artykuly

strefa inspiracji

Łazik kosmiczny, czyli pojazd do innego świata

Niepozornie wyglądające łaziki, to tak naprawdę zaawansowane technologicznie roboty, które eksplorują kosmos. Łazik to rodzaj sondy kosmicznej – posiada on możliwość poruszania się po powierzchni, na której wylądował. Różnią się od siebie pod wieloma względami, ale z pewnością można powiedzieć, że wszystkie, które dotychczas bezpiecznie dotarły na Marsa lub Księżyc, były (czy też są – w przypadku łazików, które obecnie pełnią misję) niezwykle wytrzymałe. Ich historia jest naprawdę imponująca, a według przewidywań ekspertów co do rozwoju i kolejnych misji łazików, mogą dostarczyć nam przełomowych informacji w zakresie przestrzeni kosmicznej.

Ile łazików dotarło w wyznaczone miejsca

Bezpiecznie w wyznaczone w kosmosie miejsca, czyli na Księżyc i na Marsa, dotarło łącznie dziesięć łazików, które przekazały (a niektóre z nich nadal przekazują) nam informacje o warunkach pozaziemskich. Łaziki mogą pochwalić się sporym dorobkiem badawczo-naukowym – dzięki nim uzyskaliśmy potwierdzenie przypuszczenia, że na Marsie niegdyś istniały zbiorniki wodne, otrzymaliśmy badania skalnej warstwy księżyca czy analizę chemicznego składu skał Czerwonej Planety.

Historia łazików na Księżycu

Pierwszymi działającymi łazikami były radzieckie roboty zaprojektowane w ramach programu Łuna i nosiły nazwę Łunochodów, czyli z języka rosyjskiego – „Chodzące po Księżycu”. Historia ich powstania sięga do lat 70. Łunochód 1 i Łunochód 2 pokonały na Księżycu dystans odpowiednio 10,54 km i 37 km. Pierwsze kosmiczne łaziki – sterowane z Ziemi – przesłały zdjęcia z powierzchni Księżyca i przeprowadziły na miejscu badania regolitu księżycowego.

W ramach programu Change’e, w 2013 roku na Księżyc został wysłany sześciokołowy chiński łazik Yutu, a w 2019 roku – w ramach tego samego programu – na niewidocznej stronie Księżyca wylądował Yutu-2. Choć wciąż jeździ po Srebrnym Globie, to od początku misji Yutu-2 przejechał zaledwie nieco ponad 600 metrów. Trzeba jednak pamiętać, że jego zadanie nie należy do najłatwiejszych – Yutu-2 eksploruje niewidoczną z Ziemi stronę naszego satelity.

Misje na Marsa

Choć nie odniósł sukcesu, trzeba o nim wspomnieć jako o pierwszym łaziku, który bezpiecznie dotarł na Marsa. Mowa o radzieckim PrOP-M, który dotarł na powierzchnię Czerwonej Planety w grudniu 1971 r.

Niestety, tyle z sukcesów – połącznie z nim stracono kilkanaście sekund po lądowaniu. Misja PrOP-M zakończyła się klęską. Dopiero 26 lat później, w 1997 roku z platformy lądownika bezpiecznie zjechał na powierzchnię Marsa łazik o nazwie Sojourner. Niepozorny pojazd, ważący zaledwie 10,5 kg, zasilany przez baterie słoneczne przesłał na Ziemię 550 zdjęć i przeprowadził analizę składu chemicznego skał, tym samym przechodząc do historii jako pierwszy sprawny łazik marsjański.

W ramach programu Mars Exploration Rover, w 2004 roku na powierzchni Marsa wylądowały dwa identyczne łaziki – Spirit i Opportunity. Podobnie jak Sojournera, zasilały je baterie słoneczne, jednak były od niego znacznie większe – na Ziemi ważyły aż 185 kg.

Łazik Spirit działał przez 2210 dni marsjańskich przejechał odległość 7,73 km, natomiast Opportunity przez 3035 marsjańskich dni – 34,64 km. Dzięki ich badaniom potwierdzono, że w przeszłości na powierzchni Marsa istniała się woda. Łazik Spirit prowadził badania geologiczne, jednak w 2009 roku utracił możliwość poruszania się, a krótko potem – w marcu 2010 roku stracono z nim całkowicie kontakt. Na skutek burzy pyłowej, kontakt z Opportunity ustał w czerwcu 2018 roku – jednak do tego czasu łazik zdążył dotrzeć na skraj krateru Endeavour i rozpocząć jego badania.

Całe zastępy specjalistów pracują nad tym, by opracować łaziki, które poradzą sobie w marsjańskich warunkach. Efekty prac osób, które chcą w przyszłości tworzyć i kreować branżę kosmiczną można zobaczyć co roku podczas zawodów ERC. Dlaczego więc nie wszystkie łaziki mają szanse przetrwać w warunkach Czerwonej Planety?

Staramy się odwzorować, jak prototypy działałyby na powierzchni innej planety. Jednak projekt docelowych łazików, jest znacznie bardziej złożony. Należy uwzględnić m.in. dobór materiałów i smarów, które nie są podatne na warunki próżni w przestrzeni kosmicznej (na przykład po to, by uniknąć efektu zgrzewania na zimno w próżni) czy atmosferę Marsa (składającą się głównie z CO2). Przy projekcie trzeba wziąć też pod uwagę szerokie zakresy temperatur (od -130C do + 25C, średnia temperatura na Marsie to ok. -60C). Zastosowane materiały nie mogą być też podatne na promieniowanie – co jest szczególnie istotne w przypadku podzespołów elektronicznych. Projekt konstrukcyjny jest napędzany przez spodziewane obciążenia i ograniczony przez wymagania dotyczące masy, które zwykle są wysokie, ponieważ wystrzelenie każdego kilograma łazika z powierzchni Ziemi jest bardzo kosztowne. Na tym nie koniec – łaziki to bardzo skomplikowane systemy, więc trzeba wziąć pod uwagę również wiele podsystemów, np. projekt układu napędowego, podsystemy zasilania, komunikacji (niezbędne do wysyłania poleceń i pozyskiwania dobrej jakości zdjęć i filmów), a oprócz tego instrumenty naukowe, które dostarczają powodów (a następnie odpowiedzi), aby udać się na Czerwoną Planetę ­– tłumaczy Marcin Wygachniewicz, Project Manager w Sener i ekspert ERC oceniający coroczny, prestiżowy konkurs łazików, który odbywa się podczas wydarzenia.

Obecnie na Marsie swoją misję kontynuuje łazik Curiosity, który wylądował na planecie w 2012 roku. Sześciokołowy łazik waży 899 kg i jest samobieżnym laboratorium badawczym. Posiada m.in. oprzyrządowanie badawcze, systemy nawigacyjne i komunikacyjne czy autonomiczne źródło zasilania. Celem misji łazika Curiosity jest zbadanie warunków geologicznych panujących w przeszłości na Marsie, w szczególności miejsca i roli wody w historii Czerwonej Planety – a także kwestia możliwości istnienia życia. Curiosity (do września 2020 roku) przebył trasę ponad 23 kilometrówLądowanie łazika na Marsie w 2020 roku

Ulepszona wersja łazika Curiosty, Perseverance w czwartek 30 lipca 2020 wystartowała w kilkumiesięczną podróż na Marsa, by finalnie bezpiecznie dotrzeć na Czerwoną Planetę 18 lutego 2021 roku. Łazik przesłał również nagranie wideo prezentujące lądowanie, a także pierwsze zdjęcia z planety. Przy lądowaniu Perseverance NASA wykorzystało największy w historii spadochron użyty na Marsie o średnicy 21,5 m. Jego zadaniem było spowolnienie opadania łazika, co zostało z sukcesem przeprowadzone.

Łazik Perseverance ma poszerzyć naszą wiedzę o tym, jak wykorzystywać zasoby naturalne dostępne na powierzchni planety. Projektanci załogowych wypraw na Marsa w przyszłości będą mogli korzystać z misji łazika Perserverance i zgromadzonego przez niego danych, aby zrozumieć i ocenić zagrożenia, jakie stwarza pył marsjański. Pierwszy miesiąc od lądowania był dla łazika bardzo pracowity – Perseverance robił możliwie dużo badań geologicznych z krateru Jezero. Odwzorowanie dokładnie tego miejsca udało się zbudować ekspertom organizującym European Rover Challenge. W 2019 i w 2020 roku na marsjańskim torze ERC (Mars Yardzie) znalazł się właśnie krater niemal identyczny w swoich parametrach do tego, który zbadał Perserverance. Dodatkowo łazik robił zdjęcia otoczenia i analizował pobliskie skały. Na podstawie tej pracy już zdążono ustalić, że kilka z badanych przez łazika skał jest podobnych do skał wulkanicznych na Ziemi pod kątem składu chemicznego, oraz że wiatr i woda spowodowały erozję niektórych z nich.

Innowacją i ukłonem w kierunku przyszłościowych rozwiązań w przypadku misji łazika Perserverance jest jest helikopter, który poleciał na Marsa wraz z robotem. Helikopter został przygotowany, by był w stanie wykonywać samodzielnie krótkie loty. Tym samym ma oddalać się od kilkunastu do kilkudziesięciu metrów od łazika.

Przyszłość łazików i ich misji

Niebawem na Marsie wyląduje także chiński z łazik Tianwen-1. Pojazd jest wyposażony w kamery, georadar i instrumenty do badania składu powierzchni, a także pola magnetycznego i marsjańskiej pogody. Jego podstawowa misja ma trwać 90 dni marsjańskich.  Tainwen-1 powinien wylądować na Marsie w maju 2021 roku. Celem jego misji będzie badanie powierzchni planety – składu chemicznego, obecności wody, a także struktury geologicznej i klimatu Marsa.

Dla geologa planetarnego najważniejsze są instrumenty badawcze jakie znajdują się na łaziku: kamery pokazujące, jak skały są położone względem siebie (mówiące o typie i zmienności środowiska zarówno w tej chwili, jak i w przeszłości); spektrometry informujące nas o składzie chemicznym skał (z czego możemy dowiedzieć się jakie kiedyś panowały tu warunki), ale też stacje pogodowe, magnetometry, sejsmometry i inne specjalistyczne urządzenia. Istotne jest dla nas też to, jak bardzo łazik jest mobilny – i czy jest w stanie podjechać pod wszystkie najciekawsze odkrywki, żeby przyjrzeć się im z bliska. Z tego samego powodu zależy nam na systemie lądowania zapewniającym możliwie najdokładniejszy sposób osadzenia łazika na powierzchni Czerwonej Planety. Miejscami pracy kilku pierwszych łazików były rozległe płaskie obszary, na których może i łatwo wylądować, ale geologicznie jest dosyć nudno. Dzięki nowym systemom lądowania Curiosity i Perseverance badają znacznie ciekawsze naukowo tereny pełne wielu ekscytujących skał. – mówi o przyszłości konstrukcyjnej łazików Anna Łosika, geolog planetarny z Polskiej Akademii Nauk, ekspertka European Rover Challange.

Europejska Agencja Kosmiczna we współpracy z Roskosmosem prowadzi program badawczy ExoMars, w ramach którego w 2016 roku został wysłany orbiter i lądownik, a w 2022 w drogę wyruszy łazik.

W ramach programu badawczego ExoMars, który prowadzi Europejska Agencja Kosmiczna we współpracy z Roskomosem, w 2016 roku został wysłany na Marsa orbiter i lądownik, a w przyszłym roku w drogę wyruszyć ma łazik imieniem Rosalind Franklin. Rosalind Franklin będzie miał wyposażony w mechanizmy umożliwiające wwiercenie się w marsjański grunt. Ze względu na pandemię COVID-19, jego start został odłożony w czasie i tym samym planowy start powinien odbyć się od sierpnia do października 2022 roku.

Podobne wpisy