Kosmos

Helikopterem na Marsa?

Numer 11/2019
Model ­próbnika Huygens ­można obejrzeć w Musée des Confluences w Lyonie. Prawdziwy próbnik na zawsze osiadł na powierzchni Tytana. Model ­próbnika Huygens ­można obejrzeć w Musée des Confluences w Lyonie. Prawdziwy próbnik na zawsze osiadł na powierzchni Tytana. Ismoon/Wikimedia Commons / Wikipedia
Rzecz jasna żadnym helikopterem na Marsa nie dolecimy, za to już niedługo – bo w 2021 r. – dowiemy się, czy będzie można nim latać nad powierzchnią tego globu. Wiele wskazuje na to, że tak.

W dość znanym amerykańskim filmie „Czerwona Planeta” z 2001 r., opowiadającym o załogowej wyprawie na Marsa, poza astronautami występuje też bojowy robot o żeńskim imieniu Amee. To rodzaj transformera, który mógł być łazikiem, ale też w kilka sekund potrafił przeistoczyć się w coś, co przypomina helikopter. I mógł latać. Choć sam film nie miał dobrych recenzji, jego krytycy zgodnie podkreślali, że sceny z Amee należały do najlepszych w całej tej produkcji i w ogóle w całej historii kina science fiction. Rzeczywiście były doskonale zrobione i uderzały realizmem. Pod koniec filmu robocica Amee buntuje się – lub wariuje – i zaczyna polować na członków załogi, których w założeniu miała bronić.

Recenzenci filmu często zastanawiali się też, czy Amee pod postacią helikoptera w ogóle mogłaby nad powierzchnią Marsa latać. Zważywszy na niezwykle rozrzedzoną atmosferę, jaka tam panuje (0,7% atmosfery Ziemi), pomysł ten wydawał się czysto fantastyczny. Choć, prawdę mówiąc, w samym filmie atmosfera ta była pewnie nieco bardziej gęsta, a to dzięki algom produkującym tlen, wprowadzonym na planetę przez wcześniejsze wyprawy w ramach programu tzw. terraformowania Marsa. Jak się okazuje dzisiaj, pomysł z helikopterem na Marsie wcale nie jest czystą fantazją i najbliższa amerykańska misja – określana roboczo Mars 2020 Rover – to sprawdzi.

Mars Helicopter przyłączony

W końcu sierpnia tego roku inżynierowie z Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie (głównego laboratorium NASA) poinformowali, że dwuwirnikowy helikopter o nazwie Mars Helicopter został właśnie po udanych testach dołączony do nowego łazika marsjańskiego (Mars 2020 Rover), który będzie wysłany na Czerwoną Planetę w lipcu 2020 r., a w lutym 2021 r. wyląduje na obszarze zwanym Jezero Crater. Po odpowiednich przygotowaniach rozpoczną się pierwsze testy zasilanego panelami słonecznymi helikoptera, którego zadaniem będzie odłączenie się od łazika i wykonanie kilku lub kilkunastu 90-sekundowych przelotów wokół niego. Ta eksperymentalna misja to przedsięwzięcie dużego ryzyka, ponieważ jakakolwiek usterka helikoptera nie będzie mogła być w żaden sposób usunięta. Wszystko musi działać jak w szwajcarskim zegarku, a sam helikopter, ważący zaledwie 1,8 kg, nie zabierze żadnych urządzeń badawczych. Jego misją ma być wyłącznie potwierdzenie, że taki pojazd może się poruszać na Marsie.

Do tej pory wszystkie misje eksploracyjne Marsa polegały na wysłaniu na jego powierzchnię rozmaitych łazików. Ale nawet najbardziej do tej pory zaawansowany łazik, czyli amerykańskie Curiosity, który wciąż prowadzi prace w marsjańskim kraterze Gale, ma bardzo ograniczone możliwości pokonywania terenu. Naszpikowano go wprawdzie rozmaitymi bardzo czułymi przyrządami badawczymi, ale pole jego eksploracji jest nieduże. Pojazd nie potrafi pokonać wielu przeszkód terenu, poza tym jego szybkość jest mocno ograniczona. Wyposażenie łazików w helikoptery przestawiłoby badania tego typu na nowe tory. Helikoptery byłyby bowiem czymś w rodzaju zwiadowców mogących obserwować niedostępne tereny – np. strome klify czy obszary o dużym zróżnicowaniu, trudne lub wręcz nieosiągalne dla wszelkich urządzeń poruszających się po powierzchni – i dawać następnie bardzo dokładne informacje o tym, co tam się znajduje. Taki helikopter byłby nieoceniony i pomógłby wszystkim specom planującym przyszłe marsjańskie misje.

Czy to może na Marsie latać?

Budowę Mars Helicopter zakończono w Jet Propulsion Laboratory w styczniu tego roku. W marcu rozpoczęto pierwsze testy urządzenia w tzw. JPL’s Space Simulator, czyli sprawdzonej już w przeszłości nieraz (próbniki Ranger Moon, Voyagery, sonda Cassini, wszystkie wcześniejsze amerykańskie łaziki marsjańskie) niemal 8-metrowej komorze próżniowej. W tym przypadku przed badaczami stało wiele problemów do rozwiązania. Pierwszy to uwzględnienie przy budowaniu helikoptera temperatur panujących na Marsie. W dzień na obszarach nasłonecznionych jest ona całkiem znośna, ale w nocy czy na terenach stale zacienionych może spadać niemal do –100ºC. Helikopter musiałby być więc odporny na bardzo niską temperaturę. Drugim wyzwaniem jest rozrzedzona atmosfera, której gęstość to niecały 1% gęstości atmosfery ziemskiej. Takie warunki panują na Ziemi dopiero na wysokości ponad 30 km. Jednak tak wysoko nasze helikoptery nie latają. Nie można też w tym obszarze przeprowadzić rzetelnych naukowych i inżynieryjnych testów małego, ledwie dwukilogramowego urządzenia. To technicznie niewykonalne. Wreszcie trzecim bardzo dużym problemem jest grawitacja marsjańska – równa zaledwie jednej trzeciej ziemskiej.

Prowadzący testy naukowcy musieli zatem stworzyć w swojej komorze warunki marsjańskie. Przede wszystkim więc nasycili ją głównie dwutlenkiem węgla, który jest dominującym gazem atmosfery Marsa, i to w odpowiednim stężeniu, dającym gęstość panującą w warunkach marsjańskich. Zapewnili też utrzymanie odpowiedniej temperatury wewnątrz. To nie sprawiło im kłopotu. Znacznie trudniejszym zadaniem było uzyskanie w komorze słabej grawitacji – o dwie trzecie słabszej niż na Ziemi. Wymyślono więc specjalny system częściowej niwelacji siły grawitacyjnej (gravity offload system) poprzez zamontowanie do górnej części helikopterka tzw. ściągacza linowego (lanyard), który w żeglarstwie nosi też nazwę talrep. Ściągacz był zasilany przez silnik i ciągnął nieco helikopter ku górze. Działanie systemu gravity offload też należało najpierw przetestować w komorze.

W końcu nadszedł dzień decydującego sprawdzianu, który... całkowicie się powiódł. Marsjański helikopter uniósł się 5 cm nad powierzchnię dolnej ściany komory i utrzymywał się na tej wysokości przez minutę. Przez całą tę minutę, a także i potem, drobiazgowo monitorowano wszystkie 1500 jego części, wykonanych z rozmaitych materiałów: włókna węglowego, specjalnego aluminium, silikonu, najczystszej miedzi, folii i różnych pianek. Wszystkie zdały egzamin. Czyli urządzenie powinno latać w atmosferze Marsa. Pewność zyskamy jednak pod koniec lutego 2021 r.

Misje wyzwaniowe

Tak badacze kosmosu nazywają przedsięwzięcia, w których w warunkach kosmicznych testowane są zupełnie nowe rozwiązania czy urządzenia lub które przebiegają w niespotykanych do tej pory bardzo trudnych okolicznościach. Taką misją będzie właśnie próba przelotu helikopterem w atmosferze Marsa. I taką misją była wielka przygoda naukowa próbnika Huygens, który odłączył się od sondy Cassini i w 2005 r. bezpiecznie osiadł na powierzchni Tytana, największego księżyca Saturna (sporo ponad miliard km od Ziemi), gdzie temperatura dochodzi do –200ºC! Huygens był najdalszym obiektem ludzkości, który osiadł na obcym ciele kosmicznym. Próbnik ten początkowo miał opaść z sondy Cassini na Tytana z jego niskiej orbity, ale z racji ogromnej prędkości oddalania się od sondy nie mógł prawidłowo przekazać jej uzyskanych w trakcie lądowania pomiarów. Zdecydowano się więc zrzucić Huygensa z wysokości aż 60 tys. km nad Tytanem i to się powiodło, choć całe lądowanie trwało, bagatela 20 dni. Dzięki temu jednak większość uzyskanych danych Huygens zdołał przekazać Cassiniemu.

Twórcy Huygensa z Europejskiej Agencji Kosmicznej nie wiedzieli, czy osiądzie on na stałym lądzie, czy na którymś z płynnych metanowych jezior lub mórz Tytana. Zwłaszcza ta druga opcja rozgrzewała wyobraźnię i oczekiwania naukowców. W związku z tym przystosowano próbnik także do lądowania na powierzchni metanowego płynnego zbiornika. Huygens mógł przez pewien czas pływać po nim i pracować, ale ostatecznie wylądował na stałym lodowym lądzie. Pracował i zbierał dane przez niemal 3 godz. i prawie nieustannie przesyłał wyniki badań atmosfery Tytana, siły wiatru, otoczenia lądowania itd. do orbitera Cassini. Potem zamarzł na kość i pozostanie już w tym stanie na księżycu Saturna na zawsze. To był jednak prawdziwy wyczyn, niezwykłe osiągnięcie. Czy takim wyczynem okaże się też pierwszy lot helikoptera na Marsie? To dość prawdopodobne.

Zresztą w najbliższych latach należy się spodziewać wielu być może przełomowych wyników badania tej planety. Zanosi się bowiem na... lekki tłok na Marsie. Poza opisaną amerykańską misją Mars 2020 Rover w tym samym roku wylądują – najpewniej – na Czerwonej Planecie jeszcze dwa inne pojazdy badawcze: Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) wyśle tam zbudowany w Wielkiej Brytanii i już gotowy zaawansowany łazik o nazwie Rosalind Franklin Mars Rover, a Chińczycy zamierzają dołączyć do ekskluzywnego grona badaczy Marsa in situ zapowiadaną na ten sam rok wyprawą łazika o tajemniczym kryptonimie XH-1. Słowem – może się dużo dziać na Marsie.

Przemek Berg
dziennikarz naukowy, związany na stałe z redakcją tygodnika „Polityka”

01.11.2019 Numer 11/2019

Czytaj także

Reklama
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną