Spirit (kulgur)

Spirit (tuntud ka kui MER-A) oli NASA kulgur, mis uuris Marssi aastatel 2004–2010. See oli üks kahest Mars Exploration Rover Missioni raames Marssi uurima saadetud kulgurist. Spirit startis Marsile 10. juunil 2003 ja jõudis planeedile 4. jaanuaril 2004, kolm nädalat enne Opportunityt.
Kulgur pidi esialgsete plaanide kohaselt töötama 90 soli, kuid tegelikult töötas see 2210 soli. Kulguri pika tööea põhjuseks olid Marsi tuuled, mis päikesepaneele aeg-ajalt puhastasid ja nende võimsust suurendasid. Spirit pidi algselt läbima 1 kilomeetri, kuid jõudis enne Marsi pinnasesse kinnijäämist läbida 7730 meetrit.
1. mail 2009 jäi Spirit Marsi pinnasesse kinni ja kuigi see polnud esimene kord, ei saanud Spirit enam liikuma. NASA insenerid üritasid järgmised kaheksa kuud kulgurit liikuma saada, kuid kõik katsed ebaõnnestusid ja NASA teatas 26. jaanuaril 2010, et kulgurit välja päästa ei suudeta ja see jätkab teaduslikke katseid oma kinnijäämise kohas.
Kulgur jätkas tööd kuni 22. märtsini 2010, mil kulguriga ühendust enam ei saadud. NASA proovis sidet taastada kuni 24. maini 2011. Pärast seda teatas NASA side taastamise katsete lõpetamisest ja Spiriti missiooni lõpust. NASA arvates kaotati Spiritiga side, sest see ei suutnud enam toota piisavalt energiat, et hoida töös oma küttekehasid. Ilma kütteta sai kulguri elektroonika ilmselt kannatada ja Spirit lõpetas töö.
Eesmärgid.
NASA seadis Spiritile ja Opportunityle järgmised eesmärgid:
NASA soovis Spiriti abil teha kindlaks, et kas Marsil võisid kunagi olla eluks sobivad tingimused. Kuna kõik teadusele tuntud elusolendid vajavad vett, on Marsi vee ajaloo uurimine väga oluline. Spiritil ega ka Opportunityl polnud vajalikke seadmeid, et elu tuvastada, kuid mõlemad andsid tähtsat infot minevikus Marsil olnud keskkonnatingimuste kohta.
Kulguri konstruktsioon.
Spirit oli 185 kg kaaluv kuuerattaline kulgur, mis on 1,4 meetrit kõrge, 2,3 m lai ning 1,6 m pikk. Kulguri igal rattal oli oma mootor ja kuuest rattast neli olid pööratavad, mis võimaldas edukalt liikuda konarlikul maastikul. Spirit võis liikuda kuni 30-kraadisel kallakul ja kulguri maksimaalne kiirus oli 5 cm sekundis ehk 0,18 km/h. Kulguri keskmiseks kiiruseks oli riskide maandamise eesmärgil siiski 1 cm/s. Mõlema kulguri ehitusel kasutati Maailma Kaubanduskeskusest pärinevat metalli, mida kasutati kulguri puuride kaablite kaitsmiseks.
Spiriti päikesepaneelide võimsus oli 140 W ja öösel hoidis kulgur oma elektroonika soojas päeva jooksul kahte liitium-ioonakusse kogutud energia abil. Kulgur pidi enda sisetemperatuuri hoidma alati vahemikus −40 kuni 40 °C ja põhiosa vajalikust soojusest tootis radioisotoopradiaator, mida vajadusel abistasid elektrilised radiaatorid.
Spirit pidas Maaga ühendust kahte antenni kasutades ja kulgur sai nende abil kontakteeruda Marsi ümber tiirlevate tehiskaaslastega ning vajadusel võtta Maaga ühendust Marsi tehiskaaslasi kasutamata.
Teadusseadmed.
Kulguri kere küljes olid järgmised teadusseadmed:
Spiriti robotkäe küljes olid järgmised seadmed:
Ülevaade.
Spiriti esialgne missioon pidi kestma vähemalt 90 soli, kuid NASA pikendas missiooni mitu korda ja tegelikult kestis see 2208 soli. 11. augustil 2007 ületas Spirit Viking 2 maanduri tööea ja sai töös oldud 1282 soliga oma kestvuselt teiseks missiooniks Marsi pinnal. Pikim Marsi pinnal töötanud missioon oli Viking 1 maanduri oma, kuid selle rekordi ületas 19. mail 2010 Opportunity. 22. märtsil 2010 katkes Spiritiga ühendus ja kulguril jäi Viking 1 maanduri missiooni kestvuse ületamisest puudu kõigest umbes kuu aega.
Spirit läbis missiooni jooksul 7730,50 meetrit.
Missiooni kulg.
2004.
Spiriti sihtkohaks oli Gusevi kraatris asuv piirkond, mis valiti seetõttu, et see võis teadlaste arvates kunagi olla 10-kilomeetrise läbimõõduga järv.
Spirit jõudis Marsile 4. jaanuaril 2004, kell 4:35 kohaliku aja järgi. Pärast edukat maandumist pakkis kulgur end lahti ja sõitis maandurilt maha, et teha panoraamfoto oma maandumispaigast. Spiriti maandumispaiga fotodel on näha Marsi pinnas, millel on väikesed kivid ning umbes kolme kilomeetri kaugusel paistavad mäed. Missiooni meeskond nimetas maandumispaiga Columbia memoriaaljaamaks, et avaldada austust seitsmele kosmosesüstiku Columbia katastroofis hukkunud astronaudile.
Esimeseks Spiriti uuritavaks kohaks valiti Sleepy Hollow' nõgu, mille diameeter on 9 meetrit ja mis asub maandurist 12 meetri kaugusel.
Esimene värvipilt.
Spirit tegi Marsi pinnast panoraamkaamerat kasutades ka kõrge resolutsiooniga värvipilte, mis olid sel ajal kõige paremad fotod Marsi pinnast ning pinnavärv oli üsna sarnane tegeliku värviga. Kuna kulguri panoraamkaamera teeb ainult mustvalgeid fotosid, tehti samast kohast fotosid mitmes lainealas, et need seejärel Maal monteerida värvipiltideks.
17. soli välkmälu viga.
21. jaanuaril 2004 (17. solil) lõpetas Spirit ootamatult suhtluse missioonijuhtimiskeskusega. Järgmisel päeval võttis kulgur lennujuhtidega taas ühendust ja kinnitas, et saab Maalt saadetud teated kätte ning on avariirežiimis. NASA hindas olukorda tõsiseks, kuid teatas et kulgur suudetakse tarkvara vea korral ilmselt päästa. Insenerid käskisid Spiritil saata tehnilised andmed ning need saadi kätte 23. jaanuaril. Spiriti saadetud info kinnitas kahtlusi, et kulgur ei jää öösiti puhkerežiimi, on üle kuumenemas ning kulutab asjatult oma akut, mistõttu tuli inseneridel viga kiiresti üles otsida, et kulgur päästa. 20. solil saatsid lennujuhid kulgurile käsu SHUTDWN_DMT_TIL ("Shutdown Dammit Until"), et Spirit edasiste juhiste saamiseni end seiskaks, kuid kulgur ignoreeris korraldust.
NASA inseneride peamiseks teooriaks sai, et kulgur on jäänud kinni restartimise ahelasse. Spirit pidi vea ilmnemisel end alati restartima, kuid inseneride arvates mõjutas mingi viga kulgurit restartimise ajal ning seetõttu jäi Spirit end lõputult restartima. Spiriti päästmiseks otsustati kontrollida teooriat, et midagi on viga välkmälul ja selleks kirjutati side piiratuse tõttu lühike koodijupp, mis käskis Spiritil end restartida välkmälu kasutamata. Plaan oli edukas ning Spirit katkestas enda lõputu restartimise.
24. jaanuaril 2004 (19. solil) teatas kulguri parandustiim, et probleemi põhjustas välkmälu tarkvaraviga. Probleemi lahendamiseks kustutasid insenerid mõned välkmälul olnud kasutud failid ning formaatisid kogu välkmälu. Kulgur hakkas taas tööle 6. veebruaril (33. solil). 
Humphrey kivi.
5. märtsil 2004 teatas NASA, et Spirit leidis Humphrey nime saanud kivi uurides jälgi vee kohta. Uuritud kivi oli vulkaanilise päritoluga ning selle pragudes oli eredat ainet, mis paistis kristalliseerunud mineraalidena. Kui see teooria on tõsi, siis lagundas need mineraalid ilmselt vesi, mis oli kivis või mõjutas seda pärast kivi tekkimist.
Bonneville'i kraater.
65. solil (11. märts 2004) jõudis Spirit pärast 370 meetri pikkust teekonda Bonneville'i kraatrisse, mis on umbes 200 meetrit lai ja 10 meetrit sügav. NASA otsustas, et kulgurit kraatrisse ei saadeta ning see asus mööda kraatri lõunaserva teele Columbia mägede poole.
105. solil jõudis Spirit Missoula kraatrisse, mis on umbes 91 meetrit lai ja 18 meetrit sügav. Kuna kraatrit ei peetud oluliseks, liikus kulgur sellest mööda põhjaserva liikudes mööda ning suundus kagusse. 118. solil jõudis kulgur Lahontani kraatri juurde ning Spirit oli sunnitud sellest kaarega mööduma, kuna selle juures olid liivaluited. NASA otsustas liivaluidete läbimisega mitte riskida, kuna kardeti, et kulgur võib sinna kinni jääda ja liikumisvõimetuks muutuda.
Columbia mäed.
Spirit liikus iseseisvalt Bonneville'i kraatri juurest otse Columbia mägede poole ja insenerid täpsustasid kulguri teekonda ainult siis, kui maastik oli keeruliselt läbitav. 159. solil jõudis Spirit Columbia mägede jalamil asuvasse West Spuri piirkonda. Piirkonnas peatus kulgur 23 soli ja uuris kummalise välimusega kivi, mis sai nimeks "Pot of Gold". Spirit leidis kivi koostisest hematiiti, mis võib moodustuda kokkupuutel veega.
Kuna päikesepaneelide toodetava energia kogus oli päikesevalguse vähenemise ning paneelidel oleva tolmu tõttu langemas, võttis NASA kasutusele Sügava Une Režiimi. Selles režiimis olles oli kulgur täielikult välja lülitatud ning seda isegi juhul, kui mõni seade lakkab külma tõttu töötamast. Lisaks valis NASA Spiritile teekonna, mille ajal oleksid päikesepaneelid võimalikult palju talvise Päikese poole kaldu.
Alates 239. solist kuni 262. solini oli kulguri töö Päikese konjunktsiooni ajaks seisatud, sest Päike oli sel ajal Maa ja Marsi vahel ja takistas raadiosidet. Pärast konjunktsiooni lõppu taastus tavapärane töö. Spirit tegi ka sideteste ESA kosmosesondi Mars Expressiga. Testid olid edukad, kuid tavaliselt kasutas Spirit ülekandejaamadena siiski 2001 Mars Odysseyd ja Mars Global Surveyorit. 
2005.
Spirit oli Marsil olnud nüüd juba aasta ning kulgur liikus aeglaselt Husbandi mäge mööda üles. Teekond oli keeruline, sest kulgur sattus mitmetesse kivistesse ja liivastesse kohtadesse. Seetõttu sattus kulgur sageli libisemisse ning ei saanud teekonda varasema plaani järgi läbida. Veebruaris sai Spirit tarkvarauuenduse, mis lasi kulguril sõita rohkem iseseisvalt. 371. solil jõudis Spirit kivi juurde, mis sai nimeks Peace. 373. solil kasutas kulgur kivi peal RAT-i ning jätkas seejärel energia säästmise eesmärgil tagurpidi sõites mäkketõusu.
Spirit uuris teel olles ka mõningaid kohti, ning leidis Paso Roblesi nime saanud koha pinnasest fosforit ja suurima koguse soola, mis Marsilt on leitud. Teadlaste arvates viitab leitud suur soolakogus, et selle tekkes on mänginud rolli ka vesi.
Tolmukuradid.
9. märtsil 2005 (420. solil) avastati, et Spiriti päikesepaneelide efektiivsus oli üleöö tõusnud 60 protsendilt 93 protsendile. Järgmisel päeval märkas kulgur oma läheduses tolmukuradeid ning NASA teadlased arvavad, et ilmselt puhastasid need öösel kulguri päikesepaneele ja pikendasid sellega missiooni märgatavalt, sest Spirit sai toota rohkem elektrit. See oli ühtlasi ka esimene kord, mil Spirit märkas enda läheduses Marsi tolmukuradeid. Varem oli neid pildistanud ainult Mars Pathfinder.
Husbandi mäetipp.
Augustis oli Spirit Husbandi mäe tipust ainult 100 meetri kaugusel ning teadlased avastasid, et mäel on tegelikult kaks tippu, millest üks on teisest veidi kõrgem. Kulgur jõudis Husbandi mäe kõrgemasse tippu 29. septembril (618. solil) ning Spiritist sai esimene teisel planeedil asuva mäe tippu jõudnud kulgur. Spirit oli selleks ajaks läbinud 4971 meetrit. Husbandi mäe tipus tegi Spirit panoraamfoto ning vaatles öösel Phobost ja Deimost, et nende orbiite paremini kindlaks määrata. 656. solil jälgis kulgur koostöös Hubble'i kosmoseteleskoobiga Marsi taevast ja atmosfääri hägusust. 
Husbandi mäe tipust tehtud panoraamfotol märgati silmatorkavat pinnavormi, mis sai nimeks Home Plate. See oli teadlaste jaoks huvipakkuv sihtkoht, kuid Spirit võttis suuna McCooli mäele, et kallutada oma päikesepaneelid Marsi talve ajaks Päikese poole. Oktoobri lõpus sõitis kulgur allamäge ning jõudis 690. solil Comanche'i kivideni. Kive uurides avastati, et need sisaldavad 25% ulatuses magneesiumi ja raua karbonaate. See kogus oli varasematest leidudest kümme korda suurem. See leid oli oluline, sest tõestas, et Marsil võisid kunagi olla eluks sobivad tingimused.
2006.
McCooli mägi.
2006. aastal jätkas Spirit liikumist McCooli mäe poole ning jõudis mäele veebruaris.
Spiriti järgmine peatuspaik oli plaanide kohaselt McCooli mäe põhjakülg, et sinna talvituma jääda. 16. märtsil teatasid JPL-i insenerid, et Spiriti juba varem probleemne esiratas lõpetas töö täielikult, kuid Spirit jätkab teekonda mäe põhjapoolsele küljele. Rikkis esiratta tõttu programmeeriti kulgur sõitma tagurpidi, katkist esiratast järele lohistades. Märtsi lõpus avastati, et lahtine pinnas takistab kulguril teekonda jätkamast ning NASA otsustas, et Spirit ei lähe varem planeeritud talvitumispaika. Selle asemel pargiti kulgur lähedalasuvale kõrgendikule, mis nimetati Low Ridge Haveniks.
Low Ridge Haven.
Spirit pargiti kõrgendikule 9. aprillil ja oli seal 11 kraadise kalde all järgmised 8 kuud. See tegeles sel ajal ümbruse vaatlemisega ning ühtegi manöövrit temaga ei tehtud, sest kulgur tootis väga vähe elektrit. Spirit asus jälle liikvele novembris 2006.
2007.
Tarkvarauuendus.
1067. solil ehk 4. jaanuaril 2007 laaditi mõlemasse kulgurisse uus tarkvara. See uuendus laskis Spiritil ise otsustada, kas saata tehtud foto Maale või mitte ning millist kivi peaks robotkäega järgmiseks uurima. See uuendus tehti teadlaste aja säästmiseks, et nad ei peaks otsima sadade fotode seast neid huvitavat ning pidevalt piltide abil ümbrust läbi vaatama, et leida robotkäe jaoks sihtmärke.
Räniorg.
Märtsis avastati, et Spiriti rikkis rattast oli mõnevõrra kasu, sest seda järele lohistades paljastus pinnase pealiskihi alt ränikiht. See viitab, et Marsil võis kunagi olla elu, kuna teadlaste hüpoteeside kohaselt pidi räni tekkima geisrite või veeauru mõjul. Teadlaste arvates tähendab see, et seal võisid elada mikroobsed organismid.
Globaalne tolmutorm ja Home Plate.
2007. aastal veetis Spirit mitu kuud Home Plate'i platoo jalamil. 1306. solil ronis Spirit platoo idaservale ning septembris ja oktoobris uuris ta platoo lõunaosas mitmeid kivisid ja pinnast. 6. novembril oli Spirit jõudnud Home Plate'i lääneossa ja alustas panoraamfotode tegemist. Fotod avaldati NASA veebilehel, kuid need ei pälvinud avalikkuse tähelepanu enne 2008. aastat. Jaanuaris 2008 avaldas üks veebileht suurendatud foto millestki, mis meenutas parema käe tõstnud mõne sentimeetri kõrgust humanoidi.
Juunis hakkasid tolmutormid Marsi atmosfääri jõudvat päikesevalguse kogust vähendama ning muutusid intensiivsemaks 20. juulil. NASA seisis nüüd silmitsi võimalusega, et kaotab mõlemad kulgurid, sest need ei suutnud vähese päikesevalguse tõttu toota piisavalt elektrit.
Tavaliselt tootsid mõlema kulguri päikesepaneelid kuni 700 vatt-tundi energiat ühe Marsi päeva jooksul. Pärast tormide algust tootsid mõlemad kõigest 128 vatt-tundi. See tähendas, et süsteemide käigus hoidmiseks pidid mõlemad kulgurid hakkama kasutama oma akusid, et hoida käigus radiaatoreid. Probleem oli selles, et kui aku tühjaks saab, ei ole kulguril piisavalt energiat, et end soojas hoida ja seejärel ei kaitse miski enam tundlikku elektroonikat Marsi külmade eest. NASA seadis mõlemad kulgurid minimaalse energiatarbimise režiimi, et tormide lõpp ära oodata. Augustis hakkas taevas selginema ja nii Spirit kui ka Opportunity said oma akusid laadida. Siiski hoiti mõlemad unerežiimis, sest torm polnud lõppenud.
2008.
Unerežiim.
Spiriti puhul oli endiselt probleemiks toodetava energia hulk. Selleks, et päikesepaneelidele langeva valguse kogust suurendada, pargiti kulgur Home Plate'i põhjaservas nii suure kalde alla kui võimalik. Insenerid arvutasid välja, et talvel langeb Spiriti päikesepaneelide võimsus 70% ja kulguri elus hoidmiseks peab kallak olema 30-kraadise kalde all. Veebruaris saavutati kulguri kaldeks 29,9 kraadi ning kui kulguril oli võimalik toota rohkem energiat, kasutati ka panoraamkaamerat fotode tegemisel. Muul ajal oli kulgur võimeline tootma energiat ainult enda soojas hoidmiseks ning kulguri energiavajaduse vähendamiseks, lülitati kõik ebavajalikud süsteemid välja ja suhtlus Maaga oli minimaalne. Marsi talvise pööripäeva ajal suutis kulgur toota vaid 235 vatt-tundi solis.
Talvine tolmutorm.
10. novembril 2008 vähendas suur tolmutorm Spiriti päikesepaneelide toodetud energiahulga 89 vatt-tunnini päevas, mis oli kulguri jaoks kriitiliselt madal tase. Olukorra tõsidusest hoolimata olid NASA ametnikud optimistlikud, et Spirit peab vastu ja suudab pärast tormi möödumist toota rohkem energiat. Insenerid proovisid kulguri energiavajadust vähendada kõigi süsteemide (sealhulgas radiaatorite) väljalülitamisega. Kulgur ärkas taas 13. novembril ja võttis missioonijuhtimiskeskusega õigeaegselt ühendust.
1728. solist kuni 1734. solini tootis Spirit energiat keskmiselt 169 vatt-tundi päevas. Energia säästmiseks lülitati välja ühe spektromeetri küte, mis vajas 27 vatt-tundi energiat päevas. Eelnevad katsetused näitasid, et radiaatorite väljalülitamine ei kahjusta spektromeetrit ning selle saab piisava energiatootlikkuse korral jälle kasutusele võtta. 30. novembril algas taas Päikese konjunktsioon ja Spirit ning teised kulgurid ja sondid töötasid omapäi kuni 13. detsembrini.
2009.
Suurenenud energiatootlikkus.
6. veebruaril 2009 puhus tuul Spiriti päikesepaneelid veidi puhtamaks ning see tõstis energiatootlikkuse 240 vatt-tunnini päevas. NASA teatas, et lisaenergiat kasutatakse peamiselt sõitmiseks ja aprillis tõusis energiatootlikkus puhtamate päikesepaneelide tõttu juba 372 vatt-tunnini päevas.
Liiva sisse kinnijäämine.
1892. solil jäi Spirit ootamatult kinni ohutu välimusega pinnasesse, mille all oli jarosiit. Kulguri rattad ei suutnud pehme pinnase tõttu Spiritit vedada ja seetõttu oli kulguri päästmine väga keeruline.
JPL-i insenerid proovisid kulguri kinnijäämise kohas olevaid tingimusi kulguri koopia ja arvutisimulatsioonidega järgi teha, et kulgur kuidagi välja päästa. Insenerid arvestasid kulguri koopia kasutamisel, et Marsi gravitatsioon on Maa omast nõrgem ja kulguri koopia peab seetõttu olema kergem, kuid inseneride katsed ei andnud tulemusi. Esimesed katsed Spiriti välja aitamiseks algasid novembris 2009 ja need jätkusid jaanuarini 2010.
Insenerid arvutasid välja, et kui kulgur enam edasi ei liigu ja päikesepneelide asendit ei saa muuta, siis töötab Spirit veel kuni maini 2010.
2010.
Marsi talv ja side kaotamine.
2155. solil ehk 26. jaanuaril 2010 teatas NASA, et kulguri liikuma saamise katsetest loobutakse ja kulgur jätkab Marsi uurimist oma kinnijäämise kohas. Insenerid proovisid kulgurit keerata rohkem Päikese poole, et Spirit saaks toota rohkem energiat. Suurem energiatootlikkus oli vajalik, et mõned kulguri süsteemid Marsi talve ajal töös hoida. Viimane sideseanss kulguriga toimus 22. märtsil 2010 (2210. solil) ja 30. märtsil 2010 ei võtnud Spirit planeeritud sideseansi ajal enam lennujuhtidega ühendust. NASA arvab, et ilmselt lülitus kulgur madala energiatootlikkuse tõttu unerežiimi, et proovida akusid laadida, ja jättis sideseansi lihtsalt vahele. 
Insenerid peavad üsna tõenäoliseks, et mingil hetkel tootis kulgur nii vähe energiat, et lülitas kõik oma alamsüsteemid välja ja kulguril jäi ka missioonikell seisma. Varasematel Marsi talvedel oli kulgur jõudnud end parkida kallakutele, kuhu paistis palju päikesevalgust, et hoida oma sisetemperatuur üle −40 °C. Nüüd oli kulgur enne side kaotamist olnud liikumisvõimetuna tasasel maastikul ja ilmselt langes kulguri sisetemperatuur kuni −55 °C. Kui Spirit oleks need tingimused üle elanud, oleks kulgur suvisel pööripäeval märtsis 2011 ilmselt taaskäivitunud.
Katsed kulguriga ühendust võtta.
Spirit pole oma asukohast, mis sai nimeks Troy, hiljem enam ühendust võtnud ning viimati kuuldi kulgurist 22. märtsil 2010. 
Insenerid arvestasid siiski võimalusega, et kulgur elas Marsi talve üle ning missioonikella seiskumise tõttu on kaotanud ajataju. Nimelt oli Spirit programmeeritud nii, et kui kulguri missioonikell jääb seisma, ei tee kulgur midagi ja jääb ootama juhiseid Maalt. 26. juulil 2010 hakati Spiritile saatma kutsungeid arvestusega, et selle missioonikell oli seiskunud. Kui kulgur oleks töötanud, oleks ta iga päev oodanud igas tunnis 20 minutit juhiseid Maalt ja Maa kutsungi kättesaamisel oleks vastanud lühiinfoga oma hetkeseisu kohta.
2011.
Missiooni lõpp.
JPL proovis kulguriga ühendust saada kuni 25. maini 2011, mil NASA teatas side taastamiskatsete ja Spiriti missiooni lõpetamisest. NASA teatas, et kulgur ei suutnud vähese energiatootlikkuse tõttu ilmselt oma radiaatoreid töös hoida ning külmad temperatuurid kahjustasid seetõttu kulguri elektroonikat ja põhjustasid side katkemise. Pärast Spiriti missiooni lõpetamist keskendus NASA Opportunityle.
Galerii.
Spirit sai pildistada mitme eri kaameraga, kuid värvilisi fotosid sai teha ainult PanCamiga. Kulgur saatis missiooni jooksul Maale 128224 fotot.