Wreszcie dobre wiadomości z Czerwonej Planety. Po trwających od końca lutego ubiegłego roku próbach zagrzebania się pod powierzchnią Marsa, Kret, czyli sonda termiczna do pomiarów przepływu ciepła z wnętrza planety (HP3), w końcu w całości znalazł się pod powierzchnią.
Kret zaczął wbijać się w marsjański grunt 28 lutego ubiegłego roku. Początkowo praca szła gładko, pierwsze 18 centymetrów pokonał w pięć minut. Ale na głębokości około 30 centymetrów sprzęt utknął, co spowodowało wstrzymanie prac. Po ponad roku prób, małych sukcesów i większych porażek, w końcu się udało. Sonda HP3 ((Heat Flow and Physical Properties Probe) w całości znalazła się pod powierzchnią Marsa.
Ale podobna informacja pojawiła się początkiem czerwca. Wówczas zespół z Niemieckiego Centrum Badań Kosmicznych (DLR) zarządzający instrumentem HP3 ogłosił, ze Kret jest niemal w całości pod powierzchnią Czerwonej Planety. To był przełom, ale zespołowi zajęło trochę czasu, zanim zdecydował się na kolejny ruch. Specjaliści z obawy przed kolejną wpadką zdecydowali się podnieść robotyczne ramię lądownika InSight, zakończone czymś na kształt szufelki, i przyglądnąć się Kretowi oraz wykopanej przez niego jamie. Robotyczne ramię przyciskało instrument od góry, co miało mu pomóc zagłębić się w marsjański grunt.
Dziura wykopana przez Kreta okazała się większa niż inżynierowie przypuszczali, ale sam manewr z robotycznym ramieniem lądownika, które delikatnie popychało instrument w głąb, okazał się skuteczny i specjaliści postanowili kontynuować próby. Kolejna sesja wbijania się w marsjański grunt (około 150 uderzeń), która miała miejsce 20 czerwca, pokazała poruszające się na szufelce robotycznego ramienia drobiny regolitu. Wyglądało to tak, jakby Kret próbował wydostać się z wykopu i od dołu uderza w szufelkę ramienia.
Jednak ostatnie zdjęcia z Marsa potwierdzają, że decyzje niemieckiego zespołu okazały się skuteczne. Gdy naukowcy podnieśli robotyczne ramię, ujrzeli instrument HP3 niemal w całości przysypany regolitem. Z marsjańskiego gruntu wystaje jedynie taśma łącząca Kreta z lądownikiem InSight.
Ale badacze musieli podjąć kilka ryzykownych decyzji. Po wcześniejszych próbach zagłębienia się w grunt, Kret, mimo że nadal wystawał, to znalazł się na tyle głęboko, że szufelka ramienia nie mogła go skutecznie przycisnąć, bo zwyczajnie nie mieściła się w otworze. Uczeni rozważali ustawienie szufelki pod kątem i popychanie Kreta czubkiem narzędzia. Ale to oznaczało znaczne ryzyko osunięcie się szufelki i uszkodzenia taśmy łączącej instrument z lądownikiem.
W końcu specjaliści zdecydowali się zasypać otwór razem z Kretem i docisnąć warstwę regolitu przykrywającą HP3. Manewr ten miał uniemożliwić ponowne wyskoczenie próbnika z otworu i okazało się, że zdał egzamin.
Badacze przyznali też, że niedawny pomiar przewodności cieplnej Kreta pokazuje wyższe wartości w porównaniu z wcześniejszymi pomiarami. Sugeruje to, że poprawił się kontakt termiczny i mechaniczny z otaczającym Kreta regolitem.
Naukowcy mają nadzieję, że regolit, który obecnie w całości pokrywa instrument HP3, zapewni wystarczające tarcie, by Kret mógł dalej zagłębiać się w marsjański grunt i osiągnąć głębokość trzech metrów. Początkowo planowano wprowadzić instrument na pięć metrów głębokości, ale z powodu problemów ustalono, że trzy metry wystarczą do przeprowadzenia zaplanowanych pomiarów.
Kret znalazł się na Czerwonej Planecie wraz z misją Mars InSight pod koniec listopada 2018 roku. Plan zakłada wbicie się w marsjański grunt na głębokość pięciu metrów i wprowadzenia tam czujników sondy termicznej, która ma dokonać pomiarów ciepła płynącego z wnętrza planety.
Wykonawcą mechanizmu wbijającego sondy na zlecenie Niemieckiej Agencji Kosmicznej (DLR) jest polska firma Astronika, która jako koordynator procesu produkcyjnego zaangażowała do podwykonawstwa kilka polskich ośrodków naukowych, m.in. Centrum Badań Kosmicznych PAN, Instytut Lotnictwa, Instytut Spawalnictwa, Politechnikę Łódzką i Politechnikę Warszawską.
Po pokonaniu 30 centymetrów kret utknął i nie chciał się posuwać naprzód. Badacze początkowo wskazywali na kamień, jako przyczynę ustania prac kreta. Ale z czasem okazało się, że winny jest marsjański grunt, który nie jest na tyle spójny, by zapewnić mechanizmowi niezbędne tarcie. Kret został zaprojektowany tak, by gleba, którą urządzenie penetruje, zwiększała tarcie podczas odrzutu zatrzymując urządzenie i umożliwiając mu zagłębianie się.
Kret wykorzystuje w pełni automatyczny, napędzany elektrycznie mechanizm młota. Przekładnia ślimakowa rozciąga główną sprężynę, która następnie wytwarza uderzenie. Mechanizm można porównać do dużego gwoździa z wbudowanym młotkiem. Bez wystarczającego tarcia, przy uwzględnieniu znacznie niższej grawitacji na Marsie, kret odbijał się w miejscu poszerzając jedynie wykop.
Inżynierowie z NASA oraz DLR próbowali różnych sztuczek, by zmusić kreta do zgłębienia się pod powierzchnię Marsa. Choć trzeba przyznać, że możliwości mieli ograniczone. Jedyną rozsądną pomocą okazało się ramię robotyczne. Początkowo zarządzający misją wykorzystali je do przyciśnięcia kreta do jednej ze ścian wykopu, co miało mu zapewnić odpowiednie tarcie, by ten mógł zagłębić się w grunt. I tak też się stało. Kret wznowił pracę, ale ta nie trwała zbyt długo. Po którymś kolejnym uderzeniu instrument częściowo wyskoczył poza wykop.
W końcu inżynierowie zdecydowali się skorzystać z ramienia robotycznego i łopatki znajdującej się na jego końcu, by docisnąć kreta, ale nie do jednej ze ścian wykopu, ale od góry. Manewr ten okazał się skuteczny. Kret po serii uderzeń w końcu zagłębił się w całości w marsjański grunt.
Problemy kreta sprawiły, że wykonanie założonych celów misji Mars InSight zawisło na włosku. Pomiar ciepła, którego ma dokonać sonda termiczna HP3, ma kluczowe znaczenie dla powodzenia całej misji. Jeśli kret nie wbije się dostarczenie głęboko, nie uda się zebrać danych.
Kret jest jednym z trzech kluczowych instrumentów naukowych misji, której celem jest zbadanie aktywności sejsmicznej Marsa. Drugim głównym urządzeniem misji jest ultraczuły sejsmometr SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure). Bada on aktywność sejsmiczną Czerwonej Planety. Dzięki niemu naukowcy będą chcieli uzyskać wskazówki dotyczące wewnętrznej struktury Marsa wykrywając wibracje spowodowane trzęsieniami powierzchni, uderzeniami meteorytów i innymi tego typu zdarzeniami.
Pomiary z kreta oraz SEIS powinny dać naukowcom wskazówki na temat historii powstawania Marsa. Uczeni dowiedzą się, jakie zmiany zachodzą w strukturze planety, jak wygląda rozkład temperatury pod jej powierzchnią oraz uzyskają pewne informacje o jądrze planety.
Trzecim głównym przyrządem naukowym misji InSight jest RISE (Rotation and Interior Structure Experiment) – instrument służący do pomiaru przesunięcia dopplerowskiego sygnałów pomiędzy InSight a Ziemią. Pozwoli on wykryć drobne wahania w osi obrotu Marsa, co powinno dać dodatkowe informacje na temat jądra planety, w tym jego rozmiaru.
Misja InSight ma potrwać dwa lata. Jej celem jest lepsze zrozumienie, jak ukształtowała się sąsiadująca z Ziemią planeta. Instrumenty powinny dostarczyć przełomowych informacji o budowie wewnętrznej planety i jej współczesnej aktywności geologicznej. Misja ta pozwoli lepiej zrozumieć ewolucję i powstanie Marsa, a także w ogóle planet typu ziemskiego.
Źródło: DLR, fot. NASA/JPL-Caltech
