Phoenix (sonda)

História

V auguste 2003 vybrala University of Arizona sondu Phoenix pre štart v roku 2007 ako prvý v novej skupine malých, lacných sond programu Mars Scout. Výber bol výsledkom intenzívnej dvojročnej súťaže s návrhmi iných inštitúcií. Dotácia v hodnote 325 miliónov dolárov je viac ako šesťkrát väčšia ako akýkoľvek výskumný grant v celej histórii University of Arizona. Vedením tejto misie bol poverený Peter H. Smith z Lunárneho a planetárneho laboratória University of Arizona. Misia bola pomenovaná po Fénixovi, mytologickom vtákovi, ktorý sa stále znovu rodí z popola. Tak ako tento vták, tiež Phoenix obsahuje už skôr vyrobené komponenty. Pristávací modul pre misiu v roku 2007 bol upravený modul misie Mars Surveyor 2001 Lander (zrušená v roku 2000 po nehode sondy Mars Polar Lander). Lockheed Martin potom uložil dva takmer kompletné moduly do klimatizovaného skladu.

Vedecké vybavenie

RA (Robotic Arm)
Robotické rameno s dĺžkou 2,35 m so štyrmi stupňami voľnosti – hore a dole, do strán, dopredu a dozadu a okolo svojej osi. Na jeho konci bola malá radlica, ktorá umožnila odoberanie vzoriek pôdy až do hĺbky 50 cm. Vyhodnotenie vzoriek prebehlo v analyzátoroch TEGA a MECA. Rameno RA tak bolo jedno z najdôležitejších zariadení na sonde Phoenix, pretože bolo jedinou možnosťou, ako odobrať vzorky pre vyššie zmienené analyzátory.
RAC (Robotic Arm Camera)
Kamera umiestnená na robotickom ramene RA. Hlavnou úlohou bol vyhotoviť farebný obrazový materiál odoberaných vzoriek, miesta odberu a okolia pristávacieho modulu. Na osvetlenie snímanej oblasti slúžili dva bloky LED diód – horný ich obsahoval 36 modrých, 18 zelených a 18 červených, spodný 16 modrých, 8 zelených a 8 červených. Presne definovaná vlnová dĺžka svetla emitovaného LED diódou bola využitá na skúmanie zloženia povrchu a odkrytých podpovrchových vrstiev so zameraním na detekciu vody a vodného ľadu. CCD snímací prvok fotografoval vo veľmi vysokom rozlíšení až 23 μm na pixel.
SSI (Surface Stereoscopic Imager)
Panoramatická stereoskopická kamera s vysokým rozlíšením. Využívala pokročilý optický systém s 12 filtrami, ktoré umožnili multispektrálne snímanie vo viditeľnej aj infračervenej oblasti. Výsledné dáta sa využili na získanie informácií o priestorovom usporiadaní krajiny okolo pristávacieho modulu, merania koncentrácie prachu a prítomnosti mrakov v atmosfére. Samozrejmosťou bolo vytváranie, v dnešnej dobe populárnych, virtuálnych 3D snímok.
TEGA (Thermal and Evolved Gas Analyzer)
Kombinácia vysokoteplotnej pece a hmotnostného spektrometra. Vzorky pôdy odobrané robotickým ramenom RA boli dopravené do úzkej komory veľkej asi ako náplň guľôčkového pera, kde sa vzorka postupne zahriala až na teplotu 1 000 °C. Odparené látky sa potom odviedli do hmotnostného spektrometra, kde sa podrobili analýze. Rozlišovacia schopnosť merania koncentrácie vybraných molekúl a atómov je až neuveriteľná – 10 častíc z miliardy.
MECA (Microscopy, Electrochemisty and Conductivity Analyzer)
Išlo o súbor niekoľkých vedeckých prístrojov na analýzu odobraných vzoriek marťanskej pôdy. Vyhodnotenie vzoriek bolo zabezpečené na základe jeho elektrochemických a vodivostných charakteristík. Pomocou mikroskopu boli pozorované čiastočky pôdy pre určenie spôsobu ich vzniku a zloženia.
MARDI (Mars Descent Imager)
Širokouhlá kamera na snímanie povrchu Marsu pri pristátí. Po odhodení tepelného štítu, vo výške okolo 8 km, začalo pristávacej oblasti sondy Phoenix. Snímky budú slúžiť na skúmanie polárnej oblasti Marsu hlavne na presné geografické zaradenie miesta pristátia. Kamera bude mať možnosť vyhotoviť snímku každé 4 ms a jej súčasťou bude aj mikrofón. Po pristátí bola zostupová kamera MARDI vypnutá.
MET (Meteorological Station)
Ako už názov napovedá, náplňou tohto zariadenia bolo meranie a zaznamenávanie základných meteorologických prvkov ako je teplota, vlhkosť a atmosférický tlak pomocou konvenčných senzorov. Okrem toho bude použitá technológia LIDAR (Light Detection and Ranging) na skúmanie najmä vlastností atmosféry. LIDAR fungoval na podobnom princípe ako radar s tým rozdielom, že namiesto rádiových vĺn sa využíval svetelný (laserový) lúč.

Vypustenie sondy

Sonda Phoenix bola vypustená 4. augusta 2007 09:26:34 UTC na raketovom nosiči Delta 7925 z mysu Canaveral. Štart prebehol bez technických odchýlok. Sonda bola umiestnená na letovú trajektóriu s takou presnosťou, že zážih pre korekciu kurzu pôvodne naplánovaný na deviaty deň po štarte mohol byť odložený alebo celkom vynechaný z časového rozvrhu operácií. Vypustenie prebehlo počas štartovacieho časového okna dostupného od 3. augusta do 24. augusta 2007. Nosič 7925 bol vybraný vďaka svojej úspešnej histórii, ktorá zahŕňa štarty misie Mars Exploration Rover v roku 2003 a štart sondy Mars Pathfinder v roku 1996.

Preletová fáza

V priebehu šiesteho dňa prebehla prvá korekcia dráhy, pretože sonda po štarte zámerne nesmerovala priamo k Marsu. Rovnakým smerom sa totiž pohyboval aj posledný stupeň nosnej rakety. Ak by sonda hneď zamierila k svojmu cieľu, na planétu by okrom sondy dopadla aj nesterilizovaná časť rakety, ktorá by mohla kontaminovať povrch. Po korekčnom manévre teda sonda zamierila správnym smerom k Marsu, nosná raketa minula planétu zhruba o jeden milión kilometrov.
V priebehu ďalšieho letu technici testovali funkčnosť jednotlivých prístrojov umiestnených na sonde, najmä pristávacieho radaru a UHF rádia, ktoré udržiavali komunikáciu s družicami na obežnej dráhe po pristátí. Všetky testy prebehli úspešne.

Pristátie

NASA vybrala ako miesto pristátia ploché údolie neoficiálne pomenované ako Green Valley (zelené údolie). Sonda Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) zhotovila asi 40 snímok tejto oblasti, po ktorých analýze bolo upresnené miesto pristátia. 17. mája sa potom uskutočnila nepatrná korekcia dráhy, ktorá nasmerovala sondu presne do stredu pristávacej oblasti. Pred začatím samotného pristávania boli sondy Mars Odyssey a MRO na obežnej dráhe Marsu nakonfigurované tak, aby mohli prijímať a predávať údaje vysielané sondou Phoenix. 25. mája v čase 23:46 UT Phoenix vstúpil do atmosféry Marsu rýchlosťou 5,7 km/s (v skutočnosti sa to stalo už o 15 minút skôr, ale kvôli oneskoreniu signálov spôsobených konečnou rýchlosťou svetla sú uvádzané časy, kedy sa riadiace stredisko dozvedelo o jednotlivých manévroch). Počas pristávania sa tepelný štít zohrial asi na 1 400 °C a maximálne preťaženie počas pristávania dosiahlo 9,2 G. V čase 23:50 UT sa sonda nachádzala vo výške 13 km a bol rozprestretý jej pristávací padák. V čase 23:53 UT sa pristávací aparát odpojil od padáku a v poslednej fáze pristávania jeho rýchlosť stlmili raketové motorčeky. 
Phoenix na Marse úspešne pristál 25. mája okolo 23:38 UTC (26. mája 01:38 SELČ). Pristátie bolo o 15 minút neskôr potvrdené riadením letu. Súradnice miesta pristátia sú 68.22° s.š. a 54.3° v.d. Dvadsať minút po pristátí začala sonda rozkladať dve krídla solárnych panelov. Pred začatím hlavných vedeckých výskumov sonda vykonávala skúšky niektorých prístrojov a systémov, pritom ale zhotovovala fotografie okolitej krajiny. Na fotografiách bola rovinatá krajina bez výrazných terénnych útvarov.

Prvé dni na Marse

Družica MRO pozorovala Phoenix na povrchu Marsu a dokázala zaznamenať aj jeho tepelný štít a padák. 27. mája mali prebehnúť na Phoenixe prvé skúšky robotickej ruky, ale kvôli problémom s komunikáciou boli o deň odložené. V ten istý deň dorazili na Zem prvé údaje o poveternostných podmienkach v mieste pristátia. Teploty sa pohybovali od −80 °C ráno do −30° odpoludnia. Priemerný tlak bol 8,55 milibarov a 20 km/h. 
Na snímkach robotickej ruky bolo zistené, že obal, ktorý chránil ruku pred kontamináciou pozemskými mikróbmi pred štartom, sa celkom neuvoľnil. Nasledujúceho dňa sa ale obal nachádzal v o niečo väčšej vzdialenosti, čiže by nemal ďalej spôsobovať problémy. Tretí deň po pristátí sa tak robotická ruka po prvýkrát úspešne pohla.  Pohyby ruky boli vyskúšané pri rôznych teplotných podmienkach v priebehu dňa. Okrem toho prebiehalo ďalšie fotografovanie okolitej krajiny.
4. deň po pristátí kamera zaznamenala svetlú škvrnu pod Phoenixom, z ktorej raketové motory odfúkli vrstvu prachu. Škvrna mohla byť kusom kompaktného ľadu a tak sonda túto plochu naďalej sledovala. V ten istý deň bol však identifikovaný skrat na prístroji TEGA.

Prvé odoberanie materiálu a problémy s TEGA

1. júna lopatka na konci robotickej ruky po prvýkrát odobrala vzorky prašného materiálu z povrchu Marsu. Vzorka bola vyfotografovaná kamerou RAC a potom vrátená späť na miesto. Vo vyhĺbenom mieste sa tiež objavil svetlý materiál, ktorý by mohol byť buď ľad, alebo soľ. O dva dni neskôr sa uskutočnili ďalšie odbery, okrem iného aby sa zistilo, ako presne sa pôda pri vysýpaní správa. Nastali totiž problémy s dvierkami prvej komory analyzátoru TEGA. Keď sa 6. júna robotická ruka pokúsila nasypať ďalší odobratý materiál do komory 4 TEGA, senzory nepotvrdili, že by sa nejaká časť materiálu dostala dovnútra. Materiál bol príliš súdržný na to, aby prepadol cez hornú mriežku. Po ďalších pokusoch s vibráciami, ktoré mali umožniť materiálu dostať sa do analyzátora sa síce dovnútra malé množstvo prachu dostalo, ale nedosiahlo požadovanú hmotnosť 20 – 30 mg.
Riadiace stredisko sa teda rozhodlo použiť inú metódu dodávky materiálu do analyzátoru. Lopatka nesúca materiál sa nad mriežkou vyklopila len veľmi mierne a vibráciami sa odsypávalo len malé množstvo vzorky. Pri skúškach tejto metódy však vibrácie pohli s pôvodnou vzorkou, ktorá sa 10. júna v potrebnom objeme vsypala do komory analyzátoru TEGA a tým bola pripravená na analýzu. Na druhý deň boli na sondu vyslané zo zeme povely na uzavretie komory so vzorkou a začatie jej analýzy. Po ohriatí prvej vzorky na 35 °C neboli nájdené nijaké stopy po vode, hoci prípadný ľad mohol za ten čas, čo vzorka ležala na mriežke analyzátoru, vysublimovať z pôdy.

Druhá vzorka

20. júna odobrala robotická ruka sondy ďalšiu vzorku pôdy, ktorú neskôr nasypala do MECA, a časť do analyzátoru TEGA. Na ďalšej komore analyzátoru TEGA bolo zistené neúplne otvorenie dvierok, čím je činnosť analyzátora mierne obmedzená. 25. júna poskytlo chemické laboratórium WCL množstvo údajov o skúmanej vzorke pôdy. Analyzovaná vzorka pôdy bola prirovnaná k suchým horným vrstvám údolí Antarktidy. Vzorka bola zásaditá (pH 8 – 9) a nachádzali sa v nej soli horčíka, sodíka, draslíka a chlóru. To je ďalší dôkaz prítomnosti vody. V ten istý deň dokončil ohrev vzorky aj analyzátor TEGA a začal komplikovaný týždenný rozbor získaných plynov. 
6. júla vsypala robotická ruka ďalšiu vzorku do laboratória MECA. Jej rozbor odhalil prítomnosť chloristanových aniónov.

Objav vody

30. júla sa robotickej ruke podarilo odobrať vzorku pôdy z výkopu, v ktorom boli už pred mnohými dňami pozorované sublimujúce biele škvrny. Už z pozorovaní bolo veľmi pravdepodobné, že ide o vodný ľad. Prvé výsledky merania skupenského tepla v priebehu zahrievania na teplotu 35 °C a analýza odparených molekúl hmotnostným spektrometrom MS (Mass Spectrometer) odhalili prítomnosť vody vo vzorke. Tým bola jednoznačne dokázaná nielen prítomnosť vody na Marse, ale aj hypotéza o polárnom ľade, ktorý sa nachádza v polárnych oblastiach pod niekoľkocentimetrovou vrstvou prachu. 
Sonda zároveň dokončila 360° farebnú panorámu svojho okolia, ktorá bola zverejnená nasledujúci deň.
5. augusta sa kvôli vysokému záujmu verejnosti o činnosť sondy Phoenix vedenie misie rozhodlo "otvoriť okno" do vedeckého výskumu a priebežne a otvorene informovať o prebiehajúcich meraniach, analýzach a výskumoch.
31. augusta robotická ruka odsypala časť vzorky pôdy do tzv. mokrého chemického laboratória WCL (Wet Chemistry Laboratory). Vzorka pochádza zo zatiaľ najhlbšieho výkopu pomenovaného "Stone Soup", s hĺbkou 18 cm. Začala sa chemická analýza vzorky.

Práca v jeseni 2008

8. septembra vedenie misie rozhodlo o urýchlenom naplnení zatiaľ nepoužitých komôr vedeckých laboratórií, pretože výkon solárnych panelov sondy klesal. To súviselo s klesajúcou výškou slnka na oblohe Marsu. Ide hlavne o poslednú voľnú komoru laboratória WCL a posledné 4 voľné komory analyzátoru TEGA. 9. septembra sonda zaznamenala prachové víry a krátkodobý prudký pokles tlaku. Nameraná rýchlosť vetra bola 5 m/s. 12. septembra sonda zaplnila vzorkou pôdy poslednú voľnú komoru laboratória WCL. 18. septembra NASA oznámila rozhodnutie investovať ďalších 6 miliónov USD do misie Phoenix, ktorá by tým mala byť predĺžená až do decembra 2008. Nebolo však isté, či sonda dovtedy vydrží pokles teplôt a znižujúci sa príkon elektrickej energie. 30. septembra zaznamenala sonda sneh padajúci z mrakov. Sneh však nedopadal až na povrch, ale vyparil sa vo veľkých výškach. Snehové vločky zaregistroval laser inštalovaný ako súčasť kanadskej meteorologickej stanice.

Koniec misie

11. a 12. októbra mala sonda silne obmedzený príjem elektrickej energie v dôsledku prachovej búrky. Túto udalosť možno označiť za "začiatok konca" sondy, pretože hoci prachovú búrku prečkala bez ujmy, rozptýlený prach, ktorý zostal v atmosfére Marsu ešte dlho po búrke, znižoval už aj tak nízke množstvo slnečného žiarenia, z ktorého sonda vyrábala energiu. 29. októbra sa sonda prvýkrát odmlčala a nereagovala na pokusy o nadviazanie rádiového spojenia. Riadiace stredisko sa vytrvalo pokúšalo kontaktovať sondu, čo sa 30. októbra napokon podarilo. Údaje prichádzajúce cez retranslačnú družicu prezradili, že vždy, keď bolo na Marse odpoludnie alebo večer, došla Phoenixu elektrická energia, ale nasledujúceho rána, hneď ako začalo svietiť slnko na solárne panely sonda ožila. Definitívny koniec misie sa očakával každý deň. 2. novembra sa Phoenix odmlčal znova, s najväčšou pravdepodobnosťou definitívne. Napriek tomu riadiace stredisko ešte niekoľko týždňov sledovalo situáciu a čakalo, či sa sonda ešte nepreberie.
10. novembra 2008 bola misia sondy Phoenix ukončená. Niekoľko dní pred tým sa v rámci pokusu zachytiť signály zo sondy zvýšila frekvencia preletov retranslačných družíc MRO a Mars Odyssey nad miestom pristátia Phoenixu, ale bezvýsledne. Za definitívne ukončenú vyhlásila NASA misiu sondy Phoenix až v máji 2010. Hoci sonda nevysielala signály už veľmi dlhú dobu, riadiace stredisko sa po skončení marťanskej zimy opakovane znovu pokúšalo so sondou spojiť prostredníctvom sondy Mars Odyssey. Navyše podľa snímok, ktoré zhotovila sonda MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) sa zdá, že vrstva námrazy oxidu uhličitého, ktorá sa na Phoenixe utvorila počas zimy, ho drasticky poškodila.

DVD

Phoenix nesie na Mars DVD, vyrobené zo špeciálnych kremenných skiel. Tie odolajú nepriaznivým marťanským podmienkam stovky, ak nie tisíce rokov. DVD bolo skompilované Planetárnou spoločnosťou. Okrem iného obsahuje text Wellsovej Vojny svetov a Bradburyho Marťanskej kroniky. Sú na ňom nahrané odkazy takých osobností ako bol astronóm Carl Sagan alebo spisovateľ sir Arthur C. Clarke. Disk tiež obsahuje takmer štvrť milióna mien ľudí, ktorí sa zaregistrovali na webe Planetárnej spoločnosti.