Ultračistá pouzdra na vzorky z Marsu

Pod pojmem technický zázrak si můžeme představit každý něco jiného. Většinou se však shodneme na tom, že věc s takovým označením musí být chytře vymyšlená, pečlivě vyrobená a perfektně plnit své úkoly. Většinou si však také řekneme, že zázrak techniky musí být něco velkého a hodně složitého. Dnes Vás seznámíme s jedním takovým zázrakem techniky – jeho malé rozměry tomu sice neodpovídají, ale z hlediska designu a výroby jde opravdu o špičku svého druhu. Řeč bude o pouzdrech na vzorky, která letí na palubě roveru Perseverance k Marsu. Tato pouzdra musí být v první řadě dokonale pevná, aby vzorky z Marsu dorazily na Zemi absolutně nepoškozené. Ale to není jediný požadavek.

Trubičky na vzorky, které se ukrývají v břiše vozítka jsou unikátní v mnoha ohledech – už jen tím, že zajistí dopravu vůbec prvních vzorků z Marsu na Zemi. Vědci pak budou moci analyzovat pečlivě vybrané vzorky marsovských hornin a regolitu, ve kterých budou hledat důkazy přítomností dávného mikrobiálního života na Rudé planetě. Analýza tohoto materiálu pomůže zodpovědět hned celou řadu klíčových otázek spojených s Marsem a jeho vývojem. Ale to předbíháme. Rover Perseverance je zatím v meziplanetárním prostoru a v marsovském kráteru Jezero má přistávat 18. února roku 2021.

Útroby trubičky na vzorky z Marsu.

Útroby trubičky na vzorky z Marsu.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Jak již bylo uvedeno v prvním odstavci – trubičky na vzorky nejsou velké – svými rozměry odpovídají zhruba standardní laboratorní zkumavce. Inženýři stáli při jejich vývoji před složitými úkoly. Věděli, že trubiček bude 43 a proto je potřeba zajistit, aby byly na jedné straně lehké, protože každý gram dopravený na Mars je drahý, ale také aby na druhé straně byly dost odolné – musí bez problémů vydržet obousměrnou cestu ze Země na Mars a zpět. Aby toho nebylo málo, museli vědci ještě zajistit, že trubičky budou tak čisté, že vědci, kteří jednou budou analyzovat jejich materiál, budou mít stoprocentní jistotu, že pracují se vzorky z Marsu, které nejsou kontaminovány žádnými stopami Země.

Vnější prvky trubičky na vzorky z Marsu.

Vnější prvky trubičky na vzorky z Marsu.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Ve srovnání s Marsem naše Země překypuje důkazy existence života,“ říká Ken Farley, vědec zapojený do projektu Mars 2020 z Caltechu v Pasadeně a dodává: „Je potřeba tyto stopy pozemského života důsledně odstranit, aby bylo možné při následné analýze zcela jasně určit, že všechny objevy, které díky těmto prvním vzorkům učiníme, se skutečně týkají Marsu.

Poprvé museli američtí inženýři řešit výzvy spojené s dopravou vzorků z cizího světa na Zemi v rámci programu Apollo. Při misi Apollo 11 přivezla v roce 1969 trojice mužů (Neil Armstrong, Michael Collins a Buzz Aldrin) 21,8 kilogramů materiálu z Měsíce – konkrétně z Moře klidu. Vzorky se tehdy nacházely ve dvou hliníkových boxech zhruba o velikosti kufru, které měly trojité těsnění.

Neil Armstrong, velitel mise Apollo 11, nacvičuje v budově 9 na Manned Spacecraft Center v Houstonu manipulaci s pouzdrem na vzorky z Měsíce.

Neil Armstrong, velitel mise Apollo 11, nacvičuje v budově 9 na Manned Spacecraft Center v Houstonu manipulaci s pouzdrem na vzorky z Měsíce.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Program Apollo byl bezesporu mimořádně náročný, nicméně zrovna návrh pouzdra na vzorky zase tak složitý nebyl. Vždyť úkolem pouzdra bylo ochránit cenný materiál sotva po dobu deseti dní – od odběru na povrchu Měsíce až do vyjmutí z lodi po návratu na Zemi. Následně byl tento cenný materiál okamžitě přepraven do Lunar Receiving Laboratory. Srovnejme to nyní s trubičkami, které nese Perseverance. Jejich úkolem bude izolovat vzorky a ochránit jejich vědeckou hodnotu ne po dobu 10 dní, ani 10 týdnů, ani 10 měsíců, ale 10 let!

Při průzkumu zmíněného kráteru Jezero budou vědci určovat, kde má nejnovější americký průzkumník Marsu vrtat a odebírat vzorky. Cenný materiál pak bude uložen do zmíněných trubičkových pouzder s pomocí složitého a technologicky nejpokročilejšího mechanismu, jaký byl kdy vyslán do kosmického prostoru – řeč je o zařízení Sample Caching System. Poté budou trubičky se vzorky odloženy na povrch Marsu, kde budou čekat na další kolo celého řetězce misí. Vzorků se pak ujmou dvě mise, které společně připravují agentury NASAESA. Tyto mise pak společnými silami dopraví na Zemi vědecky extrémně cenné vzorky.

Pro co nejlepší prozkoumání vnitřní struktury trubičky na vzorky použili inženýři počítačovou tomografii (CT). Z těchto snímků pak vznikla tato animace.

Pro co nejlepší prozkoumání vnitřní struktury trubičky na vzorky použili inženýři počítačovou tomografii (CT). Z těchto snímků pak vznikla tato animace.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Po Perseverance převezme pomyslný štafetový kolík sběrné vozítko. To se ujme odložených, hermeticky těsných trubiček a dopraví je ke speciálnímu návratovému kontejneru, který bude součástí zařízení Mars Ascent Vehicle. Pokud v té době ještě bude rover Perseverance fungovat (jeho základní mise bude muset být prodloužena), možná doveze další trubičky se vzorky do okolí Mars Ascent Vehicle. Ten se pak postará o vypuštění návratového kontejneru na oběžnou dráhu Marsu. Posledním krokem složitého procesu bude zachycení kontejneru evropskou sondou, která jej uloží do velmi odolného návratového pouzdra, se kterým vyrazí k Zemi. Vzorků z Marsu bychom se tak dočkali nejdříve v roce 2031.

Kontrolní stěr z trubičky 241 v laboratoři během přípravy.

Kontrolní stěr z trubičky 241 v laboratoři během přípravy.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Samotné trubičky na vzorky jsou vyrobeny převážně z titanu a každá z nich váží necelých 57 gramů. Trubičky dostaly na vnější stranu bílou vrstvu, která má zabránit tomu, aby sluneční paprsky ohřívaly trubičku, čímž by mohlo docházet k chemickým změnám uložených vzorků. Každá trubička má navíc laserem vypálené identifikační číslo, s jehož pomocí bude možné identifikovat trubičky i obsah v nich. Každá trubička je vyrobena s velmi přesnými tolerancemi rozměrů – nejen pro bezproblémovou interakci se zařízením Sample Caching System na Perseverance, ale i se zařízeními na dalších navazujících misích.

Na délku měří necelých 15 centimetrů, ale i přesto jsme na nich museli velmi přesně určit více než 60 rozměrů,“ vzpomíná Pavlina Karafillis z JPL, inženýrka z týmu, který trubičky navrhoval a dodává: „Kvůli složitosti celého komplexního mechanismu bylo potřeba, aby trubičky prošly bez problémů celou kampaní programu Mars Sample Return. Pokud byl kterýkoliv rozměr mimo stanovenou definici, byť jen o průměr lidského vlasu, byl takový hardware označen jako nevhodný pro let.“

Přesná výroba však byla jen částí celé těžké výzvy. Trubičky musely být nejen extrémně přesně vyrobeny, ale také musí splňovat extrémní standardy z hlediska čistoty. Všechny kosmické mise NASA se řídí přesně definovanými procesy, které mají minimalizovat riziko zavlečení pozemského materiálu (biologické, organického či anorganického) na jiná kosmická tělesa. Ale jelikož tyto trubičky budou určeny pro materiál, který má pomoci určit, zda život někdy existoval mimo Země, musel tým kolem mise Mars 2020 ještě více snížit pravděpodobnost, že by v trubičkách zbyly pozůstatky materiálu ze Země, které by zkomplikovaly budoucí vědecký výzkum. Základním předpokladem bylo, že do trubice se nevloží nic, dokud Sample Caching System nezačne vkládat do trubice 147 centimetrů krychlových vzorků z kráteru Jezero.

Neletový exemplář trubičky pro dopravu vzorků z Marsu je rozměrově identický s letovým kusem - je tedy možné si udělat představu o velikosti.

Neletový exemplář trubičky pro dopravu vzorků z Marsu je rozměrově identický s letovým kusem – je tedy možné si udělat představu o velikosti.
Zdroj: https://mk0spaceflightnoa02a.kinstacdn.com/

A když říkáme NIC, tak to opravdu myslíme doslova,“ říká Ian Clark, inženýr pomocných systémů pro čistotu trubiček na vzorky z JPL a dodává: „Například – abychom mohli dělat vědeckou analýzu, po které toužíme, bylo potřeba omezit množství pozemských organických sloučenin v každém vzorku na pouhých 150 nanogramů. V případě některých konkrétních organických látek, které jsou velmi užitečné jako důkazy existence života, jsme byli limitováni na méně než 15 nanogramů ve vzorku.

Pro lepší představu – nanogram je miliardtina gramu. Vezměme si za příklad obyčejný otisk prstu – tento nenápadný útvar obsahuje zhruba 45 000 nanogramů organických látek – to je asi 300× víc, než kolik může být v jedné odběrné trubici. Ke splnění takto přísných požadavků na misi, musel tým kompletně přepracovat dosavadní předpisy spojené s čištěním.

Trubičky na vzorky z Marsu jsou svými rozměry srovnatelné s laboratorními zkumavkami.

Trubičky na vzorky z Marsu jsou svými rozměry srovnatelné s laboratorními zkumavkami.
Zdroj: https://maas.museum/

Veškerá naše práce s trubičkami probíhala v místnosti s hyperčistým prostředím. Byla to v podstatě malá čistá místnost uvnitř klasické čisté místnosti,“ popisuje Clark a pokračuje: „Mezi jednotlivými kroky sestavování byly trubičky na vzorky čištěny stlačeným filtrovaným vzduchem, oplachovali jsme je deionizovanou vodou a prováděli sonické čištění v acetonu, isopropylalkoholu a dalších, trochu exotičtějších čistidlech.“ Po každém čištění tým provedl přesná měření pozůstatků a provedl ohřátí trubiček pro správné měření. 43 letových trubiček bylo vybráno z celkového počtu 93 vyrobených exemplářů, přičemž každá trubička je podložená 250 stránkami dokumentace a 3 GB fotek a videí.

Ze všech 43 trubiček na palubě Perseverance, je 38 z nich určeno k uložení vzorků marsovských hornin a regolitu. Zbylých pět trubiček se označují jako „svědecké trubičky“ – ty byly naplněny materiály, které mají zachytit molekulární a částicové znečištění. K jejich otevření dojde na Marsu pouze jednou, aby zaznamenaly „svědectví“ o okolním prostředí v těsném okolí odběrné lokality. Měly by tedy zachytit jakékoliv nečistoty ze Země, které se mohly z vozítka dostat do procesu zpracování vzorků. Ať už „svědecké trubičky“ nebo trubičky se vzorky by se měly jednou dostat na Zemi, aby umožnily plně využít možnosti pozemských vědeckých laboratoří. Ty totiž dokáží zkoumat vzácné vzorky pomocí nástrojů, které jsou příliš velké a složité na to, aby je bylo možné poslat na Mars.

Infografika o vozítku Perseverance - od doby vydání se jen změnil poměr trubiček na vzorky - svědeckých bude 5 a zbylých 38 bude na vzorky.

Infografika o vozítku Perseverance – od doby vydání se jen změnil poměr trubiček na vzorky – svědeckých bude 5 a zbylých 38 bude na vzorky.
Zdroj: https://lh3.googleusercontent.com
Překlad: Autor

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/2-pia24305-1041.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/pia24307a-1041.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/pia24306a-1041.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/3-pia24297-1041.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/4-pia24294-1041.jpg
https://mk0spaceflightnoa02a.kinstacdn.com/wp-content/uploads/2020/07/m2020tube.jpg
https://lh3.googleusercontent.com/…n4Gu9VpLtnK5XJyXjVn2VzQ=s2200
https://maas.museum/app/uploads/sites/6/2020/07/Sample-Return-Tube-retouched.jpg

Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky
Prosím čekejte...
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Zanechte komentář

Chcete-li přidat komentář, musíte se přihlásit.