NASA InSight: misja, która ma zbadać wnętrze planety Mars

W maju tego roku NASA wysłała na Marsa platformę InSight, która będzie badała wnętrze czerwonej planety. Przy konstruowaniu urządzenia bardzo ważny udział mieli Polacy, a jednym z opiekunów misji jest Artur Chmielewski, syn znanego rysownika komiksów i autora „Tytusa, Romka i A’Tomka” - Papcio Chmiela.

Bezzałogowa misja kosmiczna InSight rozpoczęła się 5 maja 2018 r. i potrwa około jednego roku marsjańskiego, czyli niewiele ponad dwa lata ziemskie, lub dokładniej: 708 Soli (dni marsjańskich), czyli 728 dni ziemskich. Lądowanie zbudowanej przy istotnym wkładzie Polaków platformy InSight przewidziane jest na 26 listopada.

W jakim celu badać wewnętrzną strukturę Marsa?

Dotychczasowe misje na Marsa służyły wyłącznie zbadaniu tego, co znajduje się na powierzchni planety – przyjrzeniu się strukturom takim jak kaniony, wulkany, skały i gleba. Jednak właśnie zbadanie tego, co tkwi głęboko pod wierzchnią warstwą czerwonej planety pomoże poznać lepiej jej historię, a tym samym i część przeszłości samego kosmosu.

Bruce Banerdt, główny badacz misji InSight powiedział o tym wydarzeniu: „W pewien sposób InSight jest takim naukowym wehikułem czasu, który dostarczy nam informacji o najwcześniejszych etapach historii Marsa sprzed 4,5 miliarda lat. Pomoże nam dowiedzieć się w jaki sposób formują się obiekty skaliste takie jak Ziemia, jej księżyc, a nawet planety w innych układach planetarnych”.

large_nasamission.jpg

Nazwa misji InSight jest skrótem od określenia Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport, czyli eksploracja wnętrza (planety) z wykorzystaniem badania sejsmicznego, geodezyjnego i transportu ciepła. Badanie ma być pierwszym gruntownym spojrzeniem na proces tworzenia się planety od momentu jej uformowania 4,5 mld lat temu. Jest jednocześnie pierwszą misją kosmiczną, która zdalnie pozwoli zbadać wnętrze ciała niebieskiego: jego skorupę, płaszcz oraz rdzeń. Badanie wewnętrznej struktury Marsa ma pomóc znaleźć odpowiedzi na kluczowe pytania dotyczące wczesnego formowania się planet skalistych w naszym Układzie Słonecznym - Merkurego, Wenus, Ziemi i Marsa - ponad 4 miliardy lat temu. Misja ma pokazać, jak kształtuje się ciało skaliste, by następnie ewoluować w planetę.

„Kret” i opieka nad misjami, czyli rola Polaków w NASA

Jednym z trzech najważniejszych urządzeń, zabranych przez misję InSight jest HP3 (Heat Flow and Physical Properties Package) – próbnik do pomiaru strumienia ciepła z wnętrza planety. Konstruktorami mechanizmu wbijającego „Kret HP3” są właśnie inżynierowie z polskiej firmy Astronika, którzy sprawili, że polski przemysł kosmiczny znany jest w NASA z produkcji najlepszych na świecie urządzeń penetrujących do wykorzystania w misjach kosmicznych. Astronika została koordynatorem procesu produkcyjnego mechanizmu „Kret HP3” i zaangażowała do pracy przy nim kilka polskich ośrodków naukowych, m.in. Centrum Badań Kosmicznych PAN, Instytut Lotnictwa, Instytut Spawalnictwa, Politechnikę Łódzką i Politechnikę Warszawską. Sterowane z ziemi, dwuipółmetrowe robotyczne ramię pomoże wprowadzić to urządzenie na głębokość 5 metrów w grunt marsjański i pobrać odpowiednie próbki, które być może dadzą odpowiedź na wiele pytań dotyczących budowy tej planety.

Artur Chmielewski od wielu jest opiekunem projektów i misji kosmicznych w należącej do NASA firmie JPL, Jet Propulsion Laboratory. O szczegółach misji InSight opowiadał na początku czerwca uczestnikom programu US Executive Innovation and Technology Discovery Tour organizowanego przez Vital Voices Chapter Poland. Chmielewski lubi żartować, że prototyp „Kreta” powstał już w latach 80. minionego wieku i przedstawiony był przez jego ojca w XV księdze „Tytusa, Romka i A’Tomka”:

large_tytus.jpg

Jednym z problemów i jednocześnie dużych wyzwań stojących przed osobami odpowiedzialnymi za misję InSight jest zdalne sterowanie łazikami. Dotarcie sygnału wysyłanego z Ziemi, w zależności od aktualnej odległości między planetami, zajmuje od 8 do 18 minut, co stanowi pewne utrudnienie w przypadku nietypowych sytuacji, jak fizyczne przeszkody czy zmiany pogodowe. Czas ten dotyczy zarówno przesyłania komendy w jedną stronę, ale też otrzymania obrazu z Marsa, co dodatkowo wydłuża proces operacyjny. Z tego względu, przed wysłaniem łazików w kosmos, NASA testuje je na przygotowanym do tego celu obszarze ziemskim.

Nie tylko sterowanie po powierzchni innej planety może być problematyczne. W każdą z misji kosmicznych zaangażowana jest olbrzymia liczba osób, co z ekonomicznego punktu widzenia znacznie podwyższa ich koszt, zwłaszcza, gdy zaplanowane są one na kilka lub kilkanaście lat. Zadaniem tych ludzi jest pilnowanie misji na każdym jej etapie, a w szczególności w chwili lądowania, które w przypadku Marsa nazywane jest „siedmioma minutami terroru”. Jest to moment, trwający (jak łatwo wywnioskować z nazwy) właśnie 7 minut, w trakcie których wskutek jonizacji powietrza przy lądowaniu, centrum operacyjne NASA traci kontakt z wysyłanym urządzeniem. Jak opowiada Artur Chmielewski, jest to chwila, gdy całkowitemu zniszczeniu ulec może efekt kilkuletniej pracy. W całej historii NASA, 10 podjętych prób zakończyło się sukcesem 8 razy – w przeciwieństwie do Rosjan, którzy na 8 prób każdorazowo ponosili klęskę.

Platforma InSight zasilana jest energią słoneczną, dzięki ogromnym panelom, w które wyposażane były również wcześniejsze urządzenia wysyłane na Marsa. Początkowo miały działać one tylko 90 dni – konstruktorzy spodziewali się, iż warunki pogodowe panujące na czerwonej planecie, spowodują, że warstwa pyłu gromadzącego się na solarach uniemożliwi dłuższe ich funkcjonowanie. Jednak ku zdziwieniu obserwatorów z NASA, jedno z wysłanych wcześniej urządzeń działało aż 5 lat. Naukowcy nie znali wówczas marsjańskiego zjawiska tzw. dust devils – małych i jednocześnie dość częstych tornad, które „odkurzały” zabrudzone pyłem panele słoneczne.

Jak się okazuje, konstruowanie wysokospecjalistycznych maszyn pozostawia też miejsce na odrobinę poczucia humoru. Opony marsjańskiego łazika przygotowanego przez firmę JPL mają charakterystyczne dziury. Nie służą one jednak zwiększeniu tarcia przy przemieszczaniu się po powierzchni innej planety czy ułatwieniu zbierania próbek gruntu. W chwili przedstawiania prototypu łazika, jego opony posiadały wypukłości w kształcie liter JPL, przez co poruszający się pojazd zostawiałby za sobą na piasku ślad z powtarzającą się nazwą firmy. Menedżerowie NASA nie wyrazili zgody na takie rozwiązanie, więc w trakcie usuwania tych liter z opon, powstały dziury, które również przedstawiają markę JPL, ale w języku Morse’a. W takiej formule pojazdy są wysyłane na Marsa.

Cele misji Insight

Zdaniem NASA, Mars jest idealnym laboratorium, które pozwala zbadać sposób formowania się i ewolucję planet skalistych w układzie słonecznym. I chociaż naukowcy już wiedzą, że Mars nie cechuje się wysoką aktywnością geologiczną, platforma InSight, pomoże także i tę aktywność dokładnie określić. Jak wspomina w opisie projektu NASA, jego celem jest zbadanie oznak życiowych planety: jej pulsu (sejsmologia), temperatury (przepływ ciepła z wnętrza planety) oraz odruchów (poprzez precyzyjne śledzenie zachowań planety).

W tym celu InSight został wyposażony w trzy kluczowe urządzenia. Pierwszy, wspomniany wcześniej i skonstruowany przez Polaków Kret HP3 ma pomóc określić, jak dużo ciepła przepływa z wnętrza planety. Drugi, SEIS, to sejsmometr, którego zadaniem będzie mierzenie siły wibracji wywoływanych przez wnętrze Marsa. I wreszcie RISE, czyli radiowe narzędzie mające na celu mierzenie zachowania bieguna północnego planety w trakcie przemieszczania się po orbicie (pomoże to określić wielkość i skład metalicznego rdzenia Marsa oraz ocenić, czy ma on formę stałą czy płynną).

Tekst: Marek Miller na podstawie materiałów programu US Executive Innovation and Technology Discovery Tour organizowanego przez Vital Voices Chapter Poland