Pierwsza faza naukowa prawie zakończona. Kronika łazika Perseverance #52022-01-16.
Wracamy do relacjonowania działań marsjańskiego łazika Perseverance. W kolejnym odcinku naszego cyklu podsumowujemy co działo się z pojazdem i towarzyszącym mu helikopterem w pierwszych miesiącach kampanii naukowej.
W skrócie:
• Łazik Perseverance rozpoczął latem 2021 r. swoją pierwszą kampanię naukową.
• Celem początkowych badań jest region na południe od miejsca lądowania, gdzie występują najstarsze odkryte skały krateru.
• Dron Ingenuity wykonywał coraz bardziej skomplikowane loty i pomagał łazikowi poznawać otoczenie.
• We wrześniu 2021 r. udało się pobrać pierwsze próbki skalne.
10 pierwszych miesięcy misji łazika Perseverance
Od lutego 2021 r. kiedy łazik Perseverance wylądował na dnie dawnego jeziora w Kraterze Jezero aż do początku czerwca trwała faza testowa. Pierwsze tygodnie działań łazika były skupione na testach jego aparatury, kalibracjach, które zwieńczone zostały udaną demonstracją możliwości lotu za pomocą autonomicznego drona Ingenuity.
Sukces lotów drona już w maju 2021 r. zachęcił planerów misji, by dali mu dodatkowe zadania. I tak Ingenuity zaczął wykonywać loty rozpoznawcze dla potrzeb łazika. Po startach nie wracał już do miejsca początku lotu, ale leciał do nowego punktu, wyprzedzając w ten sposób łazik.
Więcej w poprzednim odcinku: Perseverance zaczął pracę naukową i dostarcza pierwszych odkryć
Perseverance w czerwcu opuścił rejon lądowania Octavia E. Butler i zaczął pierwszą naukową wyprawę - na południe - w rejon styku dwóch odmiennych jednostek geologicznych: Crater Floor Fractured Rough oraz Seitah. Naukowcy uważają, że znajdują się tam na powierzchni jedne z najstarszych skał występujących w Kraterze Jezero. W tym kilkumiesięcznym planie miało też zawierać się pobranie pierwszych próbek skał. Próbki mają zostać zamknięte w specjalnych pojemnikach i czekać na zabranie na Ziemię w przyszłej misji.
W niniejszym odcinku kroniki łazika opisujemy aktywności prowadzone przez ostatnie miesiące właśnie w tym rejonie - na południe od miejsca lądowania.
Jazda na południe i dziewiąty lot drona
5 lipca 2021 r. przeprowadzono najbardziej skomplikowany dotychczas lot drona Ingenuity. Helikopter marsjański przebył 625 metrów - niemal cztery razy większą odległość między dwoma punktami od poprzedniego rekordu.
Największym wyzwaniem była jednak nawet nie odległość ale teren pod dronem, który miał przemierzyć. Ingenuity korzysta z systemu nawigacyjnego, który ocenia swoją pozycję na bazie zdjęć powierzchni, analizowanych w czasie rzeczywistym przez algorytmy rozpoznawania obrazu na pokładzie drona. Do tej pory loty wykonywane były nad obszarami o małym zróżnicowaniu wysokości - unikano nawet niewielkich kraterów. Wszystko po to, by przetwarzanie obrazu było jak najmniej podatne na błędy.
Tym razem postanowiono przelecieć nad fragmentem obszaru Seitah, gdzie mieści się mocno zmodyfikowany erozją krater, następnie zbocza w dół z falującym terenem i w końcu podwyższenie zakończone równiną, gdzie znajdowało się wyznaczone miejsce lądowania. Ten rejon jeszcze długo nie zostanie odwiedzony przez łazik, a naukowcy już teraz chcieli wykorzystać dron, aby dowiedzieć się o nim więcej.
Algorytm rozpoznawania właściwości terenu w dronie Ingenuity bazuje na założeniu płaskiej powierzchni. Dlatego wszelkie pionowe zróżnicowanie prowadzi do błędów w ocenie pozycji i autonomicznej nawigacji drona. Inżynierowie nie mogą nic z tym zrobić - to podejście jest wgrane głęboko w projekt helikoptera. Można jedynie starać unikać się trudnego terenu albo zminimalizować błędy wynikające z lotu nad takim za pomocą parametrów oprogramowania i liczyć na najlepsze. Tak było w przypadku 9. lotu.
Inżynierowie wykonali dokładne symulacje tego trudnego lotu na Ziemi i wprowadzili specjalne modyfikacje - dron miał przelatywać wolniej nad kraterem, dzięki czemu minimalizowano możliwe błędy nawigacyjne w najbardziej newralgicznym momencie. Zmodyfikowano też nie ruszane dotychczas parametry algorytmu.
Lot był najdłużej trwającym dotychczas. Dron znajdował się w powietrzu przez 2 minuty i 46 sekund. Ingenuity wylądował aż 47 m od środka planowanego lądowiska, które miało promień około 50 m.
Kilka dni po locie na Ziemię trafiły zdjęcia:
Pierwsze zdjęcie pokazuje teren nazwany nieoficjalnie “Raised Ridges”. Są to pęknięcia w skałach przez które mogła kiedyś przepływać woda pod powierzchnię, wypłukując znajdujące się tam minerały i deponując je dla potencjalnych mikroorganizmów. Te skały mogą zawierać ślady dawnego życia na Marsie. Misja łazika na pewno wróci do tego typu skał w przyszłości i pobierze z nich próbki. Zdjęcia z drona dają pierwsze wyraźne obrazy takich miejsc.
Seitah to też miejsce obszernych pól wydmowych. Wydmy piaskowe powodują, że inźynierowie łazika muszą trzymać pojazd z dala od takich terenów.
Nad wydmami “wyrastają” też podłoża skalne, na który mogą tylko tak popatrzeć naukowcy. Łazik ich nie odwiedzi z uwagi na niebezpieczeństwo ugrzęźnięcia w wydmach.
Na powyższym zdjęciu kamery nawigacyjne NavCam uchwyciły tył łazika 1 lipca 2021 r. po najdłuższym wykonanym autonomicznym przejeździe o długości 109 m. Perseverance podobnie jak jego pracujący w Kraterze Gale poprzednik Curiosity jest wyposażony w oprogramowanie AutoNav. To funkcjonalność umożliwiająca autonomiczną jazdę łazikowi na bazie wykonywanych na bieżąco zdjęć nawigacyjnych. Curiosity miał taką możliwość i mógł podróżować w ten sposób do 20 m/h. Z autonawigacji zrezygnowano jednak z powodu zbyt dużych zniszczeń kół, czego łazik nie mógł uniknąć. Perseverance dysponuje usprawnionym algorytmem umożliwiającym samodzielne podążanie z prędkością do 120 m/h. Ma też mocniejsze koła, przy których można nie przejmować się ostrzejszymi krawędziami skał.
Jazda na południe
Wreszcie latem 2021 r. łazik Perseverance rozpoczął kampanię naukową. Instrumenty na ramieniu robotycznym analizujące skały używając promieni rentgenowskich i światła ultrafioletowego wykonały pierwsze odczyty naukowe. Jeszcze zanim instrument PIXL spojrzał na skały został kalibrowany używając specjalnego testowego celu umieszczonego na pojeździe. Już wtedy wykonano trochę przez przypadek analizę marsjańskiego pyłu skalnego. Jak się okazało to testowe uruchomienie dostarczyło najbardziej szczegółowych danych dotyczących składu chemicznego marsjańskiego pyłu w historii!
10 lipca 2021 r. podczas 138. dnia marsjańkiego misji (138 sol) ramię robotyczne badało z bliska skały w obszarze "Cratered Floor Fractured Rough". Nazywane przez naukowców potocznie "skały chodnikowe", gdyż są płaskie i jaśniejsze na tle innych obiektów w rejonie były szczególnie interesujące dla zespołu misji.
Przygotowania do pobrania pierwszej próbki
W drugiej połowie lipca rozpoczęły się intensywne przygotowania do pobrania pierwszych próbek materiału z powierzchni Marsa. Łazik Perseverance jest wyposażony w aparaturę umożliwiającą pobieranie próbek regolitu i skał, a następnie umieszczanie ich w szczelnych kontenerach. Kontenery te (łazik dysponuje zestawem liczącym 43) zostaną pozostawione w wyznaczonych miejscach na powierzchni Marsa i zostaną one sprowadzone na Ziemię podczas przyszłej misji.
Na powyższej fotografii wykonanej przez kamerę masztową MastCam-Z widać miejsce planowanego pobrania pierwszej próbki. Celem miała być jedna z jasnych płaskich skał nazywanych nieformalnie “płytami chodnikowymi”. Łazik przebywał wtedy w rejonie nazwanym “Crater Floor Fractured Rough”.
W ramach przygotowań należało podjechać do wyznaczonego rejonu. Następnie trzeba było znaleźć skałę spełniającą kryteria naukowców oraz możliwości techniczne sprzętu wiercącego, a obok niej drugą podobną skałę celem późniejszego wykonania analizy porównawczej. Kolejnym krokiem przed odwiertem jest wykonanie analiz z bliska za pomocą instrumentów na ramieniu robotycznym: SHERLOC, PIXL i WATSON. Do pracy musiał też zostać zaciągnięty laser SuperCam i kamera MastCam-Z.
Podczas 155 Sol łazik dotarł na miejsce, gdzie znajdował się cel pierwszego wiercenia. 6 sierpnia wykonano odwiert...
Dane wysłane po wykonaniu tej próby wskazały, że nie udało się umieścić odwierconego materiału w kontenerze. Chociaż wszystko wskazywało na to, że poprawnie wykonano odwiert i łazik przeprowadził zgodnie z planem wszystkie procedury przygotowania próbki i umieszczenia w kontenerze. Zespół misji od razu zebrał grupę specjalistów, aby przeanalizować problem.
Na powyższym zdjęciu wykonanym 6 sierpnia 2021 r. przez urządenie Mastcam-Z widać kontener na próbki umieszczony poprawnie wewnątrz wiertła koronowego.
Pierwsza próba okazała się celować w zbyt kruchą skałę, która rozpadła się w bardzo drobny proszek zanim zdążyła być zebrana przez mechanizm umieszczający materiał w kontenerze. Zespół misji postanowił ponowić próbę ze skałą w innym miejscu w następnych tygodniach.
11. i 12. lot skauta Ingenuity
Przed pierwszym wierceniem, 4 sierpnia przeprowadzono 11. lot autonomicznego drona Ingenuity. Pierwszy marsjański helikopter przeszedł z roli demonstratora technologii do roli wartościowego pomocnika łazika, sprawdzającego co znajduje się przed pojazdem, co mogłoby zainteresować naukowców lub mogłoby być niebezpiecznie dla jego systemu jezdnego.
Ingenuity wykonał kolejny lot i fotografie z góry skał, wydm i odkrywek skalnych w rejonie południowego Seitah. Lot trwał 131 sekund i służył głównie wyprzedzeniu łazika i przygotowaniu się pod nowe loty rozpoznawcze w miejscu, do którego Perseverance niedługo dotrze. Na niektórych kolorowych fotografiach udało się uchwycić z góry samego łazika.
Dwunasty i już bardziej naukowy lot Ingenuity został wykonany 16 sierpnia. Naukowcy mogli po raz pierwszy za sprawą zdjęć spod helikoptera przyjrzeć się z bliska południowym rejonom Seitah. Ze zdjęć orbitalnych pozyskanych jeszcze przed misją wyglądało, że będzie tam znajdować się wielowarstwowe skały osadowe i odkrywki skalne, do których łazikowi będzie stosunkowo łatwo podjechać.
Ingenuity spełnił swoją rolę. I nawet ważniejsze jest nie to co zobaczył, ale czego nie zobaczył podczas przelotu. Nie dojrzano warstw skał osadowych i zidentyfikowano wiele miejsc potencjalnie trudnych do przejazdu przez łazik. Lot był najdłuższy w dotychczasowej karierze Ingenuity - trwał prawie 170 sekund. Helikopter wykonał 10 fotografii z góry, z różnych miejsc, osiagając maksymalną wysokość 10 m.
owyżej jedno ze zdjęć wykonanych nad South Seitah (Południowe Seitah). Naukowcy wiedzą dzięki dronowi, że łazik nie musi jechać bardziej na zachód, aby zbadać coś innego niż to co znajduje się w miejscu, w którym się wtedy znajdował.
Pierwsze udane pobranie próbek
Wreszcie 6 i 8 września udała się próba pobrania pierwszej marsjańskiej próbki skał. Łazik Perseverance dokonał tego wykonując odwiert w skale nazwanej Rochette. Łazik znajdował się wtedy przy skalistych głazach Artuby, tworzących grzbiet o długości ponad 900 metrów, na granicy między dwiema jednostkami geologicznymi, które zdaniem specjalistów kryją w sobie najgłębsze i najstarsze warstwy odsłoniętego podłoża skalnego krateru Jezero.
Powyższe zdjęcie wykonane 6 września 2021 r. kamerą CacheCam wchodzącej w skład systemu pobierania próbek pokazuje pierwszy materiał skalny umieszczony w tytanowej tubce łazika Perseverance.
13. lot drona
Dwa dni przed historycznym sukcesem pobrania pierwszej marsjańskiej próbki, swój 13. lot przeprowadził dron Ingenuity. Cel był podobny jak w poprzednim locie - zapoznanie się "od góry" z regionem South Seitah. Tym razem jednak postanowiono wykonać zdjęcia na niższej niż do tej pory wysokości - 8 metrów. Głównym celem wykonywanego rozpoznania był kopczyk skalny nazwany Faillefeu o szerokości około 10 metrów.
Jedno ze zdjęć z 13. lotu drona Ingenuity. Kopczyk skalny Faillefeu widać na środku po prawej stronie. Za nim rozpościera się długi na prawie kilometr grzbiet Artuby. Na fotografi widać tylko jego fragment.
Październikowa koniunkcja i przerwa w komunikacji
W okresie między 2 października a 16 października NASA zaprzestała bezpośredniej komunikacji ze swoimi robotami marsjańskimi. Jest to czas koniunkcji Słońca i Ziemi z powierzchni Czerwonej Planety. Na marsjańskim niebie Słońce z naszą planetą zbliżają się do siebie na tyle blisko, że ewentualny kontakt radiowy mógłby być zakłócany przez zjonizowany gaz z korony słonecznej. To mogłoby zmodyfikować wysyłane z Ziemi komendy i spowodować jakieś nieprzewidziane zachowanie łazików lub orbiterów marsjańskich.
Oczywiście taki czas nie oznacza całkowitego braku aktywności. Każda z marsjańskich misji miała do wykonania bezpieczną "pracę domową" i stale wysyłała też informacje o swoim stanie. Perseverance na przykład wykonywał pomiary meteorologiczne za pomocą swojej stacji MEDA, rejestrował filmy z kamer na maszcie w poszukiwaniu wirów pyłowych, dokonywał nasłuchiwania otoczenia za pomocą pary mikrofonów oraz przeprowadzał eksperyment stacjonarny penetratora geologicznego RIMFAX. Dron Ingenuity zawiesił całkowicie swoje prace, pozostając w miejscu ostatniego lądowania, około 175 metrów od łazika.
Podsumowanie
To tyle w piątym podsumowaniu działań łazika Perseverance publikowanym na naszym portalu. W kolejnym nadrobimy zaległości z aktywności dokonanej przez pojazd w okresie listopad - styczeń. Opowiemy też o pierwszych konkretnych odkryciach, m.in. o nowych informacjach na temat dawnego cyklu wody w Kraterze Jezero czy innych obserwacjach ogłoszonych podczas corocznego zjazdu Amerykańskiej Unii Geologicznej. Nie zabraknie też relacji z kolejnych lotów drona Ingenuity.
Więcej informacji:
• Oficjalna strona misji Mars 2020
Na podstawie: NASA
Opracował: Rafał Grabiański
Na zdjęciu tytułowym: Miejsce pierwszego udanego pobrania próbek w skale Rochette. Widać dwa wykonane w skale odwiety. Fotografię wykonano 8 września 2021 r. jedną z kamer inżynieryjnych Hazcam. Źródło: NASA/JPL-Caltech.
https://www.urania.edu.pl/wiadomosci/pi ... everance-5
