Kolejny skok na Marsa tuż, tuż...

Misja sondy ExoMars2016 wchodzi w decydującą fazę. Już w środę na powierzchni Czerwonej Planety wyląduje próbnik Schiaparelli. W tym samym czasie na orbitę Marsa wejdzie sonda Trace Gas Orbiter. Oba pojazdy dotarły do Marsa wspólnie, by w ramach programu Europejskiej Agencji Kosmicznej i rosyjskiej agencji Roskosmos poszukiwać tam śladów biologicznego życia. Dziś się rozłączą. O celach misji mówi RMF FM jeden z polskich naukowców, uczestniczących w tym programie, dr Paweł Wajer z Centrum Badań Kosmicznych PAN w Warszawie.

Grzegorz Jasiński: Bardzo dziękuję, że zechciał pan poświecić nam teraz trochę czasu, rozumiem, że to taki emocjonujący etap przygody, związanej z sondą ExoMars...

Dr Paweł Wajer: Faktycznie emocjonujący, trzymamy kciuki, żeby wszystko się udało...

Ta misja składa się z kilku etapów. Ona na pierwszy rzut oka przypomina nieco misję Rosetta do jądra komety. Tam były orbiter i lądownik, i tu także są. Sonda Trace Gas Orbiter pozostanie na orbicie Marsa, lądownik Schiaparelli w środę wyląduje na powierzchni Czerwonej Planety i będzie wykonywał pomiary już w ciągu najbliższych dni. Zacznijmy więc od lądownika, którego misja zaczyna się w niedzielę od odłączenia od orbitera...

Po odłączeniu się od orbitera lądownik będzie zmierzał w kierunku powierzchni Marsa. Ponieważ będzie poruszał się z bardzo dużą prędkością, po wejściu w atmosferę się rozgrzeje, dlatego ma osłonę termiczną. Będzie wyhamowywał, potem otworzy spadochron, który też zmniejszy jego prędkość. Na samym końcu zostaną włączone silniczki hamujące i swobodnie wyląduje na powierzchni. Zaplanowano, że będzie pracował tylko kilka dni, ale w tym czasie wykona różnego rodzaju pomiary.

Jak rozumiem, już samo lądowanie będzie pewnego rodzaju eksperymentem...

Tak, to będzie okazja do testów technik lądowania, które przydadzą się przed kolejnymi misjami. Misja ExoMars składa się z dwóch części, teraz w 2016 roku mamy lądownik i orbiter, w 2020 roku planowane jest wysłanie na powierzchnię Marsa łazika.

Pańska praca jest związana bardziej z orbiterem i tym, jakie wyniki mogą przynieść badania wykonywane z pomocą jego instrumentów. Ale zatrzymajmy się jeszcze chwilę na lądowniku i powiedzmy, czego naukowcy spodziewają się po jego pracy. Czego chcą się dowiedzieć?

Naukowcy chcą się dowiedzieć, jaka będzie temperatura, ciśnienie, prędkość wiatru, czy pole elektryczne w miejscu lądowania. Interesuje ich też poziom zapylenia. Przy czym - jak już mówiliśmy - będzie testowany też proces samego lądowania, wchodzenie w atmosferę, wyhamowywanie, chcemy sprawdzić, czy potrafimy dobrze to zrobić, nauczyć się czegoś dla przyszłych misji. W obu pojazdach zamontowane są urządzenia wyprodukowane w Polsce. W przypadku lądownika są to czujniki termiczne, w przypadku orbitera jednym z instrumentów jest kamera stereoskopowa CaSSIS. Układ zasilania tej kamery został zaprojektowany i przetestowany w Centrum Badań Kosmicznych PAN.

Wyniki badań tej kamery to coś, co pana osobiście najbardziej interesuje...

Tak, aczkolwiek musimy pamiętać, że te instrumenty będą współpracowały, ich obszary badań będą się w pewnym stopniu przenikać. Mówiąc w skrócie, jednym z celów orbitera jest zbadanie obecności gazów śladowych, czyli takich, które występują w atmosferze w małym stężeniu, takich jak na przykład odkryty tam niedawno metan. Inne instrumenty będą szukały tego metanu, natomiast jednym z celów działania kamery CaSSIS będzie przyjrzenie się tym miejscom, z których ten metan się wydobywa.

Metan to gaz, który na Ziemi kojarzy się nam z życiem, w związku z tym, wszyscy ci, którzy marzą o znalezieniu śladów życia na Marsie, właśnie na tych miejscach, z których on się wydziela, będą koncentrowali uwagę szczególnie. Czy cokolwiek o tych miejscach wiemy? Czy wiemy, gdzie ich szukać?

W przypadku metanu sprawa jest dość tajemnicza, ponieważ on pojawia się bardzo szybko i bardzo szybko potrafi zniknąć. My w tej chwili nie wiemy, jakie są źródła tego metanu. Nie wiemy też, dlaczego tak szybko potrafi uciekać. Istnieje tu kilka hipotez, które tłumaczą pochodzenie metanu. Mówi się na przykład o tak zwanych klatratach metanowych. Metan jest uwięziony w takich klatkach otoczonych wodą i co jakiś czas jest uwalniany na powierzchnię. Pytanie jest, jak ten metan powstał, czy kiedyś i teraz jest tylko uwalniany, czy też na bieżąco. Jest też pytanie, czy mogły się do jego powstania przyczynić organizmy żywe, czy są jakieś inne mechanizmy, nie wymagające życia biologicznego. To tylko niektóre z pytań, na które ta misja ma dać odpowiedź.

Na wyniki badań tej kamery będziemy musieli trochę poczekać, bo orbiter nie wchodzi w ten weekend na ostateczną orbitę, z której będzie prowadził obserwacje, tylko na wstępną, która z czasem zostanie doprecyzowana. W tym celu wykorzysta tak zwany "aerobreaking", skoryguje orbitę wykorzystując opór samej atmosfery...

Orbiter na ostateczną orbitę wejdzie mniej więcej za rok. Aerobreaking wykorzystuje to, że atmosfera stawia opór i dzięki temu możemy zmienić kształt orbity. Oczywiście orbiter wykorzysta też własne silniczki. Docelowa orbita ma znajdować się na wysokości 400 km nad powierzchnią, będzie nachylona do płaszczyzny równika pod kątem 74 stopni.

Wiemy, że atmosfera Marsa jest bardzo cienka i rzadka, a jednak, kiedy przychodzi do kosmicznych manewrów z olbrzymimi prędkościami okazuje się, że jej opór wywołuje poważne termiczne efekty i lądownik musi być przed nimi chroniony. Jak możemy te procesy porównać do tego, co dzieje się przy wejściu do ziemskiej atmosfery?

W porównaniu z atmosferą ziemską, atmosfera Marsa jest rzeczywiście bardzo rzadka, ale prędkość z jaka lądownik będzie się początkowo poruszał sięgnie ponad 20 tysięcy km/h. Mimo, że atmosfera jest tak rzadka, to przy takiej prędkości jej opór będzie duży, na tyle duży, że potrzebna jest osłona termiczna. Przypuszcza się, że ta osłona może ogrzać się do temperatury przekraczającej nawet 1000-1500 stopni Celsjusza.

To co będzie się działo wokół lądownika, ta rozgrzana plazma będzie miała podobną strukturę, jak w przypadku ziemskiej atmosfery? Czy lądownik pomoże to zbadać?

Struktura będzie podobna, procesy zachodzące przy rozgrzewaniu się są tam i tu podobne. Z tą różnicą, że w atmosferze ziemskiej mamy dużo tlenu, a w marsjańskiej niemal 100 procent dwutlenku węgla. W trakcie lotu lądownik także będzie prowadził pomiary, choćby temperatury, ale też innych parametrów.

Wspomniał pan o tym, że misja ExoMars będzie miała ciąg dalszy, będzie wysyłana kolejna sonda. Na ile wyniki tych wstępnych badań, które poznamy po lądowaniu Schiaparellego i ewentualnie jeszcze badania z orbity, wpłyną jeszcze na drugą część misji? Czy już nie ma szans, wszystko jest już zaplanowane...

To jak będzie się zachowywał lądownik przyda się do zaplanowania drugiej części misji. To bardzo skomplikowany proces, schodzimy z bardzo dużą prędkością, w odpowiednim momencie musi otworzyć się spadochron, muszą być włączone silniczki hamujące. Natomiast obserwacje orbitera też dostarczą ważnych informacji, choćby zdjęć trójwymiarowych. I tu wszyscy głównie spodziewamy się odpowiedzi na pytania dotyczące tego metanu.

Kiedy państwo spodziewacie się pierwszych konkretnych wyników pomiarów lądownika? Kiedy dotrą na Ziemię?

On będzie działał przez kilka dni i w tym czasie będzie przesyłał dane na bieżąco. Pierwsze wyniki powinny być od razu. Oczywiście później trzeba to będzie wszystko opracować...