Spirit

Spirit (oficiálne: MER-A) je jedným z dvoch vozidiel misie Mars Exploration Rover americkej NASA. Spirit pristál na Marse 4. januára 2004 o 04:35 UTC. Jeho dvojča Opportunity úspešne pristálo na druhej strane Marsu 25. januára 2004.
Hoci sa pôvodne predpokladalo, že bude fungovať len 90 dní, Spirit sa aktívne pohyboval po povrchu šesť rokov. 26. januára 2010 ukončilo vozidlo svoj pohyb po povrchu planéty. Zaseklo sa na mieste západne od plošiny "Home plate". Príčinou je jeho zapadnutie do sypkého materiálu, z ktorého sa snažil vyslobodiť len pomocou piatich koliesok, pretože šieste bolo už dlhšiu dobu nefunkčné. Riadiace stredisko napokon pokusy o vyslobodenie ukončilo. Spirit však pokračoval vo svojej vedeckej činnosti aj zo stacionárnej pozície. 22. marca 2010 prestal vysielať, pričom sa predpokladalo, že sa tak stalo kvôli zníženej dodávke elektrického prúdu počas marťanskej zimy. Riadiace stredisko vyše roka pokračovalo v pokusoch o obnovenie spojenia. Posledný pokus nastal 25. mája 2011. Jeho dvojča Opportunity fungovalo až do roku 2018.
Pomenovanie vozidiel Spirit a Opportunity.
Vozidlá "Spirit" a "Opportunity" boli pomenované na základe študentskej súťaže, ktorú vyhrala deväťročná Sofi Collisová z Arizony.
I used to live in an Orphanage.
It was dark and cold and lonely.
At night, I looked up at the sparkly sky and felt better.
I dreamed I could fly there.
In America, I can make all my dreams come true...
Thank-you for the „Spirit“ and the „Opportunity“
—Sofi Collis, vek 9
Pozri NASA: Mená pre marťanské vozidlá "Spirit" a "Opportunity"
Opis telesa.
Po štarte mala sonda priemer a výšku . Počas preletu medziplanetárnym priestorom jej teleso pozostávalo z valcovej služobnej časti a pristávacieho modulu v tvare dvojitého kužeľa. Teleso bolo stabilizované rotáciou rýchlosťou 2 otočky za minútu.
Preletová časť.
Preletová časť mala prázdnu hmotnosť . Na spodnej strane bola vybavená panelom fotovoltaických batérií. Tie dodávali blízko Zeme vyše 600 W elektrickej energie. Ich výkon so vzrastajúcou vzdialenosťou sondy od Slnka postupne klesal. Pri Marse dodávali už len približne 300 W. Solárne panely dobíjali 2 lítiumsulfonylové akumulátorové batérie.
Preletová časť obsahovala aj dva bloky so štyrmi manévrovacími motormi na palivo hydrazín, ktoré boli uložené v dvoch guľatých titánových nádržiach (celkove ). Orientáciu jej zabezpečoval detektor Slnka a skener hviezd. Na spodnej strane preletovej časti boli umiestnené taktiež dve antény pre spojenie so Zemou – jedna s malým ziskom, jedna so stredným ziskom. Nachádzal sa tu aj radiátor systému tepelnej regulácie.
Pristávacia časť.
Pristávací modul mal kryt tvorený kužeľovitým tepelným štítom s hmotnosťou a zadným kužeľovým krytom s hmotnosťou . K nemu bol pripojený padák s priemerom . Vnútri bola umiestnená vlastná pristávacia časť v tvare pravidelného štvorstenu vážiaca . Ku každej zo stien štvorstenu bolo pripojených 6 nafukovacích airbagov s pracovným tlakom 6,9 kPa. Tie slúžili na zmiernenie nárazu pri dopade na povrch planéty. Na trojuholníkovej podstave štvorstenu bolo ukotvené vozidlo. Bočné strany štvorstenu boli výklopné, roztvárané servomotormi, ktoré slúžili aj na prípadné uvedenie modulu do horizontálnej polohy.
Vlastné vozidlo s celkovou hmotnosťou má rozmery 1,49×2,29×. Je vybavené šesťkolesovým podvozkom so samostatne riadeným predným a zadným párom kolies. Systém so šiestimi výkyvne zavesenými kolesami s priemerom sa samostatnými elektromotormi umožňuje jazdu maximálnou rýchlosťou /s. Najvyššia rýchlosť v praxi bola /s. Podvozok toleruje sklon až 45° v ktoromkoľvek smere, ale riadiaci počítač povoľuje maximálny sklon 30°.
Na hornej podstave sú umiestnené 3 panely fotovoltaických batérií, z toho dva výklopné. Ich plocha je a maximálny príkon 140 W. Bezprostredne po pristátí bola denná priemerná dodávka elektrickej energie 900 Wh/sol, postupne však klesala v dôsledku toho, ako sa panely pokrývali prachom.
Na hornej podstave je umiestnený aj sťažeň PMA (Pancam Mast Assembly), na ktorého vrcholu je pár navigačných kamier NavCam (Navigation Camera) so zorným uhlom 45°. Ďalšie dve dvojice kamier HazCam (Hazard Avoidance Camera) so zorným poľom 120° umiestnené na spodnej strane vozidielka, na jeho prednej a zadnej časti, slúžia na detekciu prekážok na ceste do vzdialenosti . Okrem toho sa dá na navigáciu využiť aj experimentálna panoramatická kamera. Elektronika a dve lítiumsulfonylové akumulátorové batérie sú umiestnené v aerogelom tepelne izolovanej časti na trupe vozidla. Jej obal je vyrobený z kompozitného materiálu. Teplota vnútri je udržovaná kombináciou odpadového tepla z elektroniky, elektrického kúrenia a ôsmich rádioizotopových vykurovacích elementov LWRHU (Lightweight Radioisotope Heater Unit).
Vedecké vybavenie vozidla.
Na palube vozidla je tiež disk DVD s menami viac než 4 miliónov osôb, ktoré o to požiadali.
Miesto pristátia: Columbia Memorial Station.
"Spirit" pristál v kráteri Gusev okolo od stredu cieľovej pristávacej elipsy 14,5718° S ± 30 metrov zemepisnej šírky, longitude 175,4785° E ± 0,5 metra zemepisnej dĺžky . Vozidlo, padáky, tepelný štít a niekoľko stôp po odraze sú viditeľné na obrázku urobenom sondou Mars Global Surveyor.
Panoráma ukazuje jemne zvlnený povrch, pokrytý malými kameňmi, s pohorím na horizonte vzdialenom asi . Riadiace stredisko misie MER pomenoval miesto pristátia „Columbia Memorial Station“, na pamiatku siedmich astronautov, ktorí zahynuli na palube raketoplánu Columbia.
27. januára NASA na pamiatku posádky Apollo 1 pomenovala tri vrchy severne od „Columbia Memorial Station“ ako Apollo 1 Hills. 2. februára bola, na počesť poslednej misie raketoplánu Columbia, pomenovaná skupina vrchov na východ od miesta pristátia ako Columbia Hills a sedem vrchov tohto pohoria ako Anderson, Brown, Chawla, Clark, Husband, McCool a Ramon. (NASA poslala tieto geografické názvy na potvrdenie do IAU.)
Udalosti a objavy.
Časová os.
Detailná chronológia udalostí a objavov je popísaná v článku Časová os vozidla Spirit. Nasledujúce odseky opisujú najzaujímavejšie udalosti.
Sleepy Hollow.
„Sleepy Hollow“, plytká priehlbina na povrchu Marsu v blízkosti vozidla "Spirit", bola prvým cieľom vozidla po opustení miesta pristátia. Vedci z NASA sa o tento kráter veľmi zaujímali. Jeho priemer je zhruba 9 metrov a je vzdialený okolo 12 metrov severne od miesta pristátia.
"Ako námorníci v minulosti používali sextant na 'fotenie Slnka,' ako to nazývali, my sme úspešne odfotili Slnko s našou panoramatickou kamerou a získané informácie sme použili na zameranie antény", povedal Matt Wallace (JPL), manažér misie.
Prvá farebná fotografia.
Vpravo je prvý farebný obrázok Marsu urobený panoramatickou kamerou vozidla "Spirit". Bol to obrázok s najväčším rozlíšením, aký kedy bol urobený z povrchu inej planéty. „Vidíme panoramatickú mozaiku zloženú zo štyrikrát tri obrázkov kamery“, povedal dizajnér kamery Jim Bell z Cornellu. Na tomto obrázku je 12 miliónov bodov (4 000 × 3 000). Toto je však len vrchol ľadovca, pretože tento obrázok, získaný 6. januára 2004, je iba osmina z panorámy urobenej touto kamerou a nie je stereo.
Anomália v správe flash pamäte.
21. januára (sol 18) Spirit náhle prerušil komunikáciu s riadiacim strediskom. Ďalší deň vozidlo vyslalo 7,8 bit/s pípnutie, potvrdzujúce, že prijalo vysielanie zo Zeme, ale zároveň naznačujúce, že sonda je v chybovom móde. Bolo to opísané ako veľmi vážny problém, ale potenciálne odstrániteľný, ak ide o chybu softvéru alebo pamäte a nie o zlyhanie hardvéru. Spiritu bolo nariadené, aby poslal systémové dáta. 23. januára skutočne poslal malou prenosovou rýchlosťou niekoľko krátkych správ, až konečne poslal 73 megabitov cez X band na sondu Mars Odyssey. To ukazovalo na problémy s anténou. Vozidlo bolo tiež od stredy v slučke procesora, ktorý sa naštartoval, nahral letový softvér a znova sa resetoval. Procesor nebol resetovaný hneď, ale až s hodinovým oneskorením. To mohlo byť spôsobené tým, že príkaz na reset nebol počas diagnostikovania vozidla vždy rozpoznaný.
Podľa odhadov vedúcej vývoja, Jennifer Trosperovej, sa problém zrodil v dvoch pamätiach robota – RAM a Flash. RAM okrem iného zabezpečuje organizáciu súborov uložených vo Flash pamäti. Práve priveľký nárast počtu súborov súvisiacich s fázou letu vyústil do zistenia, že kapacita RAM je nedostatočná. Ďalším cieľom riadiaceho centra bolo nahrať do robota program, ktorý by mal overiť túto teóriu a zmazať nadbytočné súbory. Po zmazaní nadbytočných súborov sa 6. februára (Sol 33) podarilo vozidlo dostať do pôvodného pracovného stavu a vedecké aktivity mohli pokračovať.
Prvé brúsenie kameňa na Marse.
Okrúhla a plytká priehlbina na obrázku je výsledkom prvého brúsenia kameňa na Marse. 6. februára brúska (Rock Abrasion Tool) na vozidle Spirit vybrúsila plochu s priemerom 45,5 milimetrov na kameni zvanom Adirondack počas 34. solu na Marse. Materiál z 2,65 milimetrov hlbokej diery bol bližšie preskúmaný mikroskopickým zobrazovačom a dvoma spektrometrami na robotickom ramene. Tento obrázok spravil Spirit panoramatickou kamerou kvôli vizuálnej kontrole úspešnosti brúsenia. Brúska pre obidve vozidlá bola vyrobená firmou Honeybee Robotics z New Yorku.
„"Rock Abrasion Tool" prekonal naše očakávania“, povedal Steve Gorevan z firmy Honeybee Robotics, vedúci vývojár tohto nástroja pre obidve vozidlá. "S parametrami, ktoré sme nastavili som si nemyslel, že by sme sa mohli dostať tak hlboko. Skutočne, keď sme virtuálne videli úplný kruh, bol som excitovaný až na hranicu toho, o čom som kedy sníval."
Mimi.
V strede tohto farebného obrázku spraveného panoramatickou kamerou na 40 sol je šupinkový kameň zvaný Mimi. Mimi je jeden z mnohých kameňov v tejto oblasti známej ako „Stone Council“, ale veľmi sa líši od kameňov, ktoré vedci až dosiaľ videli v kráteri Gusev. Šupinkovitý vzhľad Mimi viedol vedcov k mnohým hypotézam. Mimi mohol byť vystavený veľkému tlaku pri dopade meteoritu alebo mohol byť kedysi dunou, ktorá skamenela do takýchto šupinkových vrstiev procesom, ktorý niekedy spôsobuje voda.
Humphrey a stopy vody.
5. marca 2004 NASA oznámila, že "Spirit" našiel prvé príznaky, že v minulosti bola na Marse voda a to v kameni nazvanom „Humphrey“. Dr. Ray Arvidson z Washingtonovej univerzity v St. Louis počas tlačovej konferencie NASA povedal: „Ak by sme tento kameň našli na Zemi, povedali by sme, že ide o kameň vulkanického pôvodu, cez ktorý tiekla kvapalina.“ Oproti kameňom, ktoré skúmalo vozidlo "Opportunity", tento sa sformoval z magmy a potom zachytil svetlý materiál do malých škárok, ktorý vyzerá ako kryštalizované minerály. Ak toto vysvetlenie je pravdivé, minerály sa najlepšie rozpúšťajú vo vode, ktorá ich priniesla dovnútra kameňa, kde opäť skryštalizovali do neskoršej podoby. (Tlačová správa)
Kráter Bonneville.
11. marca 2004 Spirit dosiahol kráter Bonneville po približne 370 metrov dlhej ceste. Tento kráter má priemer asi 140 metrov a hĺbku 28 metrov. JPL rozhodla, že by nebol dobrý nápad poslať vozidlo na dno krátera, ak tam navyše nevideli žiadny zaujímavý objekt. Spirit prešiel po južnom okraji cez niekoľko pieskových dún a pokračoval juhozápadným smerom ku Columbia Hills.
Kráter Missoula.
Spirit dosiahol kráter Missoula počas solu 105. Kráter má priemer okolo 90 metrov a hĺbku okolo 18 metrov. S týmto kráterom sa neuvažovalo ako s prioritným cieľom kvôli tomu, že sa v ňom nachádzajú iba staršie horniny. Vozidlo prešlo po severnom okraji a pokračovalo smerom na juhovýchod.
Kráter Lahontan.
Kráter Lahontan dosiahol Spirit počas solu 118 a pohyboval sa popri jeho okraji ešte dva soly. Lahontan je asi 50 metrov široký a 9 metrov hlboký kráter. Po juhovýchodnej strane cesty vozidla sa tiahla dlhá piesková duna, ktorú Spirit obišiel.
Columbia Hills.
Na 159. sol Spirit dosiahol prvý z mnohých cieľov na upätí Columbia Hills zvaný West Spur. "Hankovu priehlbinu" študoval 23 solov. Vnútri priehlbiny sa nachádzal zvláštne vyzerajúci kameň pomenovaný "Pot of Gold".
Odtiaľ sa Spirit vydal severnou cestou po upätí vrchu priamo k ďalšiemu cieľu "Wooly Patch", ktorý študoval od 192. do 199. solu. Od solu 203 sa Spirit vydal južne smerom k vrcholu, až prišiel ku kameňu zvanom "Clovis". "Clovis" bol obrúsený a analyzovaný počas solov 210 až 225. Po ňom nasledoval "Ebenezer" (soly 226 – 235), "Tetl" (sol 270), "Uchben" a "Palinque" (soly 281 – 295), a "Lutefisk" (soly 296 – 303). Od solu 239 do 262 bol Mars pri pohľade zo Zeme schovaný za Slnkom, takže komunikácia so Spiritom nebola možná.
Spirit pomaly putoval okolo vrchu Husband Hill a na 344. sol bol pripravený vyšplhať sa cez "Cumberland Ridge" na „Larryho výhľad“ a do "Údolia Tennessee".
Počas solu 371 Spirit prišiel ku kameňu nazvanému "Peace" (mier) blízko vrchola "Cumberland Ridge". Tento kameň skúmal s brúskou RAT o dva soly neskôr (sol 373).
V polovici februára 2005 (sol 390) Spirit postupoval smerom k „Larryho výhľadu“ a kvôli problémom s jedným kolesom do kopca cúval. Vedci sa snažili v tejto dobe šetriť energiu na ďalší výstup. Prach na slnečných paneloch stále znižoval ich výkon, ktorý tak klesol z pôvodných 900 Wh krátko po pristátí na 350 Wh.
Spirit skúmal cestou rôzne ciele, ako napríklad narušenú pôdu "Paso Robles", ktorá obsahovala najväčší podiel solí nájdený na červenej planéte. Pôda obsahovala tiež veľký podiel fosforu a jeho zlúčenín, aj keď to nebolo viac ako pri inej vzorke, kameň „Wishstone“. Vedci to okomentovali slovami: „Stále skúšame zistiť, čo to znamená, ale je jasné, že v takom veľkom množstve soli mala prsty voda.“
9. marca 2005 (asi počas marťanskej noci) boli solárne panely Spiritu pravdepodobne očistené prašným vírom, tým sa zvýšil ich výkon až na 800 Wh za sol. Počas ďalších dní sa podarilo niekoľko vírov vyfotiť.
Počas solu 582 (21. augusta, 2005) dosiahol "Spirit" jeden z vrcholov kopca Husband, odkiaľ začal robiť panoramatické zábery. Vrchol je 82 metrov nad okolitou planinou, o 108 metrov vyššie a o 3 kilometre východným smerom ďalej, ako je miesto pristátia. Do septembra 2005 Spirit prešiel asi .
1. októbra rover začal východnou stranou zostup z kopca Husband. Cestou vykonával detailné merania na vybraných miestach, ale aj diaľkový prieskum vrátane snímkovania nočnej oblohy.
Vo februári 2006, počas solu 744, dorazil do oblasti zvanej "Home Plate". Išlo o asi široký kruhový útvar. Okraje jeho svahov mali vrstevnatú štruktúru. Robot ho skúmal do marca, potom sa presunul smerom k "McCool Hill", aby tam lepšie prečkal ďalšiu nastávajúcu zimu. Cestou, počas solu 779, sa mu ale pokazilo jedno zo šestice kolies. Pohyb rovera sa tak stal značne pomalším a vedci mu preto vybrali iné miesto na prezimovanie. Bol ním severný svah jednej z menších vyvýšenín "Columbia Hills". Hoci sa počas zimy Spirit nepohyboval, skúmal ciele v dosahu svojej robotickej ruky a ďalšie ciele na diaľku. Počas marťanskej zimy bol do neho tiež nahratý nový software. Zima vrcholila počas pozemského leta 2006, kedy rover dostával zo svojich solárnych panelov len asi 280 Wh energie denne. V pozemskej jeseni 2006, ktorá zodpovedala marťanskej jari, síce výkon solárnych panelov stúpal, no rover sa nehýbal z miesta. Mars totiž prekonával svoju konjunkciu so Slnkom a aktivity Spiritu boli preto obmedzené na minimum. Až v sole 1010, čo bol už november 2006, robot konečne prešiel 0,71 metra.
V nasledujúcom období rover absolvoval krátke presuny a výskum rozličných cieľov. Na Marse sa však rozpútala miestna prachová búrka. Kvôli nej 27. decembra 2006 poklesol výkon solárnych panelov stroja dokonca aj pod minimum, ktoré dosiahli v marťanskej zime. Rover sa ale stále krátko presúval okolo "Home Plate" a s využitím všetkých prístrojov vykonával výskum.
V júni 2007 Spirit zasiahla ďalšia prachová búrka, tentoraz globálna. Výkon jeho solárnych panelov, prirodzene, poklesol ešte viac než počas lokálnej búrky – len na 260 Wh za sol. Po obdobie niekoľkých týždňov musela byť aktivita rovera opäť obmedzená na minimum. Po skončení búrky pokračoval v pomalom pohybe a výskume "Home Plate".
V rokoch 2008 a 2009 rover stále trápil nízky výkon solárnych panelov, ktorý klesol až pod 200 Wh za deň. Jeho prejdené vzdialenosti boli teda malé. Výkon solárnych panelov napokon stúpol, ale robot mal pre poruchu pohonu kolesa stále problémy s jazdou cez sypkejšie oblasti.
Stupňujúce sa problémy.
V druhej polovici roku 2009 sa stav vozidla zhoršoval. Objavil sa problém s vysokoziskovou anténou HGA, ktorý sa síce podarilo prekonať. Nasledoval však reštart palubného počítača a problém s flash pamäťou, podobne ako počas 18. solu. Kvôli tomu by stratil neodvysielané údaje vždy po vypojení napájania. Flash pamäť sa nepodarilo opraviť, ale riadiaci tím vyvinul metódu, ako aspoň čiastočne pokračovať vo vedeckom programe misie. Pamäť sa napokon podarilo preformátovať a uviesť zase do prevádzky. V tej dobe bol ale rover čiastočne zapadnutý do piesku v oblasti nazvanej "Troy". V novembri a decembri 2009 prebiehali pokusy o jeho vyslobodenie, ale rover sa zakaždým posunul len málo, kým opäť zapadol. Situáciu zhoršovali opakujúce sa problémy s pravým zadným kolesom. 8. decembra bol pri diagnostických testoch nameraný vysoký elektrický odpor rotoru pohonu. Aj pravé predné koleso bolo funkčné iba s obmedzeniami. Jeho otáčanie bolo prerušované.
Začiatkom januára sa rover ešte používaním rozličných metód jazdy Spirit nepatrne posúval dopredu, no zároveň sa zahrabával hlbšie do sypkého materiálu. Riadiace stredisko preto vyskúšalo jazdu vzad, čo spočiatku vyzeralo nádejne napriek tomu, že mu už fungovali iba štyri kolesá. Približovala sa však ďalšia zima, a tak sa pokusy riadiaceho strediska preorientovali na snahu zlepšiť sklon jeho solárnych panelov k Slnku. 8. februára bol vydaný posledný povel na úpravu sklonu a to zníženie výšky závesu kolies na pravej strane a jej zvýšenie na pravej strane. Tým sa palube lepšie naklonila k severu, odkiaľ počas zimy na južnej pologuli Marsu prichádzajú slnečné lúče. Robotická ruka bola uložená do najlepšej zimnej pozície a dôležité údaje odvysielané na Zem. V marci rover prešiel na zimný režim, počas ktorého len raz denne absolvoval krátke meranie opacity atmosféry a raz týždenne sa spojil so Zemou. Po zvyšok času bol vypojený.
Celková vzdialenosť prejdená po povrchu Marsu činila . Opportunity počas rovnako dlhej doby fungovania prešla viac než dvakrát väčšiu vzdialenosť.
Koniec misie.
22. marca 2010, počas 2210. solu, sa robot odmlčal a odvtedy o sebe nepodal nijakú správu. Riadiace stredisko sa pravidelne pokúšalo spojiť s robotom po dobu dlhšiu než rok. Dúfali, že opätovne stúpajúce teploty na Marse preberú rover z hibernácie, do ktorej podľa predpokladov upadol kvôli nedostatku vyrábanej energie začiatkom marťanskej zimy. K vypojeniu akumulátorových batérií roveru pravdepodobne došlo medzi 22. a 30. marcom. 13. mája 2010 nastal na južnej pologuli zimný slnovrat. Kvôli následnej zlepšujúcej sa situácii pre solárne panely rovera pokusy pokračovali aj dlho po tomto termíne. Spojenie sa však obnoviť nepodarilo, a tak 25. mája 2011 NASA ukončila pokusy. K ukončeniu pokusov o obnovu spojenia prispelo tiež to, že spojovacie kapacity mali byť čoskoro zaneprázdnené ďalším pojazdným laboratóriom – MSL (Mars Science Laboratory), ktoré odštartovalo 26. novembra 2011.
Astronómia.
"Spirit" otáčal svoje kamery k marťanskej oblohe a pozoroval prechod Marsovho mesiaca Deimos cez Slnko (pozri Prechod Deima z Marsu). Začiatkom marca tiež spravil zatiaľ jedinú fotografiu Zeme z iného sveta.
12. januára 2005 od okolo 14:45 UTC do 23:05 UTC sa uskutočnil prechod Merkúra z Marsu. Teoreticky ho mohli pozorovať obidve vozidlá "Spirit" aj "Opportunity", ale rozlíšenie kamery nedovoľovalo vidieť Merkúrov 6,1" uhlový priemer. Boli schopné pozorovať iba prechody Deima cez Slnko s 2' uhlovým priemerom, asi 20-krát väčším ako Merkúrov. Dáta generované JPL Horizons indikovali, že "Opportunity" bola schopná sledovať tranzit od začiatku až po lokálny západ Slnka o 19:23 UTC pozemského času, kým "Spirit" bol schopný ho pozorovať od lokálneho východu Slnka o 19:38 UTC pozemského času až po koniec prechodu.
Pomenované po Spirite.
Ako ocenenie veľkého prínosu vozidla Spirit pre výskum Marsu nesie jeho meno planétka Spirit. Pomenovanie navrhla Ingrid van Houten-Groeneveldová, ktorá spolu s Corneliom Johannesom van Houtenom a Tomom Gehrelsom objavila túto planétku 24. septembra, 1960.