Pristátie na Marse

Pristátie na Marse (často označované ako Entry, descent and landing – EDL) je proces, pri ktorom sa kozmická sonda alebo rover dostane z vesmíru na povrch Marsu, kde môže vykonávať povrchové operácie. Kvôli riedkej atmosfére a veľkej vzdialenosti medzi Marsom a Zemou, priemerne 225 miliónov kilometrov (sonda sa musí počas zostupu riadiť autonómne) a vysokej rýchlosti aj po vstupe do atmosféry je pristátie najzložitejšou časťou letu. Nie všetky sondy preto pristáli úspešne - len približne 40 % všetkých misií, ktoré boli vyslané na Mars, skončilo úspechom.

Prvá sonda, ktorá v roku 1971 pristála na Marse, patrila Sovietskemu zväzu. Fungovala však len 14,5 sekundy, pretože s ňou riadiace stredisko stratilo kontakt.

Systém pristávania 

Systém pristávania nie je vždy rovnaký, pretože sa musí prispôsobiť konkrétnym požiadavkám kozmických sond a roverov.

Ľahké rovery 
Rovery od 185 kg do 370 kg používajú airbagy, pretože je to jednoduchý a bezpečný spôsob pristátia. Približne vo výške 80 až 100 metrov nad povrchom sa aktivujú brzdiace trysky Rocket Assisted Descent, ktoré sondu spomalia. Potom sa prestrihnú laná a pristávací modul niekoľkokrát odskočí, neskôr zastaví. Tri hliníkové panely sa odklopia a rover je pripravený na prieskum Marsu a povrchové operácie.

Landery 
Sondy od približne 350 kg po 570 kg používali retrográdne trysky z niekoľkých dôvodov:

 sú efektívne na spomalenie sondy v atmosfére Marsu, pretože padák nedokáže sondu dostatočne spomaliť pre bezpečné pristátie.
 umožňujú presnejšiu kontrolu nad polohou a orientáciou sondy počas pristátia, čo je dôležité pre umiestnenie vedeckých prístrojov.

 sú jednoduchšie a spoľahlivejšie ako iné možnosti, ako napríklad nafukovacie airbagy alebo Skycrane.

Retrográdne trysky používali kozmické sondy Viking 1 a 2, Mars Polar Lander, Insight a Phoenix.

Ťažké rovery 
Rovery s hmotnosťou približne 1 t používajú na pristátie tzv. Skycrane. Skycrane je systém, ktorý rover pomocou trysiek bezpečne znesie k povrchu, spustí ho na na lanách a hneď, ako sa rover dotkne povrch,u Skycrane odletí a dôjde k jeho zničeniu. Tento spôsob pristátia umožňuje je však riskantnejší a aj v NASA bol považovaný za šialený. Retrográdne trysky sú však neefektívne, pretože ťažký rover by musel niesť palivo a bol by zbytočne ťažký. Airbagy sú pre ťažké rovery nevhodné, pretože by sa mohli poškodiť alebo prevrátiť pri dopade na povrch. Skycrane je teda najlepšia možnosť pre pristátie veľkých roverov na Marse.

Skycrane použili rovery Perseverance (Mars 2020) a Curiosity (Mars Science Laboratory).

EDL 

Entry, Descent and Landing (EDL) - Vstup, zostup a pristátie je proces, ktorým sa kozmická sonda spomalí a pristane na Marse. Je to najkratšia a najintenzívnejšia fáza misií, ktorá trvá približne sedem minút. EDL pozostáva z troch hlavných krokov:

 Entry (Vstup): Kozmická sonda vstúpi do atmosféry Marsu rýchlosťou približne 20 000 km/h. Na ochranu pred vysokou teplotou a trením používa tepelný štít.

 Descent (Zostup): Kozmická sonda sa spomalí pomocou padáka, ktorý sa otvorí vo výške asi 12 km nad povrchom. Potom sa odpojí tepelný štít vo výške 6,5 až 11 km a zapne sa radarový systém, ktorý meria vzdialenosť od povrchu a rýchlosť.

 Landing (Pristátie): Kozmická sonda sa priblíži k povrchu vo výške asi 2 km a odhodí z nej pristávací modul s roverom. Zostupová fáza používa tzv. Skycrane manéver, ktorý spočíva v tom, že pomocou lán spustí rover na povrch, a potom sa od neho odpojí a odletí.

Zoznam pristátí 
Sondy sú zoradené podľa dátumu pristátia.

Mars 3 (1971) 

Mars 3 bola sovietska sonda skladajúca sa z orbitera a pristávacieho modulu. Sonda mala mäkko pristáť na Marse, poslať snímky povrchu, zloženie atmosféry a vykonať meteorologické merania. 2. decembra 1971 približne 09:14 UTC sa od orbitera oddelil pristávací modul a o 15 minút neskôr sa zažihol motor, ktorý nasmeroval aeroshell dopredu. O 13:47 UTC modul vstúpil do atmosféry Marsu rýchlosťou 5,7 km/s. Potom sa rozvinul brzdiaci padák, nasledovaný hlavným padákom, ktorý bol nasadený, až kým plavidlo nekleslo pod nadzvukovú rýchlosť, tepelný štít sa odhodil a zapol sa radarový výškomer. Vo výške 20 až 30 metrov pri rýchlosti 60 - 110 m/s sa odpojil hlavný padák. Súčasne boli odpálené retrográdne rakety pristávacieho modulu. Mars 3 dopadol na povrch rýchlosťou 20,7 m/s o 13:50:35 UTC. 90 sekúnd po pristátí začal modul vysielať na orbiter. Po 20 sekundách sa vysielanie z neznámych príčin zastavilo a z marťanského povrchu neboli prijaté žiadne ďalšie signály. Celá sekvencia vstupu do atmosféry trvala niečo vyše 3 minút, zatiaľ čo EDL trvá asi 7 minút.

Program Viking (1976) 

Sondy Viking boli americké kozmické/planetárne sondy skladajúce sa z orbiteru a pristávacieho modulu, ktoré boli vyslané v rámci programu Viking 20. augusta 1975 (Viking 1) a 9. septembra 1975 (Viking 2). Sondy boli identické a landery mali po mäkkom pristátí skúmať počasie Marsu, seizmické výkyvy, zloženie povrchu a atmosféry a hlavne prípadný biologický materiál.

Viking 1 
Úspešný štart prebehol raketou Titan IIIE/Centaur 20. augusta 1975 z mysu Canaveral. Od 27. augusta 1975 do 15. júna 1976 prebehli tri korekcie dráhy. 20. júna 1976 začal orbiter vysielať späť fotografie primárneho miesta pristátia v regióne Chryse planitia, vedci zistili, že oblasť bola členitejšia, ako sa očakávalo. Pristávací modul sa oddelil od orbitera 20. júla 1976 o 8:32 UTC a po komplikovanej atmosférickej vstupnej sekvencii, počas ktorej sonda odoberala vzorky vzduchu, Viking 1 bezpečne pristál o 11:53:06 UTC 20. júla 1976. Pristál asi 28 kilometrov od svojho plánovaného cieľa. Používal retrográdne trysky a mal veľké šťastie, pretože nepoužíval AutoNav ako Perseverance, a ak by pristál inde, bolo pravdepodobné, že lander mohol byť poškodený kameňmi.

Viking 2 

Úspešný štart prebehol 9. septembra 1975 raketou Titan IIIE/Centaur z mysu Canaveral. Orbiter vstúpil na obežnú dráhu okolo Marsu 7. augusta 1976.  3. septembra 1976 sa pristávací modul sondy oddelil od orbitera a začal zostupovať k povrchu Marsu. Modul vstúpil do marsovskej atmosféry rýchlosťou asi 6 km/s a spomalil pomocou tepelného štítu, padákov a retrográdnych trysiek. Modul pristál na povrchu Marsu o 22:58:20 UTC a o niekoľko minút neskôr poslal na Zem prvú fotografiu z povrchu Marsu.

Mars Pathfinder (1997) 

Mars Pathfinder je planetárna sonda, ktorá odštartovala na nosnej rakete Delta II 4. decembra 1996 z mysu Canaveral. Misia sa skladala zo stacionárneho modulu Pathfinder a roveru Soujourner. Rover bol schopný preskúmať viac plochy a analyzovať vzorky, zatiaľ čo modul bol schopný poskytnúť komunikáciu s Zemou a umožnil roveru bezpečne pristáť.

Priebeh pristátia:
 Sonda vstúpila do atmosféry Marsu pod uhlom 14,5 stupňa a rýchlosťou 7,3 km/h (výška: 130 km).
 Padák vyrobený z nylonu a kevlaru sa otvoril pri výške asi 8,6 km a sondu spomalil o 300 m/s.
 Tepelný štít sa oddelil vo výške 6,5 km.
 Airbagy sa nafúkli vo výške 300 metrov.

 Retrográdne trysky boli zapnuté pri výške 1,6 km a vypnuté vo výške 10 m.
 Pristávací modul sa odrazil od povrchu a po 1 km sa zastavil.

Beagle 2 (2003) 

V rámci misie Mars Express letela britská planetárna sonda Beagle 2. Bola vynesená na obežnú dráhu európskou so sondou Mars Express v roku 2003. Mala pristáť na povrchu Marsu 25. decembra 2003 a hľadať stopy života pomocou rôznych vedeckých prístrojov.

Sonda sa úspešne oddelila od Mars Expressu 19. decembra 2003 a začala svoj zostup k planéte. Avšak po plánovanom pristátí sa s ňou nikdy nenadviazalo spojenie a misia bola považovaná za neúspešnú. Až v januári 2015 bola sonda objavená na povrchu Marsu na snímkach z americkej sondy Mars Reconnaissance Orbiter. Zistilo sa, že sonda pristála úspešne, ale dva z jej štyroch solárnych panelov sa neotvorili, čo zabránilo komunikačnej anténe vyslať signál.

Spirit a Opportunity (2004) 

Spirit a Opportunity bola dvojica amerických identických roverov vyslaných v roku 2003. Opportunity pristála 20 dní po Spiritovi. Tieto dva rovery spoločne predstavovali misiu Mars Exploration Rover (MER), ktorá je súčasťou programu NASA Mars Exploration Program. Hlavným vedeckým cieľom obidvoch misií bolo hľadať celý rad hornín a potom hľadať stopy po minulej vodnej aktivite na Marse. Každý rover bol zacielený na opačné strany planéty v lokalitách, v ktorých mohla byť v minulosti aktivita vody.

Plánovaný priebeh misie bol, aby sa rovery presúvali z miesta na miesto a vykonávali geologické prieskumy na mieste a zaznamenávali fotografie, ktoré poskytujú 360-stupňový stereoskopický pohľad na terén. Sada nástrojov bola na robotickom ramene (známe ako Instrument Deployment Device, IDD). Rameno obsahuje vedecké nástroje, napríklad Röntgenový spektrometer alfa častíc, mikroskopický snímač, nástroj na obrusovanie hornín.

Spirit 
Spirit štartoval z mysu Canaveral 10. júna 2003 na nosnej rakete Delte II. 10 júna 2003. Pri vstupe mal lander a jeho komponenty hmotnosť 827 kg a pohyboval sa rýchlosťou 19 300 km/h. Trenie o atmosféru spomalilo lander na rýchlosť 1600 km/h, po čom nasledovalo nasadenie padáka. Padák spomalil kozmickú sondu na približne 300 km/h. Stroj vysielal sériu tónov počas vstupu a po pristátí, aby naznačil úspešné ukončenie každej fázy. Tesne pred nárazom, vo výške asi 100 m, retrográdne rakety spomalili zostup a nafúkli sa airbagy, ktoré tlmili náraz. Pristávací modul dosadol na povrch rýchlosťou približne 50 km/h, odskakoval a kotúľal sa po povrchu. Po zastavení sa airbagy vyfúkli, panely pripomínajúce okvetné lístky sa otvorili a rover roztiahol svoje solárne panely. Pristátie sa uskutočnilo v kráteri Gusev o 04:35 UTC 4. januára 2004 (čas prijatia signálu o pristátí na Zemi). Asi tri hodiny po pristátí sa na Zem dostali prvé snímky a ukázali rovnú pláň posiatu malými kameňmi. Kráter Gusev bol vybraný ako miesto pristátia, pretože má vzhľad kráterového jazera.

Opportunity 
Opportunity odštartovala 8. júla 2003 o 03:18:15 UTC z mysu Canaveral a k Marsu cestovala šesť mesiacov. Kozmická sonda vstúpila do atmosféry Marsu 25. januára 2004. Pristátie prebehlo podobne ako u Spirita. Pristávací modul uzavretý v airbagoch pristál o 04:54 UT. Potom sa odrazil najmenej 26-krát a zastavil 14,9 km od plánovaného cieľa. Kozmická loď našla veľmi zaujímavé útvary - usporiadané dlaždice.

Phoenix (2007) 
Phoenix bola americká kozmická sonda, ktorá odštartovala 4.augusta 2007 z leteckej základne Cape Canaveral. Pristávací modul overil prítomnosť vodného ľadu pod marťanským povrchom, ktorý orbitálna sonda Mars Odyssey prvýkrát detekovala na diaľku v roku 2002. Phoenix poslal späť viac ako 25 000 obrázkov.

Kozmická sonda vstúpila do atmosféry 23. mája 2008 o 16:46. Približne o 4 minúty neskôr došlo k nasadeniu padáka. Tepelný štít sa od pristávacieho modulu oddelil asi o 16:50:30. Pristávacie nohy boli nasadené o 10 sekúnd neskôr, o asi 3 minúty neskôr sa lander oddelil od aeroshellu, a o 3 sekundy sa zažihli zostupové trysky. Nakoniec za asi minútu Phoenix úspešne a bezpečne pristál v oblasti arktických plání Marsu, nazývanej Vastitas Borealis. O 17:13 sa začali otvárať solárne panely a 15 minút po pristátí dorazil prvý signál na Zem.

Schiaparelli EDM (2016) 

Schiaparelli EDM bol pristávací modul v rámci programu ExoMars (ESA). Jednalo sa o stacionárnu pristávaciu sondu pomenovanú podľa talianskeho astronóma Giovanniho Schiaparelliho. Sonda nemala žiadne solárne články alebo nabíjateľnú batériu, preto bola životnosť sondy po pristátí odhadovaná len na 4 dni. Sonda mala po pristátí merať meteorologické podmienky okolitého prostredia.

Sonda bola pripojená k orbiteru Trace Gas Orbiter cez hlavnú separačnú zostavu MSA, ktorá bola pripevnená k orbiteru pomocou 27 skrutiek. 19. októbra 2016 jeho materská sonda vstupovala na obežnú dráhu okolo Marsu. 577-kilogramový pristávací modul Schiaparelli sa vtedy pokúsil o šesťminútový zostup na povrch Marsu, avšak chyba, ktorú zapríčinil softvér spôsobila problém s padákom a tryskami.

Schiaparelli sa oddelil od TGO 16. októbra 2016 o 14:42 UTC, tri dni pred dosiahnutím povrchu Marsu. Lander bol naprogramovaný, aby sa približne 1,5 hodiny pred vstupom do atmosféry prebudil z hibernácie. 19. októbra 2016 o 14:42 UTC vstúpil modul do vrchných vrstiev atmosféry Marsu vo výške 122,5 kilometra nad povrchom a rýchlosťou 21 000 kilometrov za hodinu s rotáciou, ktorá ho pomohla stabilizovať. Za tri minúty musel lander spomaliť z Mach 35 na Mach 5 pomocou tepelného štítu. 14:46 UTC došlo ku odhodeniu tepelného štítu vo výške sedem kilometrov a s rýchlosťou klesania 320 kilometrov za hodinu.

O 14:45 UTC, vo výške približne 11 kilometrov a rýchlosti 1 650 kilometrov za hodinu bol nasadený nadzvukový padák, ktorý mal znížiť modul na podzvukovú rýchlosť. Vo výške okolo siedmich kilometrov mal Schiaparelli aktivovať Dopplerov radarový výškomer a velocimeter a asi minútu po odhodení tepelného štítu vo výške približne 3 km nad povrchom začať snímať sériu obrázkov.

Akonáhle senzory zistia, že kozmická loď je vzdialená 1,3 kilometra od povrchu, aeroshell by bol odhodený spolu s padákom, len dve minúty po svojom nasadení, keď sa kozmická sonda priblížila k povrchu rýchlosťou 250 až 270 kilometrov za hodinu.

V tom momente sa mali tri skupiny hydrazínových motorov zažihnúť v pulznom režime, aby sa znížila rýchlosť zostupu z 240 km/h na iba 15 km/h. Vtedy sa mali vypnúť motory a nechať pristávací modul v tvare taniera voľným pádom.

Podľa analýzy ESA však došlo k chybe v softvéri modulu, ktorá spôsobila, že modul vyhodnotil, že je bližšie k povrchu, než bol v skutočnosti, a vypol brzdiace trysky skôr, než mal. Modul dopadol na povrch Marsu rýchlosťou približne 150 m/s a zničil sa pri dopade.

InSight (2018) 

InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) je americká kozmická sonda, ktorá úspešne odštartovala z leteckej základne Vandenberg na centrálnom pobreží Kalifornie 5. mája 2018 o 11:05 UTC.

Hlavné ciele boli získať údaje o vnútornej stavbe Marsu, merať tektonickú a seizmickú aktivitu.

InSight sa oddelil od letového stupňa 7 minút pred atmosférickým vstupom, ktorý prebehol 26. novembra 2018 o 18:52:59 UTC vo výške 128 kilometrov nad povrchom. Po vstupe sonda prechádzala do hypersonickej fázy prebiehajúcej vo výške asi od 45 do 12 km, ktorá trvala 5 minút. Počas tejto fázy zostupu atmosférou ju chránil tepelný štít, kde teplota môže dosiahnuť až 1500 °C. Po skončení hypersonickej fázy sonda spomalila z 17 300 km/h na 6 100 km/h. Spomaľovanie pokračovalo pomocou padáku z 6 100 km/h na 1 370 km/h. Nasledovalo odhodenie tepelného štítu vo výške asi 9 km nad povrchom a pri rýchlosti 431 km/h a zároveň sa spustil radar. Asi 41 sekúnd pred pristátím sa modul oddelil od aeroshellu, potom nasledoval voľný pád. Vo výške približne 1 kilometer sa rozložili pristávacie nohy a zažihli zostupové trysky, ktoré sondu spomalili o 53 m/s. InSight pokračoval v zostupe až do pristátia, ktoré prebehlo 19:52:59 UTC v oblasti Elysium Planitia.

Curiosity (2012) 

Curiosity je rover NASA, ktorý skúma Mars od roku 2012. Na rozdiel od predchádzajúcich roverov Spirit a Opportunity, ktoré sa napájali zo slnečných panelov, Curiosity používa rádioizotopový termoelektrický generátor (RTG). Curiosity má šesť kolies s priemerom 50 cm, ktoré sú poháňané individuálnymi motormi a umožňujú mu prekonávať prekážky až do výšky polovice priemeru kolies. Rover sa môže pohybovať rýchlosťou až 4 cm/s, ale v praxi je jeho rýchlosť nižšia kvôli potrebe navigácie a bezpečnosti. Curiosity má za úlohu skúmať geológiu, klímu a potenciálnu obývateľnosť Marsu. Medzi jeho hlavné ciele patria:

 Detekcia a analýza organických zlúčenín, ktoré sú základom života.
 Zisťovanie chemického, izotopového a mineralogického zloženia povrchu Marsu.
 Rekonštrukcia histórie atmosféry Marsu a jej zmeny v priebehu času.
 Meranie množstva, rozloženia a cyklu vody a oxidu uhličitého na Marse.
 Meranie povrchového žiarenia z rôznych zdrojov, ako sú galaktické žiarenie, kozmické žiarenie, slnečné protóny a neutróny.

Curiosity úspešne odštartoval 26. novembra 2011 z Mysu Canaveral na Floride na vrchole rakety Atlas V 541.

13. decembra 2011 začal rover monitorovať kozmické žiarenie, aby pomohol pri plánovaní budúcich misií s posádkou na Mars.

Fáza vstupu, zostupu a pristátia (EDL) začala, keď kozmická loď dosiahla atmosféru Marsu, asi 125 kilometrov nad povrchom. O približne 3 minúty od vstupu a rýchlosti Mach 2 (680 m/s) do vrchných vrstiev atmosféry boli odhodené závažia. 240 sekúnd po vstupe do atmosféry Marsu, pri výške asi 11 km a rýchlosti asi 1510 km/h, bol nasadený padák. O 30 sekúnd neskôr došlo k odhodeniu tepelného štítu a o 5 sekúnd neskôr sa zapol radar. Za 40 sekúnd sa pristávací modul, teda rover a Skycrane, oddelil od backshellu a iba o sekundu neskôr motory zrýchlili z 0 % ťahu na svoj plný výkon. Len asi 20 metrov nad povrchom sa po lanách spustil rover na lanách plošiny Skycrane a o 7 sekúnd neskôr pristál rover na povrchu Marsu, prestrihli sa laná a Skycrane odletel do bezpečnej vzdialenosti od roveru, kde došlo k jeho zničeniu.

Perseverance (2021) 

Perseverance je americký rover NASA skúmajúci Mars v rámci misie Mars 2020 od 18. februára 2021, kedy pristál na povrchu Marsu. Jeho hlavným vedeckým cieľom je astrobiológia, preto bolo vybraté ako miesto pristátia kráter Jezero. Vedci z NASA predpokladajú, že v minulosti tam mohla byť voda, základ pre vznik života. Perseverance je ťažší ako Curiosity, pretože nesie viac vedeckých a technologických nástrojov a vylepšené nástroje, napr. Mastcam na Curiosity a Mastcam-Z na Perseverance (Z znamená zoom) - kamerový systém na stožiari, vybavený funkciou zoomu na roveri Perseverance. Mastcam-Z má kamery, ktoré dokážu približovať, zaostrovať a snímať 3D obrázky a video vysokou rýchlosťou, čo umožňuje podrobné skúmanie vzdialených objektov alebo ChemCam na Curiosity a SuperCam na Perseverance - skúma horniny a pôdu pomocou kamery, lasera a spektrometrov.

Sonda odštartovala z Cape Canaveral Air Force Station 30. júla 2020 o 11:50 na rakete Atlas V 541.

Po približne sedemmesačnej ceste k Marsu sa o 19:38 UTC oddelil cestovný stupeň, ktorý počas celej cesty zabezpečoval elektrickú energiu. O 10 minút neskôr sonda vstúpila do atmosféry Marsu. Za minútu trením o atmosféru dosiahol najvyššiu teplotu (1300 °C). O 19:52 UTC sonda aktivovala a uvoľnila padákový systém v nadzvukovej rýchlosti. Tepelný štít sa automaticky odhodil 20 sekúnd po nasadení padáku. Následne sonda Perseverance aktivovala radarový systém, s pomocou ktorého zistila presnú vzdialenosť od povrchu v mieste pristátia. Potom sa zapol systém pre terénnu relatívnu navigáciu, pomocou ktorého sonda pristala na určenom mieste. O 19:45 UTC sonda odhodila aeroshell a oddelil a aktivoval sa Skycrane s roverom. Po približne 10 minútach letu rover pristál na Marse.

Pozri aj 
 Mars
 Mars Exploration Rover
 Voda na Marse
 Život na Marse 
 Areografia
 Marsovský rover

Referencie

Externé odkazy 
 https://eyes.nasa.gov/ simulácia pristátia roveru Perseverance 
 https://www.youtube.com/ JPL a vesmírny vek: Pristátie na Marse 
 https://mars.nasa.gov/mars2020 prístroje na roveri Perseverance 
 https://mars.nasa.gov/msl/ prístroje na roveri Curiosity 

Prieskum Marsu
Pristávanie v kozmonautike