Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Przed NASA i ESA nowe wielkie wyzwanie – przywiezienie próbek Marsa na Ziemię

Recommended Posts

Teraz, gdy łazik Perseverance pracuje na Marsie, przed NASA i ESA stoi nowe niezwykle trudne wyzwanie. Obie agencje przygotowują Mars Sample Return, misję, w ramach której próbki zebrane przez Perseverance mają trafić na Ziemię. Jeśli misja się uda, otworzy ona nowy rozdział w robotycznej eksploracji kosmosu.

Zgodnie z założeniami Mars Sample Return najpierw na Czerwoną Planetę zostanie wysłana misja Sample Retrieval Lander. Wyląduje ona w pobliżu miejsca lądowania misji Mars 2020 – czyli łazika Perseverance – i umieści tam specjalną platformę, z której wyjedzie zbudowany przez ESA niewielki łazik, Sample Fetch Rover. Łazik pozbiera próbki przygotowane przez Perseverance i wróci z nimi do platformy. Tam załaduje je do kontenera wielkości piłki do koszykówki znajdującego się na pokładzie Mars Ascent Vehicle (MAV). MAV będzie pierwszym w historii pojazdem, który wystartuje z powierzchni Marsa. Jego zadaniem będzie dostarczenie kontenera na orbitę Marsa.

W tym czasie na orbicie Czerwonej Planety krążył będzie Earth Return Orbiter autorstwa ESA. Ma on przechwycić orbitujący kontener, zdekontaminować go i umieścić w kapsule lądującej. Earth Return Orbiter wróci następnie w okolice Ziemi i uwolni kapsułę, która trafi na naszą planetę.

Skoordynowanie i przeprowadzenie tak złożonej misji to poważne wyzwanie inżynieryjne. Dość wspomnieć, że wszystko musi odbyć się automatycznie i musi udać się za pierwszym razem. Odległość pomiędzy Marsem a Ziemią jest tak duża, że sygnał w obie strony biegnie kilkanaście minut. Jeśli więc w krytycznych momentach misji pojawią się nieprzewidziane problemy, ludzie nie będą mogli im zaradzić.

Największe wyzwanie będzie stanowiło przeprowadzenie startu MAV z powierzchni Marsa. Za opracowanie odpowiednich technologi odpowiedzialna jest firma Northrop Grumman. Tworzymy napęd na paliwo stałe, który wyniesie MAV na orbitę. To kluczowy element powrotu próbek na Ziemię, mówi Mike Lara, dyrektor firmy ds. strategii i rozwoju biznesowego. Anita Sengupta, inżynier na Wydziale Inżynierii Kosmicznej University of Southern California mówi, że głównym problemem jest tutaj uwzględnienie różnic w grawitacji i oddziaływaniu atmosfery Marsa i Ziemi.

Grawitacja na Ziemi jest trzykrotnie większa. A ciśnienie na powierzchni Marsa jest około 100-krotnie niższe niż na Ziemi. Patrząc tylko na te czynniki, wyniesienie z Marsa tej samej masy co z Ziemi wymaga znacznie mniejszej rakiety. Jednak prawdziwym wyzwaniem jest fakt, że na miejscu nie będzie ludzi. Wszystko trzeba zrobić automatycznie. To musi zadziałać za pierwszym razem, stwierdza uczona.

Nawet na Ziemi, gdy mamy pełną kontrolę, start rakiety jest poważnym wyzwaniem, a niewielkie problemy techniczne czy zła pogoda niejednokrotnie powodują, że start przerywany jest dosłownie w ostatnich sekundach, przypomina Lara. Inżynierowie pracujący nad napędem dla MAV muszą też pamiętać, że na Marsie panują bardzo niskie temperatury. Sample Fetch Rover będzie zbierał pozostawione przez Perseverance próbki przez około 18 miesięcy. W tym czasie MAV będzie czekał na powierzchni Czerwonej Planety. Inżynierowie muszą więc zaprojektować taki system utrzymywania odpowiedniej temperatury układu napędowego, by MAV mógł bez przeszkód wystartować po kilkunastu miesiącach postoju w temperaturach minus kilkudziesięciu stopni Celsjusza.

Na szczęście dysponujemy odpowiednimi modelami i mocami obliczeniowymi, dzięki którym inżynierowie będą mogli sprawdzić np. jak zachowuje się paliwo w takich warunkach. Ponadto wiele systemów zostanie zdublowanych, więc gdy jeden zawiedzie, można będzie uruchomić drugi.

Bardzo pomocne będzie też to, czego dowiedzieliśmy się podczas misji Apollo, kiedy to startowano z powierzchni Księżyca, oraz z innych misji. Każda misja uczy nas czegoś, co wykorzystujemy w kolejnych misjach. Tak naprawdę jest to kwestia dobrego rozumienia fizyki, mówi Sengupta.

 


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Dzisiaj o godzinie 16:19 czasu polskiego ma wystartować misja Psyche. Jej celem jest wyjątkowy obiekt – największa w Układzie Słonecznym metaliczna asteroida Psyche. Znajduje się ona w głównym pasie planetoid, a wystrzelony pojazd będzie musiał przebyć 3,5 miliarda kilometrów zanim do niej dotrze. Dotychczas wysłane przez ludzi pojazdy odwiedzały obiekty zbudowane ze skał czy lodu. NASA wysyła zaś satelitę do asteroidy o wysokiej zawartości żelaza. W przeszłości Psyche mogła być jądrem planetozymalu, zalążka planety. Może być też pozostałością po obiekcie nieznanego obecnie typu, który był bogaty w żelazo i formował się gdzieś w Układzie Słonecznym.
      Badania Psyche – jeśli rzeczywiście jest to jądro planetozymalu – mogą pokazać, jak wygląda jądro Ziemi lub innych podobnych planet. Z tego punktu widzenia misję można uznać za wyprawę do wnętrza Ziemi. Nie jesteśmy w stanie bezpośrednio obserwować ziemskiego jądra. Psyche może dać nam taką możliwość i stanowić jedyną w swoim rodzaju okazję do badania początków planet typu ziemskiego.
      Psyche ma nieregularny kształt, jeśli wyobrazimy sobie ją jako owal, to wymiary asteroidy wyniosą 280x232 kilometry. Powierzchnia asteroidy wynosi 165 800 km2, czyli ponad połowę powierzchni Polski. Asteroida jest bardzo gęsta. Jej metr sześcienny ma masę 3400–4100 kilogramów. Odległość planetoidy od Ziemi waha się od 300 do 600 milionów kilometrów. Dla porównania warto pamiętać, że średnia odległość Ziemi od Słońca to 150 milionów kilometrów.
      Dotychczasowe badania, dokonywanie za pomocą radarów i mierzenia inercji termalnej wskazują, że Psyche to połączenie skał i metalu, a metal stanowi od 30 do 60 procent objętości asteroidy. Obserwacje radarowe i za pomocą teleskopów optycznych pozwoliły naukowcom na stworzenie trójwymiarowego modelu asteroidy. Wynika z niego, że znajdują się na niej dwa obniżenia podobne do kraterów, a na powierzchni występują znaczne różnice w kolorze i zawartości metalu. Dopóki jednak ludzkość nie wyśle na Psyche sondy, nie może być pewna, jak asteroida w rzeczywistości wygląda.
      Pojazd Psyche ma wielkość półciężarówki. Dotrze do celu w lipcu 2029 roku i przez 2 lata będzie krążył wokół asteroidy, prowadząc badania. Wyposażono go w kamerę multispektralną, która wykona zdjęcia zarówno w paśmie widzialnym, jak i w podczerwieni. Spektrometr rentgenowski i neutronowy pozwoli na badanie składu powierzchni asteroidy, a za pomocą magnetometru można będzie zmierzyć jej pole magnetyczne. Skaliste planety, takiej jak Ziemia, generują pole magnetyczne w płynnych metalicznych jądrach. Niewielkie zamrożone obiekty, jak asteroidy. Nie mają pola magnetycznego. Jeśli zaś magnetometr wykryje na Psyche pozostałości pola magnetycznego, będzie to silnym potwierdzeniem hipotezy, że asteroida to pozostałość jądra formującej się planety. Naukowcy liczą też na to, że na Psyche znajdą ślady ferrowulkanizmu. To nigdy nie obserwowane zjawisko, polegające na erupcji płynnego żelaza, do której dochodziło, gdy stygł odłupany od planety fragment jądra.
      Przy okazji misji Psyche NASA przetestuje system kosmicznej komunikacji laserowej (DSOC – Deep Space Optical Communications). Obecnie kontakt z pojazdami pracującymi poza Ziemią zapewniają fale radiowe. Mają one częstotliwość od 3 Hz do 3 THz. Tymczasem częstotliwość lasera podczerwonego sięga 300 THz, zatem transmisja danych za pośrednictwem laserów byłaby nawet 100-krotnie szybsza niż za pomocą fal radiowych. Ponadto laserowe systemy komunikacji są znacznie mniejsze i lżejsze, niż systemy komunikacji radiowej, co ma olbrzymie znaczenie podczas misji w kosmosie. Psyche nie będzie polegała na DSOC, a na standardowej komunikacji radiowej. Jeśli jednak testy systemu laserowego wypadną pomyślnie, będzie może zacząć stosować lasery w misjach kosmicznych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      NASA pokazała pierwsze zdjęcia i ujawniła wyniki wstępnej analizy próbek asteroidy Bennu, które trafiły niedawno za sprawą misji OSIRIS-REx. Badania pokazały, że Bennu zawiera bardzo dużo węgla i wody, co sugeruje, że w próbkach mogą znajdować się składniki, dzięki którym na Ziemi istnieje życie. Próbki dostarczone przez OSIRIS-REx to największa ilość fragmentów asteroidy bogatego w węgiel, jaka kiedykolwiek została przywieziona na Ziemię. Pozwolą one nam oraz przyszłym pokoleniom prowadzić prace nad początkiem życia na naszej planecie, stwierdził dyrektor NASA Bill Nelson.
      Celem misji OSIRIS-REx było przywiezienie na Ziemię 60 gramów materiału. Misja padła jednak ofiarą własnego sukcesu, próbek pobrano więcej i już w przestrzeni kosmicznej pojawiły się problemy. Przez większą niż przewidywano ilość próbek, proces rozładowywania się opóźnił. W ciągu pierwszych dwóch tygodni naukowcy dokonali szybkiej analizy za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego, badań w podczerwieni, rozpraszania promieni rentgenowskich i analizy chemicznej pierwiastków. Wykorzystali też tomografię komputerową do stworzenia trójwymiarowych modeli komputerowych próbek. Już te wczesne badania pokazały wysoką zawartość węgla i wody.
      Bardziej szczegółowe analizy potrwają kolejne dwa lata. Co najmniej 70% próbek Bennu będzie przechowywanych w Johnson Space Center na potrzeby przyszłych badań. Będą one udostępniane też uczonym z zagranicy. Już teraz wiadomo, że ich analizą zainteresowanych jest ponad 200 obcokrajowców.
      Asteroida Bennu ma około 4,5 miliarda lat. Jedna z hipotez dotyczących początków życia na Ziemi mówi, że to właśnie tego typu i podobne obiekty przyniosły na naszą planetę składniki, potrzebne do jego powstania. Dlatego naukowcy mają nadzieję, że badając próbki pobrane bezpośrednio z asteroid pozwolą nam zajrzeć w przeszłość i dowiedzieć się, w jaki sposób powstało życie.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Za nieco ponad tydzień wystartuje misja Psyche, która ma za zadanie zbadanie pochodzenia jąder planetarnych. Celem misji jest asteroida 16 Psyche, najbardziej masywna asteroida typu M, która w przeszłości – jak sądzą naukowcy – była jądrem protoplanety. Jej badanie to główny cel misji, jednak przy okazji NASA chce przetestować technologię, z którą eksperci nie potrafią poradzić sobie od dziesięcioleci – przesyłanie w przestrzeni kosmicznej danych za pomocą lasera.
      Ludzkość planuje wysłanie w dalsze części przestrzeni kosmicznej więcej misji niż kiedykolwiek. Misje te powinny zebrać olbrzymią ilość danych, w tym obrazy i materiały wideo o wysokiej rozdzielczości. Jak jednak przesłać te dane na Ziemię? Obecnie wykorzystuje się transmisję radiową. Fale radiowe mają częstotliwość od 3 Hz do 3 THz. Tymczasem częstotliwość lasera podczerwonego sięga 300 THz, zatem transmisja z jego użyciem byłaby nawet 100-krotnie szybsza. Dlatego też naukowcy od dawna próbują wykorzystać lasery do łączności z pojazdami znajdującymi się poza Ziemią.
      Olbrzymią zaletą komunikacji laserowej, obok olbrzymiej pojemności, jest fakt, że wszystkie potrzebne elementy są niewielkie i ulegają ciągłej miniaturyzacji. A ma to olbrzymie znaczenie zarówno przy projektowaniu pojazdów wysyłanych w przestrzeń kosmiczną, jak i stacji nadawczo-odbiorczych na Ziemi. Znacznie łatwiej jest umieścić w pojeździe kosmicznym niewielkie elementy do komunikacji laserowej, niż podzespoły do komunikacji radiowej, w tym olbrzymie anteny.
      Gdyby jednak było to tak proste, to od dawna posługiwalibyśmy się laserami odbierając i wysyłając dane do pojazdów poza Ziemią. Tymczasem inżynierowie od dziesięcioleci próbują stworzyć system skutecznej komunikacji laserowej i wciąż im się to nie udało. Już w 1965 roku astronauci z misji Gemini VII próbowali wysłać z orbity sygnał za pomocą ręcznego 3-kilogramowego lasera. Próbę podjęto na długo zanim w ogóle istniały skuteczne systemy komunikacji laserowej. Późniejsze próby były bardziej udane. W 2013 roku przesłano dane pomiędzy satelitą LADEE, znajdującym się na orbicie Księżyca, a Ziemią. Przeprowadzono udane próby pomiędzy Ziemią a pojazdami na orbicie geosynchronicznej, a w bieżącym roku planowany jest test z wykorzystanim Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Psyche będzie pierwszą misją, w przypadku której komunikacja laserowa będzie testowana za pomocą pojazdu znajdującego się w dalszych partiach przestrzeni kosmicznej.
      Psyche będzie korzystała ze standardowego systemu komunikacji radiowej. Na pokładzie ma cztery anteny, w tym 2-metrową antenę kierunkową. Na potrzeby eksperymentu pojazd wyposażono w zestaw DSOC (Deep Space Optical Communications). W jego skład wchodzi laser podczerwony, spełniający rolę nadajnika, oraz zliczająca fotony kamera podłączona do 22-centymetrowego teleskopu optycznego, działająca jak odbiornik. Całość zawiera matrycę detektora składającą się z nadprzewodzących kabli działających w temperaturach kriogenicznych. Dzięki nim możliwe jest niezwykle precyzyjne zliczanie fotonów i określanie czasu ich odbioru z dokładnością większa niż nanosekunda. To właśnie w fotonach, a konkretnie w czasie ich przybycia do odbiornika, zakodowana będzie informacja. Taki system, mimo iż skomplikowany, jest mniejszy i lżejszy niż odbiornik radiowy. A to oznacza chociażby mniejsze koszty wystrzelenia pojazdu. Również mniejsze może być instalacja naziemna. Obecnie do komunikacji z misjami kosmicznymi NASA korzysta z Deep Space Network, zestawu 70-metrowych anten, które są drogie w budowie i utrzymaniu.
      Komunikacja laserowa ma wiele zalet, ale nie jest pozbawiona wad. Promieniowanie podczerwone jest łatwo blokowane przez chmury i czy dym. Mimo tych trudności, NASA nie rezygnuje z prób. System do nadawania i odbierania laserowych sygnałów ma znaleźć się na pokładzie misji Artemis II, która zabierze ludzi poza orbitę Księżyca. Jeśli się sprawdzi, będziemy mogli na żywo obserwować to wydarzenie w kolorze i rozdzielczości 4K.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Indie nie ustają w podboju kosmosu. Przed 9 laty kraj zadziwił świat wprowadzając przy pierwszej próbie swojego satelitę na orbitę Marsa, a przed dwoma tygodniami umieścił na Księżycu lądownik i łazik. Teraz dowiadujemy się, że Indyjska Organizacja Badań Kosmicznych (ISRO) z powodzeniem wystrzeliła pierwszą indyjską misję w kierunku Słońca.
      Misja Aditya-L1, nazwana tak od boga Słońca, zostanie umieszczona – jak wskazuje drugi człon jej nazwy – w punkcie libracyjnym L1. Znajduje się on pomiędzy Słońcem a Ziemią, w odległości około 1,5 miliona kilometrów od naszej planety. Dotrze tam na początku przyszłego roku. Dotychczas pojazd z powodzeniem wykonał dwa manewry orbitalne.
      Na pokładzie misji znalazło się siedem instrumentów naukowych. Jej głównymi celami jest zbadanie korony słonecznej, wiatru słonecznego, zrozumienie procesów inicjalizacji koronalnych wyrzutów masy, rozbłysków i ich wpływów na pogodę kosmiczną w pobliżu Ziemi, zbadanie dynamiki atmosfery Słońca oraz rozkładu wiatru słonecznego i anizotropii temperatury.
      Za badania korony naszej gwiazdy i dynamiki koronalnych wyrzutów masy odpowiadał będzie instrument VELC (Visible Emission Line Coronograph), z kolei SUI (Solar Ultra-violet Imaging Telescope) zobrazuje foto- i chromosferę gwiazd w bliskim ultrafiolecie i zbada zmiany irradiancji. APEX i PAPA (Aditya Solar wind Particle EXperiment i Plasma Analyser Package for Aditya) będą opowiadały za badania wiatru słonecznego, jonów i rozkładu energii, a dzięki instrumentom SoLEX i HEL1OS (Solar Low Energy X-ray Spectrometer, High Energy L1 Orbiting X-ray Spectrometer) pogłębimy naszą wiedzę o rozbłyskach w zakresie promieniowania rentgenowskiego. Ostatni z instrumentów, magnetometr, zbada pola magnetyczne w L1.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Indyjska misja Chandrayaan-3 wylądowała na Księżycu. Tym samym Indie stały się czwartym, po USA, ZSRR i Chinach, krajem, którego pojazd przeprowadził miękkie lądowanie na Srebrnym Globie. Chandrayaan-3 wylądowała bliżej bieguna południowego, niż wcześniejsze misje. Biegun południowy jest ważny pod względem naukowym i strategicznym. Znajdują się tam duże zasoby zamarzniętej wody, które w mogą zostać wykorzystane jako źródło wody pitnej dla astronautów oraz materiał do produkcji paliwa na potrzeby misji w głębszych partiach kosmosu.
      Indie dokonały więc tego, co przed kilkoma dniami nie udało się Rosji. Jej pojazd, Luna 25, rozbił się 19 kwietnia o powierzchnię Księżyca. Tym samym porażką zakończyło się pierwsze od 47 lat lądowanie na Srebrnym Globie zorganizowane przez władze w Moskwie.
      Misja Chandrayaan-3 składa się z trzech elementów: modułu napędowego, lądownika i łazika. Na pokładzie lądownika Vikram znajduje się niewielki sześciokołowy łazik Pragyan o masie 26 kilogramów. Wkrótce opuści on lądownik i przystąpi do badań. Doktor Angela Marusiak z University of Arizona mówi, że ją najbardziej interesują dane z sejsmometru, w który wyposażono lądownik. Pozwoli on na badania wewnętrznych warstw Księżyca, a uzyskane wyniki będą miał olbrzymi wpływ na kolejne misje.
      Musimy się upewnić, że żadna potencjalna aktywność sejsmiczna nie zagrozi astronautom. Ponadto, jeśli chcemy budować struktury na Księżycu, muszą być one bezpieczne, dodaje. Trzeba tutaj przypomnieć, że USA czy Chiny planują budowę księżycowej bazy.
      Łazik i lądownik są przygotowane do dwutygodniowej pracy na Księżycu. Moduł napędowy pozostaje na orbicie i pośredniczy w komunikacji pomiędzy nimi, a Ziemią.
      Indie, we współpracy z USA i Francją, bardzo intensywnie rozwijają swój program kosmiczny. Lądowanie na Księżycu do kolejny ważny sukces tego kraju. Przed 9 laty Indie zaskoczyły świat umieszczając przy pierwszej próbie swój pojazd na orbicie Marsa.
      W najbliższych latach różne kraje chcą wysłać misje na Księżyc. Jeszcze w bieżącym miesiącu ma wystartować misja japońska. USA planują trzy misje komercyjne na zlecenie NASA, z których pierwsza ma wystartować jeszcze w bieżącym roku. Natomiast NASA przygotowuje się do powrotu ludzi na Księżyc. Astronauci mają trafić na Srebrny Glob w 2025 roku.
      Indie są jednym z krajów, które przystąpiły do zaproponowanej przez USA umowy Artemis Accords. Określa ona zasady eksploracji Księżyca i kosmosu. Umowy nie podpisały natomiast Rosja i Chiny.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...