Avaruusalusten laukaiseminen kohti Marsia on mahdollista
noin 26 kuukauden välein. Tänä vuonna laukaisuikkuna avautuu heinäkuun 22.
päivänä ja sulkeutuu elokuun 15. Mars 2020 suunnitelman mukaan
Persevarance-marskulkija laukaistaan matkaan heinäkuun 30. päivänä[2],
jos sää sen mahdollistaa. Jos viivästyksiä ilmaantuu, laukaisua voidaan yrittää
päivittäin aina elokuun alkupuolelle asti. Saapuminen ja laskeutuminen Marsiin
tapahtuu helmikuun 18 päivänä 2021, riippumatta siitä milloin lähtö tapahtuu.
 |
| Marsin Syrtis Major alue on tumma, hain evää muistuttava alue kuvan yläoikealla. Sen oikeaan reunaan, lähelle kärkeä on suunniteltu Perseverancen laskutrumisalu Jezero-kraatteri. Kuva NASA. |
Lähtö
Laukaisualusta on Cape Canaveralin Ilmavoimien tukikohdan
laukaisukompleksi 41Floridassa. Lähtö sinällään pitäisi olla rutiini juttu,
sillä Alas V kantorakettia on käytetty jo yhdellätoista aikaisemmalla
Mars-lennolla.
 |
| Atlas V -kantoraketti on juuri laukaistu. Kuva NASA. |
Kantorakettina on United Launch Alliance’n (ULA) Atlas V
541. Kantoraketissa on neljä kiinteää ajoanetta sisältävää kiihdytinrakettia,
jotka tuovat lisävoiman laukaisun alkuvaiheessa. Ne irrotetaan noin 1 minuutin
ja 50 sekunnin lennon jälkeen.
Ylimpänä vaiheena on yksimoottorinen Centaur-raketti, joka
irrotetaan ensimmäisestä vaiheesta noin 4 minuutin ja 28 sekunnin lennon
jälkeen. Centaurin rakettimoottori käynnistetään noin 10 sekunnin kuluttua
irrotuksesta ja sammutetaan noin11 minuutin ja 40 sekunnin kuluttua
laukaisusta. Moottori käynnistetään uudelleen, kun lähdöstä on kulunut aikaa 45
minuuttia ja 21 sekuntia, ja sammutetaan ajanhetkellä 52.59. Tämän jälkeen
marsluotain irrotetaan kello 57.42, jonka jälkeen se on matkalla kohti Marsia.
Lähdön aikaan Mars on 105 miljoonan kilometrin etäisyydellä
Maasta ja avaruusaluksen tekemän matkanpituus on 497 miljoona kilometriä.
Laskeutuminen
Laskeutuminen noudattelee jo aikaisemmilla marskulkijoilla
noudatettua rutiinia. Ainoa poikkeus on marskulkijan paino, joka on
merkittävästi suurempi kuin aikaisemmin. Se puolestaan tuo omat vaikeutensa,
sillä lisämassa (126 kg enemmän kuin Curiosityllä) asettaa kaikille
laskeutumiseen vaikuttaville laitteille merkittävästi lisäkuormitusta.
 |
| Perseverancen laskeutumisalue sijaitsee Jezero-kraatterissa, kuvassa alhaalla oikealla.. Kuva NASA. |
Marsia lähestyttäessä laskeutumisosa irrotetaan planeettojen
välisestä lennosta huolehtineesta osasta. Tämä tapahtuu noin 10 minuuttia
ennen kuin laskeutumisosa saapuu Marsin ilmakehään. Precevarance on suojattu
lämpökilvin niin etu- kuin takapuolelta. Laskeutumisosa kuumenee ilmakehän
vastustavan voiman vuoksi ja suurin lämpökuorma kohdistuu laskeutumisosaan noin
80 sekunnin kuluttua ilmakehään saapumisen jälkeen. Suurin jarruttava
kiihtyvyys puolestaan saavutetaan noin 90 sekunnin kohdalla.
Tämän jälkeen laskeutumisosa jatkaa Marsin ilmakehässä
yliäänennopeudella, kunnes noin 4 minuutin kohdalla laskuvarjo
avataan. Tällöin laskeutujalla on korkeutta 9 –13 km ja nopeutta noin 420 m/s.
Laskuvarjo pudottaa nopeutta suhteellisen nopeasti ja noin 20 sekunnin kuluttua
se on pudonnut jo 160 m/s nopeuteen. Tässä vaiheessa myös etupuolen lämpökilpi
irrotetaan ja tutkaohjattu laskeutuminen alkaa noin 4,2 km korkeudella. Aikaa
tässä vaiheessa laskeutumiseen on kulunut 6 minuuttia 55 sekuntia.
Laskeutujan saavutettua noin 2,1 km korkeuden, kulkija
irrotetaan takapuolen lämpökilvestä ja laskuvarjosta. Kulkijan laskeutuminen
tapahtuu tämän jälkeen jarruraketein varustetun osan ohjaamana noin 80 – 110
m/s nopeudella. Laskeutuminen jatkuu näin aina siihen asti kun 21,3 metrin
korkeus Marsin pinnasta saavutetaan. Nopeus tässä vaiheessa on vain 0,75 m/s.
Tällöin kulkija lasketaan roikkumaan vaijereiden varaan ja se saavuttaa pinnan
hyvin nopeasti. Jarrurakettiyksikön moottorit käyvät vielä ja se leijuu
kulkijan yläpuolella hetken, kunnes vaijerit katkaistaan ja se lentää
syrjemmälle, ehkä kilometrin tai kahden etäisyydelle kulkijasta.
Laskeutumispaikka on Jezero-kraatteri[1].
Jezero-kraatteri
Jezero-kraatteri on muinaisen järven pohjaa, jossa on säilynyt
joen suistoalue ja sen sedimentit. Kraatteri näyttää syntyneen noin 3,6
miljardia vuotta sitten aikana, jolloin Marsin arvioidaan olleen lämmin ja
kostea. Tutkijat odottavat saavansa myöhemmin Maahan tuotavien näytteiden
mukana myös fossilisoituneita yksisoluisen elämän merkkejä. Kraatterissa
vallinneet olosuhteet ja myöhempi Marsin kehitys on luoneet Jezerosta
eräänlaisen aikakapselin, joka on säilönyt menneet tapahtumat sedimentteihinsä.
 |
| Perseverancen laskeutumispaikka. Kuva NASA. |
Perseverance
Marskulkija on nimetty Perseverance’ksi. suomalaisittain
nimi merkitsee Sisua, joka tietysti sopii tällaisille äärimmäisiin
olosuhteisiin lähetettäville luotaimille. Kuinka sisukas, tai paremminkin
kuinka kestävä kulkija on, näemme sen sitten tulevaisuudessa. Suunnittelun
lähtökohdaksi on asetettu tavoitteeksi Marsin vuoden (687 Maan
vuorokautta) mittainen työskentelykausi, mutta sitä jatketaan, jos laitteistot
pysyvät toimintakuntoisina.
 |
| Perseverance suljetaan lämpösuojiin, jotka suojaavat sitä laskeutumisen aikana. Kuva NASA. |
Rakenteellisesti luotain muistuttaa aikaisempia kulkijoita, mutta
on kooltaan ja massaltaan näitä massiivisempi. Massan lisäys johtuu tietysti
suuremmasta tutkimuslaitemäärästä ja ennen kaikkea kulkijan kyvystä kerätä
näytteitä Marsin pinnasta. Kairatut näytteet se pakkaa putkiloihin, jotka
pudotetaan matkavarrella Marsin pinnalle odottamaan niiden noutamista. Näyteputkiloita
laitteistossa on kaikkiaan 43 kappaletta, joten näytteitä saataneen
suhteellisen runsaasti. Nämä näytteet pitäisi saapua Maahan vuoden 2031 aikana.
Kulkijan tehtävänä on etsiä mahdollisen elämän jättämiä
jälkiä, olivatpa ne millaisia tahansa. Erityisesti tutkijat odottavat näkevänsä
kivettyneitä stromatoliittejä, jotka ovat syntyneet pikkuruisten levien
kerrostuessa päällekkäin kuin puiden vuosirenkaat. Kraatterin reunat ovat
iältään noin 4 miljardin vuoden ikäisiä, joten jos Marsissa on milloinkaan
ollut elämään, niin sen jättämiä jälkiä tältä alueelta pitäisi löytyä.
Ei ainostaan astrobiologisia testejä, vaan myös monia muita
tutkimuksia sisältyy Perseverancen ohjelmaan. Esimerkiksi tekee havaintoja
Marsin geologiasta. Lisäksi luotaimessa on laite MOXIE (Mars Oxygen In-Situ
Resource Utilization Experiment), jolla yritetään erottaa ilmakehän
hiilidioksidista happea.
Tutkimuslaitteisiin kuuluu myös Mars Environmental Dynamics
Analyzer (MEDA), jolla tehdään havaintoja Marsin säästä ja ilmastosta sekä
pinnalla ja ilmakehässä leijuvan pölyn ominaisuuksista. Lisäksi luotaimessa on Mars
Science Laboratory Entry, Descent ja Landing instrumentointi 2 (MEDLI2), joka
tekee havaintoja laskeutumisen aikana. Laitteisiin on sisällytetty myös pieni
mikrofoni, joten tutkijat voivat, nyt ensikertaa, kuulla miltä laskeutuminen
kuulostaa.
 |
| Perseverance muistuttaa paljon edeltäjiään, mutta on niitä kehittyneempi ja massiivisempi. Kuva NASA. |
Perseverancella on kaikkiaan 19 kameraa, jotka ottavat kuvia
maisemista ja työkalujen (mm. käsivarsi) toiminnasta ja maaperän ja kivien
yksityiskohdista. Lisäksi laskeutumisen aikana on käytettävissä neljä korkean
resoluution kameraa. Kuvat käsitellään osittain suoraan Preseverancen
suurtehotietokoneessa ja niitä voidaan käyttää apuna kulkijan suunnistaessa
vaikeassa maastossa. Tämä nopeuttaa merkittävästi päätöksentekoa ja turvallisen
reitin suunnittelua.
Ingenuity
Aivan uusi tutkimuslaitetyyppi Marsissa on helikopteri, joka
on nimetty Ingenuity'ksi, joka merkitsee nerokkuutta suomeksi käännettynä.
Helikopterissa on kaksi vastakkaisiin suuntiin pyörivää roottoria ja sen akut
lataantuvat laitteen omilla aurinkokennoilla. Täyteen ladatuilla akuilla se
kykenee noin 90 sekuntia kestävään lentoon Marsin äärimmäisen ohuessa
ilmakehässä. Lentokorkeus on vain joitakin metrejä, joten kovin merkittäviä
havaintoja se tuskin tekee. Todellinen tieteellinen ja teknologinen läpimurto
on kuitenkin se, että jos laite pystyy oikeasti lentämään, niin se avaa aivan
uuden tutkimussektorin Marsin tutkimuksessa.
 |
| Ingenuity on suorittamassa tutkimuslentoa tässä havainnekuvassa. Kuva NASA. |
Helilopteri, tai paremminkin drooni, on massaltaan 1,8 kg ja
sen roottorien lapojen kärkiväli on noin 1,2 metriä. Nousuun tarvittava kierrosluku
on noin 50 kierrosta sekunnissa, eli noin kymmenkertainen Maan ilmakehässä
tarvittavaan kierroslukuun verrattuna.
Lento ilman tutkimuslaitteita olisi lähes hyödytöntä. Niin
drooni onkin varustettu pienillä, (matkapuhelimissa käytetyn tyyppisillä)
kameroilla, joista yksi on värillinen ja kaksi mustavalkoisia. Jälkimmäisiä
käytettään navigointiin.
Drooni joutuu koville Marsin olosuhteissa. Päivällä se lataa
akkujaan ja tekee ohjelmaan kuuluvat lennot, mutta yö voi koitua sen
kohtaloksi. Lämpötila laskee noin -140 asteeseen, jota ilman elektroniikka ei
kestäisi ilman lämmitystä. Niinpä akkuihin varastoituneesta energiasta
joudutaankin käyttämään 2/3 elektroniikan lämmittämiseen. Joka tapauksessa
Ingenuity’n kesto on rajallinen. Insinöörit eivät tiedä kuinka monta lentoa se
onnistuu tekemään ennen kuin lämpötilanvaihtelut tekevät laitteistosta selvää.
Maksimoidakseen lentojen määrän, drooni aloittaa tehtävänsä heti Perseverancen
laskeuduttua.
Varovaisuus leimaa NASAn suunnitelmia lentojen totutuksessa.
Preseverance siirtyy kymmeniä, ellei peräti satakin metriä droonista ennen kuin
lento toteutetaan. Kulkija on paljon arvokkaampi kuin drooni ja näiden kahden
tutkimuslaitteen keskinäinen törmäys voi olla kohtalokasta koko ohjelmalle.
Niinpä lentoja tehdään vain turvavälin ollessa riittävän pitkä ja vain
ensimmäisen kuukauden ajan. Insinöörit laskevat, että drooni voisi suorittaa
ainakin 50 lentoa jos laitteisto kestää seuraavaan Marsin talveen asti.
Joka tapauksessa kulkija jatkaa omaa tehtäväänsä ja jossakin vaiheessa drooni
jätetään Marsin pinnalle odottelemaan tulevaisuutta.
Marsin ohuessa ilmakehässä on vaikeaa lentää.
Kiinteäsiipinen lentokone ei pystyisi nousemaan siellä, ellei käytettävissä ole
erittäin pitkää kiitotietä, jolla lentokone pitäisi saavuttaa erittäin suuren
nopeuden ennen kuin kykenee nousemaan siivilleen. Marsin ilmakehän tiheys
vastaa sitä, mikä on maapallolla noin 48 km korkeudella. Tästä ilmakehän ohuudesta johtuen laskuvarjoilla ei päästä laskeutumaan aivan pinnalle asti, kuten maapallolla.
Kolmas tapa liikkua Marsin ilmakehässä olisi kaasupallo.
Kaasupalloa on kuitenkin tavattoman vaikea täyttää Marsin olosuhteissa. Jos se
kuitenkin onnistuisi, niin lähtö voi olla vaikea, sillä nostovoima ja -nopeus
ovat pieniä. Lisäksi ilmapallon ohjaileminen on mahdotonta; pallo ja sen tutkimuslaitteet
ajautuisivat sinne, minne tuuli kuljettaa.
Huomautukset
[1] Jezero-kraatteri sijaitsee Isidis Basin
luoteisreunalla paikassa 18.38° N 77.58° E tunnetun Syrtis Major muodostelman
välittömässä läheisyydessä. Kraatterin halkaisija on noin 49 km ja sen maaston
arvellaan olevan savinen joskus miljardeja vuosia sitten tapahtuneen tulvimisen
seurauksena. Kraatterin nimi Jezero slaavilaisesta sanasta jezero, joka
merkitsee järveä.
[2] NASA ilmoitti uudesta laukaisupäivästä 7. heinäkuuta. Viivästyminen
johtuu laukaisualusta, jonka nestehapen putkiston anturit näyttivät menneen
epäkuntoon. Viivästyneen laukaisun vuoksi myös laukaisuikkunaa on jatkettu ja
se jatkuu nyt aina elokuun 15. päivään asti aikaisemman 11.8. sijaan.
Laukaisun viivästyttäminen oli jo kolmaskerta, sillä
ensimmäinen laukaisupäivä oli 17. heinäkuuta. Se kuitenkin jouduttiin siirtämän
ensin 20. heinäkuuta ja sen jälkeen 22. heinäkuuta. Näillä näkymin laukaisu
siis tapahtuu 30. heinäkuuta.
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti