Touchdown! Rover Perseverance úspěšně přistál na Marsu

V srpnu 2012 dosáhla NASA na Marsu velkého triumfu: Na tamní povrch úspěšně dosedlo robotické vozítko, jež v mnoha ohledech předčilo všechny dosavadní mise. Téměř tunový rover Curiosity byl o 700 kg těžší než jeho předchůdci Spirit a Opportunity. K přistání poprvé využil inovativní metodu tzv. nebeského jeřábu, která se dodnes považuje za technologický oříšek. Především se však jednalo o nejsložitější automatickou vědeckou laboratoř, jakou kdy lidstvo do kosmu vyslalo. 

Úspěch Curiosity, jenž brázdí mrazivé marsovské pláně dodnes, nenechal vědce z NASA dlouho zahálet. Už v prosinci téhož roku agentura oznámila, že v roce 2020 pošle na Mars další vozítko, které bude technologicky vycházet právě z roveru Curiosity – ale ve všech ohledech ho předčí. Oním nástupcem je rover Perseverance neboli „vytrvalost“, jehož vědecké cíle se točí okolo biologie a hledání mimozemského života.

Sourozenec, nebo potomek?

Představuje tedy rover Perseverance bratra o devět let staršího Curiosity? Nikoliv. Oba stroje jsou sice od sebe na první pohled k nerozeznání, mají však rozdílné vědecké cíle, a tudíž i úplně jiné vybavení. Perseverance zdědil avioniku, napájecí a telekomunikační systém, tepelnou ochranu i pohonnou soustavu, ale dostal do vínku nové vědecké přístroje, unikátní soupravu pro odběr, uchování a přepravu vzorků, odolnější kola i řídicí systém jejich elektromotorů a úpravami prošla také jeho nosná konstrukce.

Jedno z hlavních vylepšení se týká pohybu: Pláště kol Curiosity konstruktéry nemile překvapily mnohem rychlejším opotřebením, než očekávali. Proto přistoupili k vývoji kol, jež by měla být podstatně „trvanlivější“. Kromě toho dostal Perseverance nový pokročilý systém autonomní navigace.

Perseverance nese rekordních 23 kamer, jež poslouží několika účelům a obecně by se daly rozdělit do tří skupin: pro sestup a přistání, pro navigaci a vědecké kamery. Včerejší sestup atmosférou a dosednutí roveru nepřetržitě monitorovaly hned čtyři. Mimo jiné se tak můžeme těšit na úžasné snímky z přistání – takto podrobný záznam přistání na jiné planetě nemá v historii obdoby.

Navigační kamery Hazcam – čtyři vepředu a dvě vzadu – poslouží především k zachycení nejbližšího okolí roveru, aby bylo možné se vyhýbat překážkám. Jejich počet a umístění zajistí robotovi bezpečnou jízdu, ale mohou také pomoct při odběru vzorků nebo k inspekci robotické paže. Dvě navigační kamery Navcam se pak nacházejí na vrcholu stožáru: Umožní trojrozměrný výhled na vzdálenost desítek metrů a poslouží zejména k plánování trasy i k autonomní navigaci. Specialitu představuje CacheCam: Je umístěna uvnitř vozítka a má prostou a přímočarou náplň práce – po odběru vzorků určených k budoucí dopravě na Zemi vyfotografuje ještě před uzavřením obsah všech odběrných trubiček. Vědci tak budou mít perfektní přehled o získaném materiálu, jeho množství a stavu.

Poslední skupina zahrnuje kamery vědecké, z nichž stojí za zmínku především Mastcam-Z: Dvojice vysoce výkonných zařízení s možností zoomu se bude rozhlížet po krajině a pořizovat 3D snímky i videa ve vysokém rozlišení. Další kamery tvoří součást nejrůznějších vědeckých přístrojů či mobilní robotické paže.

… a dvě uši

Novinkou se stanou dva mikrofony, jež poprvé poskytnou vjemy pro náš další smyslový orgán. Mikrofon už sice na Mars letěl dvakrát, ale ani jednou nepřišel ke slovu: První havaroval spolu s mateřskou sondou Mars Polar Lander a druhý, na automatu Phoenix, nebyl nikdy aktivován. Existovalo totiž riziko spojené s datovým zahlcením sběrnice, což by ohrozilo přistání. 

Mikrofony na Perseverance budou naslouchat svému okolí již během sestupu a přistání a mají v tom samozřejmě pokračovat i na povrchu. Nabídnou tak rozsáhlé využití vědcům a zejména konstruktérům roveru, ale zároveň přiblíží marsovské prostředí široké veřejnosti, které zprostředkují zvuky z cizí planety: Umožní nám slyšet vítr, pohyb kol po povrchu, činnost některých přístrojů, čerpadla chladicího okruhu…

Vzhůru do Jezera!

K nejfantastičtějším prvkům už tak úžasné mise patří místo přistání. Volilo se dlouhých pět let z více než 60 kandidátů a nakonec NASA předloni v listopadu hrdě oznámila, že Perseverance dosedne do kráteru Jezero. Nejedná se přitom o žádný překlad latinského či anglického názvu – kráter se skutečně jmenuje Jezero. Nachází se na západním okraji obří impaktní pánve Isidis Planitia, jen 18° severně od rovníku. Na západě planiny se přitom rozkládají jedny z nejstarších a nejzajímavějších geologických oblastí rudé planety.

Kráter měří v průměru 49 km a kdysi dávno jej zcela zaplavovala voda. Protékala tudy řeka, takže jezero mělo přítok i odtok. A právě v místech přítoku se rozprostírá geologicky nesmírně bohatá říční delta, v níž se zcela jistě vyskytují hojné vodní sedimenty organických molekul a dalších potenciálních indikátorů mikrobiálního života.

Analýza z oběžné dráhy odhalila, že delta zahrnuje nejméně pět rozdílných druhů hornin včetně jílů a uhličitanů, jež skýtají značný potenciál pro uchování dokladů o případné dávné existenci živých forem. Kromě toho se očekává, že bude delta obsahovat množství materiálu pocházejícího jak z kráteru, tak z horního toku někdejší řeky.

S vrtulníkem na břiše

Pokud kráter Jezero znamená absolutní senzaci pro vědu, nesmíme zapomenout ani na naprostou technickou senzaci. Rover Perseverance se totiž na Mars nevydal sám – na „břiše“ má připevněný malý vrtulník Ingenuity, který jako první pozemský stroj uskuteční motorický let na jiném kosmickém tělese. To s sebou ovšem přináší další obrovskou výzvu. 

Marsovská přitažlivost sice dosahuje pouze 38 % té pozemské, ale hlavní problém tkví v hustotě tamní atmosféry. Oproti naší planetě je totiž pouze setinová, a na Zemi by tudíž odpovídala nadmořské výšce 33–35 km. Pro srovnání: Při rekordním pozemském letu vystoupal značně upravený vrtulník do 12,4 km, nicméně běžně se létá desetkrát níž. Špionážní proudový letoun SR-71 pak zaznamenal rekord v hodnotě 27,4 km. Jak se tedy Ingenuity vůbec dokáže vznést?

Extrémně lehký, extrémně rychlý

Řešení spočívá ve třech klíčových prvcích, a to ve značném snížení hmotnosti, zvýšených otáčkách rotoru a prodloužení rotorových listů. Minimalizace hmotnosti si vyžádala nesmírnou vynalézavost a důvtip. Vrtulník totiž stále musí obsahovat systémy řízení, napájení, komunikace a tepelné regulace, nemluvě o těžkých bateriích. Stejně jako tunový rover také musí přežít v mrazivém prostředí rudé planety. Váží přitom pouhých 1,8 kg, a to například díky konstrukci dvou nad sebou uložených dvoulistých rotorů o průměru 120 cm: Tvoří je pěnové jádro potažené vlákny z uhlíkových kompozitů a hmotnost každého z nich dosahuje neuvěřitelných 35 g.

Dva protiběžné rotory uložené nad sebou jsou na Marsu mnohem výhodnější než tradiční čtyř- či šestivrtulové konstrukce klasických komerčních dronů. Jejich vrtule totiž musejí být krátké, aby se vešly vedle sebe, zatímco v případě Ingenuity mohou být velmi dlouhé. Navíc horní listy posílají stlačený vzduch na ty spodní, čímž se napomáhá k získání většího vztlaku. Jejich rotace dosáhne závratných 2 900 otáček za minutu a opět se nabízí srovnání s klasickými vrtulníky, u nichž se rotor otáčí zhruba 500krát za minutu. Hodnotu už ovšem nelze dál zvyšovat, aby špičky rotorových listů nepřekonaly rychlost zvuku, což by způsobilo vznik nepříjemných aerodynamických jevů.

Průkopník létání

Vrtulník se nachází složený na břiše roveru a odpojí se mezi 60. a 90. solem (marsovským dnem) po přistání. Nejdřív dojde k odhození ochranného krytu, načež rover odjede do bezpečné vzdálenosti a uvolní pojistku držící tělo vrtulníku. Malý stroj se překlopí z horizontální polohy do vertikální a spustí přistávací nohy. Poté se oddělí a dosedne na povrch. Perseverance se následně vzdálí asi na 100 metrů. Po dvou hodinách se Ingenuity automaticky zapne a naváže s vozítkem rádiové spojení.

Vrtulník představuje v prvé řadě technologický demonstrátor, takže od něj nelze očekávat žádné dlouhé průzkumné mise či vědeckou práci. Jeho úkolem je prokázat, že na Marsu dokážeme létat. Plánuje se 30denní zkušební provoz, zahrnující minimálně pět letů v trvání až 90 sekund, do výšky 5 metrů a na vzdálenost nejméně 50 metrů. Pohyb bude samozřejmě autonomní a k jeho řízení poslouží soustava senzorů zahrnující gyroskopy, akcelerometry, kameru, výškoměr i sklonoměr, jež budou řídicímu počítači dodávat stovky vstupů za sekundu.

První krok na velké cestě

Vozítko Perseverance čeká ještě jedna velice významná a atraktivní činnost: Během svého putování a zkoumání bude z nejzajímavějších lokalit odebírat materiál. Disponuje k tomu sadou 43 trubiček, do nichž vyvrtané horniny, prach, písek i vzorky atmosféry hermeticky uzavře, načež je bude v průběhu cesty odkládat na povrch.

TIP: Rudá planeta na dosah? Kdy se vydáme na Mars a jaká jsou největší rizika cesty?

V roce 2026 se pak k Marsu vydá společná evropsko-americká mise s cílem přistát, všechny vzorky pomocí nového roveru sesbírat a dovézt je zpět k přistávacímu modulu. Tam se náklad umístí na raketu, jež následně vzlétne a na oběžné dráze planety pouzdro s trubičkami uvolní. Poté se k němu přiblíží čekající družice, zachytí ho a dopraví na Zemi, kde se materiál dostane do nejpokročilejších laboratoří – a to někdy na počátku 30. let.