Na Mars jako do peřinky: Sonda Pathfinder a robot Sojourner

Od veleúspěšného programu Viking v 70. letech neměla NASA žádný pevně daný projekt průzkumu Marsu. Není se čemu divit: Vývoj raketoplánů pohltil mnohem víc prostředků, než se plánovalo. A přednost dostaly jiné sondy jako Magellan, Galileo a Ulysses.

Koncem 80. let ovšem přišla americká vesmírná agentura s projektem Mars Observer, na který získala 980 milionů dolarů. Úžasných schopností sondy pak chtělo využít jak Amesovo středisko NASA v Kalifornii, tak Langleyovo středisko ve Virginii. První zmíněné rozpracovalo projekt sítě šestnácti velmi jednoduchých přistávacích modulů MESUR neboli Mars Environmental SURvey, jež by startovaly po čtyřech na palubách raket Delta II. Projekt měl stát miliardu dolarů v průběhu deseti let – a nejméně deset let měli průzkumníci na planetě společně pracovat.

Langleyovo středisko chtělo vyslat do jižní polární oblasti Marsu několik penetrátorů – sond, jež tvrdě dopadnou a přežijí –, nazvaných MPP neboli Mars Polar Penetrator. Původně je centrum vyvíjelo pro zrušenou sondu CRAF, tedy Comet Rendezvous, Asteroid Flyby, přičemž měly být vysazeny na komety a planetky. NASA ovšem nakonec vybrala k realizaci program MESUR s tím, že je třeba inovativní přístup odzkoušet v rámci technologické mise MESUR Pathfinder (anglicky „průkopník“).

Vozítka pro rudou planetu

Na jiné frontě testovali vědci NASA v letech 1983–1989 mobilního robota nazvaného Robby, který vážil 850 kg a měl na povrchu rudé planety urazit až 200 km. Během jízdy by sbíral vzorky hornin, jež by se pak odeslaly do pozemských laboratoří.

Jakmile však bylo evidentní, že potřebná částka na misi – kolem deseti miliard dolarů – leží zcela mimo možnosti NASA, dostali tvůrci robota za úkol vytvořit mnohem menší a jednodušší zařízení. Již v roce 1989 tak vznikl první prototyp Rocky. Následující Rocky II představoval jen teoretický koncept, který zůstal na papíře. Světlo světa pak spatřil až Rocky III a následně i Rocky IV, jenž nesl označení MSM neboli Mars Science Microrover, vážil 7,1 kg a počítalo se s ním v rámci mise MESUR Pathfinder.

Šestnáct cílů 

Pro program MESUR vybrala NASA na rudé planetě šestnáct přistávacích oblastí. Automaty s pořadovými čísly jedna a dvě měly dosednout na opačné konce údolí Valles Marineris a vytvořit tam „seismický pár“ pro sledování otřesů půdy. Třetí robot měl zamířit k úpatí sopky Olympus Mons a čtvrtý do oblasti přistání sondy Viking 1 – Chryse Planitia – a navázat na její dlouhodobé studium podnebí. O dva roky později by automat číslo pět doplnil první pár ve Valles Marineris, čímž by vznikl „seismický trojúhelník“. „Šestka“ by se zase severně od Olympus Mons přidala k třetí sondě, aby mohly nadále provádět společná pozorování. Stanice sedm a osm by „roztáhly“ pozorovací síť na sever a na jih: Dosedly by do oblasti častých bouří Solis Planum a do západní části Acidalia Planitia. 

Ze zbývající osmičky MESURů by dva zamířily k severnímu a jižnímu pólu planety. Další čtyři měly ještě víc rozšířit globální meteorologickou síť: jedenáctá sonda v Aonia Terra, dvanáctá v oblasti Hellas, třináctá na Elysium Planitia a čtrnáctá v Deuteronilus Mensae. „Patnáctka“ by v Terra Sirenum vytvořila další „seismickou triádu“ se stanicemi tři a šest. Poslední výsadková aparatura měla dosednout do oblasti Olympus Mons, kde by „zahustila“ již existující síť, která by tak mohla sledovat neznámé jádro planety.

MESUR končí

Všechno ovšem dopadlo jinak. MESUR Pathfinder se nejprve stal součástí programu Discovery s mottem „rychleji, lépe, levněji“, přičemž měl demonstrovat inovativní přístup k planetárnímu průzkumu. Při této příležitosti jej překřtili na Mars Pathfinder.

Hlavní ránu však dostal v srpnu 1993: Tehdy totiž došlo – několik dní před příletem k rudé planetě – ke ztrátě sondy Mars Observer, jež měla shromažďovat data z jednotlivých povrchových průzkumníků a odesílat je na Zemi. Zatímco Pathfinder mohl komunikovat přímo s rodnou planetou, jednotlivé MESURy byly menší, disponovaly radioizotopovým generátorem, aby je neomezovala životnost slunečních baterií, a měly startovat po čtyřech. Bez komunikační stanice neměl program smysl, tudíž byl ukončen. A zůstal jen technologický demonstrátor Mars Pathfinder.

Seznamte se: Pathfinder

Sonda stála 171 milionů dolarů, start 61 milionů a řízení letu dalších 15 milionů. Šestikolové vozidlo Rocky IV vyšlo na 25 milionů. Později je překřtili na Sojourner, což byla přezdívka bojovnice za práva černochů Isabelly Van Wagnerové. Automat se skládal z několika základních částí: meziplanetární sekce, schránky pro sondu – kterou tvořil tepelný štít a kuželovitý kryt – a z vlastní sondy. Hmotnost celé sestavy při startu dosahovala 890 kg včetně 90 kg pohonných látek. Po vstupu do atmosféry měl Mars Pathfinder 566 kg, vlastní sonda bez přistávací konstrukce vážila 90 kg, z čehož 25 kg připadalo na přístroje, a hmotnost Sojourneru činila 11 kg.

Přistávací modul měl tvar pravidelného čtyřstěnu složeného ze čtyř rovnostranných trojúhelníků: Ty se po dosednutí rozevřely, přičemž jeden vytvořil podstavu. Na každé stěně se přitom nacházelo šest vzduchových vaků, které se během přistávacího manévru nafoukly a ztlumily dopad modulu na povrch. Původně se předpokládalo, že budou airbagy vážit 15 kg, ale nakonec hmotnost celého systému dosáhla téměř šestinásobku.

Šťastné přistání

Mars Pathfinder odstartoval 4. prosince 1996 a k cíli dorazil 4. července 1997. Po průletu horními vrstvami atmosféry otevřela sonda padák, načež odhodila tepelný štít. Přistávací modul se spouštěl na 20m laně z horní části ochranné schránky, k níž byl připojen i padák. Do dosednutí zbývalo osm sekund, když se nafoukly všechny vzduchové vaky. Ve výšce 88 m nad povrchem a při rychlosti 63 m/s se zažehly tři motory na tuhé palivo, které se nacházely na horní části ochranné schránky. Ve výšce 21 m se pohon vypnul – v tu chvíli měla sonda téměř nulovou rychlost, takže se přeťalo nosné lano.

Mimochodem, kvůli nedostatečným znalostem marsovské atmosféry se brzdicí motory zažehly o 8 m výš, než se plánovalo. Nešlo přitom o zanedbatelný rozdíl: Pohon se měl totiž vypnout ve výšce 13 m, zatímco ve skutečnosti k tomu došlo už v 21 m. Pathfinder tak klesal volným pádem z mnohem větší výšky, než jeho tvůrci předpokládali. Sonda byla naštěstí dostatečně robustní a dosednutí rychlostí 18 m/s vydržela.

Pathfinder na Marsu ještě patnáctkrát poskočil, poté se chvíli kutálel a definitivně se zastavil 2,5 minuty po prvním kontaktu. Dosedl do místa o souřadnicích 19,3° severní šířky a 33,6° západní délky, do oblasti Ares Vallis, která je z geologického hlediska velmi stará a pravděpodobně tvořila dno již vyschlého řečiště, jež ústilo do Chryse Planitia.

Testování i věda

Po přistání se stanice rozložila – usadila se na podstavu, k čemuž jí pomohly zbývající tři trojúhelníkové plochy tvořící uzavřený čtyřstěn. Vlastní přístrojové vybavení modulu se nacházelo právě na podstavě s tím, že tři okolní plochy sloužily nejen pro ustavení do správné polohy, ale také jako nosiče slunečních baterií a jako místo pro uložení vozítka Sojourner. Lokalita přistání dostala později název Carl Sagan Memorial Station na počest předního světového popularizátora kosmonautiky.

Cíl mise byl především technický – prověřit nové technologie a postupy pro přistání na Marsu. Nicméně ani věda nepřišla zkrátka. Pathfinder se zaměřil na zkoumání geologie, petrologie a geochemie povrchu, dále na sledování jeho mechanických a magnetických vlastností a na strukturu atmosféry s přihlédnutím k denním a sezonním změnám.

Ticho v éteru

Sojourner sjel z rampy dva dny po přistání. Jeho životnost se plánovala na sedm dní, podle všeho ovšem fungoval déle než mateřská sonda s navrhovanou životností třicet dní, s níž se podařilo udržet spojení téměř tři měsíce. Pozemní středisko mělo s Pathfinderem pravidelný kontakt až do 27. září 1997. Dalšího dne se sonda v čase obvyklé relace už neozvala. Prvního října se pak podařilo zachytit velmi slabé vysílání, následujícího dne také. Vědci usoudili, že chyba by mohla být v palubním akumulátoru vypovídajícím službu (který přesto svoji životnost překonal), protože se vysílání odehrávalo v pravidelných intervalech – k poškození počítače tedy nedošlo. 

Středisko proto poslalo sondě povel, aby komunikovala pouze v době maximálního osvětlení slunečních baterií a nepoužívala při relacích akumulátor. Pak bylo několik dní ticho, ale 7. října se podařilo zachytit signál v novém časovém údobí. Pathfinder tedy příkazy ze Země obdržel a pokusil se je provést. Bez fungujících akumulátorů se však nemohly jeho přístroje v noci ohřívat, takže je během několika dní musely zničit extrémní marsovské mrazy. Sonda se skutečně už neozvala. Svou poslední práci – superpanoráma – dokončila jen z 83 %.

TIP: Jak dlouho trvá cesta na Mars? Kdo se tam dostal nejrychleji?

Sojourner tedy mateřskou stanici pravděpodobně přežil. Byl naprogramován tak, že pokud nedostane další povely do 7. října, vydá se směrem k sondě a bude ji pomalu objíždět kolem dokola. Protože se v době odmlčení Pathfinderu nacházel ve výborné kondici, lze předpokládat, že pokračoval v práci. 

Opakování se nekoná

Přestože Pathfinder představoval „jen“ technologický demonstrátor, byl mimořádně úspěšný. Proto se jeho tvůrci snažili prosadit zopakování výpravy – tentokrát s mnohem bohatším přístrojovým vybavením. Mise dostala název Mars Polar Pathfinder, a jak její název napovídá, měla v roce 2001 zamířit do oblasti některého z pólů rudé planety. Přednost však nakonec dostaly jiné projekty.