Letošní rok je z pohledu planetární kosmonautiky rokem Marsu. V únoru se tak k této planetě dostaly hned tři vyslanci ze Země. Americká NASA doplnila počet svých zařízení na této planetě. Další dvě sondy vyslaly státy, které se k Marsu vypravily poprvé. Spojené arabské emiráty sondou Al Amal (Naděje) ukázaly, že dnes je v podstatě každý stát, který se rozhodne investovat do takového výzkumu, schopen jej realizovat. Využít může relativně širokou nabídku nosičů, které jsou schopny sondu směrem k Marsu vyslat. U Al Amal to byla japonská raketa H-IIA. Sonda, jejíž hlavní úkol je inspirovat mládež ve Spojených arabských emirátech k zájmu o vědu a techniku, zaparkovala na oběžné dráze okolo Marsu 9. února 2021. Po korekcích se usadila na konečné dráze a 14. dubna zahájila plánovaný dvouletý vědecký program. Jeho důležitou součástí je studium vodíkové atmosféry pomocí ultrafialového spektrometru. Měl by postupně vytvořit 3D rozložení vodíku ve vnějších částí marsovské atmosféry a pomoci identifikovat procesy jeho vzniku a úniku vodíku do vesmíru.
Historie přistávání na Marsu a pohybu po jeho povrchu
Součástí úkolu dalších dvou současných marsovských misí bylo vysazení modulů a vozídel na povrchu Marsu. Připomeňme, že první alespoň trochu úspěšné přistání na Marsu realizovala ruská sonda Mars 3, který však 2. prosince 1971 vysílal z povrchu jen pár sekund. Reálně tak úspěšně pracovala na Marsu teprve americká sonda Viking 1, která na jeho povrch dosedla 20. července 1976. Na Marsu pak fungovala více než šest let do listopadu 1982. O dva týdny později na Mars dosedla její sesterská sonda Viking 2, ta pracovala do dubna 1980.
První vozítko na Mars dopravil modul Pathfinder, který vysadil malé vozítko Sojourner. Sestava přistála na Marsu 4. července 1997 a vydržela pracovat téměř tři měsíce. Vozítko komunikovalo právě přes Pathfindera, a když modul přestal pracovat, odmlčela se obě zařízení. Hmotnost tohoto vozítka byla pouhých 10,6 kg. Za dobu fungování urazilo něco málo přes sto metrů.
Většími vozítky byly Spirit a Opportunity, které na Marsu přistály postupně v lednu 2004. Tato vozítka byla větší než Sojourner, ale pořád relativně malá zařízení s hmotností 180 kg. Jejich možnosti byly omezeny i tím, že elektřinu získávaly pouze ze solárních panelů a během marsovské zimy a písečných bouří, kdy je sluneční svit velmi omezený, se musely uložit ke spánku a hibernovat. V té době je ohřívaly malé radionuklidové zdroje, ale musely se obejít bez elektřiny. Vozítko Spirit fungovalo až do konce března 2010, kdy se hibernovalo před další marťanskou zimou, a pak už se neprobudilo. Za dobu své práce urazilo 7,5 km a realizovalo řadu objevů. Vozítko Opportunity vydrželo až do prachové bouře v červnu 2018. Po ní se už neozvalo. Vozítka například objevila na Marsu minerál jarosit, který je známkou existence vody v jeho minulosti. Opportunity také objevila železo-niklový meteorit, první na Marsu.
V polárních oblastech Vastitas Borealis přistál koncem května roku 2008 modul Phoenix. Ten našel známky vody ve formě ledu několik centimetrů pod povrchem. Modul pak pracoval až do začátku listopadu 2008.
Slabiny vozítek Spirit a Opportunity už nemělo další vozidlo na Marsu. Curiosity bylo prvním vesmírným aparátem, který využil pro dodávku elektřiny nový typ radionuklidového zdroje MMRTG (Multi-Mission Radioisotope Generator). Ten obsahoval 4,8 kg plutonia 238. Získaných 2000 Wt tepelného výkonu se pomocí termočlánku transformuje na 110 We elektrického výkonu. Hmotnost vozidla je 899 kg a z toho na vědeckou aparaturu vychází okolo 80 kg. To umožnilo opravdu velmi široké spektrum přístrojů.
Vozidlo přistálo 6. srpna 2012 v místě, které mohlo být v minulosti vodním rezervoárem s řekami. Jde o velmi sofistikované zařízení, které umožňuje provádět detailní geologickou a chemickou analýzu. Do konce roku 2020 urazilo vozidlo Curiosity přes 23 km. Na svém kontě má celou řadu objevů.
Modul InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) přistál na planině Elysium Planitia koncem listopadu 2018. Na Marsu úspěšně pracuje až do dnešních dní. Elektřinou je zásobují fotovoltaické panely. Nyní je v daném místě marťanská zima. Modul tak je v hibernaci, probudit by se měl v červenci 2021. První seismické otřesy na Marsu už měřila sonda Viking 2, ovšem InSight se měl stát první seismickou stanici na Marsu pro podrobné zkoumání otřesů a struktury nitra Marsu pomocí nich. Zároveň jde také o stanici měřící tok tepla z nitra Marsu a meteorologickou stanici. Umístění tepelné sondy do dostatečné hloubky se nakonec nepodařilo a toto zařízení tak nemohlo splnit své úkoly. Ukázalo se totiž, že vlastnosti povrchových vrstev byly jiné, než se předpokládalo při konstrukci zařízení. Neúspěšné snahy o zavrtání zařízení do dostatečné hloubky však přispěly k podrobnému zkoumání těchto materiálů.
Perseverance – nové vozidlo na Marsu
Úkolem současné americké mise k Marsu bylo dopravit na povrch Marsu další vozidlo, které je sourozencem Curiosity. Je to druhé zařízení, které využívá radionuklidový zdroj MMRTG. Mělo by se kromě geologických analýz ještě více zaměřit na hledání pozůstatků dávného života na Marsu. Úspěšné přistání vozidla Perseverance proběhlo 18. února 2021 v kráteru Jezero, o kterém se předpokládá, že byl v minulosti zatopený vodou. Realizovalo se opět pomocí jeřábu, který sestavu zbrzdil, vyhledal vhodné místo, posadil na povrch a odletěl stranou.
Hned po přistání začaly postupně pracovat přístroje na vozidle. Brzy jsme se mohli kochat obrázky pořízenými pokročilým kamerovým systémem Mastcam-Z, který má dokonalé panoramatické a stereoskopické zobrazování. Umožňuje také velmi intenzivní přiblížení. Vědcům umožňuje geologický průzkum i řízení provozu vozidla.
Již druhý den po přistání začala dodávat data meteorologická stanice MEDA (Mars Environmental Dynamics Analyzer). Měří úroveň prašnosti, rychlost a směr větru, tlak, relativní vlhkost, teplotu vzduchu, teplotu povrchu a radiaci. Systém by se měl probouzet pravidelně každou hodinu a po uložení dat zase přejde do hibernace. První měření ukázala, že teplota povrchu v místě přistání byla mezi -20°C až -25°C. Měření prachu ukázalo, že v kráteru Jezero byla mnohem čistší atmosféra, než v kráteru Gale, kde pracuje Curiosity. Atmosférický tlak byl 718 Pa, což odpovídá našim znalostem atmosféry Marsu, které předpokládají v tomto ročním období v daných místech tlak v intervalu 705 až 735 Pa. Připomeňme, že atmosférický tlak na povrchu země je o více než dva řády větší. Hodnota normálního atmosférického tlaku je definována jako 101 325 Pa. Přístroje umožní sledovat a předpovídat vývoj počasí a radiace na Marsu během jeho různých ročních období. Vytvořené modely pro vytváření předpovědí počasí a radiace budou užitečným nástrojem pro budoucí kosmonauty.
Velice důležitým přístrojem pro průzkum struktury podpovrchových vrstev je speciální radar RIMFAX (Radar Imager for Mars´Subsurface Experiment), který je na spodní zadní části vozidla. Umožňuje zjišťovat nepravidelnosti ve složení, velikosti kamenů pod povrchem, změny složení i rozložení různých typů materiálů. Data začalo toto zařízení shromažďovat již 6. března 2021.
Velmi důležitou technologií, hlavně pro budoucí lidské mise na Mars, je výroba kyslíku z oxidu uhličitého. Toho je v atmosféře Marsu 96 %. K testování této možnosti je na vozidle zařízení MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment). Každý experiment bude znamenat hodinovou produkci kyslíku. První taková produkce proběhla 20. dubna 2021, šlo o úplně první produkci kyslíku na Marsu. Při prvním experimentu se získalo něco přes 5 g molekulárního kyslíku. V plném provozu by měla být produkce 10 g během zmíněného hodinového experimentu. K produkci se využívají vysoké teploty, získaný kyslík se skladuje a zbytkový oxid uhelnatý se pouští zpět do atmosféry Marsu.
Přístrojem, který by měl umožnit velmi přesné zobrazení a analýzu chemického složení materiálů je SuperCam. Přístroj dokáže zjistit organické látky ve skalách a regolitu na dálku. Zařízení obsahuje laser, kameru a spektrometry. Prvním jejím cílem se stala skála Máaz, což je název pro Mars v jazyce Navajo. Je to na počest země tohoto národa, kde jsou podobné geologické podmínky. Tým vozidla má v zásobě další názvy v jazyce Navajo pro geologické struktury v místě přistání Perseverance. V polovině března se tak první laserový záblesk namířil právě na skálu Máaz. Zároveň byl zvuk laseru v atmosféře Marsu zachycen mikrofony vozidla Perserevance. Ty jsou první, které nám umožňují zkoumání zvuků a akustiky na Marsu. Přístroj, který umožňuje identifikovat organické sloučeniny je důležitým nástrojem pro astrobiologický výzkum, na který se Perseverance zaměřuje.
Podařilo se zjistit, že složení Máaz odpovídá čedičům. Ty jsou vyvřelinami nebo vulkanickými horninami. Vyskytují se běžně na Zemi i na Marsu. Zatím však není jasné, zda je Máaz sám vulkanického původu, může jít o usazeniny obsahující čedičová zrna spláchnutá řekami a naplavená do dávného jezera v nynějším kráteru Jezero, kde byla následně slepená do sedimentární horniny.
Ultrafialový spektrometr SHERLOC spolupracuje s kamerou WATSON. Obě zařízení jsou namontována na pohyblivé rameno vozidla. Využívají laser, kamery a spektrometry hlavně pro hledání organických materiálů a minerálů, které by měly vznikat ve vodním prostředí. Hledá tak důkazy existence vodních zásobníků a mikrobiálního života na Marsu v minulosti. Kamera WATSON umožňuje získat detailní záběry skalních zrn a textury povrchů.
Na stejném rameni, jako je SHERLOC a WATSON, je i rentgenový spektrometr PIXL. Produkuje úzký svazek rentgenova záření. Ten vyrazí elektrony z atomových obalů. Při jejich opětném zaplňování se vyzařuje charakteristické rentgenové záření, které umožňuje identifikovat chemické prvky a určovat jejich množství ve zkoumaném materiálu. Velmi úzký svazek rentgenova záření umožňuje zkoumat individuální složení i velmi malých zrn v horninách.
Mobilní laboratoř bude zároveň sbírat a shromažďovat zajímavé geologické vzorky. Po příletu plánovaného návratového zařízení v budoucnosti, plánuje se na rok 2029, by je pak předalo a ty by pak mohly být dopraveny k Zemi. Obrovskou výhodou oproti dosavadní dopravě vzorků, která se zatím podařila pouze u Měsíce, by bylo, že by nepocházely z jednoho místa, byly by pestřejší a mnohem pečlivěji vybrané.
Sestava dopravená na Mars obsahuje také malý vrtulník (dron) Ingenuity. Jeho úkolem je ověřit možnosti létání v extrémně řídké atmosféře Marsu. Hmotnost má 1,8 kg, elektřinu mu dodávají fotovoltaické panely. Je vybaven dvěma kamerami, navigačními senzory, řídícím počítačem a bezdrátovou komunikací s vozidlem Perseverance.
Jeho první let se uskutečnil 19. dubna 2021. Vyletěl do výšky tři metry a úspěšně zase přistál. V současné době se připravuje již na svůj šestý let, který by se měl uskutečnit příští týden. Tímto letem by měla být zahájena další fáze testování vrtulníku. Měl by prozkoumávat povrch v okolí Perseverance z ptačí perspektivy a vyhledávat zajímavé útvary a struktury. Vznese se do výšky 10 m, pak se vydá do vzdálenosti asi 150 m na jihozápad. Následně začne snímat povrch a postupně se přesouvat na jih. Po dokončení snímání se přesune asi 50 m na severovýchod a přistane na své nové základně, která byla označena jako „Field C“. Během letu dosáhne rychlosti 4 m/s a ve vzduchu bude okolo 140 s. V této fázi se bude ověřovat autonomní práce dronu. Zahájení využívání létajících aparátů na jiném tělese Sluneční soustavy je opravdu zlomovou událostí.
Čína je druhou zemí s fungujícím zařízením na povrchu Marsu
O tom, že se čínská mise Tchien-wen-1 (Tianwen) úspěšně dostala na oběžnou dráhu okolo Marsu 10. února 2021, se psalo již v předchozím článku. Celá sestava se nejdříve usadila na odpovídající dráze a pak podrobně zkoumala budoucí místo přistání. Jde o oblast planiny Utopia (Utopia Planitia), kde již přistála sonda Viking-2. Místo přistání bylo vybráno i kvůli tomu, že by zde pravděpodobně mohly být několik metrů pod povrchem vrstvy ledu. A právě dostupné zásoby vody je velice důležitým aspektem budoucí dlouhodobější přítomnosti člověka na Marsu. Dne 15. května se po důkladné přípravě podařilo uskutečnit úspěšné dosednutí na povrchu Marsu.
Po přistání nejdříve probíhala diagnostika aparatury a analýza podmínek v místě přistání. Před tím, než se přistoupilo k vysunutím rampy a sjetím vozítka na povrch Marsu, se velice pečlivě analyzovalo, zda vše funguje a podmínky jsou příznivé. To byl důvod, proč se čekalo až na sobotní ráno 22. května, kdy vozítko sjelo po rampě na marťanský písek.
Šestikolové vozidlo má název Ču-žung (Zhurong), což je Bůh ohně. Jeho rozměry jsou 3×2,6×1,85 metru a hmotnost 240 kg. To je o trochu více, než měly Opportunity a Spirit. Po povrchu se může pohybovat rychlostí 200 metrů za hodinu. Na své palubě nese šest vědeckých přístrojů. Mezi nimi jsou dvě panoramatické kamery, radar umožňující zkoumat podpovrchové vrstvy, magnetometr, laser pro zkoumání geologického složení hornin, který trochu připomíná zařízení popsané u vozidla Perseverance, a také meteorologickou stanici studující vývoj počasí na Marsu v daném místě. Se Zemí bude přistávací modul komunikovat prostřednictvím družice na orbitě Marsu. V principu se sice může spojit i přímo se Zemí, ale jen s velmi malou rychlostí 16 bitů za sekundu. Na přenos telemetrie to stačí, ale ne na přenos fotografií. Proto se čekalo s vysláním prvních fotografií řadu dní. Než mohl zajistit spojení modul Tchien-wen-1, využila se i podpora družic Mars Expres a Trace Gas Orbiter.
První snímek z čínského přistávacího modulu na Marsu pořízený 19. května 2021 (zdroj CNSA).
|
První snímek pořízený navigační kamerou poté, když vozítko Ču-žung sjelo na povrch Marsu (zdroj CNSA).
|
Závěr
Čína se současným zahájením práce svého vozítka na povrchu Marsu stala teprve druhým státem, kterému se to po USA podařilo. Nyní tak pracují na Marsu tři vozidla. Jejich vědecká výbava je do jisté míry podobná, i když je pochopitelně i kvůli velikosti na amerických vozidlech Curiosity a Perseverance mnohem širší, než je tomu u čínského vozítka Ču-žung. Máme tak informace o počasí na Marsu, jeho geologických a dalších parametrech on-line hned ze tří míst. K tomu se přidávají i informace z nepohyblivého modulu InSight. Podporu těmto aparátům na povrchu Marsu poskytuje mezinárodní flotila družic na různých oběžných drahách, které se mohou doplňovat. Připomeňme, že v roce 2022 by se k Marsu měla vydat společná mise ESA a Ruska Exomars, která by měla na Mars dopravit další vozítko Rosalindu (přesněji Rosalind Franklinovou). V následujících letech se tak můžeme těšit na celou řadu nových informací o podmínkách na Marsu i testování technologií pro budoucí výpravy, které přivezou vzorky hornin z Marsu na Zemi. Dva projekty realizace takového úkolu se připravují na rok 2028. První je společný projekt NASA a ESA, druhý pak chystá Čína.
Připomeňme, že Čína už dopravila dvě vozítka na povrch Měsíce, jeden dokonce na jeho odvrácenou stranu. V minulém roce v prosinci se pak podařilo činské sondě dopravit vzorky hornin z Měsíce a chystá se k realizaci dopravy vzorků i z jeho odvrácené strany. Návrat na Měsíc plánuje i americká NASA ve spolupráci s evropskou ESA. I to je známkou posilujícího zájmu o jiná tělesa naší Sluneční soustavy a přípravu případné lidské expanze na ně.
Dramaticky se také posiluje přítomnost techniky i lidí na oběžné dráze okolo Země. Je to spojeno i se zefektivněním a snížením ceny dopravy materiálů na oběžnou dráhu. Zvětšuje se počet dostupných nosičů a jejich kvalita. Dramatický zlom představuje opakované využití části raket a sériová výroba. Stejný význam má i vstup privátních firem i dalších států, jako jsou zmíněné Spojené arabské emiráty, do vesmírného výzkumu.
Vesmírná stanice ISS má nyní větší počet obyvatel, kteří se tak mohou větší část pracovní doby věnovat vědeckým výzkumům. Čína pak nedávno vynesla základní modul své vesmírné stanice na zemské oběžné dráze. I Čína předpokládá realizaci své základny na Měsíci a přítomnost svých kosmonautů na povrchu našeho vesmírného souseda. Spolupráce a zároveň konkurce tak zvyšuje pravděpodobnost, že současný návrat na Měsíc bude mít trvalejší charakter a lidé se dostanou i na Mars.
Přednáška o možnostech vesmírné budoucnosti naší civilizace a možnostech vesmírné expanze:
.
NASA blahopřeje Číně:
Diskuze:
