Marsa izpētes nākotne var balstīties uz planieri

NASA/JPL-Caltech

Pēdējo desmitgažu laikā Marss ir kļuvis par visvairāk izpētīto planētu Saules sistēmā (pēc Zemes). Tas ir uzņēmis desmitiem apmeklētāju. Patiešām, uz Sarkanās planētas un ap to pašlaik darbojas astoņas misijas. Vecākais no tiem ieradās 2001. gadā — Marsa Odiseja orbīta, kas, domājams, darbosies līdz 2025. gadam. Ir plānots veikt vairāk misiju, jo NASA un, iespējams, arī citas kosmosa aģentūras strādās, lai sasniegtu mērķi atgriezt Marsa paraugus uz Zemi un galu galā nosūtīt cilvēkus.

Abiem šiem mērķiem būs nepieciešamas daudz detalizētākas zemes kartes. Roveri nodrošina šāda veida detaļas, bet var nobraukt tikai dažus metrus dienā. NASA roveris Opportunity misijas laikā nobrauca iespaidīgus 45 kilometrus (28 jūdzes), taču, lai to paveiktu, bija nepieciešami gandrīz 15 gadi.

Tāpēc planētu zinātnieki meklē veidus, kā ātrāk izpētīt planētas virsmu. Viena no idejām ir palaist lidmašīnu Marsa atmosfērā ar dzinēju, kas spēj to noturēt augstumā. Šāda misija varētu aptvert milzīgus attālumus, taču tā būtu dārga un izmaksātu vairāk nekā 350 miljonus USD.

Lētāka pieeja ir doties uz lielāku misiju. Tātad vēl viena ideja ir Marsa roverim pārvadāt kvadrokopteru, kas var apsekot apkārtni. Taču šādi lidojumi būs īsi un ierobežota diapazona.

Nepieciešams transportlīdzeklis, kas ir pietiekami mazs, lai dotos atpakaļ citā misijā un tomēr spēj pārvarēt lielus attālumus.

Šodien Adriens Bouskela, Amans Čandra un kolēģi no Arizonas universitātes saka, ka viņi ir izstrādājuši tieši šādu misiju. Viņu ideja ir palaist bezmotora planieri Marsa atmosfērā un noturēt to augstu, izmantojot termiskus augšupplūsmas — siltā gaisa slejas —, lai iegūtu augstumu. Planieris būs piepūšams, un to varēs iesaiņot pietiekami mazā tilpumā, lai to varētu pārvadāt kā sekundāru kravnesību lielākās misijās uz Marsu.

Vispirms nedaudz fona. Kosmosa kuģis, kas pašlaik riņķo ap Marsu, spēj uzņemt attēlus ar izšķirtspēju 30 centimetri uz pikseļu. Planētu zinātnieki tos pakāpeniski apkopo salīdzinoši augstas izšķirtspējas Marsa virsmas kartē.

Bet viņiem ir nepieciešami augstākas izšķirtspējas attēli, lai plānotu turpmākās nolaišanās misijas. Līdz šim lielākā daļa roveru ir piezemējušies salīdzinoši līdzenos līdzenumos, kur iespēja trāpīt kādam laukakmenim vai krāterim ir neliela. Šīs jomas zinātniski mēdz būt mazāk interesantas. Tā vietā planētu ģeologi labprāt apmeklētu ielejas un grēdas, kuras, šķiet, veido ūdens. Lai droši nosēstos šādās vietās, būs nepieciešami attēli, kas spēj izšķīdināt mazus akmeņus un krāterus, kas trieciena laikā var sabojāt kuģi.

Landers nodrošina šāda veida detaļas, spējot uzņemt attēlus ar izšķirtspēju 1 centimetrs uz pikseļu 100 metru apgabalā ap tiem. Taču viņi nespēj nobraukt lielos attālumus, kas nepieciešami, lai sasniegtu interesējošos reģionus. Tāpēc zinātnieki ir pievērsuši uzmanību lidojošajām mašīnām.

Lidošana uz Marsa ir grūts bizness. Kamēr gravitācija ir zema, apmēram trešdaļa no Zemes, atmosfēra ir tikai simtā daļa no blīvuma. Tas apgrūtina lifta radīšanu.

Tātad jaunā planiera spārniem būs jābūt milzīgiem attiecībā pret tā svaru. Planierim būs 5 megapikseļu kamera, radiosakaru komplekts, borta dators un saules paneļu komplekts ar baterijām, lai dienas laikā uzglabātu pietiekami daudz enerģijas, lai tas būtu dzīvs naktī. Bouskela un co aprēķina, ka papildus piepūšamajiem spārniem un stūrei planieris būs 5 kilogramus smags — apmēram zelta ērgļa masa.

Viņi turpina aprēķināt, ka, lai saglabātu šo masu augstu, spārnu platumam būs jābūt gandrīz 6 metriem (20 pēdām) un jālido ar ātrumu aptuveni 100 metri sekundē. Salīdzinājumam, zelta ērgļi var atrasties augstumā uz Zemes ar 2 metru spārnu platumu, lidojot ar ātrumu 15 metri sekundē.

Planieris tiks izvietots galvenās misijas ieiešanas laikā Marsa atmosfērā un tiks izmests no galvenās kravas aptuveni 2 kilometru augstumā. Slāpekļa ģenerators uzpūtīs un radīs spiedienu planieri mazāk nekā 10 sekundēs, un tā spārni sacietēs aptuveni nākamās stundas laikā, jo tos sacietēs Marsa saules gaisma.

Šāda piepūšamā tehnoloģija jau ir pārbaudīta uz Marsa. Gan Mars Pathfinder nolaišanās iekārta, gan Mars MER roveri balstījās uz gaisa spilveniem, kas piepūšās, kuģim nolaižoties cauri atmosfērai, un pēc tam amortizēja triecienu pret zemi. Tās tiek izstrādātas arī maziem satelītiem kā sakaru antenas, saka Bouskela un co.

Svarīga misijas daļa būs autonomā spēja izmantot pieaugošās straumes Marsa atmosfērā. Šādas sistēmas uz Zemes ir pierādījušas spēju palikt augšā nedēļām vai mēnešiem.

Ja Marsam ir tāds vēja profils kā Zemei, tas ir, līdzīgas vēja ātruma izmaiņas ar augstumu, tad līdzīgai pieejai vajadzētu darboties arī uz Sarkanās planētas. Patiešām, komanda ir izveidojusi skaitliskas simulācijas šāda veida lidojumiem uz Marsa.

Rezultāti liecina, ka šāda veida autonoma planēšana varētu ilgstoši uzturēt planieri augstu, ja ir pietiekami lielas vēja ātruma izmaiņas atkarībā no augstuma. Būs nepieciešams vairāk darba, lai noteiktu, vai tas tā patiešām ir uz Marsa visu gadu un visā virsmā.

Tomēr pat dažas lidojuma stundas varētu radīt vērtīgus datus. Borta kameras izšķirtspēja uz zemes būtu aptuveni 10 centimetri, un ar ātrumu 100 metri sekundē planieris varētu nobraukt daudzus simtus kilometru. Planieris nosūtītu attēlus uz orbītā esošu releja staciju, piemēram, Mars Reconnaissance Orbiter, kas pēc tam nosūtītu tos mājās.

Šāda misija varētu izgaismot vairākus izcilus Marsa noslēpumus. Viena no tām ir mulsinošās līnijas, kas veidojas dažās Marsa nogāzēs, kad, iestājoties vasarai, tās sasilst. Tiek uzskatīts, ka tos radījusi sāļa ūdens plūsma, taču ļoti nepieciešami labāki novērojumi.

Planieris varētu arī palīdzēt noskaidrot iespējamās nosēšanās vietas turpmākajām misijām. Šeit piedāvātā Marsa planieru koncepcija nodrošina pilnīgi jaunu ceļu, lai paātrinātu Marsa virsmas izpēti par nelielu daļu no iepriekšējo Marsa lidmašīnu koncepciju izmaksām, saka Bouskela un citi.

Tomēr viena lieta, kuras komandai trūkst, ir Holivudas sajūta. Veiksmīgākās misijas bieži vien ir tās, kas rada ikoniskus attēlus. Padomājiet par Nīlu Ārmstrongu, kurš stāv pie Amerikas karoga uz Mēness virsmas, vai par Elona Maska zvaigzni, kas brauc ar Teslu garām planētai Zeme. Šāda veida attēliem ir daudz lielāka loma sabiedrības uztverē par panākumiem nekā jebkuram datu sižetam.

Šim planierim ir nepieciešama maza platleņķa kamera uz astes stūres vai spārna gala, kas nosūtīs atpakaļ paša transportlīdzekļa attēlus lidojuma laikā. Naudas šāviens būtu planieris, kas planē virs Valles Marineris — Marsa Lielā kanjona — ar Marsa sauli, kas atrodas virs citplanētiešu horizonta un, iespējams, bāli zilu punktu, kas atrodas netālu. Patiešām, komanda ir izveidojusi tieši šādu tēlu, lai reklamētu savu transportlīdzekli!

Neila Ārmstronga tēls izmaksāja ievērojamu daļu no ASV ekonomikas. Tātad, maksājot tikai 36 miljonus USD — vistas barība Marsa misiju plānotājiem, — šis Marsa planiera attēls varētu šķist diezgan labs cenas un kvalitātes attiecība. Un, ja Bouskela un citi sagaida, ka amerikāņu sabiedrība maksās par šo misiju, mazākais, ko viņi varētu darīt, ir nosūtīt uz mājām attēlu pastkarti.

Atsauce: https://arxiv.org/abs/1902.02083 : Marsa izpētei paredzēta piepūšamā planiera attieksmes kontrole

paslēpties