Berikut ini adalah petikan dari buku baru saya, “Cerita Luar Biasa Dari Angkasa: Pandangan di Sebalik Tabir Mengenai Misi yang Mengubah Pandangan Kita tentang Kosmos,” yang akan dikeluarkan pada hari esok, Disember. Buku ini adalah pandangan dari dalam beberapa arus Misi robotik NASA, dan petikan ini adalah bahagian 1 dari 3 yang akan disiarkan di sini di Space Magazine, Bab 2, "Roving Mars with Curiosity." Buku ini boleh dipesan di Amazon dan Barnes & Noble.
Tujuh Minit Keganasan
Diperlukan masa kira-kira tujuh minit untuk kapal angkasa bersaiz sederhana - seperti rover atau pendarat robot - turun melalui atmosfer Mars dan sampai ke permukaan planet. Dalam beberapa minit yang singkat, kapal angkasa harus melambat dari kelajuan masuknya yang berkobar kira-kira 13,000 mph (20,900 kph) hingga turun dengan hanya 2 mph (3 kph) atau kurang.
Ini memerlukan rangkaian peristiwa seperti Rube Goldberg yang berlangsung dalam urutan yang sempurna, dengan koreografi dan masa yang tepat. Dan semuanya perlu berlaku secara automatik melalui komputer, tanpa input dari sesiapa pun di Bumi. Tidak ada cara untuk memandu kapal angkasa dari jarak jauh dari planet kita, sekitar 150 juta batu (250 juta km) jauhnya. Pada jarak itu, masa tunda isyarat radio dari Bumi ke Marikh mengambil masa lebih dari 13 minit. Oleh itu, pada saat keturunan tujuh minit selesai, semua peristiwa itu telah berlaku - atau tidak berlaku - dan tidak ada seorang pun di Bumi yang tahu yang mana. Sama ada kapal angkasa anda duduk dengan hebat di permukaan Marikh atau terletak di timbunan yang terhempas.
Itulah sebabnya para saintis dan jurutera dari misi ke Marikh menyebutnya "Seven Minutes of Terror."
Dan dengan misi Mars Science Laboratory (MSL), yang dilancarkan dari Bumi pada bulan November 2011, ketakutan dan keraguan mengenai apa yang secara rasmi disebut sebagai 'Entry, Descent and Landing' (EDL) meningkat dengan pesat. MSL mempunyai rover beroda 1-ton (900 kg) bernama Curiosity, dan rover ini akan menggunakan sistem pendaratan yang baru dan belum dicuba.
Sehingga kini, semua pendarat dan penumpang Mars telah menggunakan - dalam rangka - pintu masuk berpandu roket, pelindung haba untuk melindungi dan memperlahankan kenderaan, kemudian payung terjun, diikuti oleh pendorong untuk memperlahankan kenderaan lebih banyak lagi. Rasa ingin tahu akan menggunakan urutan ini juga. Walau bagaimanapun, komponen akhir yang penting merangkumi salah satu alat pendaratan paling kompleks yang pernah diterbangkan.
Dijuluki "Sky Crane", pentas roket yang melayang akan menurunkan rover pada kabel seluas 66 kaki (20 meter) dari tali Vectran seperti pendaki gunung yang rappelling, dengan rover mendarat lembut di atas roda. Ini semua perlu diselesaikan dalam hitungan detik, dan ketika komputer di dalam pesawat merasakan sentuhan, piroteknik akan memutuskan tali, dan tahap keturunan yang melayang akan meluncur pada pendikit penuh ke daratan yang jauh dari Curiosity.
Lebih rumit, rover ini akan berusaha mendarat di luar dunia yang paling tepat yang pernah ada, turun di dalam kawah di sebelah gunung setinggi Gunung Rainier.
Sebahagian besar ketidakpastian adalah bahawa jurutera tidak dapat menguji keseluruhan sistem pendaratan bersama-sama, secara berurutan. Dan tidak ada yang dapat meniru keadaan atmosfera yang brutal dan graviti yang lebih ringan yang terdapat di Marikh kecuali berada di Marikh itu sendiri. Oleh kerana pendaratan sebenarnya adalah pertama kalinya Sky Crane digunakan sepenuhnya, ada soalan: Bagaimana jika kabel tidak terpisah? Bagaimana jika tahap keturunan terus turun tepat di atas rover?
Sekiranya Sky Crane tidak berfungsi, ini akan berakhir untuk misi yang telah mengatasi begitu banyak: masalah teknikal, kelewatan, keterlaluan kos, dan kemarahan pengkritik yang mengatakan bahawa rover Mars bernilai $ 2.5 bilion ini mengeluarkan banyak wang selebihnya program penerokaan planet NASA.
Misi ke Marikh
Dengan cahaya merahnya di langit malam, Mars telah menjadi pengawas langit selama berabad-abad. Sebagai planet yang paling dekat dengan Bumi yang menawarkan potensi misi atau penjajahan manusia di masa depan, ia telah menarik perhatian pada zaman penerokaan angkasa lepas. Sehingga kini, lebih dari 40 misi robotik telah dilancarkan ke Planet Merah ... atau lebih tepatnya, misi 40-plus telah cuba.
Termasuk semua usaha AS, Eropah, Soviet / Rusia dan Jepun, lebih daripada separuh misi Marikh telah gagal, baik kerana bencana pelancaran, kerusakan dalam perjalanan ke Marikh, percubaan gagal masuk ke orbit, atau pendaratan bencana. Walaupun misi baru-baru ini mendapat kejayaan yang lebih besar daripada percubaan perintis pertama kami untuk meneroka Mars di situ (di lokasi) saintis dan jurutera angkasa lepas hanya bergurau ketika mereka bercakap tentang perkara seperti 'Great Galactic Ghoul' atau 'Mars Curse' yang mengacaukan misi.
Tetapi ada juga kejayaan yang luar biasa. Misi awal pada tahun 1960-an dan 70-an seperti orbit Mariner dan pendarat Viking menunjukkan kepada kita dunia yang sangat indah, walaupun mandul dan berbatu, sehingga menaburkan harapan untuk 'lelaki hijau kecil' sebagai jiran planet kita. Tetapi misi kemudian menunjukkan dikotomi: pemusnahan yang luar biasa yang digabungkan dengan petunjuk masa lalu - atau mungkin juga sekarang - aktiviti air dan global.
Hari ini, permukaan Marikh sejuk dan kering, dan suasananya yang tidak berbisik tidak melindungi planet ini dari pengeboman radiasi dari Matahari. Tetapi petunjuk adalah keadaan di Marikh tidak selalu seperti ini. Yang dapat dilihat dari orbit adalah saluran dan sistem lembah yang rumit yang nampaknya telah diukir oleh air yang mengalir.
Selama beberapa dekad, para saintis planet telah membahaskan sama ada ciri-ciri ini terbentuk dalam tempoh yang singkat dan basah disebabkan oleh peristiwa bencana seperti serangan asteroid besar-besaran atau malapetaka iklim yang tiba-tiba, atau jika ia terbentuk selama berjuta-juta tahun ketika Mars mungkin terus-menerus hangat dan basah. Sebilangan besar bukti setakat ini tidak jelas; ciri-ciri ini boleh dibentuk sama ada. Tetapi berbilion tahun yang lalu, jika ada sungai dan lautan, seperti di Bumi, kehidupan mungkin akan berlaku.
The Rovers
The Curiosity rover adalah kapal angkasa bergerak keempat yang dihantar NASA ke permukaan Marikh. Yang pertama adalah jelajah 23 paun (10.6 kg) bernama Sojourner yang mendarat di dataran Martian yang ditutupi batu pada 4 Julai 1997. Mengenai ukuran ketuhar gelombang mikro, Sojourner sepanjang 2 kaki (65 cm) tidak pernah melintas lebih dari 40 kaki dari lander dan stesen pangkalannya. Rover dan lander bersama-sama membentuk misi Pathfinder, yang dijangka berlangsung sekitar satu minggu. Sebaliknya, ia berlangsung hampir tiga bulan dan duo itu mengembalikan 2.6 gigabit data, mengambil lebih dari 16.500 gambar dari pendarat dan 550 gambar dari rover, serta melakukan pengukuran kimia batu dan tanah dan mengkaji atmosfer dan cuaca Mars. Ia mengenal pasti jejak masa lalu yang lebih panas dan basah untuk Mars.
Misi itu berlaku ketika Internet baru sahaja mendapat populariti, dan NASA memutuskan untuk menghantar gambar dari rover dalam talian sebaik sahaja mereka dihantar ke Bumi. Ini akhirnya menjadi salah satu peristiwa terbesar dalam sejarah Internet muda, dengan laman web NASA (dan laman cermin disediakan untuk permintaan tinggi) menerima lebih dari 430 juta hits dalam 20 hari pertama setelah mendarat.
Pathfinder juga menggunakan sistem pendaratan yang tidak biasa. Daripada menggunakan pendorong untuk menyentuh permukaan, para jurutera membuat sistem beg udara gergasi untuk mengelilingi dan melindungi kapal angkasa. Setelah menggunakan sistem konvensional pintu masuk berpandu roket, pelindung haba, payung terjun dan pendorong, beg udara melambung dan pendaratan kepompong dijatuhkan dari 100 kaki (30 m) di atas tanah. Melambung beberapa kali melintasi permukaan permukaan Mars seperti bola pantai raksasa, Pathfinder akhirnya berhenti, beg udara mengempis dan pendarat terbuka untuk membolehkan pelayar muncul.
Walaupun kedengarannya seperti strategi pendaratan yang gila, ia berjalan dengan baik sehingga NASA memutuskan untuk menggunakan versi beg udara yang lebih besar untuk misi rover seterusnya: dua penemu yang sama bernama Spirit and Opportunity. Mars Exploration Rovers (MER) berukuran kira-kira ukuran mesin pemotong rumput yang menunggang, dengan panjang 5.2 kaki (1.6 meter), beratnya sekitar 400 lbs (185 kilogram). Spirit berjaya mendarat di dekat khatulistiwa Mars pada 4 Januari 2004, dan tiga minggu kemudian Peluang melambung di seberang planet ini. Matlamat MER adalah untuk mencari bukti air masa lalu di Marikh, dan kedua-dua penunggang memukul jackpot. Di antara banyak penemuan, Peluang mendapati singkapan batu kuno yang terbentuk di air yang mengalir dan Spirit menemukan batu silika berbentuk kembang kol yang tidak biasa yang masih dikaji oleh para saintis, tetapi mereka mungkin memberikan petunjuk tentang kehidupan Mars kuno yang berpotensi.
Hebatnya, pada tulisan ini (2016) Opportunity rover masih beroperasi, memandu lebih dari maraton (26 batu / 42 km) dan ia terus menjelajah Marikh di kawah besar bernama Endeavour. Spirit, bagaimanapun, tewas akibat kehilangan kekuatan selama musim dingin Martian yang dingin pada tahun 2010 setelah terjebak dalam perangkap pasir. Kedua-dua pelumba itu jauh lebih lama daripada jangka hayat mereka selama 90 hari.
Entah bagaimana, peneliti masing-masing mengembangkan ‘keperibadian’ yang berbeza - atau, mungkin cara yang lebih baik untuk membuat frasa adalah bahawa orang ditugaskan personaliti kepada robot. Spirit adalah anak bermasalah dan ratu drama tetapi harus berjuang untuk setiap penemuan; Peluang, adik perempuan istimewa, dan pelakon bintang, kerana penemuan baru nampaknya mudah baginya. Semangat dan Peluang tidak dirancang untuk menjadi menggemaskan, tetapi penumpang yang menawan menangkap imajinasi kanak-kanak dan veteran ruang berpengalaman. Pengurus projek MER, John Callas pernah menyebut penemu kembar itu sebagai sesuatu yang paling lucu dalam Sistem Suria. Sebagai penumpang yang sudah lama hidup, mengatasi bahaya dan bahaya, mereka menghantar kad pos dari Mars setiap hari. Dan penduduk Bumi menyukainya.
Rasa ingin tahu
Walaupun sudah lama ada dalam senarai tugas yang harus dilakukan, kami belum mengetahui cara menghantar manusia ke Marikh. Kami memerlukan roket dan kapal angkasa yang lebih besar dan maju, teknologi yang lebih baik untuk perkara seperti sokongan hidup dan menanam makanan kita sendiri, dan kita benar-benar tidak mempunyai kemampuan untuk mendarat muatan yang sangat besar yang diperlukan untuk membuat penempatan manusia di Marikh.
Tetapi sementara itu - sementara kami berusaha untuk mengetahui semua itu - kami telah menghantar robotik yang setara dengan ahli geologi manusia ke Planet Merah. Curiosity rover bersaiz kereta itu dilengkapi dengan pelbagai kamera tujuh belas, gerudi, sudu, lensa tangan, dan juga laser. Alat ini menyerupai peralatan yang digunakan oleh ahli geologi untuk mengkaji batu dan mineral di Bumi. Selain itu, rover ini meniru aktiviti manusia dengan mendaki gunung, makan (bercakap secara kiasan), melenturkan lengan (robot), dan mengambil gambar selfie.
Ahli geologi robotik ini juga merupakan makmal kimia bergerak. Sebanyak sepuluh instrumen di rover membantu mencari karbon organik yang mungkin menunjukkan bahan mentah yang diperlukan oleh kehidupan, dan "menghidu" udara Martian, cuba mencium bau jika ada gas seperti metana - yang boleh menjadi tanda kehidupan - ada. Lengan robot Curiosity membawa pisau alat Tentera Darat Swiss: kamera seperti lensa pembesar, spektrometer untuk mengukur unsur kimia, dan gerudi untuk menoreh batu di dalam dan memberi makan sampel ke makmal bernama SAM (Analisis Sampel di Marikh) dan) dan CheMin (Kimia dan Mineralogi). Laser ChemCam dapat menguap batu dari jarak hingga 23 kaki (7 meter), dan mengenal pasti mineral dari spektrum cahaya yang dipancarkan dari batu yang diletupkan. Stesen cuaca dan monitor sinaran melengkapkan peranti di dalam kapal.
Dengan kamera dan instrumen ini, rover menjadi mata dan tangan pasukan antarabangsa yang terdiri daripada kira-kira 500 saintis di bumi.
Walaupun penjelajah Mars sebelumnya menggunakan tatasusunan suria untuk mengumpulkan cahaya matahari untuk mendapatkan kuasa, Curiosity menggunakan RTG seperti New Horizons. Tenaga elektrik yang dihasilkan dari RTG berulang kali memberi kuasa kepada bateri lithium-ion yang boleh dicas semula, dan haba RTG juga disalurkan ke casis rover untuk memastikan elektronik dalaman sentiasa hangat.
Dengan ukuran dan berat badan Curiosity, sistem pendaratan beg udara yang digunakan oleh penumpang sebelumnya tidak dapat dipastikan. Seperti yang dijelaskan oleh jurutera NASA, Rob Manning, "Anda tidak boleh memantul sesuatu yang besar." Sky Crane adalah penyelesaian yang berani.
Misi Curiosity: cari tahu bagaimana Mars berkembang selama berbilion tahun dan tentukan apakah itu pernah - atau bahkan sekarang - mampu menyokong kehidupan mikroba.
Sasaran Curiosity untuk penerokaan: saintis gunung Marikh tinggi sejauh 3.4 batu (5,5 km) memanggil Mt. Sharp (secara formal dikenal sebagai Aeolis Mons) yang terletak di tengah Gale Crater, lembangan hentakan berdiameter 96 batu (155 km).
Gale dipilih dari 60 laman web calon. Data dari kapal angkasa yang mengorbit menentukan gunung itu mempunyai puluhan lapisan batuan sedimen, mungkin dibina selama berjuta-juta tahun. Lapisan ini dapat menceritakan kisah geologi dan sejarah iklim Mars. Selain itu, gunung dan kawah tampaknya memiliki saluran dan ciri lain yang kelihatan seperti diukir oleh air yang mengalir.
Rancangannya: MSL akan mendarat di bahagian bawah kawah yang lebih rata dan berhati-hati menuju ke atas gunung, mempelajari setiap lapisan, pada dasarnya mengikuti lawatan ke sejarah geologi Marikh.
Bahagian yang paling sukar adalah sampai di sana. Dan pasukan MSL hanya mempunyai satu peluang untuk memperbaikinya.
Malam Mendarat
Pendaratan Curiosity pada 5 Ogos 2012 adalah salah satu peristiwa penerokaan angkasa lepas yang paling dinanti-nantikan dalam sejarah baru-baru ini. Berjuta-juta orang menyaksikan peristiwa yang berlaku dalam talian dan di TV, dengan suapan media sosial yang penuh dengan kemas kini. Suapan TV NASA dari kawalan misi JPL disiarkan secara langsung di skrin di Time Square New York dan di tempat-tempat di seluruh dunia yang mengadakan 'pesta pendaratan'.
Tetapi pusat tindakan adalah di JPL, di mana ratusan jurutera, saintis dan pegawai NASA berkumpul di Kemudahan Operasi Penerbangan Angkasa Luar JPL. Pasukan EDL - semua memakai kemeja polo biru muda yang sepadan - memantau konsol komputer di kawalan misi.
Dua anggota pasukan menonjol: pasukan EDL memimpin Adam Steltzner - yang memakai rambutnya di pompadour seperti Elvis - bergerak mundur di antara barisan konsol. Pengarah Penerbangan Bobak Ferdowski berpakaian dan bintang Mohawk dan bintang yang terperinci. Jelas, pada abad ke-21, hairdos eksotik telah menggantikan cermin mata hitam dan pelindung saku tahun 1960 untuk jurutera NASA.
Pada masa pendaratan, Ashwin Vasavada adalah salah seorang saintis paling lama berkhidmat dalam pasukan misi, setelah bergabung dengan MSL sebagai Wakil Saintis Projek pada tahun 2004 ketika rover sedang dalam pembinaan. Pada masa itu, sebahagian besar tugas Vasavada bekerja dengan pasukan instrumen untuk menyelesaikan objektif instrumen mereka, dan mengawasi pasukan teknikal untuk membantu mengembangkan instrumen dan mengintegrasikannya dengan rover.
Masing-masing dari sepuluh instrumen yang dipilih membawa sekumpulan saintis, jadi dengan jurutera, kakitangan dan pelajar tambahan, terdapat ratusan orang yang bersiap sedia untuk dilancarkan. Vasavada membantu menyelaraskan setiap keputusan dan pengubahsuaian yang mungkin mempengaruhi sains akhirnya yang dilakukan di Marikh. Namun, semasa pendaratan, yang dapat dia lakukan hanyalah menonton.
"Saya berada di ruang sebelah bilik kawalan yang sedang ditunjukkan di TV," kata Vasavada. "Untuk pendaratan tidak ada yang dapat saya lakukan kecuali menyedari lapan tahun terakhir dalam hidup saya dan seluruh masa depan saya semua berjalan di tujuh minit EDL."
Tambahan lagi, kenyataan bahawa tidak ada yang akan mengetahui nasib sebenar pelumba sehingga 13 minit selepas fakta kerana masa penangguhan radio menyebabkan perasaan tidak berdaya untuk semua orang di JPL.
"Walaupun saya duduk di kursi," tambah Vasavada, "Saya rasa saya mental dalam posisi janin."
Ketika Curiosity melangkah lebih dekat ke Mars, tiga kapal angkasa veteran lain yang sudah mengorbit planet ini bergerak ke posisi untuk dapat mengawasi MSL pendatang baru ketika menyampaikan maklumat mengenai statusnya. Pada mulanya, MSL berkomunikasi secara langsung ke antena Deep Space Network (DSN) di Bumi.
Untuk menjadikan telemetri dari kapal angkasa selancar mungkin selama EDL, Curiosity mengirimkan 128 nada sederhana tetapi berbeza yang menunjukkan kapan langkah dalam proses pendaratan diaktifkan. Allen Chen, seorang jurutera di ruang kawalan mengumumkan masing-masing ketika mereka datang: satu bunyi menunjukkan kapal angkasa memasuki atmosfer Mars; yang lain memberi isyarat bahawa pendorong ditembak, memandu kapal angkasa ke arah Kawah Gale. Tentatif bertepuk tangan dan senyum datang dari pasukan di Mission Control pada nada awal, dengan emosi meningkat ketika kapal angkasa bergerak semakin dekat dan dekat ke permukaan.
Sepanjang keturunan, MSL berada di bawah cakrawala Martian, menjadikannya tidak berkomunikasi dengan Bumi. Tetapi ketiga-tiga orbit tersebut - Mars Odyssey, Mars Reconnaissance Orbiter dan Mars Express - telah bersedia untuk menangkap, merakam dan menyampaikan data ke DSN.
Dengan lancar, nada terus datang ke Bumi ketika setiap langkah pendaratan terus berjalan lancar. Parasut dikerahkan. Perisai panas jatuh. Nada menandakan tahap turun membawa rover melepaskan payung terjun, yang lain menunjukkan penerbangan bertenaga dan turun ke permukaan. Nada yang lain bermaksud Sky Crane mula menurunkan rover ke permukaan.
Nada tiba, menunjukkan roda Curiosity menyentuh permukaan, tetapi itu tidak bermaksud kejayaan. Pasukan harus memastikan manuver terbang Sky Crane berfungsi.
Kemudian, muncul nada yang mereka tunggu: "Touchdown disahkan," bersorak Chen. "Kami selamat di Marikh!"
Pandemonium dan kegembiraan meletus dalam kawalan misi JPL, di laman pesta pendaratan, dan di media sosial. Nampaknya dunia diraikan bersama pada ketika itu. Lebihan kos, kelewatan, semua perkara negatif yang pernah dinyatakan mengenai misi MSL nampaknya akan lenyap dengan kejayaan mendarat.
"Selamat datang ke Marikh!" Pengarah Laboratorium Jet Propulsion, Charles Elachi berkata pada sidang media selepas serangan dramatik, “Malam ini kita mendarat, esok kita akan mula menjelajah Mars. Rasa ingin tahu kami tidak ada hadnya. "
"Tujuh minit itu berjalan sangat pantas," kata Vasavada. "Itu sudah berakhir sebelum kita mengetahuinya. Kemudian semua orang melompat-lompat, walaupun kebanyakan kita masih memprosesnya sehingga berjaya. "
Pendaratan berjalan dengan baik - sememangnya sempurna - mungkin benar-benar mengejutkan beberapa pasukan di JPL. Walaupun mereka telah berlatih mendarat Curiosity beberapa kali, luar biasa, mereka tidak pernah dapat mendarat kenderaan dalam simulasi mereka.
"Kami berusaha melatihnya dengan sangat tepat," kata Vasavada, "sehingga semuanya selaras - kedua telemetri yang telah kami simulasi yang akan datang dari kapal angkasa, bersama dengan animasi masa nyata yang telah dibuat. Itu adalah perkara yang cukup rumit, tetapi sebenarnya tidak pernah berjaya. Oleh itu, pendaratan sebenarnya adalah kali pertama semuanya berjalan dengan baik. "
Rasa ingin tahu diprogramkan untuk segera mengambil gambar persekitarannya. Dalam masa dua minit pendaratan, gambar pertama dipancarkan ke Bumi dan muncul di skrin tontonan di JPL.
"Kami telah mengira masa para orbit untuk terbang semasa pendaratan, tetapi tidak tahu pasti apakah pautan relay mereka akan bertahan cukup lama untuk menurunkan gambar awal," kata Vasavada. "Gambar-gambar pertama cukup kasar kerana penutup pelindung masih ada di kamera dan pendorong telah menumpuk banyak debu pada penutup. Kami tidak dapat melihatnya dengan baik tetapi kami masih melonjak naik turun kerana ini adalah gambar dari Mars. "
Hebatnya, salah satu gambar pertama menunjukkan dengan tepat apa yang dihantar oleh rover untuk belajar.
"Kami mendarat dengan kamera pada dasarnya menghadap langsung ke Gunung. Tajam, ”kata Vasavada sambil menggelengkan kepalanya. "Dalam gambar HazCam (kamera bahaya), tepat di antara roda, kami mengambil gambar cantik ini. Terdapat gunung. Ia seperti tinjauan keseluruhan misi, tepat di depan kami. "
Esok: Bahagian 2 dari “Roving Mars With Curiosity,” dengan ‘Living on Mars Time’ dan ‘Discoveries’
"Cerita Luar Biasa Dari Angkasa: Pandangan di Sebalik Tabir Misi yang Mengubah Pandangan Kosmos Kita" diterbitkan oleh Page Street Publishing, anak syarikat Macmillan.
