Misje łazików pomogą w przyszłym lądowaniu ludzi na Marsie

Grzegorz Jasiński: Proszę pozwolić, że zacznę od gratulacji, bo to było coś niesamowitego. Czy można powiedzieć, że to było idealne lądowanie na Marsie?

Dr Swati Mohan (NASA Jet Propulsion Laboratory): Z pewnością wydawało się idealne po wszystkich latach przygotowań. Myślę, że wszyscy byliśmy bardzo zadowoleni z tego, jak to poszło. Oczywiście, nic nigdy nie jest idealne według podręcznika. Co nieco się tam wydarzyło, bo Kosmos jest trudny, ale ogólnie rzecz biorąc, czuliśmy, że poszło znakomicie. Moim zadaniem podczas lądowania było komentowanie, ogłaszanie i tłumaczenie tego, co się dzieje, z terminologii technicznej na codzienny język, aby ludzie mogli to rozumieć. Byłam więc bardzo skoncentrowana na wszystkich kamieniach milowych, które osiągaliśmy. Każdy kamień milowy, który przekraczaliśmy i który mogłam ogłosić, że pomyślnie przeszliśmy, wydawał się dużym osiągnięciem, aż w końcu bezpiecznie dotarliśmy na powierzchnię Marsa. A po tym, nawet jeśli po drodze nie wszystko było idealne, to już nie miało znaczenia, ponieważ - co najważniejsze - dotarliśmy na powierzchnię.

Czy uważa pani, że to jest idealny sposób lądowania na Marsie dla takich łazików, czy następna misja mogłaby być jeszcze lepsza, mogłaby być przygotowana w inny sposób?

Projekt i sposób realizacji misji naprawdę zależy od celów misji, które próbuje osiągnąć oraz od wielkości łazika, kiedy jest wystrzeliwany, dokąd zmierza, co musi zrobić. Nie ma jednego idealnego sposobu, który będzie pasował do wszystkich różnych łazików. Trzeba zdawać sobie sprawę z tego, co misja próbuje osiągnąć, jakie są ograniczenia tej misji, a następnie znaleźć projekt, który spełnia wszystkie warunki. Mieliśmy określony zestaw ograniczeń związanych z miejscem lądowania, do którego zmierzaliśmy w kraterze Jezero, ramy czasowe, w których próbowaliśmy wystrzelić, rodzaj statku kosmicznego, który musieliśmy zbudować, aby pomieścić sprzęt naukowy. I te warunki w pewnym sensie z góry określiły kształt tego konkretnego projektu. Ale oczywiście różne misje mogą być realizowane rozmaicie. Musimy więc naprawdę rozważyć wszelkie ich aspekty, zanim zdecydujemy, jaki jest właściwy projekt dla tej konkretnej misji.

Jedną z pionierskich elementów misji Perseverance była relacja wideo z lądowania, z pomocą kamery skierowanej w dół, pokazującej co się dzieje...

Ta misja była jedną z pierwszych, w której faktycznie umieściliśmy kamery o wysokiej rozdzielczości, które mogły rejestrować wideo z wystarczającą częstotliwością. Z mojej perspektywy, osoby zajmującej się stroną techniczną, możliwość faktycznego zobaczenia tego była czymś niesamowitym. Zawsze otrzymywaliśmy dane, które mówiły nam, co się dzieje, w postaci jedynek i zer, w postaci danych analitycznych. Ale zobaczenie tego na własne oczy, jak to wygląda, gdy pojazd ląduje, było niezwykle wzruszającym momentem. Owszem, zawsze można sobie wyobrazić, jak to będzie, widząc dane, ale faktyczne zobaczenie tego pozwala dostrzec różne aspekty, których wcześniej mogliśmy nie zauważać. Oczywiście to wszystko zostało nagrane i dopiero później przesłane. To nie był transmisja na żywo, ponieważ samo lądowanie odbywa się na Marsie na tyle daleko, że całe lądowanie już się zakończyło, zanim otrzymamy wiadomość, że dotarliśmy do szczytu atmosfery. Aby więc uzyskać tę relację, musieliśmy najpierw bezpiecznie wylądować.

Chciałbym zapytać o to opóźnienie czasowe, jak centrum kontroli lotu sobie z nim radzi? jak poradzić sobie ze świadomością, że to co do centrum dociera wydarzyło się już kilka minut wcześniej?

Musimy faktycznie zaprogramować wszystkie zachowania autonomicznie. Czas, jaki zajmuje łazikowi przelot od górnych warstw atmosfery do powierzchni Marsa, wynosi około siedmiu minut. Opóźnienie czasowe lub czas, jaki zajmuje światłu podróż między Marsem a Ziemią w momencie lądowania, wynosi około 11 minut. Może się to różnić, ale dla naszego konkretnego lądowania to było około 11-tu minut. To oznacza, że zanim dowiedzieliśmy się, że dotarliśmy do górnych warstw atmosfery, zdążyło minąć już kilka minut od chwili, gdy łazik znalazł się na powierzchni. Tu nie ma mowy o żadnym ręcznym sterowaniu. Wszystko, co otrzymujemy w Centrum Kontroli Misji, jest opóźnione, więc tylko oglądamy, jak to się rozgrywało. Wszystkie decyzje, cały scenariusz musi być w pełni zakodowany na pokładzie łazika. I to jest dość duża liczba komend, ponieważ aby zejść od górnych warstw atmosfery na powierzchnie pojazd musi przejść przez kilka faz, kilka konfiguracji. Kilka instalacji pirotechnicznych musi zostać odpalonych, kilka części odrzuconych, muszą rozwinąć się spadochrony. By pojazd mógł bezpiecznie wylądować, wszystkie te etapy muszą się odbyć w odpowiednich chwilach, w odpowiedniej kolejności.

Atmosfera Marsa jest dość symboliczna. Wykorzystanie jej, jak to się odbyło przy lądowaniu misji Perseverance, czy innych misji, to poważne techniczne osiągnięcie. Jak przygotowywaliście się do radzenia sobie z tym podczas przygotowań misji tutaj na Ziemi?

Atmosfera Marsa jest interesująca, bo choć jest nieporównanie mniej gęsta nić ziemska, więc nie spowalnia pojazdu tak szybko jak ziemska atmosfera, ale nadal tam jest. Pojazd przechodzący przez tę atmosferę naprawdę znacznie się nagrzewa, co trzeba uwzględnić. Podczas opracowywania różnych misji, takich jak Curiosity i Perseverance, spędziliśmy dużo czasu na modelowaniu atmosfery na podstawie obserwacji z poprzednich misji, aby zbudować modele pokazujące, jak to może wyglądać. Następnie testowaliśmy w różnych warunkach dla spadochronów, które mieliśmy. Mars 2020 ma jeden z największych naddźwiękowych spadochronów, jakie kiedykolwiek latały na innej planecie. Podczas testów zdawaliśmy sobie sprawę, ile musieliśmy się nauczyć na temat dynamiki tych procesów, gdy musieliśmy odpowiednio powiększyć spadochron. Musieliśmy przejść tu na Ziemi przez fazę zrozumienia tych procesów, ich modelowania i testowania tak intensywnie, jak to było możliwe, by potem mieć już rozwiązania odporne na warunki na Marsie.

Perseverance miał swojego pomocnika, helikopterek Ingenuity. I to było kolejne osiągnięcie. Działał pięknie, znacznie dłużej, niż oficjalnie przewidywano. Co myśli pani o tej części całej misji? Jak ważne jest to dla przyszłości misji marsjańskich?

Myślę, że Ingenuity jest jednym z naszych kolejnych kroków w przyszłość eksploracji Marsa. Moja najlepsza analogia dla Ingenuity jest taka, że Ingenuity było dla Perseverance tym, czym mały łazik Sojourner był dla lądownika Pathfinder. Sojourner był pierwszym łazikiem, który faktycznie jeździł po Marsie. Kiedy przeprowadzaliśmy demonstrację technologii Sojourner, która była dodatkiem do Pathfinder, nie wiedzieliśmy, czy jazda po Marsie jest możliwa. Próbowaliśmy tylko zobaczyć, czy koła mogą się obracać, czy mogą faktycznie uzyskać jakieś tarcie na powierzchni marsjańskiego gruntu, czy można poruszać się do przodu w jakiś praktyczny sposób.  Sukces Sojournera w misji Pathfindera umożliwił kolejne linie łazików od Spirit, Opportunity, po Curiosity i Perseverance. Większe, bardziej zwinne, bardziej autonomiczne, coraz większe. Wierzę, i to jest tylko moja opinia, że Ingenuity jest porównywalnym skokiem w demonstracji nowej technologii. Kiedy projektowaliśmy i budowaliśmy Ingenuity, nie wiedzieliśmy, czy latanie na Marsie jest w ogóle możliwe. Nigdy wcześniej tego nie robiono. Opór powietrza jest tam znacznie mniejszy, atmosfera jest znacznie rzadsza. By uzyskać łopatki helikopterka działające w takim środowisku, trzeba dokonać istotnego postępu technologicznego. Nigdy wcześniej tego nie robiono. Udowodnienie w przypadku Ingenuity, że to możliwe, pozwala nam teraz wykorzystać tę wiedzę w tworzeniu instrumentów do nowej metody prowadzenia badań, gdzie możemy mieć już nie tylko zdolność poruszania się po powierzchni Czerwonej Planety, ale i wzniesienia w górę, oddzielnie, ale potencjalnie też razem w przypadku nowej klasy urządzeń badawczych na Marsie.

A czy to wszystko, co było związane z Ingenuity i pracą nad nim, mogłoby pomóc stworzyć urządzenie, które nie latałoby na Marsie, ale na przykład pozwoliło odkurzać panele fotowoltaiczne łazików. Bo problemem dla niektórych łazików pozostaje osadzający się pył, który może zablokować promieniowanie słoneczne i je unieruchomić. Czy byłaby to jakaś możliwość, by coś tam wyczyścić?

Ludzie są bardzo kreatywni w używaniu różnych technologii. Trochę mnie bawi fakt, że często dostaję pytanie, dlaczego na panelach słonecznych łazików Spirit i Opportunity nie było wycieraczek. I muszę przypominać ludziom, że Spirit i Opportunity miały działać na Marsie tylko przez 90 dni. Zostały zaprojektowane, aby umożliwić im przetrwanie na Marsie 90 dni, a potem okazało się, że działały ponad dziesięć lat. Fakt, że ostatecznie nie przetrwały burzy pyłowej, ale funkcjonowały rząd wielkości dłużej, niż miały funkcjonować. Powód, dla którego nie mieliśmy wycieraczek na Marsie był taki, że jeśli projektujesz coś na 90 dni, nie potrzebujesz wycieraczek. Najważniejsze jest pytanie, jaka jest misja, którą próbujesz wykonać. Jakie są cele tej misji? Co musi przetrwać? A potem projektujesz to, aby przetrwało w tym środowisku. Kiedy projektowaliśmy Curiosity i Perseverance, potrzebowaliśmy, aby miały bardzo długi czas życia, aby mogły jeździć i zbierać próbki. Więc zdecydowaliśmy się nie używać paneli słonecznych i wykorzystać energię jądrową, ponieważ nie jest podatna na wpływ pyłu. Istnieją różne techniki łagodzenia wpływu środowiska na Marsie, ale zawsze pierwszym co musisz rozważyć, jest to, jakie są cele misji, co dany pojazd musi zrobić. A potem trzeba znaleźć odpowiedni projekt, który pozwoli te cele zrealizować.

Perseverance wykonuje swoją pracę na Marsie. Działa. Przygotowuje próbki, zostawia je. Trwają równocześnie przygotowania do misji, która mogłaby przynieść te próbki na Ziemię, co jest ostatecznym celem misji. Jest pani częścią zespołu, który pracuje nad tą misją...

Tak, kampania Mars Sample Return, ponieważ to faktycznie seria wielu misji, ma na celu najpierw zidentyfikowanie i zebranie próbek na Marsie, które naszym zdaniem mogą zawierać biosygnatury życia. Zadaniem Perseverance było lądowanie i zbieranie próbek, które mogłyby zawierać skamieniałości ze śladami życia na Marsie. Kolejne misje muszą zasadniczo udać się na Marsa, wylądować, odzyskać te próbki, wystrzelić je z powierzchni planety na orbitę, a następnie zebrać je i przynieść z powrotem na Ziemię. Można sobie wyobrazić, że to bardzo trudny problem. Sama jedna misja lądowania, jak lądowanie Perseverance, jest niezwykle skomplikowana. I to krytyczna część, która musi się udać, aby misja się powiodła. A teraz mówimy o serii wielu takich kluczowych wydarzeń, z których wszystkie muszą się udać, aby próbki dotarły z powrotem na Ziemię. Projekt tak skomplikowanego programu jest nadal opracowywany z udziałem wielu organizacji. Powiem jednak, że próbki, które Perseverance już zebrał i ma na Marsie, pokazują duży potencjał. A pytania, na które te próbki mogą odpowiedzieć, jeśli przyniesiemy je z powrotem na Ziemię i będziemy mogli wykorzystać wszystkie nasze zasoby naukowe tutaj na Ziemi, mogą przynieść bardzo głęboką odpowiedź na pytania, czy jesteśmy sami we wszechświecie, czy istnieje życie gdzie indziej w Układzie Słonecznym...

A tak, mówiąc o życiu, czy uważa pani, że obecne misje łazików na Marsa mogą pomóc w załogowych lotach na Czerwoną Planetę?

Absolutnie. Myślę, że robotyczne misje mogą zdecydowanie pomóc przyszłej ludzkiej eksploracji kosmosu. Właściwie Perseverance sam w sobie miał demonstrację technologii, która miała pomóc przyszłej ludzkiej eksploracji. Był to instrument o nazwie MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment), który znajdował się na Perseverance. Celem tego instrumentu było pobieranie dwutlenku węgla z atmosfery Marsa i generowanie tlenu, co, jak można sobie wyobrazić, dla przyszłej ludzkiej eksploracji jest kluczowe. Jeśli możemy generować własny tlen na Marsie, którym możemy oddychać, nie musimy go przynosić z Ziemi, co oszczędza miejsce i tonaż statków kosmicznych, które zabrałyby ludzi na Marsa. MOXIE to był bardzo udany projekt. Udało mu się wygenerować prawie czysty tlen z dwutlenku węgla w atmosferze na Marsie, co jest niesamowitym krokiem naprzód, aby móc powiedzieć, że przynajmniej jedno małe pole z listy potrzeb zostało odhaczone. Ale jest jeszcze wiele innych technologii robotycznych, które można wykorzystać. Jedną z nich, którą mieliśmy na Perseverance, była nawigacja względem terenu. Jest to technologia umożliwiająca identyfikację miejsca, w którym się znajdujesz podczas lądowania i wybór najbezpieczniejszego celu. Dzięki tej technologii, po przebyciu ponad 300 milionów mil z Ziemi na Marsa wybraliśmy bezpieczne miejsce i wylądowaliśmy w odległości pięciu metrów od naszego celu. Możesz sobie wyobrazić, że technologie takie jak ta są kluczowe, jeśli mamy realizować przyszłe misje załogowe, ponieważ wtedy możemy bezpiecznie lądować cały sprzęt wspierający, wszelkie moduły, których ludzie potrzebują, bardzo blisko siebie, aby ludzie nie musieli jeździć lub chodzić daleko, by dotrzeć do różnych zapasów.

Dziękuję bardzo i życzę powodzenia z misją Mars Sample Return, ponieważ naukowcy na te próbki czekają...

Dziękuję bardzo.