora punjenimim strujom iz solarnih panela.
Prvog juna rover je izbacio na površinu kameru sa emiterem koja je potom snimila i rover i lender a snimak je objavljen deset dana kasnije. Kina je postala druga kosmička sila koja je uspešno spustila lender i rover na površinu Marsa (neuspešne pokušaje imali su SSSR, Velika Britanija i Italija) mada njen rover, približne veličine kao što su bili „spirit“ i „opportunity“, tek treba da se dokaže i, svojim kretanjem i prikupljenim naučnim informacijama, proširi saznanje o oblasti u koju je spušten.

Podsticaj za buduće poduhvate

Uspešno testiranje prvog helikoptera na Marsu i potvrda takvog koncepta kretanja u njegovoj retkoj atmosferi podstakli su namere za realizaciju projekata većih letelica na tom principu. Ograničavajući faktor je veličina kapsule prema kojoj će se odrediti veličina elise budućeg Marsovog helikoptera. Prema sadašnjim preliminarnim projektima, njegova masa bi se kretala 5-15 kg, a naučna oprema činila bi 10% od ukupne mase.
Veća masa znači da bi razmah elise trebalo da bude 2-4 puta veći ili da se poveća brzina rotiranja što opet izaziva veću potrošnju energije. I pored svih tih problema (koji su rešivi), helikopter pruža nove mogućnosti u istraživanju Marsa. Mogao bi da preleće kamenite neprohodne terene, da se spušta i prikuplja uzorke tla od posebnog interesa za nauku i da ih doprema do kosmičke letelice koja bi poletela sa Marsa i uputila kapsulu sa uzorcima na Zemlju - što NASA i planira za 2026.
Uspeh kineskog rovera daće novi podstrek Kini za nove poduhvate. Ako bi Kinezi primenili direktan ulazak u Marsovu atmosferu sa međuplanetarne putanje, kapsula bi, prema mogućnosti već korišćene rakete nosača, imala masu od oko 4,5 t i mogla bi da spusti rover veći od rovera „perseverance“.
Naredne godine bi trebalo da krene na Mars i dugo odlagana misija „ExoMars“ sa roverom evropske agencije ESA i Rusije, koja gradi lender. Slične planove ima i Indija, možda u saradnji sa Japanom. Istraživanje Marsa postaje pitanje prestiža na svetskom nivou i takmičenje učesnika ,uz naravno i saradnju, može dovesti i do primene nekih novijih principa kretanja po površini Marsa i kroz njegovu atmosferu, kao što su npr. dirižabli, avioni, raketni „skakavci“ ili vozila sa mehaničkim nogama itd. Uspeh misija koje su u toku ohrabruje nadu da će se takve nove mogućnosti i ostvariti u budućnosti i dovesti do novih naučnih saznanja o Marsu.

Dragan Lazarević

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"