Kosmonautika (úvodní strana)
Kosmonautika@kosmo.cz
  Nepřihlášen (přihlásit)
  Hledat:   
Aktuality Základy Rakety Kosmodromy Tělesa Sondy Pilotované lety V Česku Zájmy Diskuse Odkazy

Obsah > Sondy > Program Mars Exploration Rover (USA)
tisk 

Program Mars Exploration Rover (MER)

USA


Začátkem léta 2003 vyslala NASA k Marsu dvojici identických sond, jejichž hlavním úkolem je vysadit na povrch sofistikované geologické laboratoře zaměřené především na pátrání po současných a minulých stopách vodního prostředí a případného života. Pohyblivá vozítka navazují na úspěšnou misi Mars Pathfinder - Sojourner z roku 1997. Pojízdné laboratoře - rovery - byly pojmenovány Spirit a Opportunity.

Po počáteční fázi dobývání Marsu, které vyvrcholila v roce 1976 přistáním dvojice stanic Viking na povrchu, následovala delší přestávka, ve které se ale začaly formulovat nové cíle a úkoly průzkumu rudé planety. Obě kosmické mocnosti měly v úmyslu od 90. let 20. století zaměřit planetární aktivity tímto směrem. Zatímco Rusko podniklo pouze jediný a bohužel neúspěšný pokus v roce 1996, Spojené státy se od tohoto data věnují Marsu systematicky a nevynechají jediné startovní okno, aniž by na cestu k Marsu nevyslaly nového průzkumníka. Zájem o Mars byl posílen zvláště poté, co byly získány nové poznatky ukazující, že povrch planety byl alespoň po krátkou dobu v minulosti částečně pokryt vodou v tekutém stavu a že tudíž není vyloučeno, že se zde mohl začít vyvíjet primitivní život.

Po úspěšném vyslání sondy 2001 Mars Odyssey připravila NASA pro startovní okno v roce 2003 dvojici pojízdných geologických laboratoří (roverů) MER [=Mars Exploration Rover]. Laboratoře jsou schopny provádět rozbory kamenů a zeminy se zvláštním zřetelem na minerály formované ve vodním prostředí a snímkovat povrch Marsu s vyšším rozlišením, než tomu bylo u předchozích misí. Vědci očekávají, že pomocí těchto roverů získají zcela nový pohled na geologickou současnost a minulost planety. První vozidlo má přistát v kráteru Gusev, o němž ze předpokládá, že byl vyplněn jezerem, druhé má za cíl Meridiani Planum, kde jsou zjištěny velké plochy šedého hematitu, což je minerál vznikající obvykle ve vodním prostředí.

Celkové náklady na program představují asi 800 mil. USD a zahrnují přibližně 625 mil. USD na kosmické sondy a vědecké vybavení, 100 mil. USD na vypuštění a 75 mil. USD na řízení letu a zpracování vědeckých dat.

Jména laboratoří byla vybrána na základě ankety mezi studenty, do které bylo zasláno téměř 10000 návrhů.

Popis

Sondu postavila a provozuje NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) pro NASA Office of Space Science (OSS).

Hlavním zařízením sondy je automatické pohyblivé vozítko - rover. Konstrukce sondy vychází z koncepce navzájem se chránících elementů připomínající ruskou matrjošku. Rover putuje k Marsu skrytý uvnitř přistávacího aparátu (lander), který je celý obklopen ochrannými pružnými vaky (airbagy). Až do okamžiku těsně před přistáním je tato sestava dále chráněna aerodynamickým krytem. K tomuto aparátu je připevněn přeletový modul. Celková startovní hmotnost sestavy obnáší 1062 kg, z toho 52 kg připadá na pohonné látky.

Přeletová formace - 300x300x16M (11 kB) Přeletový modul o hmotnosti 183 kg zabezpečuje po dobu letu mezi Zemí a Marsem, trvající sedm měsíců, obsluhu zakonzervovaného přistávacího modulu, operace v kosmu, zásobování elektrickou energií, rádiové spojení atp. Modul má tvar disku o průměru 2.65 m a výšce 1.58 m a je vybaven na jedné straně fotovoltaickými panely a anténami a z druhé strany (ze strany připojeného přistávacího pouzdra) nádržemi paliva. Na obvodu jsou umístěny korekční motorky, hvězdný skener a sluneční čidlo.

Jako jednosložkové palivo pro raketové motory je použit hydrazin skladovaný ve dvou kulových titanových nádržích. Vzhledem k tomu, že celá stanice rotuje rychlostí asi 2 ot./min je palivo odstředivou silou tlačeno k ústí nádrží a dále palivovým potrubím ke dvěma skupinám raketových motorků, z nichž každá obsahuje čtyři jednotky mířící do různých směrů.

K určení orientace se používá skener hvězd a sluneční senzor. Protože sluneční články roveru, jsou ukryty uvnitř aerodynamického krytu, je nutné, aby byl přeletový modul vybaven vlastním zdrojem energie. Sluneční baterie namontované na zadní straně mají výkon 600 W v blízkosti Země a přibližně poloviční při příletu k Marsu.

Přebytečné teplo se odvádí přes radiátory namontované na obvodu přeletového modulu freonovým chladícím okruhem.

Systémy vstupu do atmosféry, sestupu a přistání EDLS [=Entry, Descent and Landing System] slouží k bezpečnému dopravení roveru na povrch Marsu po oddělení sestupového pouzdra od přeletového modulu, který po splnění svého poslání zaniká v atmosféře. EDSL sestává z aerodynamického krytu, padáku a airbagů.

Aerodynamický kryt je složen z přední a zadní poloviny. Jeho konstrukce vychází z osvědčeného zařízení použitého při misích Viking 1 a Viking 2 z roku 1976 a Mars Pathfinder z roku 1997.

Padák je složen v zadní části krytu a po rozvinutí má průměr asi 15 m. Byl testován při simulovaných marsovských podmínkách v obřím aerodynamickém tunelu ve středisku Ames Research Center NASA v Sunnyvale (Kalifornie). Zadní polovina krytu nese měřič zrychlení, který stanoví správný okamžik pro uvolnění padáku. Na spodní straně pláště jsou dále raketové motorky na tuhé pohonné látky, které dále sníží rychlost klesání a dopřednou rychlost krátce před přistáním.

Zadní díl krytu s padákem má hmotnost 198 kg a přední tepelný štít dalších 90 kg.

Airbagy, které vycházejí z koncepce Mars Pathfinder, ztlumí dopad přistávacího modulu na povrch. Na každé straně složeného čtyřbokého přistávacího aparátu (lander) je připojeno po šesti prázdných vacích těsně vedle sebe. Ze zásobníku plynu se prudce naplní vaky na tlak asi 6900 Pa. Každý airbag má dvojitý plášť, což snižuje nebezpečí, že se po nárazu na ostrou hranu kamene prořízne. Je vyroben ze šesti vrstev speciální polymerové tkaniny pětkrát pevnější než ocel. Speciální vlákno Vectran se používá mj. také pro tětivy luků a výplety tenisových raket.

Přistávací aparát (lander) o hmotnosti 365 kg je zařízení, které zajistí, pokud to bude nutné, otočení vozidla (roveru) do pracovní polohy a poté poslouží jako stavitelná plošina, ze které sjede rover na povrch Marsu. Mimo to nese dvojici antén a radarový výškoměr sloužící k načasování jistých úkonů při sestupu.

Základní konstrukční prvek tvoří čtyři trojúhelníkovité desky vyrobené z kompozitního materiálu. Tři desky jsou připevněny na závěsech centrálního základního trojúhelníku. Vozítko během letu a přistávání stojí připevněno na této centrální části. Po složení bočních desek, vytvoří lander těleso tvaru čtyřbokého hranolu s landerem uvnitř. Lander se může po přistání zastavit s kteroukoliv stěnou zespodu. Pokud přistane na boční stěně, lze pomocí otevírání bočních desek, které jsou ovládány elektrickým motorem v závěsech desek, převrátit celou sestavu do správné polohy.

Další motor slouží k odstranění vypuštěných airbagů. Přes žebra a kabely se položí rampa vyrobená ze stejného materiálu jako ochranné vaky a která poslouží jako povrch, po němž může sjet rover na povrch planety. Boční trojúhelníkovité desky mají možnost se nastavit tak, aby sjezd roveru byl co nejsnadnější.

Lander nese disk DVD, na kterém jsou zaznamenána jména 4 miliónů lidí z celého světa, kteří se přihlásili v kampani "Pošli své jméno na Mars", ukončené v listopadu 2002.

Rover sjíždí na povrch - 900x723x16M (45 kB) Automatické vozítko (rover) je hlavním objektem mise MER. Jedná se o mobilní geologickou laboratoř, která má provádět průzkum místa přistání a přejíždět k detailnímu zkoumání vybraných skalisek.

MER [=Mars Exploration Rover] se v mnoha směrech liší od svého předchůdce Sojourner při misi Mars Pathfinder. Sojourner byl dlouhý asi 0.65 m a vážil 10 kg. MER má rozměry 1.5x2.3x1.6 m (výška x šířka x délka) a váží 174 kg. Sojourner během 12 týdnů činnosti ujel vzdálenost o délce fotbalového hřiště. MER má projet vzdálenost 6 a 10x delší během tří měsíců primární mise. Sojourner nenesl hlavní telekomunikační zařízení, kameru a počítač - toto bylo umístěno na přistávacím aparátu. Vozítko MER má tato zařízení na své palubě a se svým landerem po vyjetí na povrch již dále nespolupracuje.

Základní prvkem roveru MER je kompozitová voštinová konstrukce WEB [=Warm Electronic Box] izolovaná materiálem zvaným aerogel. Shora je zakryta trojúhelníkovitou palubou, na níž jsou místěna další zařízení. Jsou zde upevněny tři antény, kamerový stožár a panel slunečních baterií. Další solární panely jsou připojeny na závěsech na bocích trojúhelníku paluby. Tyto panely se rozklápějí až na povrchu Marsu a spolu vytvářejí sluneční baterii o ploše 1.3 m2. Články mohou vyrobit skoro 900 Wh za jeden sol (marsovský den) na začátku mise. Na konci tříměsíční primární mise se ale vlivem předpokládaného zaprášení a sezónních vlivů sníží tento výkon na 600 Wh/sol. Sluneční baterie dobíjejí dvě lithiové akumulátorové baterie umístěné uvnitř WEB. Solární články společně s bateriemi poskytují výkon 140 W.

Rover se pohybuje na šestikolovém podvozku s kyvným uložením kol, které umožňují překonávání překážek větších než je průměr kola (0.26 m). Rozložení hmotnosti roveru zajišťuje stabilitu i na svazích o sklonu až do 45° v kterémkoliv směru, přičemž ale palubní počítač povoluje maximálně 30°. Přední a zadní dvojice má samostatné ovládání, což dovoluje provádět otočky prakticky na místě.

Navigační software a schopnosti vyhodnotit nebezpečí kolize palubního počítače umožňuje postupovat samostatně v zadaném směru podle denního souboru povelů. Rychlost přesunu je až 50 mm/s (180 m/h) na rovném a tvrdém povrchu, ale při činnosti automatického navigačního systému je průměrná rychlost asi pětinová.

Pod úrovní paluby jsou namontovány dvě stereoskopické kamery identifikace kolizí - jedna vpředu a jedna vzadu. Kromě navigační funkce přední kamera snímá rovněž práci robotizované ruky. Další dva páry stereoskopických kamer se nacházejí na stěžni vystupujícím nad palubu. Panoramatická kamera je součástí souboru vědeckých přístrojů, širokoúhlá kamera s nízkým rozlišením je další součástí navigačního systému. Na stěžni se nachází ještě další z vědeckých přístrojů - miniaturní spektrometr měřící tepelné vyzařování.

Zbytek vědeckých přístrojů se nachází na konci robotické ruky IDD [=Instrument Deployment Device], která je při jízdě schována pod přídí vozítka. Ruka se vysunuje dopředu jakmile se rover nachází v poloze vhodné pro průzkum jednotlivého kamene nebo kusu zeminy.

Baterie a ostatní části, které nejsou schopné přečkat studenou marťanskou noc, spočívají ve vyhřívaném bloku elektroniky WEB. Teploty na Marsu mohou v noci poklesnout až na -105°C, přičemž akumulátory je nutno udržovat při teplotě nad -20°C pokud dodávají proud a nad 0°C během dobíjení. Teplo uvnitř WEB se získává z elektrických topných těles, osmi radioizotopových topidel a využívá se rovněž odpadního tepla z elektronických součástek.

Každý z izotopových topných článků produkuje kolem 1 W tepla a obsahuje 2.7 g PuO2 ve tvaru válečku o průměru a délce několika mm. Váleček je zapouzdřen v plášti ze slitiny Pt-Rh a navíc obalen několika vrstvami kompozitního materiálu. Výsledkem je článek podobající se tvarem i velikostí obyčejné baterii typu C. Tato konstrukce zahrnující mnohonásobnou ochranu byla intenzívně zkoušena a panuje přesvědčení, že je schopna zajistit uzavření radioaktivního materiálu i při havárii během startu nebo přistání.

Počítač na palubě roveru používá 32 bitový procesor Rad 6000, který je odolnější proti radiaci.

Komunikace roveru se Zemí se předpokládá jednak přímo na stanice DSN [=Deep Space Network] v pásmu X (8 GHz) nebo se má využívat kapacity družic obíhajících v této době Mars - Mars Global Surveyor, 2001 Mars Odyssey a pokusně též Mars Express jako retranslačních stanic. V tomto případě má probíhat komunikace v pásmu UHF. Rover používá tyčovou anténu s malým ziskem a otočnou vysokoziskovou parabolickou anténu umístěné na horní podstavě vozítka.

Vědecké vybavení

Mise Mars Exploration Rover má za cíl zkoumat historii vývoje klimatu a výskytu vody na těch místech Marsu, které mohly být v minulosti příznivé pro vznik života. Každý rover je vybaven souborem vědeckých přístrojů umožňujících prošetřit geologickou minulost kamenů a půdy v místě přistání, zjišťovat jakou roli při jejich formování hrála voda a stanovit jak vhodné podmínky pro život se na tomto místě v minulosti nacházely.

Hlavním úkolem mise MER je především:

  • hledat a zkoumt skály a půdu, které by si mohly udržet stopy minulé vodní aktivity (např. minerály s vázanou vodou, horniny vznikající splavováním, sedimentací, odpařováním nebo hydrotermálnímí procesy);
  • prozkoumat místo přistání, které bylo vybráno na základě snímkování z oběžné dráhy s velkou pravděpodobností, že bude obsahovat příznaky fyzikálních a chemických účinků vody v tekutém skupenství;
  • určit prostorové rozložení a složení minerálů, skal a půdy v okolí místa přistání;
  • určit původ místních povrchových geologických procesů, morfologii a chemické složení;
  • zkalibrovat a ověřit data získávaná dálkovým pozorováním;
  • u minerálů obsahujících železo identifikovat a kvantifikovat relativní množství jednotlivých minerálů, které obsahují vodu nebo hydroxyly nebo které ukazují na vznik v přítomnosti vody jako např. železo obsahující karbonáty;
  • odhalit stopy geologických procesů, které jsou podmíněny přítomností vody v tekutém stavu a stanovit, zda tyto podmínky mohly vést ke vzniku života.

Soubor vědeckých přístrojů se souhrnně označuje jako vědecké vybavení Athena (Athena science payload). Hlavním garantem je Cornell University v Ithace (stát New York). Soubor Athena byl původně vyvíjen pro jinou misi vybavenou přistávací aparaturou a automatickým vozítkem, později byl přizpůsoben pro MER. Skládá se z dvojice experimentů pro průzkum místa přistání na tělese vozidla a dalších tří přístrojů umístěných na mechanické ruce pro zkoumání skalisek z bezprostřední blízkosti. Na ruce je též zařízení, kterým je možno proniknout pod vrchní vrstvu kamenů. Přístroje jsou doplněny magnety a kalibračními etalony.

Pro průzkum místa přistání jsou určeny následující přístroje umístěné na stožáru nad roverem:

  • Stereoskopická barevná panoramatická kamera s vysokým rozlišením je určena ke sledování povrchu a jako doplněk k navigaci vozítka. Rozlišení kamer má být třikrát vyšší než bylo rozlišení u mise Mars Pathfinder. Pomocí obrazu z kamer se má rozhodovat, které kameny nebo půdní regiony se mají detailně analyzovat. Poskytují informace o charakteru povrchu, rozložení blízkých kamenů a o přítomnosti tvarů modelovaných dávnými vodními toky. Kamery dodala JPL, Passadena (USA).
  • Miniaturní infračervený spektrometr je přístroj měřící tepelné vyzařování objektů. Může dálkově informovat o mineralogickém složení povrchových útvarů a pomáhat ve výběru objektů pro detailní zkoumání. Pozorování v infračerveném oboru umožňuje částečně pronikat pod prachové nánosy na kamenech, rozpoznávat karbonáty, silikáty, organické molekuly a minerály vznikající ve vodním prostředí. Pomocí infračervených paprsků lze měřit tepelnou kapacitu balvanů a půdy a schopnost udržovat teplo během marsovského dne. Kromě výzkumu kamenů lze tímto přístrojem měřit teplotní profil atmosféry. Tato data budou srovnávána s pozorováním prováděným na sondě Mars Global Surveyor na oběžné dráze. Přístroj poskytla Arizona State University v Tempe (USA).

Na robotické ruce se nacházejí:

  • Mikroskopový zobrazovač je kombinací mikroskopu a televizní kamery. Poskytuje pohledy z extrémní blízkosti (řádově v desetinách mm) na povrchové detaily prozkoumávané dalšími přístroji na ruce a tím umožňuje uvádět naměřená data o minerálech a prvcích do souvislostí. Zobrazovač umožňuje charakterizovat usazené horniny a tím pomáhá vědcům v pochopení dávného vodního prostředí na Marsu. Přístrojem lze rovněž získávat informace o malých detailech vzniklých impaktní nebo vulkanickou cestou a také pozorovat malá zrnka minerálů jako například karbonátů, které by mohly obsahovat mikrofosílie tak jak byly objeveny v proslaveném meteoritu ALH84001, o němž se předpokládá, že pochází z Marsu. Přístroj dodala JPL, Passadena (USA).
  • Mössbauerův spektrometr je určen pro stanovení chemického složení minerálů především u těch, které obsahují železo a které je obtížné zkoumat jinými metodami. Tato měření jsou opět významná pro pochopení prvotních podmínek na Marsu. Spektrometr umí měřit magnetické vlastnosti povrchového materiálu a identifikovat minerály, které vznikaly v teplém vodním prostředí a které mohly zachovat stopy fosilního života. Přístroj používá dva zářiče 57Co. Zařízení pro misi dodala Universita Johannesa Gutenberga, Mainz (Německo).
  • Rentgenový spektrometr částic alfa provádí přesnou prvkovou analýzu skal a půdy. Toto měření doplňuje data získaná předchozími přístroji. Pomocí částic alfa lze rozlišit všechny hlavní prvky kromě vodíku. Prvková analýza slouží k získání obrazu o složení vrstev půdy, vodních procesech a vodní aktivitě. Jako zdroj záření se používá malé množství 244Cm. Za přístroj je odpovědný Institut Maxe Plancka, Mainz (Německo).

Přístroje namontované na mechanické ruce jsou doplněny zařízením RAT [=Rock Abrasion Tool], dodaným firmou Honeybee Robotics, New York (USA), což je miniaturní bruska sloužící k odstranění prachu a horních vrstev zkoumaného objektu, silně poznamenaných povětrnostními podmínkami. Bruska je ekvivalentem geologického kladívka používaného na Zemi. RAT je schopen očistit plošku o průměru 45 mm a hloubce 5 mm.

Jako pomocné zařízení pro vědecké přístroje nese rover dále:

  • 3 sady magnetů určené pro zachycení prachu pro analýzu dalšími přístroji. Jedna sada je instalována na mechanické ruce a sbírá prach vznikající při práci brusky. Druhá sada zachycuje prach z atmosféry a nachází se na přední části roveru. Poslední sada je namontována na horní straně vozítka v dohledu televizní panoramatické kamery a zachycuje magnetické částice ve větru. Magnety pro misi MER dodal Institut Nielse Bohra z Kodaně (Dánsko).
  • kalibrační etalony slouží k jemnému nastavení nejenom televizních kamer ale i ostatních přístrojů. Pro kalibraci panoramatické kamery je použita barevná tabulka se středovou tyčkou, což připomíná sluneční hodiny. Pomocí barevných terčů v rozích etalonu lze seřizovat barevné nastavení a pomocí stínu vrhaného centrální tyčkou lze upravovat kontrast snímků.

Uskutečněné starty

Název COSPAR Start Hodnocení
Spirit 2003-027A 2003-06-10 Přistál na Marsu 2004-01-04.
Opportunity 2003-032A 2003-07-08 Přistál na Marsu 2004-01-25.

Fotogalerie

Fotogalerie obsahuje celkem 8 obrázků, nejnovější byl přidán 2003-08-10.

Literatura

  1. NASA: Mars Exploration Rover Launches - Press Kitt, June 2003

Reakce čtenářů (číst/přidat)

Počet reakcí: 1
Poslední: 2004-01-06 07:35:50

Verze pro tisk

 

Související články

(originál je na http://spaceprobes.kosmo.cz/index.php?cid=36)

Stránka byla vygenerována za 0.103199 vteřiny.