Przy pomocy robotycznego ramienia lądownika misji Mars InSight, instrument HP3 – sonda termiczna do pomiarów przepływu ciepła z wnętrza planety, zwana potocznie kretem – w końcu zgłębił się w całości pod powierzchnię Marsa.
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 niemal w całości znalazła się pod powierzchnią Marsa.
Problemy kreta
Kret, czyli sonda do pomiarów ciepła z wnętrza planety (Heat Flow and Physical Properties Probe), znalazła 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.
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. Pierwotnie plan zakładał dotarcie do głębokości 5 metrów, ale specjaliści twierdzą, że już 3 metry pozwolą na zebranie odpowiednich danych. Jednak w obliczu problemów, z którymi boryka się kret, misja jest zagrożona.
Długo oczekiwany sukces
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.
After several assists from my robotic arm, the mole appears to be underground. It’s been a real challenge troubleshooting from millions of miles away. We still need to see if the mole can dig on its own. More from our @DLR_en partners: https://t.co/7YjJIF6Asx #SaveTheMole pic.twitter.com/qHtaypoxPp
— NASA InSight (@NASAInSight) June 3, 2020
Zastosowane przez inżynierów taktyka jest bardzo ryzykowna. Nacisk na kreta z góry stwarza możliwość uszkodzenia taśmy łączącej kreta z lądownikiem, co równałoby się z zakończeniem eksperymentu i jego fiaskiem.
Poza tym, obecnie szufelka robotycznego ramienia wciąż dociska kreta. Prawdziwym testem będzie próba bez nacisku szufelki. Wówczas okaże się, czy kret może kopać samodzielnie. Ale przed kretem są jeszcze inne problemy. „Zbliża się zima na północnej półkuli Marsa i wkrótce rozpocznie się pora burz piaskowych. Atmosfera jest już coraz bardziej zapylona, a energia wytwarzana przez panele słoneczne maleje. Może to wpłynąć na naszą zdolność do wykonywania energochłonnych operacji za pomocą ramienia robotycznego w najbliższej przyszłości” – napisał na blogu misji Tilman Spohn z DLR, który kieruje działaniami kreta.
Misja InSight
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: NASA