Přistání InSight na Marsu

Dnes večer přistane na Marsu mise InSight. Sondě, která vyrazila na Rudou planetu letos v květnu, zbývá překonat už jen několik desítek tisíc kilometrů. Jak proběhne a kde ho můžete sledovat? (délka blogu 10 min.)

Zatímco ještě před několika desítkami let jsme si o přímých přenosech přistání na cizích planetách mohli nechat jen zdát, dnes nás NASA (a technické možnosti) doslova rozmazlují.

Přenos z přistání sondy InSight můžete sledovat pomocí internetu live - samozřejmě s malým zpožděním, způsobeným fyzickou vzdáleností mezi Marsem a Zemí. Komunikace bude potřebovat kolem osmi minut, než se dostane do řídícího střediska NASA a tím i k nám - internetovým divákům.

Přistání na Marsu

Přistání sondy na planetě, jakou je Mars, je napínavé. Musí se při něm totiž použít kombinace hned několika přistávacích systémů, což samozřejmě zvyšuje pravděpodobnost, že se jeden z nich pokazí a přistání skončí katastrofou.

Důvodem je (ano tušíte správně) … fyzika. Mars má na rozdíl od Měsíce, Merkuru nebo menších asteroidů a planetek - atmosféru, která celou věc značně komplikuje. Je totiž natolik řídká, že sama o sobě nepostačí k brzdění přistávacího modulu (jak je tomu například na Venuši) -  ale přitom je dostatečně hustá, aby sondu zničila, když by se pokoušela přistát bez ochranného štítu.

Přistávací modul sondy tedy musí být vybaven ablativním zařízením, které se v podstatě při průchodu atmosférou odtaví a vypaří, zatímco samotný přistávací modul zůstane neporušený. To není nic nového - podobně je tomu i na Zemi.

Protože je brzdný účinek řídké marsovské atmosféry příliš malý, musí se používat ještě další zpomalovací zařízení. Ani to není nic zvláštního - i na Zemi musí být použity při přistání kosmonautů, vracejících se z ISS, padákové systémy.

V případě Marsu ale nestačí ani ty. Na řadu musí přijít ještě brzdné motory.

Proč vůbec NASA ztrácí čas s padákem, vždyť je v řídké atmosféře neefektivní? Ano, to je pravda. Padák má ovšem jednu výhodu. Je lehký a může odbourávat rychlost přistávající sondy relativně jednoduše a levně.

Pokud by se zbylá rychlost snižovala jen přistávacími motory (které dnes celý systém kompletují), musela by mít sonda na palubě daleko větší množství paliva. Byla by tím celkově těžší a její doprava k Marsu by bylo daleko dražší.

Aby to nebylo tak jednoduché, vyžaduje přistání ještě různou doplňkovou techniku jako například radar, který se stará o zjištění výšky nad povrchem planety - a software, které celý proces řídí. A každá z těchto komponent může být zároveň zdrojem neodhalených chyb, které mohou přistání na Marsu zhatit...

… tak jako tomu bylo v minulosti. Zatím poslední pokus o přistání absolvoval modul Schiaparelli, který byl součástí evropské mise ExoMars 2016. Otřesy při průletu atmosférou zmátly jeho software natolik, že vydal povel “vypnout motory, jsme na místě” už ve výšce několika kilometrů nad povrchem planety. Dnes sondu připomíná už jen načernalý kráter, který zanechala v marsovském regolitu.

Ablativní štíty, padák a brzdné motory

InSight je při příletu k planetě zahalena do dvoudílného ochranného štítu. Jedna jeho část je z materiálu, který se při průletu vrchní částí atmosféry rozžhaví a vypaří. Na druhé části je připevněný padák. Při jeho odhození se sonda zároveň zbaví i jeho.

Tepelné ochranné štíty mají jednu výhodu. Chovají se na každé planetě podobným způsobem. Vrchní část atmosféry planety je totiž vždycky poměrně řídká - a proto s ní štíty reagují podle stejných pravidel.

Jinými slovy - pokud funguje tepelný štít na Zemi, funguje i na Marsu. Sonda se s jeho pomocí zpomalí ze své “cestovní” rychlosti (díky které překonala obrovské meziplanetární vzdálenosti) na “pouze” několika násobnou rychlost zvuku. Při přistání na Marsu, Zemi a Venuši se přitom bod, ve kterém sonda dosáhne této rychlosti, liší jen výškou nad povrchem planety. Optimalizace na určité konkrétní použití se pak dělá redukcí nebo navýšením tloušťky štítu.

Na Venuši zabrzdí tepelný štít sondu na tak nízkou rychlost, že odpovídá rychlosti, kterou by klesal pozemský parašutista. Padák tedy sondy na Venuši vlastně vůbec nepotřebují. Na Marsu díky řídké atmosféře tato rychlost odpovídá zhruba 2500 km/h - je tedy nutné brzdit ještě dalšími systémy.

Zprvu je to padák, který zabrzdí sondu na přijatelnou rychlost, se kterou si pak už poradí přistávací motory.

InSight není přistávací průkopnicí. NASA u ní použila už existující design ze sondy Phoenix a Polar Lander. Doufejme tedy, že nic není ponecháno náhodě a přistání se podaří.

Vůbec to totiž není samozřejmé, jak jsme se bohužel museli přesvědčit při přistání landeru Schiparelli sondy Exomars 2016.

Místo, kde sonda přistane

NASA hledá místo pro přistání sondy už od roku 2013. Nejprve bylo vybráno 22 kandidátů, do druhého výběrového kola postoupili už jen čtyři. Kamerou HiRISE (High-Resolution Imaging Science Experiment) na palubě sondy MRO (to je ta, o která bude zmínka později - bude přenášet signály z přistání) pak vědci prověřili stav těchto možných přistávacích lokalit.

Volba padla na rovný a nezvrásněný úsek nedaleko marsovského rovníku na planině Elysium.

Sonda se totiž bude zásobovat elektrickou energií pomocí solárních panelů - je tedy potřeba ji umístit blízko k rovníku, kde bude zaručena dostatečně vysoká intenzita slunečního záření.

Zároveň musí místo, vybrané pro přistání, ležet pokud možno v nížině. Při pokusu přistát v horské oblasti by bylo brzdění pomocí padáku nedostatečné. Sonda by prolétla tenčí vrstvou atmosféry a musela by tedy mít na palubě daleko více paliva pro brzdné motory.

NASA také samozřejmě nechce riskovat přistání ve skalnaté oblasti, kde by se sonda mohla poškodit. Místo toho ráda vezme za vděk přehlednou, plochou a hlavně ne příliš hutnou horninou na planině Elysium.

Jak se dozvíme o přistání?

Poté, co se přistávací modul oddělil od zbytku sondy, natočí se tepelným štítem ve směru letu. To by mělo samo o sobě trvat jeden a půl minuty. Zhruba v té době by měla sonda začít vysílat telemetrii. Tu budou moci zachytit orbitální stanice, pracující na oběžné dráze Marsu.

Ano, dnes má NASA dokonce na výběr!

Kolem Marsu obíhají hned tři automatické sondy, které přicházejí v úvahu. Nejstarší z nich je Mars Odyssey. Ta krouží kolem Rudé planety od roku 2001. Její přístroje jsou proto poněkud starší a nemají takové schopnosti jako je tomu u mladších sond. Signál může zachytit také MRO (Mars Reconnaissance Orbiter), sonda z roku 2005. Třetí z nich, MAVEN, se pohybuje po oválné dráze a navíc je zaměstnaná vlastním vědeckým programem - bude tedy (pokud vůbec) hrát spíše roli náhradníka.

Měla by to být právě MRO, která se bude během přistání pohybovat nad sondou InSight a bude přenášet její údaje do řídícího střediska na Zemi. Kromě toho se mají na přenosu dat podílet ještě dva malé satelity, které si InSight přivezla ze Země. Na naší vlastní planetě pak bude poslouchat signály z Marsu kromě DNS (Deep Space Network) hned několik radioteleskopů (Virginie, Effelsberg a Sardinie).

Průběh přistání

Tepelný štít se během sestupu atmosférou rozžhaví na teplotu kolem 1500 °C. Přitom se rychlost sondy zmenší na desetinu.

Padák se otevře ve výšce 12 km, mělo by to být při rychlosti kolem 415 m/s. Pro představu - padák má průměr přes 12 metrů. 15 vteřin na to by se měla sonda pohybovat ve výšce kolem 7 km a mít už jen rychlost 125 m/s. Poté odhodí svůj tepelný štít, který teď už nebude potřebovat.

Ve výšce 6 km by se měl aktivovat radar, který bude sledovat blížící se povrch planety. Když dosáhne výšky kolem 1,2 km, měla by sonda odhodit i padák s vrchní částí teď už nedůležitého ochranného štítu.

Poté, co se zapálí brzdící motory, se bude rychlost sestupu nadále snižovat. Ve výšce 50 m by měla odpovídat už jen 8 m/s. Kontakt s povrchem by měl nastat při rychlosti 2,3 m/s.

Celé přistání by mělo trvat jen asi pět minut.

Můžeme ho sledovat live na adrese

https://www.youtube.com/NASAJPL/live

… dnes večer zhruba v osm hodin našeho času.

Hodně štěstí, InSight.

***Přistání se podařilo, v průběhu příštích hodin bude zkontrolován stav přístrojů na palubě přistávacího modulu.