|
Wiadomości o misji Mars Surveyor 2001
Misja Mars Surveyor 2001 jest jednym z etapów długoterminowego planu
badań Marsa. Wszystko zaczęło się wraz z misjami Mars Pathfinder i Mars
Global Surveyor, dwoma sondami kosmicznymi, które dotarły do czerwonej
planety w 1997 r. Kulminacją planu badań jest misja, która przywiezie na
Ziemię próbki marsjańskiego gruntu. Misja Mars Surveyor 2001 składa się
z dwóch części: lądownika i orbitera. Zostaną one wystrzelone oddzielnie,
ale będą ze sobą często współpracować.
Wystrzelenie w 2001 i lot na Marsa
Wysłanie orbitera Mars Surveyor 2001 zaplanowano na 20 października
2001. Zbliżając się do Marsa, orbiter zacznie hamowanie, ciągnąc swoje
panele baterii słonecznych przez marsjańską atmosferę. Kilka miesięcy zajmie
mu wyhamowanie i zajęcie bliskiej, około dwugodzinnej orbity, zapewniającej
urządzeniom najlepszy widok planety.
Lądownik Mars Surveyor 2001 zostanie wystrzelony 10 kwietnia 2001 roku,
kilka tygodni po starcie orbitera, a wyląduje na Marsie 22 stycznia 2002
roku. Planujący misję wybiorą lądowisko w strefie równikowej, znajdującej
się pomiędzy 3 N a 12 S, po obejrzeniu zdjęć powierzchni planety o wysokiej
rozdzielczości. Przy wyborze miejsca lądowania będą się zastanawiać:
- Czy lądowisko nie jest zbyt kamieniste?
Inżynier wybrałby możliwie najbezpieczniejsze lądowisko, a naukowiec
możliwie najciekawsze. Podczas wyboru miejsca lądowania trzeba będzie uwzględnić
oba punkty widzenia.
Tuż po wejściu w atmosferę Marsa, lądownik wypuści spadochron. Następnie
włączy silnik do lądowania i zostanie wypuszczone podwozie. W czasie
podchodzenia do lądowania kamera (MARDI) będzie robić zdjęcia powierzchni
planety. Po wylądowaniu, pierwszą czynnością lądownika będzie otwarcie
po kolei swoich paneli słonecznych. Zajmie to około dwóch godzin. Następnie
sprawdzi, jakie jest nachylenie terenu, na którym spoczywa i gdzie jest
północ. Pod koniec swojego pierwszego dnia na Marsie rozładuje ramię -
robota, postawi maszt kamery panoramicznej (Pancam), zrobi zdjęcie, włączy
MIP, MARIE, elektrometr MECA i pojazd, przeprowadzając kontrolę systemów
tego ostatniego. Lądownik będzie używał orbitera MSP'01 i/lub Mars
Climate Orbiter'a do przekazywania i odbierania z Ziemi danych dwa razy
dziennie o 4 i 16 lokalnego czasu marsjańskiego. Oznacza to konieczność
przechowywania danych i sekwencji instrukcji. Aby to osiągnąć baterie muszą
być ciepłe i naładowane, nawet w nocy, gdy lądownik nie będzie pracował.
Misja uznana będzie za udaną, jeśli uda zebrać się 75 % zaplanowanych danych
naukowych w ciągu 90 soli (marsjańskich dni).
Naukowe cele misji
- Stworzenie mapy Marsa, ukazującej miejsca występowania różnych rodzajów
skał i podłoża.
Aparatura badawcza na Mars Surveyor 2001
Urządzenia lądownika
Urządzenia pojazdu Marie Curie
Urządzenia orbitera
Jeśli chcesz dowiedzieć się czegoś więcej o tych urządzeniach i eksperymentach
w których zostana użyte, przeczytaj następne strony Notatnika. Po zapoznaniu
się z każdym przyrządem, zastanów się: "W jaki sposób ten eksperyment powiększy
naszą wiedzę o Marsie i czy pomoże w dalszych badaniach?" (Pamiętaj,
że w badaniu obcego świata, nawet pył jest ważny.) Poszerz swoje wiadomości:
szukaj informacji w innych źródłach. Warto zainteresować się misjami Mars
Pathfinder i Mars Global Surveyor, ponieważ niektóre eksperymenty i urządzenia
tej misji łączą się z nimi.
Poszukaj Science Magazine, wydanie Mars Pathfinder, 5 XII 1997, tom
278, strony 1677-1848 w bibliotece, albo swoim centrum regionalnym.
Źródła:
Spencer,"Lander Surface Operations", JPL D-16303
Kamera lądowania (MARDI)
Kamera MARDI da nam unikalny widok lądowiska - z lotu ptaka, podczas
zniżania się lądownika Mars Surveyor 2001 na powierzchnię planety. MARDI,
umieszczona pod pokładem lądownika, uruchomi się dziesięć sekund po otwarciu
spadochronu i zrobi dziesięć zdjęć podczas lądowania.
Pierwsze zdjęcie, zrobione na dużej wysokości, obejmie duży obszar o
średnicy 8 kilometrów. Wraz ze zbliżaniem się lądownika do powierzchni,
zasięg zdjęć będzie się zmniejszać - na ostatnim zdjęciu będzie widać obszar
o średnicy zaledwie 9 metrów. Ostatnie zdjęcie MARDI zrobi z około 40 metrów.
Zdjęcie zrobione z niższej wysokości pokazywałoby zapewne tylko pył wzbijany
przez silnik lądownika.
Rozdzielczość pierwszego zdjęcia będzie wynosić około 7 metrów, tzn.
będzie na nim widać przedmioty o średnicy co najmniej 7 metrów (wielkości
dużej ciężarówki). Ostatnie zdjęcie pokaże detale wielkości 9 milimetrów
(wielkości paznokcia niemowlęcia).
Obrazy geograficznej i geologicznej struktury na zdjęciach zrobionych
przez MARDI pomogą kierującym misją w wyborze miejsca rozpoczęcia badań
przez lądownik.
Eksperyment poprzedzający badanie Athena (APEX)
APEX składa się z czterech urządzeń, które będą badać skład, kształty
i fakturę skał i podłoża.
Pancam
Dwie panoramiczne kamery cyfrowe, nazywane razem Pancam, zostaną umieszczone
na maszcie lądownika. Z tego miejsca, około 2 metrów nad powierzchnią planety,
Pancam będzie robić do kilku razy dziennie kolorowe, o wysokiej rozdzielczości,
zdjęcia terenu i atmosfery. Zdjęcia zrobione przez Pancam wspomogą przeprowadzenie
innych badań, w tym prowadzonych z pojazdu Marie Curie, za pomocą spektrometru
promieniowania alfa, protonowego i rentgenowskiego, spektrometru Mossbauera
i eksperymentu zgodności środowiska Marsa (MECA).
Mini - TES
Mini-spektrometr emisji ciepła (Mini - TES) umieszczony zostanie na
pokładzie lądownika pod Pancam'em. Peryskop pomiędzy dwoma kamerami Pancam
będzie odbijać światło w dół, przez maszt kamery, do Mini - TES. To urządzenie
będzie odbierało te same obrazy co Pancam, ale nie w świetle widzialnym,
lecz w podczerwieni.
Podczerwień to inaczej energia elektromagnetyczna o długości fal większej
niż światła widzialnego. Wszystko emituje energię elektromagnetyczną. Bardzo
gorące rzeczy, takie jak druciki w żarówce i Słońce, promieniują (świecą)
w widzialnej części spektrum. Chłodniejsze przedmioty, takie jak skały
na Marsie promieniują w podczerwieni. Mimo, że promieniowanie cieplne,
podczerwone, nie jest widoczne ludzkim okiem, Mini - TES może dostrzec
je w drobnych szczegółach. Tak jak różne przedmioty mają różne kolory w
świetle widzialnym, tak różne minerały, z których składają się skały, mają
zdecydowanie różniące się widma (kombinacje jaśniejszego i ciemniejszego
na różnych długościach fal) w podczerwieni.
Uczeni na Ziemi porównają widma otrzymane dzięki Mini-TES z widmami
znanych minerałów ziemskich, w celu identyfikacji marsjańskich skał i minerałów.
do kolejnych porównań będą mogli użyć również widma niektórych z 13 meteorytów
pochodzących z Marsa, które zostały znalezione na Ziemi. Nasza wiedza na
temat formowania się minerałów na Ziemi dostarczy nam wskazówek, jak te
same minerały formowały się na Marsie. W ten sposób będzie można odtworzyć
to, co działo się na Marsie dawno temu. Może warunki naturalne sprzyjały
kiedyś powstaniu życia ? Uwaga: Może zainteresuje cię przeczytanie o spektrometrze
emisji ciepła (TES) na pokładzie innej misji, Mars Global Surveyor.
Spektrometr Mossbauera
Spektrometr Mossbauera umieszczono w pobliżu środka dolnego stawu ramienia
robota (za łokciem). Naświetla on swoje cele za pomocą promieni gamma,
więc ustawiono go w ten sposób, żeby unikał promieniującego podłoża, które
będzie później obserwowane przez MECA. Obiektami zainteresowania spektrometru
są kamienie, skały, pył przenoszony przez wiatr oraz pył przywierający
do dwóch magnesów na pokładzie lądownika. Uzyskanie widma Mossbauera zajmuje
12 godzin.
Widma Mossbauera używane są do analizy różnych minerałów, zwłaszcza
zawierających żelazo. Podobnie jak inne instrumenty, spektrometr Mossbauera
dostarczy nam informacji o środowisku Marsa z czasu tworzenia się minerałów.
Czy minerały formowały się w wysokich temperaturach, czy też wytrąciły
się w wodzie? Czy minerały zawierające żelazo szybko się utleniają, wskazując
na cieplejszy i wilgotniejszy klimat Marsa w przeszłości? Niektóre odkrycia
mogą sugerować istnienie środowiska, w którym mogło istnieć życie.
Spektrometr promieniowania alfa, protonowego i rentgenowskiego (APXS)
Czwartym urządzeniem w APEX jest wykorzystany z sukcesem w misji Mars
Pathfinder spektrometr promieniowania alfa, protonowego i rentgenowskiego.
Podobnie jak na Pathfinderze, również w misji Mars Surveyor 2001, APXS
zostanie zamontowany na pojeździe, tym razem Marie Curie. Spektrometr ten
może ustalić, jakie pierwiastki zawierają skały i podłoże znajdujące się
poza zasięgiem ramienia lądownika. Zostanie także użyty do analizy chemicznej
pyłów przywierających do magnesu umieszczonego na jednej z nóg lądownika.
APXS bombarduje swoje cele cząsteczkami alfa (atomami helu) i sprawdza
odbijane cząstki, oraz protony i promienie X rozpraszane w kierunku tego
instrumentu. Każdy pierwiastek odbija cząstki alfa w inny sposób. Po około
10 godzinach "wpatrywania się" w cel, APXS dysponuje wystarczającymi danymi
do zidentyfikowania każdego pierwiastka.
Po obejrzeniu zdjęć z Pancam, naukowcy wybiorą cele dla APXS i zaprogramują
pojazd do przemieszczenia się w te miejsca. Tak jak inne spektrometry,
APXS przyczynia się do osiągnięcia celu badania APEX, czyli do poznania
warunków panujących w przeszłości na Marsie.
Źródła:
http://astrosun.tn.cornell.edu/athena/minites.html,
6 lipca 1999.
Ocena Zgodności Środowiska Marsa (MECA)
Wraz z postępem w badaniach kosmosu, możemy spodziewać się załogowego
lotu na Marsa. Jednak zanim podejmiemy się tej historycznej misji, musimy
zebrać informacje, jak przeżyć w obcym marsjańskim środowisku. Na początku
musimy dowiedzieć się więcej o podłożu i pyle na Marsie. W codziennym życiu
na naszej planecie niemożliwością jest nie stykać się ciągle z ziemią,
pyłem i małymi kamyczkami. Zmywamy brud z wszystkiego, z rzeczy i z nas
samych. Zmieniamy filtry w silnikach i maszynach, ponieważ zbiera się w
nich zatykający je pył. Praca w warunkach innej planety wymaga dokładnego
planowania, więc będziemy musieli dobrze poznać własności marsjańskiego
podłoża i pyłu. Pył może być bardzo niebezpieczny, jeśli dostanie się do
precyzyjnych urządzeń powodując ich uszkodzenia lub jeśli zanieczyści pomieszczenia
mieszkalne astronautów. Cząsteczki pyłu mogą przyczepiać się do skafandrów,
a także być wdychane lub połykane. MECA składa się z czterech urządzeń,
które pomogą nam przygotować się na te zagrożenia:
- stanowisko mikroskopowe
Stanowisko mikroskopowe
Stanowisko mikroskopowe będzie analizowało cząsteczki przynoszone do
niego przez ramię robota. Pył umieszczony zostanie na różnych powierzchniach
testowych, w tym magnesy, metale, lepkie i szorstkie substancje. Niektóre
z powierzchni zostaną przeznaczone do testów kontrolowanego tarcia, co
pozwoli poznać takie właściwości cząsteczek jak ich twardość.
Próbki pobrane przez ramie robota zostaną zbadane pod mikroskopem optycznym.
Taki mikroskop działa na tej samej zasadzie co szkolne mikroskopy, i może
pokazać detale o wielkości kilku mikrometrów (włos może mieć grubość 140
mikrometrów lub mniejszą). Oprócz tego stanowisko będzie miało mikroskop
elektronowy, wychwytujący szczegóły o wielkości nanometra. Mikroskop elektronowy
może przedstawiać topograficzne obrazy cząstek, pokazując wzniesienia i
doliny na ich powierzchni. Obserwacja gładkiej lub postrzępionej powierzchni
pozwoli wyobrazić sobie jej właściwości, takie jak śliskość czy skłonność
do zarysowywania.
Misja Mars Pathfinder odkryła ślady kwarcu na Czerwonej Planecie,
więc MECA zajmie się poszukiwaniami tego minerału w pyle i w podłożu w
okolicy lądowiska. Bardzo drobne, ostre kawałeczki kwarcu mogą sprawić
ludziom i ich wyposażeniu wiele kłopotów, tak jak to dzieje się na Ziemi.
Elektrometr
Przymocowany do ostrogi czerpaka ramienia robota elektrometr będzie
mierzył prąd stały wytwarzający się podczas pracy ramienia. Kopanie powoduje
tarcie, a tarcie może wytworzyć ładunek elektryczny. Na przykład, jeśli
potrzesz balonik o flanelową koszulę, naelektryzuje on się i zacznie przyczepiać
do koszuli i innych powierzchni. Elektrometr będzie obserwował, czy w atmosferze
lub w podłożu nie pojawią się ładunki tryboelektryczne, czyli wywołane
przez tarcie. Elektrometr zawiera pięć sensorów
tryboelektrycznych pokrytych różnymi materiałami izolacyjnymi. Czujniki
będą mierzyć ładunki tworzące się na każdym z materiałów podczas pracy
czerpaka. Oprócz tego, czujnik pola elektrycznego
zmierzy siłę ładunku elektrostatycznego na różnych powierzchniach. Na koniec
czujnik prądów jonowych zmierzy skutki promieniowania jonizującego, badając
przepływ jonów w atmosferze. Te informacje o elektrostatycznych
właściwościach marsjańskiego środowiska pozwolą nam zobaczyć, jak uniknąć
problemów z używaniem energii elektrycznej. Dowiemy się, jakiego pokrycia
lub izolacji będziemy potrzebować do ochrony elektroniki w kolejnych misjach.
Laboratorium mokrej chemii
Ramię lądownika złoży w czterech pojemnikach laboratorium próbki podłoża.
Filtr wychwyci duże cząstki. Następnie pojemniki zostaną zamknięte, a próbki
wymieszane z wodą i poddane analizie:
- pH (czy próbka jest kwaśna czy zasadowa?)
Uszkodzenia spowodowane korozją dotykające aparatury podtrzymującej
życie, lub nawet ludzkich tkanek podczas misji kosmicznych stanowi poważne
zagadnienie. Rozpoznanie, gdzie i jak mogą pojawić się podobne problemy
jest głównym celem MECA.
Panel adhezyjny
Sondy Viking i Mars Pathfinder były wyposażone panel adhezyjny, służący
do testowania fragmentów materiałów z Ziemi, w celu obserwacji, jak różne
materiały wytrzymują w marsjańskich warunkach. Panel adhezyjny, składający
się 72 okręgów o średnicy jednego centymetra, zostanie umieszczony na szczycie
zestawu urządzeń MECA, i wystawiony na działanie piasku i pyłu niesionego
przez wiatr. Próbki na panelu stanowić będą materiały wykorzystywane w
wyposażeniu astronautów, takie jak włókno nylonowe na rękawiczki, pleksiglas,
silikon i materiały filtrujące. Zestaw materiałów będzie obserwowany dzięki
kamerze na ramieniu robota, żeby zobaczyć ile piasku i pyłu przykleja się
do poszczególnych materiałów.
Źródła:
http://mars.jpl.nasa.gov/2001/lander/meca/index.html,
6 lipca 1999.
Prekursor produkcji paliwa In Situ na Marsie (MIP)
Zestaw urządzeń MIP jest niewielki, wymiary 40 x 24 x 25 cm, i niewiele
waży - 8,5 kilograma. Wyniki otrzymane dzięki tym pięciu instrumentom będą
jednak kluczowe dla planowania misji załogowych na Marsa. MIP ma przetestować
technologie wykorzystujące naturalne zasoby marsjańskie do produkcji paliwa
rakietowego. Jeśli paliwo rakietowe byłoby dostępne na Marsie oznaczałoby,
że przyszłe misje nie musiałyby zabierać ze sobą paliwa z Ziemi na drogę
powrotną, co z kolei oznaczałoby, że statki kosmiczne mogłyby być mniejsze,
lżejsze.... i zużywać mniej paliwa.
MIP ma pobrać porcję dwutlenku węgla (CO2)
z marsjańskiej atmosfery, wydzielić z niego tlen (O2 w CO2). Tlen można
użyć jako składnik paliwa rakietowego (utleniacz). Dwutlenek węgla jest
głównym składnikiem marsjańskiej atmosfery. MIP
będzie działał przez co najmniej 90 Soli (marsjańskich dni), wystarczająco
długo, żeby dostarczyć nam wiadomości o długoterminowych oddziaływaniach
marsjańskiego środowiska na aparaturę produkującą paliwo. Pięć poniższych
eksperymentów składa się na MIP:
- MAAC: pobranie CO2 z atmosfery
MAAC: Pobranie i kompresja atmosfery Marsa
MAAC wchłonie CO2 z atmosfery podczas zimnych marsjańskich nocy, gdy
temperatura spada do około -73 st.. C. Po zebraniu około 12,5 grama CO2
na specjalnym chłonnym materiale, zostanie on podgrzany, a ciśnienie wewnątrz
systemu wzrośnie do wartości prawie 100 razy przekraczającej ciśnienie
atmosferyczne Marsa. Po sprężeniu CO2, zostanie on przesłany do generatora
tlenu. MAAC nie zawiera żadnych ruchomych części, co pozwala liczyć na
jego długotrwałe i bezawaryjne działanie.
OGS: Podzespół generatora tlenu
Zadaniem OGS jest odbiór sprężonego CO2 i wydzielenie z niego tlenu.
CO2 przekazywany do OGS z MAAC będzie poddany elektrolizie (działaniu prądu
elektrycznego) w bardzo wysokiej temperaturze (750 st. C), co spowoduje,
że jony tlenu zostaną oderwane od cząstek dwutlenku węgla. Uwolniony tlen
zostanie przepuszczony przez filtr z cyrkonii, której krystaliczna budowa
pozwoli tylko tlenowi się przez nią przedostać. OGS może uzyskać pół centymetra
sześciennego tlenu na minutę. Będzie pracował 10 razy w ciągu trwania misji.
MATE:
Posiadanie pewnego źródła energii jest konieczne do osiągnięcia sukcesu
każdej misji. Przyszłe misje na Marsa z udziałem ludzi będą wymagały więcej
energii do podtrzymywania życia i innych urządzeń. Zaspokojenie tej
potrzeby stanowi wyzwanie dla naukowców. W celu wybrania technologii najlepiej
sprawdzających się na Marsie, MATE:
- zmierzy siłę promieniowania słonecznego
MATE ma działać każdego dnia w południe słoneczne. Dodatkowo, raz w
tygodniu będzie włączał się co godzinę przez cały dzień. Raz w tygodniu
będzie pracować w nocy. Daje to w sumie 19 razy w tygodniu, chyba, że inne
działania będą ważniejsze i ograniczą pracę MATE.
Baterie słoneczne
MATE wykorzysta dwa radiometry, ogólny i kierunkowy, do pomiaru siły
światła słonecznego o różnych porach dnia. Radiometr jest to przyrząd
czuły na promieniowaną energię, taką jak słoneczna. Radiometry MATE będą
wytwarzać napięcie w zależności od natężenia energii słonecznej, więc w
zależności od natężenia energii napięcie będzie rosnąć i spadać.
Ogólny radiometr ma szerokie pole widzenia
(kąt 140 stopni) - będzie mierzył rozproszone światło. Kierunkowy radiometr
"patrzy" przez szparę, więc ma bardzo wąski pole widzenia. Zostanie skierowany
dokładnie na Słońce raz dziennie, gdy będzie on w zenicie. Radiometry będą
robić pomiary co dwadzieścia sekund w czasie piętnastu minut, obejmujących
słoneczne południe.
Czujniki temperatury
Osiem platynowych czujników temperatury będzie wykorzystanych w eksperymencie
MATE. Dwa będą przyłączone do radiometrów, dwa będą na spektrometrach,
a pozostałe pod bateriami słonecznymi. Ich dokładność wynosi do 1 st. C.
Spektrometry
Światło słoneczne to energia składająca się z różnej długości fal. MATE
został wyposażony w dwa spektrometry do wykrywania tych długości fal. Światło
słońca na Marsie składa się z innej wiązki fal, niż ta, z którą obcujemy
na Ziemi, ponieważ atmosfera Marsa może blokować, przewodzić i rozpraszać
promienie w inny sposób. Dwa spektrometry, każdy odbierający inny zakres
długości fal, odbierać będą fale o długości od 0,3 do 1,7 mikrona.
Oto jak będą działać te przyrządy. Promienie
słoneczne odbijają się od rozpraszającej kraty, która rozdziela je na kolory
składowe - podobnie jak pryzmat. Poszczególne kolory trafiają na różnych
częściach szereg fotodiod z 256 detektorami. Każdy detektor liczy fotony
(cząstki światła) które na nim wylądują. Pozwala to na zmierzenie ilości
światła w fali o określonej długości (kolorze), która dochodzi do detektora.
Dane z szeregu fotodiod pozwolą nam lepiej ocenić ilość energii słonecznej
na słońcu i pomoże nam zbudować lepsze systemy energetyczne.
DART: Technologia zbierania i usuwania pyłu
Burze pyłowe na Marsie czasami obejmują całą planetę, a chmury
pyłu mogą wznosić się do 20 kilometrów. Małe burze są codziennym
elementem marsjańskiej pogody. Osiadający i zbierający się na bateriach
słonecznych pył ogranicza ich wydajność. Zanim zaczniemy sami badać Marsa,
musimy się dowiedzieć, jak często trzeba usuwać pył, lub, lepiej, jak uchronić
przed jego osiadaniem baterie słoneczne. DART stworzono do mierzenia ilości
osiadającego kurzu i sprawdzenia, jak duży ma to wpływ na pracę baterii
słonecznej. DART zbada również sam pył i wypróbuje różne techniki ochrony
jego osiadaniem. Eksperyment DART jest połączony z MATE, ponieważ obydwa
mają powiększyć naszą wiedzę o energii słonecznej na Marsie.
Czujnik pozycji słońca
W wyposażeniu DART znajduje się czujnik pozycji słońca, który ustala
położenie słońca względem panelu baterii. Czujnik może też zmierzyć optyczną
głębokość pyłu atmosferycznego, obrazując wpływ pyłu na zasięg widzenia
człowieka.
Mikroskop
Istotną częścią aparatury diagnostycznej jest mikroskop, który zmierzy
ile pyłu się zbiera i jak szybko. Ustalony zostanie też rozkład rozmiaru,
wraz z układaniem się pyłu dowiemy się ile jest dużych, średnich i małych
drobinek. Dowiemy się także o mętności drobinek pyłu, czyli ich zdolności
blokowania światła słonecznego oraz o kształtach większych drobinek, co
przybliży nam ich historię. Mikroskop zostanie ustawiony pod przezroczystą
taflą, na której będzie zbierał się pył. Mikroskop będzie miał 40x powiększającą
soczewkę, pozwalającą rozpoznać cząstki o średnicy pół mikrona. Poznanie
szczegółów o marsjańskim pyle pozwoli przyszłym badaczom lepiej sobie z
nim radzić.
Eksperyment na przyleganie materiału
W skład DART wchodzi identyczny co w misji Mars Pathfinder eksperyment
na przyleganie materiału (MAE). Bateria słoneczna zmierzy natężenie światła
przenikającego przez pył osiadający na przezroczystej tarczy. Tarczę można
będzie odsunąć, co pozwoli baterii porównać natężenie światła przechodzącego
przez warstwę pyłu ze światłem przechodzącym bez zakłóceń. Ten eksperyment
pozwoli nam zobaczyć jaki wpływ na działanie baterii ma osiadający na niej
pył.
Ochrona przed pyłem
Jakich metod mamy użyć do ochrony przed drobinami pyłu o wielkości zaledwie
1 mikrona? Podczas tej misji przetestowane zostaną dwa sposoby. Pierwszy
z nich polega na nachylaniu baterii słonecznych pod różnymi kątami - 30,
45 i 60 stopni - żeby zobaczyć, czy przeszkadza to pyłowi w osiadaniu.
Jedna z nachylonych baterii będzie miała ochronny, odporny na ścieranie
płaszcz. Ten płaszcz ma uniemożliwić zarysowanie i ścieranie powierzchni
prze nawiewane przez wiatr drobiny. Nawet najmniejsze zarysowania pozwalają
gromadzić się drobinom pyłu.
Druga metoda ochrony przed pyłem polega na
ciągłym stosowaniu prądu elektrycznego, który uniemożliwi pyłowi przyleganie.
Elektryzowanie może spowodować stykanie się rzeczy (np. w suchy dzień,
włos przyczepia się do grzebienia), może również zostać użyta do odpychania.
Ta strategia może powieść się zwłaszcza na Marsie, który jest bardzo suchą
planetą.
MTERC: Charakterystyka termiczna środowiska i radiatorów na Marsie.
Ten eksperyment przetestuje techniki chłodzenia, konieczna na dwóch
etapach produkcji paliwa. Pamiętasz, że MAAC podgrzewa CO2 w specjalnym
pochłaniaczu; po jego przesłaniu do OGS musi on zostać schłodzony, żeby
pobrać kolejną porcję marsjańskiej atmosfery. Także tlen otrzymywany w
OGS musi zostać schłodzony, aż do jego skroplenia, zanim będzie mógł wykorzystany
jako paliwo. Jedną z metod obniżania temperatury jest użycie chłodnicy,
która emituje energię cieplną do otoczenia w formie promieniowania podczerwonego.
Emisyjność, lub wydajność z jaką chłodnica pozbywa się ciepła, zależy od
materiałów, z jakich została wykonana.
MTERC przetestuje cztery tarcze chłodnicze,
żeby sprawdzić wpływ osiadania pyłu i zarysowań na działanie chłodnic.
Dwie z tarcz mają niską, a dwie wysoką emisyjność. Dla kontroli eksperymentu,
jedna tarcza każdego typu będzie przykryta.
Źródła:
D.I. Kaplan, J.E. Ratliff, R.S. Baird, G.B. Sanders, K.R. Johnson, ,
P.B. Karlmann, K.J. Juanero, C.R. Baraona, G.A. Landis, P.P. Jenkins, i
D.A. Scheiman, "In-Situ Propellant Production on Mars: The First Flight
Demonstration.", zaprezentowane na 30 Konferencji Naukowej o Księżycu i
Planetach, Houston, Texas, USA, 15-19 marca 1999.
G.A. Landis, P.P. Jenkins, C. Baraona, D. Wilt, M. Krasowski i L. Greer,
"Dust Accumulation and Removal Technology Experiment on the Mars 2001 Surveyor
Lander." Materiały - 2 Światowa Konferencja o Przetwarzaniu Energii Fotowoltaicznej,
Wiedeń, Austria, lipiec 1998, str. 3699-3702.
G.A. Landis, "Mars Dust Removal Technology," Journal of Propulsion and
Power, tom 14, rozdz. 1, str. 126-128, styczeń 1998; czasopismo IECEC-97345.
D.A. Scheiman, M. Krasowski, L. Greer, D. Spina, C. Baraona, D. Wilt,
P. Jenkins i G.A. Landis, "Mars Array Technology Experiment for the 2001
Lander," Materiały - 2 Światowa Konferencja o Przetwarzaniu Energii Fotowoltaicznej,
Wiedeń, Austria, lipiec 1998, str. 3675-3678.
Odnosniki:
http://mars.jpl.nasa.gov/2001/lander/lander_marie_text.html
Zegar słoneczny
"Dwa światy, jedno Słońce" brzmi napis na zegarze słonecznym, który
poleci na pokładzie sondy Mars Surveyor 2001. W dawnych czasach ludzie
używali zegarów słonecznych do śledzenia ruchu Słońca po niebie i do określania
pory dnia. Mamy teraz szansę ponownie wykorzystać ten przyrząd na innej
planecie. Panoramiczna kamera lądownika zrobi zdjęcie zegara i cienia,
który on rzuci w świetle słońca.
Uczniowie przesyłali propozycje, które pomogły ustalić ostateczny kształt
zegara. Jednym z pomysłów było napisanie na zegarze słowa "Mars" w największej
możliwej ilości języków, jako symbol różnorodności kulturalnej na Ziemi.
Dzięki temu pomysłowi, na zegarze znajdą się napisy w 24 językach, reprezentujących
trzy czwarte ziemskiej populacji. Na bocznych ścianach zegara wyryto następującą
wiadomość:
"Ludzie wystrzelili ten statek kosmiczny z Ziemi w naszym roku 2001.
Dotarł on na Marsa w roku 2002. Zbudowaliśmy te urządzenia, żeby zbadać
marsjańskie środowisko i żeby szukać śladów życia. Użyliśmy tego słupa
i znaków do ustawienia naszych kamer oraz jako zegara słonecznego do mierzenia
upływu czasu. Rysunki i słowa reprezentują ludność Ziemi. Wysłaliśmy ten
statek z pokojowymi zamiarami, żeby poznać przeszłość Marsa i naszą przyszłość.
Odwiedzającym to miejsce życzymy bezpiecznej podróży i radości z odkryć."
Na górnej ścianie zegara znajdują się trzy pierścienie: czarny, szary
i biały, które zostaną użyte do ustawienia kamery. Pierścienie przedstawiają
orbity Marsa i Ziemi, a niebieska i czerwona kropka pokazują położenie
planet w czasie lądowania Mars Surveyor 2001. Słup ustawiony w środku zegara
rzuci cień, który zarejestruje Pancam. Lustra wzdłuż zewnętrznego pierścienia
zegara będą odbijały kolor marsjańskiego nieba nad lądownikiem. W czasie
trwania misji, cień słupa i odbicie nieba będą pokazywane w Internecie.
CD na lądowniku Mars Surveyor 2001
Pierwsza marsjańska biblioteka znajdować się będzie w formie małego
CD na pokładzie lądownika. Informacje zawarte na dysku dostarczą przyszłym
odkrywcom wiadomości dlaczego polecieliśmy na Marsa. Dysk zawiera:
- historię ziemskich misji na Marsa
Na dysku jest jeszcze miejsce na materiały, które stworzysz uczestnicząc
w programie Czerwony Pojazd rusza na Marsa. CD stanowi dla uczniów
i nauczycieli sposób wzięcia udziału w misji Mars Surveyor 2001. Na zewnętrznej
krawędzi dysku będzie wydrukowany kod binarny. Dzięki projektowi Czerwony
pojazd rusza na Marsa będziesz miał okazję odcyfrować ten zapis. Możesz
zbudować czujnik na adapterze odczytujący kod lub wziąć udział w zabawie
korzystając z tekturowej kopii CD. Rysunkowa postać z klocków LEGO będzie
na pierwszej stronie dysku. Pojawi się także w czasie jego odtwarzania
służąc jako przewodnik.
MARIE - badanie promieniowania środowiska Marsa
Zanim wyślemy ludzi na Marsa, musimy dokładnie poznać zagrożenie promieniowaniem
na tej planecie. Ziemia ma grubą, azotowo-tlenową atmosferę chroniącą nas
przed promieniowaniem kosmicznym i słonecznym, natomiast Mars ma cienką
atmosferę składającą z dwutlenku węgla. Nie wiemy jeszcze jaki ma ona wpływ
na promieniowanie płynące z kosmosu.
MARIE składa się z dwóch przyrządów. Jeden
z nich, na pokładzie orbitera będzie wykonywał pomiary ponad atmosferą,
a drugi na pokładzie lądownika, będzie dokonywać pomiarów na powierzchni
planety. Dwa zbiory wyników razem pokażą co dzieje się z promieniowaniem
w czasie przechodzenia przez atmosferę Marsa. Pozwoli nam to ustalić, jakich
osłon będą w przyszłości potrzebować misje dla swoich statków, skafandrów
i innych urządzeń.
Promieniowanie
Termin promieniowanie obejmuje różne rodzaje energii, w tym wszystkie
jej rodzaje w widmie elektromagnetycznym, od fale radiowych, fal ultrakrótkich,
podczerwieni, do światła widzialnego, promieni Rentgena i gamma. MARIE
będzie jednak mierzyć promieniowanie pochodzące z wysokoenergetycznych
cząstek - szybko poruszających się kawałków atomów. Chodzi o elektrony,
protony, neutrony i jądra atomowe.
Promieniowanie jonizujące obejmuje promienie
Rentgena, gamma i cząstki wysokoenergetyczne. Promieniowanie jonizujące
ma dostatecznie dużą energię, żeby rozerwać części atomów, przez które
przechodzi, odrywając elektrony. Atomy, z brakującymi lub dodatkowymi elektronami,
posiadające dodatni lub ujemny ładunek, nazywamy jonami.
Na Ziemi jesteśmy codziennie poddawani promieniowaniu
o niskim natężeniu, ze źródeł naturalnych, ale i sztucznych, takich jak
na przykład rentgen zęba. Zbyt długie obcowanie z promieniowaniem jonizującym
powoduje chorobę popromienną, mogącą doprowadzić do śmierci. Prowadzi również
do wielu innych problemów zdrowotnych, szczególnie zwiększa ryzyko zachorowań
na raka. Cząstki jonizujące uszkadzają również elektronikę, na której opiera
się komunikacja, nawigacja i systemy podtrzymujące życie astronautów.
MARIE: Spektrometr orbitera
Misjom kosmicznym zagrażają dwa rodzaje źródła promieniowania:
- kosmiczne promieniowanie galaktyczne (GCR), pochodzące z supernowych
i pulsarów. GCR jest promieniowaniem o niewielkim natężeniu, ale stałym,
mogącym stać się poważnym zagrożeniem w dłuższym okresie czasu. Wpływa
ono na system nerwowy człowieka i zwiększa ryzyko raka.
Im większa jest energia cząsteczki, przez tym
więcej detektorów przeniknie. Jeśli przejdzie przez wszystkie krzemowe
detektory MARIE, dotrze w końcu do detektora wykonanego ze szkła Schota,
substancji ujawniającej efekt Czerenkowa. Efekt Czerenkowa zachodzi, gdy
cząsteczka ma tak wysoki poziom energii (podróżuje tak szybko), że pędzi
szybciej niż światło przechodziłoby przez dany obiekt. Niebieska poświata
nad wodą w reaktorze jądrowym jest przykładem występowania efektu Czerenkowa.
Wykorzystując dane z detektorów, możemy wyliczyć
ładunek i masę złapanej cząsteczki, a dzięki temu określić, czy pochodziła
z atomu wodoru, helu, czy cięższego pierwiastka.
MARIE: Spektrometr lądownika
Spektrometr lądownika jest bardzo podobny do tego z orbitera. Będzie
wykonywał pomiary:
- skumulowanej dawki promieniowania
Spektrometr lądownika wyposażony będzie w dwa detektory z krzemu, dwa
detektory wrażliwe na kierunek i parę jednakowych liczników (dwa wypełnione
gazem cylindry) zamiast detektorów efektu Czerenkowa. Liczniki pokryte
będą materiałami o podobnej przenikalności co żywe komórki. Jeden z nich
będzie czuły na wszystkie cząstki energii, a drugi tylko na te z
ładunkiem elektrycznym. Porównując wyniki z obu liczników, będziemy mogli
stwierdzić jaka część przenikającego promieniowania tworzona jest przez
neutrony.
Dane z tego spektrometru pomogą nam także ustalić,
na jak dużą część promieniowania składają się protony i jądra pierwiastków
ciężkich. Im cięższe są cząsteczki, takie jak protony, neutrony i jądra,
tym większe spustoszenia czynią w komórkach.
Źródła:
Gautam D. Badhwar, "Martian Radiation Enviroment Experiment (MARIE)",
Kod Pocztowy SN, Wydział Badań Ziemi i Systemu Słonecznego, NASA, Centrum
Kosmiczne im. Johnsona, Houston, Texas 77058-3696, USA.
Webmaster:
Piotr Moskal
|
Dokument w wersji angielskiej w formacie PDF