Mars Science Laboratory

Mars Science Laboratory (MSL), od roku 2009 nazývané aj Curiosity, je vozidlo americkej NASA určené pre prieskum povrchu Marsu. MSL je doteraz najkomplexnejšou a najväčšou kozmickou sondou vyslanou na planétu Mars. Priviezlo viac vedeckých prístrojov ako ktorákoľvek iná misia na Mars predtým, a to vrátane nástrojov a vybavenia, ktoré na mieste umožnia analýzu práškov vyvŕtaných z hornín. Bude skúmať aj možnosť mikrobiálneho života v minulosti alebo prítomnosti Marsu. Prístroje pre vozidlo poskytnú vedecké organizácie Spojených štátov, Kanady, Nemecka, Francúzska, Ruska a Španielska.

Očakávaná životnosť vozidla MSL bola aspoň jeden marťanský rok (685 pozemských dní), čo umožní preskúmať územie o väčšej rozlohe ako boli schopné predchádzajúce vozidla. Celkové náklady projektu boli vyčíslené na 2,3 miliardy USD.

Štart nosnej rakety Atlas V541 a začatie letu k Marsu sa uskutočnilo 26. novembra 2011 o 16:02 SEČ. K úspešnému pristátiu na Marse došlo 6. augusta 2012 o 7:17 SELČ. 

Projekt MSL je riadený Jet Propulsion Laboratory sídliacej v kalifornskej Pasadene.

Ciele misie 

MSL má štyri ciele: Zistiť, či vôbec niekedy boli na Marse podmienky vhodné pre vznik života, charakterizovať klímu Marsu, charakterizovať geológiu Marsu, a pripraviť prieskum planéty ľuďmi. Tieto základné ciele budú dosiahnuté pomocou MSL. Má osem konkrétnych vedeckých cieľov:
 Zistenie povahy a množstva organických uhlíkových zlúčenín
 Hľadanie chemických stavebných kameňov života: uhlík, vodík, dusík, kyslík, fosfor a síra
 Identifikácia prvkov, ktoré sa môžu účastniť biologických procesov
 Zistenie chemického, izotopového a mineralogického zloženia povrchu Marsu
 Zistenie procesov, ktoré vytvorili a upravili horniny a pôdy
 Stanovenie vývoja atmosféry Marsu počas posledných 4 miliárd rokov
 Zistenie súčasného stavu, distribúcie a kolobehu vody a oxidu uhličitého
 Meranie širokého spektra povrchového žiarenia, vrátane galaktického žiarenia, kozmického žiarenia, solárnych protónov a sekundárnych neutrónov

Konštrukcia a vybavenie

Rozmery a hmotnosť 
MSL má dĺžku   (bez robotickej ruky), šírku  a výšku po vrchol stožiaru 2,2 metra. Vpredu má umiestnenú 1,9 metra dlhú robotickú ruku s  otočnou hlavicou obsahujúcou prístroje. Celkovo váži rover , z toho takmer  tvoria vedecké prístroje. Veľkosťou bude odpovedať automobilu Mini Cooper. Pre porovnanie Mars Exploration Rover majú dĺžku  a vážia , vrátane  vedeckých prístrojov.

Rýchlosť 
Rover MSL je schopný prejsť prekážky vysoké . Umožňuje mu to šestica kolies, každé s priemerom 0,5 metra. Maximálna rýchlosť posunu terénom je odhadovaná na  za hodinu. Ale priemerná rýchlosť posunu môže byť asi  za hodinu, v závislosti na výkone, náročnosti terénu, sklzu, a viditeľnosti. Očakáva sa, že MSL urazí počas svojej dvojročnej misie minimálne .

Napájací zdroj 

MSL bude poháňaný rádioizotopovým termoelektrickým generátorom (MMRTG), ktorý je vylepšenou verziou podobného generátora RTG úspešne použitého na sondách Viking 1 a Viking 2 v roku 1976. Slnečná energia nie je efektívny zdroj pre operácie na povrchu Marsu, pretože solárne panely nemusia účinne fungovať vo vysokých zemepisných šírkach Marsu, v zatienených oblastiach alebo v prašných podmienkach. Okrem toho slnečnú energiu neposkytujú v noci, a tým obmedzujú schopnosť roveru udržiavať stálu teplotu a tým znižujú priemernú dĺžku života elektroniky. MMRTG poskytuje spoľahlivý, stály výkon cez deň aj v noci, odpadové teplo sa dá použiť na zahriatie systémov a uvoľňovanie elektrickej energie pre prevádzku vozidla a nástrojov. Jeho teoretická životnosť by mala byť minimálne 14 rokov. MMRTG má rozmery 64 x  a hmotnosť , je umiestnený v zadnej časti vozidla.

Heat Rejection System 
Niektoré citlivé prístroje musia mať stálu teplotu. Použitím tekutiny čerpanej prostredníctvom 200 metrov rúrok v tele MSL budú citlivé súčasti udržované pri stálych teplotách. Teploty v oblasti, kde by mohol MSL pristáť, sa môžu meniť od 30 do −127 °C. Ohrievače boli položené vedľa niektorých komponentov a prebytočné teplo od MMRTG je odvedené pomocou HRS k týmto ohrievačom. HRS môže tiež chladiť komponenty podľa potreby.

Počítače 

Dva identické počítače na palube roveru sú nazývané  (REM), obsahujú pamäte schopné vydržať extrémne prostredie a žiarenie. Každá pamäť počítača zahrnuje 256 kB EEPROM, 256 MB DRAM a 2 GB flash pamäte. To je porovnateľné s 3 MB EEPROM, 128 MB DRAM, a 256 MB flash pamäte používanej v Mars Exploration Rover.

REM používajú počítače s procesorom RAD750, ktorý je nástupcom RAD6000 CPU použitého v Mars Exploration Rovers. RAD750 procesor je schopný výkonu až 400 MIPS, zatiaľ čo RAD6000 procesor je schopný len 35 MIPS.

Rover má inerciálnu meraciu jednotku (IMU), ktorá poskytuje 3-osé informácie o jeho pozícii, používanej pri navigácii roveru. Počítače roveru neustále sledujú svoje vlastné systémy na udržanie prevádzky vozidla, napríklad reguláciu teploty roveru. Aktivity ako fotografovanie, riadenie a prevádzku nástrojov sú vykonávané sekvenciami príkazov, ktoré sú odoslané zo Zeme k roveru. V prípade problémov s hlavným počítačom má vozidlo záložný počítač, ktorý môže prevziať kontrolu a pokračovať v misii.

Vedecké vybavenie 
 Mastcam – systém dvoch dvojmegapixelových kamier umiestnených na stožiari roveru, umožňujú zobrazovať okolie roveru vo veľkých detailoch a dokonca v pohybe, ľavá kamera je širokouhlá, pravá má teleobjektív 
 ChemCam – spektroskopická kamera s pulzným infračerveným laserom, umožňuje diaľkovú chemickú analýzu objektov
 APXS – röntgenový spektrometer umiestnený na robotickej ruke vozidla
 MAHLI – kamera umiestnená na otočnej hlave robotickej ruky, slúži ako digitálna lupa a vďaka LED diódam môže pracovať aj v noci
 CheMin – chemické a mineralogické laboratórium využívajúce meranie röntgenovej difrakcie a fluorescencie
 SAM – analyzátor vzoriek využívajúci integrovaný plynový chromatograf a laserový spektrometer
 REMS – meteorologická stanica, španielsky prístroj
 RAD – detektor radiácie
 DAN – neutrónový detektor vodíku, ruský prístroj
 MARDI – zostupová vysokorozlišujúca kamera zaznamenavajúca pristátie roveru

Nosná raketa 

MSL bol vypustený pomocou rakety Atlas V. Tento nosič bol použitý aj na vynesenie sond Mars Reconnaissance Orbiter a New Horizons. Konkrétne MSL bol vypustený pomocou rakety Atlas V 541, ktorá je schopná vyniesť  na geostacionárnu obežnú dráhu. Štartovacia fáza misie začala, keď sonda MSL prešla na vnútorný zdroj na odpaľovacej rampe a skončila, keď sa sonda MSL oddelila od rakety.

Priebeh letu 
Sonda Mars Science Laboratory úspešne vyštartovala pomocou nosnej rakety Atlas V 541 (AV-028) z Cape Canaveral 26. novembra 2011 o 15:02:00,211 svetového času (UTC). Počas preletu k Marsu vykonala 4 motorické korekcie dráhy, ktoré upravili jej trajektóriu kvôli presnejšiemu pristátiu na Marse.

 

Dňa 6. augusta 2012 o 05:17:39 UTC vozidlo úspešne pristálo v kráteri Gale..

Pristávací systém 
Pristátie veľkej sondy na Marse je ťažká úloha: Atmosféra je veľmi hustá na použitie rakiet používaných na silné brzdenie, ale príliš riedka na použitie padákov. Aj keď niektoré predchádzajúce misie použili na pristátie airbagy a brzdili až na povrchu, MSL je pre túto voľbu príliš veľký. Preto bol pre MSL vyvinutý nový spôsob pristátia, ktorý nebol dovtedy nikdy odskúšaný v reálnych podmienkach. Jeho najinovatívnejšou fázou je tzv. aktívny zostup, ktorý zabezpečí raketový pristávací žeriav (nazývaný aj „nebeský žeriav – skycrane“). Pod ním bude umiestnený samotný rover, ktorý sa z neho po dostatočnom zbrzdení z určitej výšky spustí na lanách priamo na povrch.

Pre zostup MSL bola v presnom poradí použitá kombinácia niekoľkých systémov, podľa nich možno celú operáciu rozdeliť na štyri fázy:

Navigovaný vstup do atmosféry 
MSL sa priblížil k cieľovému bodu na povrch Marsu pomocou presného systému pre „priblíženie, prelet a pristátie (EDL)“, ktorý využíval skúseností z modulov Apollo: na korekciu dráhy sa využíval vztlakový efekt pri prelete atmosférou. Rozloženie vztlakových síl po povrchu modulu a následné účinky na smer letu sa regulovali zmenou polohy ťažiska voči ose vztlakového povrchu, a to pomocou pohyblivých závaží.

Navigačný systém nasmeroval sondu k zvolenému cieľovému bodu s presnosťou do , teda do pristávacej elipsy s dĺžkou hlavnej osi max . Pre porovnanie, MER vozidlá Spirit a Opportunity pristávali do elíps s dĺžkou .

Hlavným zdrojom nepresnosti bol prelet a brzdenie v atmosfére. Pre ďalšie spresnenie dráhy letu a zacielenie boli k dispozícii tiež štyri páry trysiek Reaktívneho riadiaceho systému (RCS), každý pár s ťahom cca 500 N.

Vozidlo je pri prelete vesmírom aj následnom zostupe atmosférou Marsu chránené tepelným štítom.

Zostup padákom 
Podobne ako Viking, Mars Pathfinder aj Mars Exploration Rovers, tiež MSL bol spomalený veľkým padákom. Po riadenom vstupe do atmosféry, kedy bola kapsula spomalená na Mach 2, boli odhodené vyvažovacie závažia a bol otvorený padák pre nadzvukové rýchlosti. Po niekoľkých sekundách sa od zostavy oddelil teraz už nepotrebný 4,5 metrový tepelný štít, ktorý dopadol na povrch.

Aktívny zostup 
Asi minútu na to sa vozidlo s pristávacím žeriavom odpojilo od aerodynamického štítu s padákom a vypadlo z neho: Následné ďalšie brzdenie umožnili hydrazínové raketové motory žeriavu. Trysky boli na koncoch ramien okolo žeriavu, ktorý niesol vozidlo pod sebou. Pristávací žeriav pomocou radaru meral výšku a zostupovú rýchlosť a podľa nej aktívne menil ťah motorov. Táto fáza zostupu potrvala necelú minútu.

Pristávacia fáza 
Samotné pristátie bolo mäkké. Vozidlo sa spustilo z pristávacieho žeriavu priamo na kolesá káblom a lanami dlhými približne : Dole sa po dobu 2 sekundy uisťovalo o polohe na pevnej zemi, potom kábel odpálilo malými náložami. Žeriav počas toho času "levitoval" na plameňoch. Po odpojení odletel čo najďalej, kde havaroval. Pojazdné laboratórium sa mohlo rovno vydať na prieskum Marsu. Plánované pristátie s pomocou „nebeského žeriavu“ bolo najinovatívnejším technologickým príspevkom misie Curiosity a nikdy predtým nebolo použité pri reálnej misii.

Po pristátí 

Na Zemi bola informácia o dosadnutí potvrdená o 5:32 UTC. Krátko na to dorazili aj prvé snímky z miesta pristátia. Postupne sa preveroval stav systémov roveru po pristátí a na Zem boli priebežne posielané aj ďalšie snímky. Na druhý deň (sol 1) rover vyklopil vysokoziskovú anténu a na Zem odoslal záznam zo zostupovej kamery MARDI, na ktorom bolo prvýkrát v histórii zachytené pristávanie kozmickej sondy na Marse z pohľadu samotného roveru. Na ďalší deň (sol 2) bol vyklopený aj stožiar roveru a navigačné kamery na ňom umiestnené začali snímať 360° panorámu okolia miesta pristátia.

Referencie

Iné projekty

Externé odkazy
 http://mars.jpl.nasa.gov/msl/  oficiálna webová stránka projektu
 NASA - videá
 Veda sme 21.11.2012 - nový nález

Zdroj

Sondy NASA
Prieskum Marsu
Planetárne sondy
Planetárne vozidlá
Roboty vo vesmíre
Kozmonautika v 2011