InSight

InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) on NASAn Mars-laskeutuja, joka laukaistiin matkaan 5. toukokuuta 2018. Luotaimen matka kesti noin seitsemän kuukautta ja se laskeutui Marsin Elysium Planitialle 26. marraskuuta 2018 kello 21:54 EET. Automatiikka, joka laukaisi ensin laskuvarjon ja lopuksi käytti rakettimoottoreita, toimi moitteettomasti. InSight on ensimmäinen Kaliforniasta tehty planeettojenvälinen laukaisu.

Tehtävän päätarkoituksena on tutkia Marsin geologiaa. Se on ensimmäinen Marsin sisärakenteeseen keskittyvä luotain. Laskeutujan pääinstrumentit ovat seismometri ja lämpöanturi. Seismometrillä mitataan mahdollisia maaperän järistyksiä. Lämpöanturi porataan 5 metrin syvyyteen ja sillä mitataan Marsin ytimestä nousevan lämmön määrää.

Lennolle lähti mukaan kaksi CubeSat-nanosatelliittia, MarCO-A and MarCO-B, jotka välittivät laskeutumisvaiheessa mahdollisimman nopeasti tietoa InSightista Maahan. Ne lentävät itsenäisesti omalla radallaan ja InSightin onnistuminen ei ole sidottu niihin.

InSightin toteutuksen päävastuu on NASAn Jet Propulsion Laboratorylla. Luotaimen rakensi ja testasi Lockheed Martin. InSight on osa NASAn Discovery-ohjelmaa. Seismometri SEIS on luotaimen pääinstrumentti ja Ranskan avaruusjärjestön toimittama.

Historia 
Joulukuussa 2015 tuli ilmi, että Seismic Experiment for Interior Structure (SEIS) -instrumentin antureita sisältävässä tyhjiösäiliössä on vuoto. Tyhjiösäiliön sinetöinnin jälkeen havaittu vuoto estäisi antureiden halutun toiminnan, joten sitä alettiin korjata Ranskassa. Instrumentti pyrittiin korjaamaan ja toimittamaan edelleentammikuussa Yhdysvaltoihin luotaimeen asennettavaksi ja laukaisu suorittamaan aiotusti maaliskuussa. Lukuisten epäonnistuneiden korjausyritysten jälkeen pian samassa kuussa NASA päätti, ettei luotainta ehditä laukaista aiotussa laukaisuikkunassa 4. maaliskuuta 2016. Laukaisu toteutui seuraavassa laukaisuikkunassa 5. toukokuuta 2018.

Rakenne 
Luotaimen rakenne pohjautuu vahvasti vuonna 2008 laskeutuneeseen Phoenix-laskeutujaan. Sähköä luotaimelle tuottaa aurinkopaneelit.

Lento kohteeseen 
Laukaisu Vandenberg Air Force Basesta  tapahtui 5. toukokuuta 2018. Se oli samalla ensimmäinen planeettojenvälinen laukaisu Kaliforniasta. Kantorakettina toimi Atlas V sen 401-konfiguraatiossa (4-metrinen suojus/nolla  boosteria/yksi Centaur (SEC))-moottori). Matka kesti noin 6 ja puoli kuukautta. Välimatkalla aluksen lentorataa muutettiin kaikkiaan 6 kertaa.

Noin 7 minuutin laskeutumisvaihe tapahtui täysin automaattisesti. InSight saapui Marsiin 5,5 kilometrin sekuntinopeudella ja suoralla laskeutumiskurssilla. 47 minuuttia ennen laskeutumista InSightin ja laskeutumislaitteiden lämmittimet laitettiin päälle. Pian laskeutuja irrotti myös matkavaiheensa. Alus syöksyi lämpökilpi edellä kaasukehään ja noin 126  kilometrin korkeudessa alkoi kaasukehäjarrutus hidastamaan ja kuumentamaan alusta. Laskuvarjo avautui noin 12 kilometrin korkeudessa. Lämpökilpi irtosi noin 10 kilometrin korkeudessa.  Noin viidessä kilometrissä laskuteline avautui ja tutka alkoi mitata tarkkaa korkeutta. 

Noin 1100 metrin korkeudessa laskeutuja irtosi laskuvarjosta ja putosi hetken ajan vapaasti. Nopeutta oli noin 215 kilometriä tunnissa. Pian 12 pientä rakettimoottoria syttyi ja alkoi ohjattu laskeutumisvaihe. Laskeutuja hidasti nopeuttaan tutkan ohjaamana samalla tarkkaillen laskeutumispaikkaansa ja vältellen siinä olevia mahdollisia vaarallisia kiviä. Lennon loppuvaiheessa alus kääntyi siten, että sen tuleva työskentelyalue osoittaa etelään ja aurinkopaneelit levittäytyvät itä-länsi-suuntaan. Viimeinen 50 metrin matka kesti noin puoli minuuttia. InSight laskeutui onnistuneesti pintaan 8,6 km/h nopeudella.

Tutkimuskohde 
InSightin tutkimuslaitteet ja kohteet ovat senlaiset, että ne eivät vaadi niinkään tiettyä aluetta tutkittavakseen. Laskeutumispaikan valintaan vaikutti merkittävästi muut tekniset näkökohdat. Alus toimii aurinkokennoilla, joten päiväntasaajan läheisyys on tähdellistä. Alus ei voi liikkua, joten kohteen tulisi olla mahdollisimman tasaista. Lisäksi matalalla sijaitseva kohde mahdollistaa enemmän ilmajarrutusta. Laskeutumisellipsi oli kooltaan 130 x 30 kilometriä ja alus osui hyvin keskelle sitä.

InSightin laskeutumispaikka sijaitsee hiukan päiväntasaajan pohjoispuolella: 4.5° pohjoista leveyttä ja 135,9° itäistä pituutta Elysium Planitia -tasangon länsiosissa. Alue kuuluu Marsin laajaan pohjoiseen alankoalueeseen. Alus pyrittiin saamaan mahdollisimman tasaiselle, kivettömälle ja hienojakoisesta materiaalista koostuvalle alueelle ja siinä nähtävästi onnistuttiinkin. Alus on vain noin 2 astetta vinossa. SEIS tulee saada alle 15 asteen kaltevuuteen. Lisäksi HP3:n porautumisen mahdollistamiseksi maaperä ei saa olla liian kovaa ja kivistä. Saatujen kuvien mukaan näin näyttäisi olevankin.

Curiosity-kulkija on alueesta katsoen noin saman astemäärän päiväntasaajan eteläpuolella ja liki samoilla pituusasteilla. Maasto on siellä kuitenkin hyvin erilaista; ylängön ja alangon välistä rosoikkoa.

Tutkimuslaitteet 
Luotaimessa on kolme pääinstrumenttia. Näistä kaksi, SEIS ja HP3 nostetaan luotaimen käsivarrella Marsin pinnalle.

SEIS 
SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) on seismometri, jolla mitataan Marsin sisäistä aktiivisuutta. Tällä pyritään kartoittamaan Marsin kuoren, vaipan ja ytimen rakennetta. Laitteen toimitti Institute of Earth Physics of Paris.

Laite havainnoi järistysaaltoja, joita oletettavasti synnyttää maanjäristykset, impaktit ja kaasukehän ilmiöt kuten tuulet ja pölymyrskyt. Varsinaisen heiluriseismometrin toimintaa tukee joukko tuuli-, paine-, lämpötila- ja magneettikenttäsensoreita.

Aiemmat ja samalla ensimmäiset seismometri olivat 1970-luvun puolivälissä laskeutuneissa Viking-luotaimissa. Niissä seismometrit olivat kiinteästi laskeutujien rungossa kiinni, mikä johti siihen että ne mittasivat lopulta enemmän Marsin pinnan läheisyydessä puhaltavia tuulia kuin maaperän järistyksiä. InSightin seismometri nostetaan käsivarrella suoraan kiinni maaperään ja sitten sen päälle nostetaan vielä erillinen tuulisuoja.

HP3 
HP3 (Heat Flow and Physical Properties Package) on lämpötilamittalaite, jolla mitataan kuinka paljon lämpöä nousee Marsin sisältä kohti pintaa.  Laitteen toimitti Saksan ilmailu- ja avaruuskeskus.

Laitteen neulamaisen luotaimen on tarkoitus porautua  vasaramekanismin avulla maksimissaan 5 metrin syvyyteen. Neulan liekaan 10 sentin välein kiinnitetyillä lämpötila-antureilla voidaan mitata maakerroksen lämpötilaprofiilia. Neulaosa voi antaa lämpöpulsseja, joiden avulla voidaan mitata maakehän lämmönsiirtokykyä.

RISE 
RISE (Rotation and Interior Structure Experiment) on radioinstrumentti, jolla mitataan Marsin vaapuntaa kiertoradalla. Tällä pyritään selvittämään Marsin ytimen kokoa ja koostumusta. Laitteen toimitti Nasan Jet Propulsion Laboratory.

Tutkimustulokset 
Alkuvaiheessa aurinkopaneelit tuottivat parhaimillaan 4588 wattituntia yhdessä solissa, mikä on toistaiseksi suurin tuotos Marsissa.

SEIS mittasi ensimmäisen todennäköisen seismisen ilmiön 6. huhtikuuta 2019. Se muistuttaa kestoltaan ja kooltaan Kuujäristyksiä, joita mitattiin Apollo-Kuulentojen aikaan. Kolme aiemmin tehtyä havaintoa olivat heikompia ja alkuperän suhteen epäselvempiä.

HP3:n porautuja-luotain pysähtyi ensiyrityksellä noin 30 cm syvyyteen. Kaivautujan tarvitsee tukeutua ympäröivään maahan edetäkseen, sillä kaivautumis-iskujen rekyylin on tarkoitus vaimentua ympäröivään maahan. Ilmeisesti maaperä on liian höttöä ja tällöin luotain pystyy porautumaan vain vähän matkaa. Alussa kaivautumista avusti lähtötelineen ohjausjouset. Irrottuaan lähtötelineestään luotain sitten vain levensi reikää. Aluksi ongelmaa koitettiin korjata täyttämällä reikä robottikäsivarrella. Sitten luotainta painatettiin robottikäsivarren kauhalla. Tämä sai luotaimen kaivautumaan. Luotaimen kaivauduttua sen verran, että  sitä ei voinut enää painattaa se nousi rekyylin voimasta pian takaisin ylös.

Lähteet

Aiheesta muualla

 
 SEIS-tutkimuslaite  NASA.
 SEIS-tutkimuslaite  SEIS Team Website.
 HP3-tutkimuslaite   NASA.
RISE- tutkimuslaite NASA. 

Tom Hoffman - Mars InSight Mission Update - 22nd Annual International Mars Society Convention - Status-päivitys 2019 

 
 
 

Mars-luotaimet