Marsjańska misja łazika Perseverance. Powiercić, polatać i… złapać oddech

Grzegorz Jasiński: Ten lądownik jest początkiem misji, która ma składać się z misji trzech pojazdów kosmicznych, które w sumie będą miały za zadanie przeniesienie na Ziemię próbek z powierzchni Marsa. Zadaniem łazika Perseverance jest właśnie pobranie tych próbek. Jak będzie to robił?

Gordon Wasilewski: Zgadza się, łazik, tak jak poprzednie, jest wyposażony w urządzenie wiertnicze, tym razem jest to taka rdzeniówka, która będzie pobierać te skalne rdzenie do specjalnych magazynków. W niektórych wypadkach będzie też pobierać – nazwijmy to- otoczenie tej próbki, magazynować gazy, które w trakcie tego pobierania będą w otoczeniu. Będzie to magazynować na swoim pokładzie. Ma być przynajmniej 20 operacji poboru tych próbek z różnych miejsc, niezwykle ciekawych z punktu widzenia geologicznego i astrobiologicznego. Miejsce lądowania jest starożytnym jeziorem i starożytnym korytem rzecznym z czasów, kiedy na Marsie występowała gęsta atmosfera. Warunki w analogicznym okresie ziemskim pozwalały na to, żeby życie się uformowało. Możemy sądzić, że w analogicznym okresie marsjańskim również takie warunki istniały, co mogło skutkować też powstaniem życia. Tak więc w tych próbkach może być to, czego szukają naukowcy. Taka odpowiedź na odwieczne pytanie, czy jesteśmy sami w kosmosie. Nawet jeżeli tą odpowiedzią będzie jakaś forma już nieistniejącego, prymitywnego życia, bądź istniejącego prymitywnego życia, to będzie absolutnie przełomowe odkrycie.

Naukowcy interesują się szczególnie właśnie tym aspektem astrobiologicznym, ale mam wrażenie, że tego typu wiercenia, przechowywanie próbek, mogą się też przydać do tego, co jest szczególnym przedmiotem pana zainteresowania, czyli do ewentualnego pozyskiwania na obcych planetach, czy pewnie też na Księżycu, cennych materiałów…

To nie jest trywialne zadanie, żeby robotycznie taką próbkę pozyskać. Nie jest trywialnym zadaniem, żeby zwiercić skałę czy regolit poza Ziemią, tak więc instrument, który jest na łaziku Perseverance czerpie z najlepszych rozwiązań ziemskich, ale też z najlepszych rozwiązań kosmicznych. Jest dostarczony przez firmę Honeybee Robotics, która już od ponad 20 lat rozwija takie systemy. Ta aparatura jest bardzo szczegółowo zbadana zarówno w warunkach laboratoryjnych, jak i polowych. Czerpie z takiego właśnie długoletniego doświadczenia prac nad podobnymi instrumentami, mniejszymi, większymi, które pozwalają nam te skały zwiercać, badać ich strukturę, kompozycję.

Jakie warunki muszą spełnić materiały, z których takie urządzenia do wiercenia są wykonywane, żeby znieść te kosmiczne okoliczności pracy, te zmiany temperatury?

Zmiany temperatury są rzeczywiście istotne, bo zarówno takie temperatury powierzchniowe na Marsie mają bardzo dużą amplitudę, ale także w samym tym procesie, który polega na wierceniu obrotowo-udarowym, tarcie powoduje również zwiększenie tej temperatury. Tutaj oczywiście amplitudy są spore, więc te materiały muszą te temperatury przetrwać, natomiast tutaj takie najbardziej istotne i zupełnie nieintuicyjne jest samo to, w jaki sposób ten proces przebiega w warunkach pozaziemskich. W warunkach ziemskich zwiercanie skał, zwiercanie gleby jest doskonale znane, wiemy jak sobie z tym radzić. Natomiast w warunkach  planetarnych, w warunkach, kiedy mamy próżnię, niskie temperatury i obniżoną grawitację, to rzeczywiście jest zadanie nietrywialne i często nieintuicyjne. Próżnia powoduje zwiększenie oporów takiego procesu, ale np. natknięcie się na choćby niewielkie ilości lodu pod powierzchnią, powoduje już polepszenie tego procesu. W zupełnie naturalny sposób powstaje płuczka wiertnicza, jaką często stosujemy na ziemi do wyniesienia zwiercin. Tak więc, to są rzeczywiście nietrywialne i intuicyjne zadania. Te procesy są już całkiem dobrze przebadane w warunkach laboratoryjnych, olbrzymich komorach próżniowych, w których symuluje się warunki planetarne, w komorach klimatycznych, w których symuluje się również te zmiany temperaturowe, ale także w warunkach polowych. Często takie urządzenia są wysyłane na próby polowe w warunkach analogicznych do Marsa, czy innych miejsc planetarnych, w odpowiednich geologicznie miejscach na Ziemi. Są to pustynie takie, jak Atacama, czy wyspa Devon w Kanadzie. Takim najbardziej zbliżonym do Marsa miejscem na Ziemi są Suche Doliny McMurdo na Antarktydzie. Tam często takie urządzenia się testuje. Oczywiście to jest również logistycznie trudne przedsięwzięcie i często pokazuje nam, czego nie wiemy, czego jeszcze nie przewidzieliśmy. Często pokazuje nam trudności, jakie to urządzenie może napotkać już rzeczywistych warunkach kosmicznych. Ale oczywiście te rzeczywiste warunki kosmiczne pokazują nam, jak takie urządzenie naprawdę sobie radzi.

Jakie jeszcze elementy tej misji są dla pana najciekawsze?

Dla mnie takim najciekawszym elementem jest instrument MOXIE. MOXIE to jest pierwszy na świecie demonstrator technologii przechwytywania, wykorzystywania i przetwarzania zasobu kosmicznego w miejscu, w którym się je gromadzi. MOXIE jest instrumentem, który przetwarza atmosferyczny dwutlenek węgla Marsa w procesie suchej elektrolizy na tlen. Być może w przyszłości z tego procesu będą korzystać astronauci, którzy zamieszkiwać będą na Marsie. Być może również ten tlen będzie mógł być stosowany jako napęd, monopropelant rakiet i innych systemów mobilności.

To jest taki testowy element misji, który, jakby nie ma przynieść bezpośrednio jakiś naukowych informacji, ale ma pokazać pewne możliwości. Drugim takim elementem jest dość już sławny helikopterek.

Tak jest. Helikopter Ingenuity jest również z takim demonstratorem technologicznym, który ma nam pokazać, że rzeczywiście tak jak w warunkach laboratoryjnych, tak jak w modelach, analizach to zostało przetestowane, ten helikopter rzeczywiście sprawdzi się w warunkach marsjańskich. Rzeczywiście to jest niezwykle ciekawe urządzenie, niezwykle ciekawe z punktu widzenia przyszłych badań marsjańskich, ponieważ taki system helikoptera, drona może nam znacząco pomagać w poszukiwaniach zasobów, w transporcie różnego rodzaju urządzeń, czy to badawczych, czy takich z których będą korzystać na miejscu astronauci. Tak więc helikopter Ingenuity jest zdecydowanie pasjonującym przedsięwzięciem. Wykorzystuje do poruszania się taki układ Kamowa, współosiowy z dwoma śmigłami kręcącymi się przeciwnym kierunku, też czasem stosowany w rzeczywistych rozwiązaniach.

Na przykład rosyjskich śmigłowcach bojowych…

Dokładnie. Zademonstrowanie tego układu poza Ziemią będzie niezwykle ciekawym przedsięwzięciem.

Tutaj jest istotny ten element, że co prawda na Marsie grawitacja jest mniejsza, znacząco mniejsza, ale z kolei gęstość atmosfery jest ponad sto razy mniejsza. Stąd te śmigła będą musiały się obracać z dużo większą prędkością.

Muszą się obracać z dużo większą prędkością, muszą być też proporcjonalnie dużo większe, niż w takim śmigłowcu podobnej wielkości na Ziemi. To jest małe, niezwykle małe urządzenie, sam śmigłowiec waży około kilograma, półtora kilograma, ma bardzo duże te rotory, które obracają się bardzo szybko. I to, co jest najważniejsze, to, że po odczepieniu tego śmigłowca spod łazika, on będzie musiał kilka, może kilkanaście operacji przetrwać zupełnie samodzielnie. To również nie jest trywialne, bo temperatura, która panuje w nocy, brak możliwości zasilania się z paneli słonecznych w nocy, jest bardzo trudny w okiełznaniu. Ale miejmy nadzieję, że to się temu śmigłowcowi uda. On bardzo konserwatywnie będzie się na powierzchni Marsa poruszał, ma osiągać wysokość około 5 metrów i najdalej sięgać 50 metrów od miejsca startu, więc te operacje są całkiem konserwatywne. W rzeczywistości – w przyszłości – jeśli demonstracja się uda, będzie wykorzystywany zdecydowanie szerzej.

Czy jest jakiś system zabezpieczenia, żeby helikopter nie wleciał w łazika? Czy coś słyszał pan o tym, czy zabezpieczono się w jakiś sposób? Lot tego helikoptera będzie oczywiście sterowany komputerowo, nie dałoby się tego tak po prostu zrobić, filmy z testów pokazywały, że przy próbach ręcznego sterowania podczas pierwszych wzlotów te urządzenia się rozbijały. Więc oczywiście będzie sterowany komputerowo i jak rozumiem, muszą jakoś zabezpieczyć, żeby on przypadkiem w tym swoim entuzjazmie latania nie posunął się za daleko.

Rzeczywiście lot może być autonomiczny, więc może ten system autonomicznego sterowania będzie w takich szczególnych wypadkach wykorzystany. Na pewno przy takich okazjach to jest zabezpieczone. Natomiast generalnie planowanie tego lotu odbywa się już przez ludzi, teleoperacyjnie. Oczywiście to polega na tym, że taka trajektoria, miejsce startu i lądowania są zadawane i potem ten śmigłowiec musi to wykonać najlepiej jak potrafi, ale to rzeczywiście jest teleoperowane z Ziemi, jak tylko się da. Miejmy nadzieję, że żadnego wypadku lotniczego, pierwszego wypadku lotniczego na Marsie, nie zobaczymy. Miejmy nadzieję, że to będzie wydarzenie na miarę lotu braci Wright.

Jak pan ocenia, na ile te misje, korzystające z dorobku poprzednich, o czym pan mówił, ale też pionierskie, wykorzystujące nowe pomysły, nowe idee, pomagają w pracy twórcom innych urządzeń. Astronika m.in. zbudowała marsjańskiego Kreta. Tu niestety Kret mimo swoich zdolności i uporczywego kopania nie był w stanie wykonać misji, bo warunki na miejscu były inne, niż się spodziewano, ale oczywiście pracujecie państwo nad kolejnymi rozwiązaniami. Na ile ten, z jednej strony wyścig kosmiczny, z drugiej strony po prostu odkrywanie nowych granic możliwości sprzętu, aparatury, pomaga w rozszerzaniu horyzontów także w państwa pracy.

Każda taka misja, niezależnie od tego, czy jest w pełni udana, czy nie w pełni udana, daje nam nowe informacje do tego, jak najlepiej projektować urządzenia, jak przeciwstawiać się tym ekstremalnym warunkom, o których wiemy całkiem sporo, ale jeszcze nie wszystko. Więc każde takie dane, każde takie informacja są bardzo cenne i czerpiemy z tego na bieżąco. Zawsze korzystamy z rozwiązań najlepszych z możliwych, jakie są dotychczas znane. W przypadku Perseverance i tego nowego lądowania zdecydowanie będziemy się mocno skupiać na tym, jak radzi sobie na Marsie właśnie urządzenie wiertnicze. Te interakcje urządzenie – regolit, metal regolit są znane tylko w ograniczonym zakresie, więc każde dane są tu na wagę złota i zdecydowanie przybliżą nas do tego, by jeszcze lepiej w przyszłości projektować takie urządzenia i skuteczniej obniżać ryzyko takich misji.