Wiercenia na Marsie czas zacząć

Jaką część misji Perseverance ma pan "pod kontrolą", w jakim dziale pan pracuje, co jest pana głównym przedmiotem zainteresowania, za co pan w tej misji odpowiada?

Zaprojektowałem parę części wiertła Perseverance. Oprócz tego uczestniczyłem też w testach. Zajęło to około 4 lat. Teraz jesteśmy w takiej fazie, że musimy przetestować wszystkie opcje, z których tylko niektóre są możliwe. Testów nigdy nie jest za dużo. Mimo że łazik jest już na powierzchni Marsa, my mamy parę egzemplarzy tego wiertła na Ziemi i codziennie pobieramy więcej próbek, coraz więcej się uczymy. Na Marsie kontrola wiertła jest autonomiczna, nie jesteśmy w stanie nacisnąć guzika i sprawić, że się coś wydarzy. Między Ziemią a Marsem jest  taka różnica czasu, że musimy liczyć na to, że jeśli wyślemy komendę to wiertło i cały łazik będą swobodnie pracować przez parę godzin, a jeżeli coś złego się stanie, to on się zatrzyma i wtedy prześle nam wiadomość. Dopiero wtedy możemy coś zmienić. Liczymy na to, że jeśli będzie mały problem, to komputer będzie w stanie sam wymyślić, co musi zrobić, żeby kontynuować. Chyba że jest poważny problem, to wtedy się zatrzyma, będzie, czekał na naszą pomoc. Do tego potrzeba bardzo dużo testowania, bardzo dużo programowania i zabezpieczenia. Właśnie teraz zajmuję się testowaniem całego systemu, bo zaczyna się od poszczególnych części, ale system jako całość ma zawsze najwięcej rzeczy, które mogą się nie udać.

Część oprogramowania była dosyłana łazikowi później ze względu na to, że mogła być jeszcze opracowywana w czasie, kiedy on już leciał. Czy to oprogramowanie, które dotyczy pana eksperymentu, też było modyfikowane i upgradowane już po tym, jak wylądował?

Oczywiście, zawsze dopracowujemy oprogramowanie i podobnie jak na komputerze jest parę wersji danego programu, powiedzmy 2.0, to my także mamy parę różnych wersji, jak tylko mamy nowe informacje, albo zobaczymy jakieś obserwacje na Marsie, chcemy coś dopracować, albo zmienić, zawsze wysyłamy łazikowi nowe oprogramowanie.

Łazik jest już na powierzchni Marsa ponad 4 miesiące. Nas zwykłych śmiertelników głównie do tej pory pochłaniały informacje o helikopterku Ingenuity i jego testach, jego lotach, ale oczywiście tak naprawdę zasadnicza część tej misji to jest właśnie to, czym pan się zajmuje i od pewnego czasu łazik testuje już wszystkie swoje urządzenia w rzeczywistości marsjańskiej. Jakby pan zechciał powiedzieć, jak te testy przebiegają, jakie są ich wyniki, na ile zgadzają się z tym, co państwo przewidywali, czego się spodziewaliście.

Już na Ziemi mieliśmy pobranych paręset próbek, testy prowadziliśmy w zwykłych ziemskich warunkach, ale też  pod próżnią, czy w bardzo niskiej temperaturze. Mamy bardzo dużo danych, niektóre są odpowiednie do warunków na Marsie, niektóre mniej, ale dla potrzeby testowania są idealne. Jesteśmy pewni, że nam się uda. Na Marsie mamy zamiar pobrać ponad 40 próbek. W testach na Ziemi, dla każdego wiertła przekroczyliśmy tę liczbę parę razy. NASA wymaga, by poziom niezawodności urządzenia był wyższy, niż to, czego potrzeba dla wykonania zaplanowanej misji. Musimy pokazać, że jesteśmy przynajmniej 3 razy bardziej wydajni, niż to konieczne do realizacji misji. Jeśli mamy wykonać ponad 40 wierceń zanim zetrze się wiertło i inne komponenty, musimy na Ziemi pokazać, że wytrzymają przy danych warunkach dużo dłużej.

To budzi - muszę przyznać - wyobraźnię, ten pomysł o tym, że łazik będzie pobierał próbki takie jak rozumiemy rdzenie skalne, będzie je pieczętował, a potem rozrzuci na powierzchni Marsa, żeby kolejna misja jest pozbierała i przywiozła na Ziemie. Zacznijmy od tego samego początku tego wiertła, którym pan mówi. Czym ono różni się od takich wierteł, których byście państwo użyli na Ziemi? Co musi być w nim innego, lepszego, żeby mogło pracować w warunkach marsjańskich, praktycznie w próżni i przy gigantycznych różnicach temperatury?

Najważniejsza jest niezawodność, bo nie jesteśmy w stanie naprawić wiertła, ani dodać smaru, jak już rakieta poleci. Nic takiego. Ale najgorsza jest próżnia i różnice temperatury. Jest wiele różnych materiałów, które są bardzo pospolite na Ziemi, w wiertłach, czy innych mechanizmach, które po prostu nie zadziałałyby w ogóle w próżni. Może pan sobie wybrać dowolne uszczelki albo jakieś gumki, żaden z takich materiałów nie zadziała w kosmosie przez to, że one od razu wyparują, postarzeją się i skruszą. Jest w sumie bardzo mało sztucznych materiałów, plastików, które zadziałają w kosmosie. Jeden taki główny plastyk, coś co jest bardzo pospolite w warunkach kosmicznych to jest teflon. On jest bardzo stabilny przy niskich temperaturach i przy próżni, chętnie z niego korzystamy. Jest też parę innych, podobnych materiałów, mniej znanych. Powszechnie używamy też różne stopy metali, stali, tytanu, aluminium. I przy tym też jest duży problem, bo przy zmianach temperatury każdy materiał rozszerza się w różnym stopniu i elementy mogą się zaklinować. Na Ziemi wiele elementów przewiduje się na jedną temperaturę i przy tej temperaturze działają idealnie. Na Marsie jest nie tylko bardzo zimno, ale są duże różnice temperatury, a mechanizmy muszą być zbudowane dokładnie, nie może być dużych szczelin między częściami, ale też nie mogą się blokować, gdy dojdzie do skurczenia materiału. Tak samo jest parę różnych smarów. Olej motorowy, jak na Ziemi, nie zadziałałby w kosmosie, albo by zamarzł, albo by wyparował. Bardzo mało smarów zadziała w kosmosie, niektóre są suche, jak proszek teflonowy. Musimy stosować smary słabszej jakości, niż te na Ziemi, które starłyby się za szybko. Bo nie są tam zabezpieczone tak, jak byłyby na Ziemi na przykłąd w silniku samochodu. Te zębatki są całkiem pokryte olejem motorowym, w kosmosie to niemożliwe, szczególnie w warunkach takich, w jakich pracuje wiertło Perseverance.

A co tam w ogóle, oprócz tego teflonu, o którym pan wspomniał, może w jakiś sposób redukować tarcie w takich warunkach?

Jest jeden taki smar, który używamy, on był zaprojektowany przez firmę Castrol, jest bardzo stary, używamy go od ponad 50-ciu lat. I to jest jeden smar, który działa, jest bardzo, bardzo gęsty. W przeszłości używano też tłuszczu wieloryba, on też jest bardzo gesty i - choć ciężko to sobie wyobrazić - nie wyparowałby w próżni. Ale z tłuszczu wieloryba już nie korzystamy. Jest w tej chwili jeden tak gęsty smar, który wytrzyma warunki próżni.

Jakie rozmiary ma to wiertło, jaką średnicę rdzeni będzie w stanie przygotować, jakie rozmiary będą miały te próbki?

Próbki będą miały powiedzmy 10 milimetrów średnicy i 50 do 80 milimetrów długości i te próbki będą pobrane w tubkach tytanowych i te tubki tytanowe będą zamknięte takim korkiem. Zostawimy je na powierzchni Marsa, żeby następna misja je pobrała. Wiertło ogólnie ma rozmiary 40 na 40 na 70 centymetrów. Na końcu ręki robota jest parę różnych instrumentów. Jest główne wiertło, takie długie szare, a po bokach mamy instrumenty naukowe. I ta ręka robota jest w stanie się obracać na różne sposoby, żeby umożliwić, by każdy instrument był w stanie dotknąć  powierzchni. Tak że na końcu tej ręki robota jest nie tylko wiertło. Samo wiertło jest dość skomplikowane, ma parę różnych możliwości, jest w stanie np. wiercić przy wysokich prędkościach, może zmieniać bieg. Mamy skrzynię biegów, która jest w stanie zmienić bieg, żeby pracować np. przy niskiej prędkości, ale przy większej mocy obrotowej, żeby wyłamać ten kamień. Jak pobieramy tę próbkę, to ona wciąż jest przytwierdzona do skały, przy czubku wiertła jest osobny system, który jest w stanie ułamać ten kamień. Mamy też system, który jest w stanie wymienić czubek wiertła na inny. Oprócz wiertła do pobierania próbek mamy tez takie do ścierania powierzchni. Jeśli wygładzimy powierzchnię, to inne instrumenty łazika, PIXL i SHERLOC, korzystające z technologii odpowiednio rentgenowskiej i ramanowskiej, będą w stanie ją analizować. Wiertło jest też urządzeniem obrotowo-udarowym i do tego też musi być odpowiedni mechanizm. Ważne jest też to, że wiertło może wyjść z obudowy i do niej wrócić. Czyli tak, mamy rękę robota, opieramy ją z pomocą stabilizatorów na powierzchni, wypuszczamy wiertło z obudowy do kamienia. W tym wiertle jest parę różnych mechanizmów, one są bardzo skomplikowane i ciężko je z zewnątrz zobaczyć, bo są ładnie obudowane. Ja jestem jednym z parudziesięciu inżynierów, którzy przy tym wiertle pracują.

Wspomniał pan o tym mechanizmie, który pozwala, jakby ułamać ten rdzeń. Bo wiertło wgryza się w tę skałę, w środku jest rdzeń, który chcecie państwo pobrać i trzeba go w końcu jakoś urwać od tej skały....

Tak, w środku wiertła jest ta tubka tytanowa i ta tubka jest w stanie się obracać. Tam jest takie zaokrąglenie, przesunięte na bok i jak ona się przy tym obraca, to jest w stanie właśnie o stworzyć taką siłę, która jest w stanie urwać próbkę przy samym środku tego wiertła. To jest bardzo ciekawy pomysł, na który wpadliśmy, żeby właśnie w ten sposób urywać te rdzenie.

I co się teraz próbką będzie działo po tym, jak państwo się wwiercicie, urwiecie i będziecie w stanie ten rdzeń wyciągnąć? Co dalej z tą próbką się stanie?

Podniesieniy próbkę, przybliżamy wiertło do kamery, robimy zdjęcie, ale później całe wiertło musi zbliżyć się z łazikiem. Chodzi o to, że musi dojść do wymiany próbki. Tam jest specjalny system, który ma drugą rękę, wybiera to wiertło, wyciąga tą tubkę, mierzymy objetość próbki, robimy zdjęcia, wkłądamy korek do tej tubki i specjalna prasa ten korek klinuje. To się dzieje włąściwie już w obudowie łazika. Kluczowe znaczenie ma toi, by cała ta tubka byłą szczelna, nie wypuścimy, ani nie wpuścimy tam innej materii. Wszystko co jest w tej tubce musi być tylko z tego miejsca, gdzie pobieraliśmy próbkę. I potem spuścimy tę tubkę na powierzchnię. Jeszcze nie wiemy, czy wszystkie tubki zostaną upuszczone w jednym miejscu, czy po kolei. Następna misja będzie wykorzystywała mniejszy łazik, który będzie jeździł i zbierał te próbki. Tu musimy jeszcze zaplanować taką wieloetapową misję, co może potrwać nawet 10 lat, żeby te próbki pobrać i później z powrotem na Ziemię przywieźć.

Właśnie tu jest ciekawa rzecz. Takie pytanie, jak nowa sonda znajdzie te próbki, one w oczywisty sposób nie będą wysyłać żadnych sygnałów, więc jak nowa sonda - przy założeniu, że wyląduje w tym samym miejscu - je zbierze, jak zauważy, czy to kamery jej pokażą? A co jeżeli pył przysypie te próbki?

To jest bardzo dobre pytanie. I właśnie w związku z tym mamy teraz bardzo dużo testowania. Te próbki nie mają baterii, one są bardzo proste, ale one są pomalowane z zewnątrz takimi paskami, bardzo podobnymi do tych pasków na produktach w sklepie, kodów paskowych, które przy kasie można skanować. Na tym mniejszym łaziku musimy mieć kamery, które będą w stanie rozpoznać te próbki w piasku, z pomocą tych pasków,. I liczymy na to, że ten łazik będzie wystarczająco mądry, żeby zobaczyć je na zdjęciu, podjechać i z pomocą włąsnej "ręki", czy manipulatora podnieść i załadować do siebie. Ten mały łazik zbierze te próbki, wróci do lądownika, który będzie główną bazą. te próbki zostaną potem przeniesione do mniejszej rakiety, może wysokości 2 metrów i ta rakieta później wyniesie je na orbitę Marsa. Na tej orbicie będzie je musiała przechwycić jeszcze inna sonda, która z kolei wróci na orbitę Ziemi, a potem wyląduje gdzieś, może na poustyni w Arizonie. Stamtąd próbki trafią jak najszybciej do laboratorium, by nie doszło do ich zanieczyszczenia. Zanieczyszczenie to zresztą bardzo ważny temat, liczymy na to, że nie przyniesiemy ze sobą z Marsa żadnych bakterii, czy wirusów, które mogą nam zaszkodzić na Ziemi. Bardzo duży zespół w NASA zajmuje się tylko tym tematem zanieczyszczenia planet. I w jedną stronę, i w drugą.

Czasem nie zdajemy sobie z tego sprawy, że przecież wokół Marsa nie ma satelitów systemu GPS, nie ma systemu lokalizacji. W związku z tym lokalizacja tych próbek musi być zaplanowana w jakiś inny sposób. Ten  kolejny łazik będzie musiał mieć dane, w którym miejscu Perseverance upuścił te próbki. Wspomniał pan, że to nie jest jeszcze do końca jasne, czy wszystkie będą w jednym miejscu, czy w różnych miejscach. Jak to państwo planują?

Oczywiście nie mamy GPS na Marsie, ale mamy dość dobre zdjęcia i mapy powierzchni. Mamy parę różnych satelitów, które są na orbicie Marsa i są w stanie komunikować się z łazikami. Ten mniejszy łazik nie będzie mógł komunikować się bezpośrednio z Ziemią, więc będzie albo musiał się komunikować przez Perseverance, albo z pomocą tych, krążących wokół Marsa sond. Do znalezienia próbek w piasku będziemy wykorzystywać techniki sztucznej inteligencji i uczenia maszynowego. To teraz gorący temat, wiele osób bada te możliwości, nie tylko w NASA, ta technologia jest bardzo świeża.

Państwo macie możliwość pobrania ponad 40 próbek, tak ile ostatecznie? 43?

Czterdziestu paru...

I to oczywiście na pierwszy rzut oka wygląda, że to jest dużo, ale jeżeli się przystąpi do badań, łazik podjedzie w ciekawe miejsca, to zacznie się taki problem pt. wybór miejsca. Pojawi sie pytanie, ile próbek pobrać z danego miejsca, żeby zostawić sobie jeszcze limit na kolejne, bo przecież może pojawić się miejsce, które nagle trochę niespodziewanie okaże się jeszcze ciekawsze. Jaki jest system decyzji na temat tego, ile próbek w danym miejscu państwo będziecie pobierać, np. po dwie z każdej skały, którą uznacie państwo za ciekawą, żeby była większa szansa, że przynajmniej jedna z nich przetrwa w dobrym stanie? Jakie zasady są już ustalone?

To jest bardzo dobre pytanie. W sumie próbek jest czterdzieści parę, ale nie wszystkie będą udane. Jeszcze nie wiemy ile tych próbek weźmiemy z powrotem, bo ten plan drugiego etapu misji nie jest skończony. Być może będziemy musieli pod koniec zmienić liczbę próbek, które będziemy w stanie zabrać. Nawet te tubki z próbkami, które zamkniemy, nie wszystkie wrócą na Ziemię. Jest cały zespół geologów, naukowców, który zajmuje się wyłącznie wybieraniem miejsc, gdzie będziemy wiercić próbki, mamy tam parę różnych instrumentów do pomocy. Mamy kamery, w tym kamerę o nazwie SuperCam, która jest zamontowana na "głowie" łazika, strzela laserem w skałę i pozwala przeprowadzić szybką analizę jej składu, jakie tam występują cząsteczki. I wtedy geolodzy są w stanie zrozumieć, czy to jest wartościowe miejsce żeby pobrać tam próbkę. Tak samo, jak wspomniałem, mamy wiertło do ścierania powierzchni. Liczymy na to, że najpierw będziemy skałę ścierać tym wiertłem i prowadzić analizę rentgenowską i ramanowską, co pozwoli nam ocenić, czy to może być ciekawy kamień, czy mniej ciekawy. I wtedy geolodzy będą musieli zdecydować, czy oni chcą właśnie w tym kamieniu pobrać próbkę, czy w innym. Pracujemy z inżynierami, którzy dają nam te dane i jesteśmy w stanie zaplanować ruch ręki robota tak, by pobrać próbkę w danym miejscu, nie innym.

Proszę mi powiedzieć, jakie jeszcze etapy muszą się udać, jakie testy musicie państwo przeprowadzić, zanim fizycznie przystąpicie już do pierwszych wierceń?

Gdy łazik wystartował na Marsa, mieliśmy na nim zainstalowane krótsze wiertło do ścierania. Chodziło o to, że jeśli coś by się nie udało, nie moglibyśmy wymienić wiertła, mielibyśmy przynajmniej to. Teraz przeprowadziliśmy testy i liczymy na to, że będziemy w stanie wymienić to wiertło na inne. By to jednak zrobić, musimy przejść jeszcze kilka innych testów, sprawdzić, czy mamy możliwość przemieszczania próbek, czy wszystkie mechanizmy w wiertle działają, czy działa system obrotowo-udarowy, czy działa system wypuszczania i wymiany wiertła, czy działa skrzynia biegów. Zrobimy testy tych wszystkich systemów i będziemy mieli pewność, że nic się w trakcie startu, lotu i lądowania nie zepsuło. W kolejnym etapie będziemy testować wymianę wiertła i potem będziemy gotowi. NASA wymaga przy tym, byśmy pokazali, że mamy te możliwości, że wszystkie testy pracy, choćby zużycia prądu, się powiodą. Jeśli spełnimy te wymagania dostaniemy pozwolenie, żeby wiercić.

Jak długo przewidujecie państwo, że ta misja wiercenia próbek i ich pobierania potrwa. Czy to będzie rok? Dłużej? Na jak długo planujecie tę kluczową część misji, która ma doprowadzić finalnie do przyniesienia próbek na Ziemię?

Liczymy, że to potrwa mniej więcej rok. Musimy jeszcze zobaczyć, jak daleko będziemy jeździć między miejscami, gdzie pobierane będą próbki. Jest parę czynników, które ciężko przewidzieć, ale zakładamy mniej więcej rok, dwa. na pewno nie potrwa to dłużej niż 4 lata, bo to wszystko tam się starzeje, pokrywa pyłem marsjańskim. Im wcześniej, tym lepiej, żeby to wszystko skończyć.

Te tuleje, w których rdzenie będą przechowywane, są z jakiego materiału?

Tubki są tytanowe.

I zamykane są też tytanowymi przykrywkami?

Nie do końca całkiem z tytanu, ale jest tam element złota, które jest bardzo miękkie, jest w stanie zmienić kształt w tym korku i zapewnić, że nie ma szpary między tubką a korkiem.

To coś niebywałego, złoto używane jako uszczelniacz, na to można sobie pozwolić naprawdę w niezwykłych misjach.

Taki żart mamy, można zobaczyć na zdjęciach, nasze wiertło też wydaje się złote, ale ono nie jest złote, jest  pokryte związkiem tytanu i azotu. On wydaje się, że jest złoty, ale nie jest złotem. Na pewno zobaczymy parę śmiesznych interpretacji ludzi, że to wiertło jest zrobione ze złota.

Chciałbym jeszcze na koniec naszej rozmowy zapytać o to, jak pan trafił do NASA. Pan się urodził w Stanach Zjednoczonych. Jaka była pana droga do tego, żeby się zająć tak niezwykłymi projektami?

Urodziłem się w Stanach Zjednoczonych, skończyłem szkołę i poszedłem na studia na Uniwersytecie Colorado w Boulder. Studiowałem mechanikę i robotykę, nigdy nie liczyłem na to, że dostanę się do NASA. Muszę przyznać, że to było szczęście, że przytrafiła mi się taka okazja. Przez przypadek spotkałem przedstawiciela JPL, czyli Jet Propulsion Laboratory. Ta nazwa, Laboratorium Napędu Odrzutowego jest bardzo myląca, bo my się tym już w ogóle nie zajmujemy. Jesteśmy laboratorium robotyki dla NASA. A nazwa pochodzi z naszej historii, kiedy pomagaliśmy w czasie II wojny światowej startować samolotom wyposażonym w rakiety na skrzydłach. I to jest stara nazwa, która została. Pod koniec studiów spotkałem przedstawiciela JPL, miałem potem rozmowę kwalifikacyjną, tak się stało, że byłem we właściwym miejscu, we właściwym czasie. Dostałem ofertę pracy i nie mogłem odmówić. I jestem tu już 6 lat.

Bardzo serdecznie dziękuję za rozmowę. Trzymamy kciuki za powodzenie misji i będziemy się dopytywać o jej dalszy ciąg.

Dziękuję bardzo za rozmowę, było bardzo miło.