Inženýři se pustili do vývoje a testů hardwaru, který v následujícím desetiletí umožní realizovat sérii odvážných a náročných misí, které by měly na Zemi dopravit cenné vzorky z Marsu. Tento řetězec misí je označován jako MSR (Mars Sample Return) a půjde o nejsofistikovanější výpravu, jaká se doposud k Marsu vypravila. Program MSR už vlastně začal – v únoru letošního roku přistálo na Marsu vozítko Perseverance, které studuje dno kráteru Jezero a pátrá především po stopách dávného života. Rover s sebou však také veze 43 trubiček na vzorky – čtyři z nich již byly naplněny jádrovými vrty a do jednoho byl uzavřen vzorek marsovské atmosféry. V rámci řetězce misí MSR budou vybraná pouzdra dopravena na Zemi, kde je budou moci analyzovat i další generace vědců s pomocí vybavení tak rozměrného, že se nedá dopravit na Mars.

Sample Fetch Rover
Zdroj: https://ichef.bbci.co.uk/
Překlad: Dušan Majer

Jak již bylo zmíněno, doprava těchto vzorků do pozemských laboratoří bude trvat zhruba deset let a vyžádá si intenzivní spolupráci Evropské kosmické agentury a několika středisek NASA. Agentura ESA je nyní zaměstnána návrhem sběrného vozítka, přičemž Glenn Research Center z Clevelandu v Ohiu pracuje na návrzích jeho kol. Tento rover by měl posbírat trubičky se vzorky a dopravit je k landeru, který vyvíjí kalifornská JPL. S pomocí robotické paže (vyvinuté Evropskou kosmickou agenturou) budou pouzdra se vzorky naložena do malé rakety označované MAV (Mars Ascent Vehicle), jejíž vývoj obstará Marshall Space Flight Center v alabamském Huntsville.

Raketa poté odstartuje a dopraví pouzdro se vzorky na oběžnou dráhu k evropské sondě. Tato sonda pouzdro zachytí a uloží do svých útrob, kde bude připravené k návratu na Zemi. Hardware, který zajistí samotný návrat vyvíjí pro změnu Goddard Space Flight Center v marylandském Greenbeltu. Přípravné práce budou obnášet hermeticky těsné uzavření pouzdra se vzorky v čistém kontejneru, který nepropustí žádný materiál z Marsu, dále půjde o sterilizaci spoje a umístění utěsněného kontejneru do pouzdra, ve kterém se vrátí na Zemi.

Lander

Schéma programu Mars Sample Return platné v květnu 2019.
Zdroj: http://www.esa.int/

K vývoji landeru, ale i systému, který by pomohl vypustit z něj raketu se vzorky, využívají experti z JPL dlouholeté zkušenosti. JPL stála v čele devíti úspěšných přistání na Marsu – ať už šlo o rovery či stacionární landery. Ovšem SRL (Sample Retrieval Lander) bude největším a nejtěžším strojem svého druhu, jaký se kdy vydal na povrch Marsu. A aby toho nebylo málo, tak MAV bude první raketou, která odstartuje z povrchu jiné planety. A právě kvůli této jedinečnosti je potřeba udělat hodně zkoušek.

Aby unesl MAV, musí mít lander stabilní a pevnou konstrukci – počítá se tedy s hmotností okolo 2 400 kilogramů. To je pro lepší představu dvojnásobek hmotnosti roveru Perseverance, který byl na povrch Marsu spuštěn na lanech z přistávacího modulu sky-crane. Jenže SRL nebude mít takovou technologii. O jeho sestup se postarají brzdící motory podobně jako u landerů InSight či Phoenix a závěrečné zbrždění budou muset pohltit nohy landeru.

Možná podoba lander SRL.
Zdroj: https://mars.nasa.gov/

Pavlina Karafillis, inženýrka zodpovědná za testy nohou SRL, a její tým se proto pustili do zkoušek prototypu landeru. S použitím rychloběžných kamer pozorovali, jak si nohy prototypu vedou při opakovaných dopadech na podlahu. Pro sledování pohybu jednotlivých částí nohou na záběrech sloužily fotogrammetrické terče, které vypadají tak trochu jako QR-kódy.  Získaná zpomalená videa pomohou s aktualizací počítačových modelů, aby mohli inženýři lépe porozumět tomu, jak dochází k pohlcení energie v celé konstrukci landeru.

„Poslední část cesty je velmi důležitá,“ říká Karafillis a dodává: „Je tu celá řada podmínek v místě přistání, které musíte zohlednit – ať už jde o skály či jemný písek, případně svah. Právě proto musíme dělat tyhle zkoušky.“ Tým začal s prototypem o třetinových rozměrech plánovaného originálu. Odlehčený model navíc přinese přesnější informace o chování konstrukce ve třetinové úrovni gravitace na Marsu ve srovnání se Zemí. Jak budou testy pokračovat, přistoupí se ke zkouškám s plnorozměrovým modelem.

Raketa

Výše popsané přežití přistání je jen jednou fází celé výzvy. Bezpečné vypuštění 2,8 metru dlouhé dvoustupňové rakety, která bude sedět na vrcholu landeru, přidává další úroveň náročnosti. Třetinová gravitace Marsu a hmotnost rakety spolu s prouděním spalin by mohly způsobit, že se lander nakloní či dokonce převrhne! Proto začali inženýři vyvíjet systém, který by raketu před jejím zážehem vyhodil do „vzduchu“. Takové vyhození musí být svižné – raketa bude vyhozena rychlostí 5 m/s.

Diagram zařízení Mars Ascent Vehicle zveřejněný v roce 2017.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Při testech byla základna vybavená plynovými písty schopna vyvrhnout 400 kg těžkou maketu rakety do výšky 3,3 metru. Lana, na kterých byla raketa zavěšena na 13 metrů vysoké věži, odlehčila maketu o zhruba polovinu, čímž byla  simulována úroveň gravitace na Marsu. „Je to tak trochu jako kdybyste byli na hodně rychlé horské dráze a někdo najednou dupnul na brzdu,“ popisuje  Chris Chatellier, vedoucí systémový inženýr z JPL a dodává: „Musíme zvažovat mnoho bezpečnostních aspektů. Testy probíhají za přísných podmínek, kdy je celá budova vyklizena.“

Systém označovaný jako VECTOR (Vertically Ejected Controlled Tip-off Release) také zajistí raketě před startem lehký náklon, aby její špička mířila vzhůru, tedy pryč od povrchu Marsu. „Vypuštění se systémem VECTOR znamená, že i když by byl rover na svahu, raketa by stále byla schopna odstartovat,“ vysvětluje Chatellier. Právě on se svým týmem podnikl během letošního roku 23 testů, při kterých se průběžně měnilo těžiště rakety. Inženýři také přidali pružiny na spodní část svého stanoviště, které simuluje lander, aby viděli, jak moc velké poskočení způsobí popsané vyhození MAV. Příští rok by měly testy pokračovat s těžší raketou, která se má vyhazovat ještě výše. „Jsme na správné cestě,“ uznává Chatellier a dodává: „Naše analýzy a počítačové modely byly velmi podobné tomu, co jsme viděli při testech.“

Systém zvažované mise pro návrat vzorků z Marsu
Zdroj: http://robotics.estec.esa.int/
Překlad: Dušan Majer

Projekt MSR má potenciál přinést revoluční objevy v našem průzkumu Marsu. Vědeckou komisí pečlivě vybrané vzorky budou analyzovány po celém světě těmi nejsofistikovanějšími přístroji. Tato mise také naplní cíl průzkumu Sluneční soustavy, kterému byla už v roce 1980 dána vysoká priorita a je zmiňována nejméně ve dvou desetiletých doporučeních vědecké rady. Strategické partnerství s Evropskou kosmickou agenturou má zajistit realizaci první mise, která na Zemi dopraví vzorky z jiné planety. Zatím ještě nikdy žádná mise nestartovala z povrchu jiné planety a ani jsme na zemi nic z žádné jiné planety nepřivezli. Vzorky, které nasbírá rover Perseverance během své cesty po dávné říční deltě, by měly nabízet nejlepší příležitost k odhalení časné fáze vývoje Marsu včetně potenciálu pro vznik a vývoj života.

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/2-rocket-toss-1041.jpg
https://ichef.bbci.co.uk/news/624/cpsprodpb/206E/production/_112920380_diagram2-nc.png
http://www.esa.int/…/Mars_Sample_Return_overview_infographic.jpg
https://mars.nasa.gov/layout/msr/images/home/1-sample-retrieval-lander.jpg
https://upload.wikimedia.org/…/Mars-sample-return-Mars-ascent-vehicule-diagram.png
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/07/Mars_sample_returnjpl.jpg