Przyszłość eksploracji Marsa może spoczywać na szybowcu

NASA/JPL-Caltech

W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat Mars stał się najbardziej zbadaną planetą w Układzie Słonecznym (po Ziemi). Gościł dziesiątki odwiedzających. Rzeczywiście, osiem misji działa obecnie na Czerwonej Planecie i wokół niej. Najstarszy z nich przybył w 2001 r. — orbiter Mars Odyssey, który ma działać do 2025 r. Planowane są kolejne misje, ponieważ NASA i być może inne agencje kosmiczne pracują nad celem zwrócenia próbek Marsa na Ziemię i ostatecznie wysłania ludzi.

Oba te cele będą wymagały znacznie bardziej szczegółowych map terenu. Łaziki dostarczają tego rodzaju szczegółów, ale mogą podróżować tylko kilka metrów dziennie. Łazik NASA Opportunity przebył imponujące 45 kilometrów (28 mil) podczas swojej misji, ale zajęło mu to prawie 15 lat.

Dlatego planetolodzy szukają sposobów na szybsze zbadanie powierzchni planety. Jednym z pomysłów jest wystrzelenie samolotu w atmosferę Marsa z silnikiem zdolnym do utrzymania go w powietrzu. Taka misja mogłaby pokonywać ogromne odległości, ale byłaby kosztowna i kosztowałaby ponad 350 milionów dolarów.

Tańszym podejściem jest przesiadka na większą misję. Innym pomysłem jest, aby łazik marsjański niósł quadkopter, który może badać okolicę. Ale takie loty będą krótkie io ograniczonym zasięgu.

Potrzebny jest pojazd, który jest na tyle mały, aby można go było zabrać na inną misję, a jednocześnie jest w stanie pokonywać duże odległości.

Dzisiaj Adrien Boushela, Aman Chandra i koledzy z University of Arizona twierdzą, że opracowali właśnie taką misję. Ich pomysł polega na wystrzeleniu szybowca bez napędu w atmosferę Marsa i utrzymywaniu go w górze za pomocą termicznych prądów wstępujących — wznoszących się kolumn ciepłego powietrza — w celu uzyskania wysokości. Szybowiec będzie nadmuchiwany i będzie mógł spakować się do objętości wystarczająco małej, aby można ją było przenieść jako dodatkowy ładunek podczas większej misji na Marsa.

Najpierw trochę tła. Sonda kosmiczna krążąca obecnie wokół Marsa jest w stanie wykonywać zdjęcia o rozdzielczości 30 centymetrów na piksel. Planetolodzy stopniowo składają je na mapę powierzchni Marsa o stosunkowo wysokiej rozdzielczości.

Potrzebują jednak obrazów o wyższej rozdzielczości, aby zaplanować przyszłe misje lądowników. Do tej pory większość łazików lądowała na stosunkowo płaskich równinach, gdzie szanse na uderzenie w głaz lub krater są niewielkie. Dziedziny te wydają się być mniej interesujące naukowo. Zamiast tego geolodzy planetarni chcieliby odwiedzić doliny i grzbiety, które wydają się być ukształtowane przez wodę. Bezpieczne lądowanie w takich miejscach będzie wymagało zdjęć zdolnych do rozróżnienia małych skał i kraterów, które mogą uszkodzić pojazd przy uderzeniu.

Lądowniki dostarczają tego rodzaju szczegółów, mogąc robić zdjęcia z rozdzielczością 1 centymetra na piksel na obszarze 100 metrów wokół nich. Nie są jednak w stanie przebyć ogromnych odległości niezbędnych do dotarcia do interesujących ich regionów. Dlatego naukowcy zwrócili uwagę na maszyny latające.

Latanie na Marsie to trudna sprawa. Podczas gdy grawitacja jest niska, około jednej trzeciej ziemskiej, atmosfera jest tylko jedna setna gęstsza. To utrudnia generowanie siły nośnej.

Tak więc skrzydła nowego szybowca będą musiały być ogromne w stosunku do jego wagi. Szybowiec będzie wyposażony w 5-megapikselową kamerę, zestaw do komunikacji radiowej, komputer pokładowy oraz zestaw paneli słonecznych z bateriami, aby w ciągu dnia zgromadzić wystarczającą ilość energii, aby utrzymać go przy życiu w nocy. Boukela i współpracownicy obliczyli, że oprócz nadmuchiwanych skrzydeł i steru szybowiec będzie miał 5 kilogramów – mniej więcej masę orła przedniego.

Następnie obliczyli, że aby utrzymać tę masę w górze, skrzydła będą musiały mieć rozpiętość prawie 6 metrów (20 stóp) i latać z prędkością około 100 metrów na sekundę. Dla porównania, orły przednie mogą unosić się na Ziemi z rozpiętością skrzydeł 2 metrów, lecąc z prędkością 15 metrów na sekundę.

Szybowiec zostanie uruchomiony podczas wejścia głównej misji w atmosferę Marsa i zostanie wyrzucony z głównego ładunku na wysokości około 2 kilometrów. Generator azotu napompuje lotnię i wytworzy ciśnienie w szybowcu w mniej niż 10 sekund, a jego skrzydła stwardnieją w ciągu około godziny, gdy zostaną utwardzone przez marsjańskie światło słoneczne.

Taka technologia nadmuchiwana została już przetestowana na Marsie. Zarówno lądownik Mars Pathfinder, jak i łaziki Mars MER opierały się na poduszkach powietrznych, które napełniły się, gdy statek opadał przez atmosferę, a następnie amortyzował uderzenie o ziemię. Opracowuje się je również dla małych satelitów jako anten komunikacyjnych, mówią Boushela i spółka.

Ważną częścią misji będzie autonomiczna zdolność do wykorzystywania wschodzących prądów w marsjańskiej atmosferze. Takie systemy na Ziemi wykazały zdolność utrzymywania się w powietrzu przez tygodnie lub miesiące.

Jeśli Mars ma profil wiatrowy podobny do ziemskiego – to znaczy podobną zmianę prędkości wiatru wraz z wysokością – to podobne podejście powinno działać również na Czerwonej Planecie. Rzeczywiście, zespół stworzył symulacje numeryczne tego rodzaju lotów na Marsie.

Wyniki sugerują, że ten rodzaj autonomicznego szybowania może utrzymać szybowiec w górze przez długi czas, pod warunkiem, że prędkość wiatru będzie wystarczająco duża wraz z wysokością. Potrzebne będą dalsze prace, aby ustalić, czy rzeczywiście tak jest na Marsie przez cały rok i na całej powierzchni.

Niemniej jednak nawet kilka godzin lotu może wygenerować cenne dane. Kamera pokładowa miałaby mieć rozdzielczość około 10 centymetrów, a przy prędkości 100 metrów na sekundę szybowiec mógłby przelecieć wiele setek kilometrów. Szybowiec wysyłałby obrazy do orbitującej stacji przekaźnikowej, takiej jak Mars Reconnaissance Orbiter, która następnie wysyłałaby je do domu.

Taka misja mogłaby rzucić światło na wiele niezwykłych tajemnic Marsa. Jednym z nich są zagadkowe linie, które tworzą się na niektórych zboczach Marsa, gdy nagrzewają się, gdy nadchodzi lato. Uważa się, że są one tworzone przez przepływ słonej wody, ale pilnie potrzebne są lepsze obserwacje.

Szybowiec może również pomóc w sondowaniu potencjalnych miejsc lądowania dla przyszłych misji. Zaproponowana tutaj koncepcja marsjańskiego szybowca zapewnia zupełnie nową drogę do przyspieszenia eksploracji powierzchni Marsa za ułamek kosztów poprzednich koncepcji samolotów marsjańskich, mówią Bouskela i spółka.

Jedyne, czego brakuje zespołowi, to poczucie Hollywood. Najbardziej udanymi misjami są często te, które tworzą kultowe obrazy. Pomyśl o Neilu Armstrongu stojącym pod amerykańską flagą na powierzchni Księżyca lub o gwiezdnym człowieku Elona Muska jadącego Teslą przez Ziemię. Tego rodzaju obrazy odgrywają znacznie większą rolę w publicznym postrzeganiu sukcesu niż jakikolwiek wykres danych.

To, czego potrzebuje ten szybowiec, to maleńka kamera szerokokątna na sterze ogonowym lub końcówce skrzydła, która prześle obrazy samego pojazdu w locie. Pieniądze miały być szybowcem szybującym nad Valles Marineris — Wielkim Kanionem Marsa — z marsjańskim słońcem wznoszącym się nad obcym horyzontem i być może bladoniebieskim punktem w pobliżu. Rzeczywiście, zespół stworzył taki wizerunek, aby promować swój pojazd!

Wizerunek Neila Armstronga kosztował znaczną część amerykańskiej gospodarki. Tak więc przy koszcie zaledwie 36 milionów dolarów — pasza dla kurczaków dla planistów misji na Marsa — ten obraz szybowca Marsa wydawałby się całkiem niezły w stosunku do ceny. A jeśli Boukkela i spółka oczekują, że amerykańska opinia publiczna zapłaci za tę misję, przynajmniej mogliby wysłać do domu pocztówkę ze zdjęciem.

Nr ref.: https://arxiv.org/abs/1902.02083 : Kontrola położenia nadmuchiwanego szybowca do eksploracji Marsa

ukryć