Kosmonautika XXII – Mýtický Fénix míří na Mars

V americké NASA vrcholí přípravy k vypuštění letošní první meziplanetární sondy, která nese jméno Phoenix. Cílem mise v hodnotě 420 milionů dolarů (cena zahrnuje vývoj, vědecké vybavení, start a náklady na provoz) [1] je druhá nejmenší planeta sluneční soustavy – Mars.

Obr. 1: Poster mise Phoenix k planetě Mars. [9]

Obr. 2: Sonda Phoenix na povrchu Marsu v představách umělce. [10]

Obr. 3: Přípravy montáže sondy Phoenix k nosné raketě. [11]

Obr. 4: Možné přistávací elipsy. [12]

Obr. 5: Start nosné rakety Delta II 7925 se sondou Phoenix proběhl v 11:36:34 SELČ. [13]

Flashová animace mise Phoenix

Planeta Mars má průměr 6 804,9 km (což je přibližně polovina průměru Země) a nachází se ve vzdálenosti 228 milionů kilometrů od Slunce. Průměrná teplota na povrchu Marsu dosahuje hodnoty -63°C, ale v období marsovského léta může na rovníku vystoupat do kladných hodnot, naopak na pólech klesá teplota běžně pod -100°C. Ale přestože je Mars menší, v mnoha ohledech překonává naši rodnou planetu. Nejvyšší pozemskou sopkou je Mauna Loa na Havaji s výškou 10,5 km (měřeno od mořského dna), její protějšek Olympus Mons však ční do neuvěřitelné výše 26 km a jeho základna má průměr 602 km. Známý arizonský Grand Canyon, vyhloubený řekou Colorado, má největší hloubku kolem 1,6 km a délku téměř 450 km. Na Marsu se však nachází mnohem větší kaňon s hloubkou 7 km a délkou přes 4 000 km. Jeho název je Valles Marineris – Údolí Marineru (na počest sondy Mariner 9) [2]. Vraťme se ale zpátky k misi Phoenix.

Sonda opravdu „povstala z popelu“ stejně jako bájný pták Fénix. Využívá totiž mnoho přístrojů a konstrukčních prvků z neúspěšné sondy Mars Polar Lander [3] a neuskutečněné Mars Surveyor 2001 Lander [4]. Celá sonda váží při startu 670 kg, z čehož na přistávací modul připadne 350 kg. Při přeletu bude elektrickou energii dodávat dvojice panelů slunečních baterií, o orientaci sondy a korekce dráhy se bude starat osm hydrazinových motorků. Při meziplanetárním letu se předběžně počítá s šesti korekcemi dráhy, přičemž poslední může být učiněna ještě 8 hodin před příletem k Marsu. Vlastní přistání je odlišné od předchozích misí poslední doby, které využívaly systému nafukovacích vaků pro ochranu landeru v závěrečné fázi přistání. Sonda Phoenix využívá „staré“ metody používané od počátků meziplanetárních výprav. Po vstupu do atmosféry bude přistávací pouzdro chránit tepelný štít, který třením zároveň sníží rychlost sestupu. Maximální přetížení dosáhne při sestupu hodnoty 9,3 G. Přibližně tři minuty před dosednutím, ve výšce 12,6 km, se vystřelí hlavní padák. Půl minuty před přistáním se oddělí vlastní přistávací pouzdro, které svoji rychlost sníží pomocí raketových motorků umístěných na spodní straně modulu. Několik desítek minut po přistání již začne oživování přístrojů a příprava na 90 solů dlouhou misi (1 sol = jeden marsovský den = 24 hodin a 37 minut) [1].

Vědecké vybavení o celkové hmotnosti 55 kg představuje sedm zařízení [dle 5 a 6]:

RA (Robotic Arm)
Vývoj: Jet Propulsion Laboratory
Robotické rameno o délce 2,35 m se čtyřmi stupni volnosti – nahoru a dolů, do stran, dopředu a dozadu a kolem své osy. Na jeho konci je malá radlice, která umožní odebírání vzorků půdy až do hloubky 50 cm. Vyhodnocení vzorků proběhne v analyzátorech TEGA a MECA. Rameno RA je tak jedno z nejdůležitějších zařízení na sondě Phoenix, protože je právě jedinou možností, jak odebrat vzorky pro výše zmíněné analyzátory.

RAC (Robotic Arm Camera)
Vývoj: University of Arizona a Max Planck Institute
Kamera umístěna na robotickém rameni RA. Hlavním úkolem je pořizovat barevný obrazový materiál odebíraných vzorků, místa odběru a okolí přistávacího modulu. K osvětlení snímané oblasti slouží dva bloky LED diod – horní jich obsahuje 36 modrých, 18 zelených a 18 červených, spodní 16 modrých, 8 zelených a 8 červených. Přesně definovaná vlnová délka světla emitovaného LED diodou bude využita ke zkoumání složení povrchu a odkrytých podpovrchových vrstev se zaměřením na detekci vody a vodního ledu. CCD snímací prvek bude pořizovat snímky ve velmi vysokém rozlišení až 23 μm na pixel.

SSI (Surface Stereoscopic Imager)
Vývoj: University of Arizona
Panoramatická stereoskopická kamera s vysokým rozlišením. Využívá pokročilý optický systém s 12 filtry, které umožňují multispektrální snímaní jak ve viditelné, tak infračervené oblasti. Výsledná data budou využita k získaní informací o prostorovém uspořádání krajiny kolem přistávacího modulu, měření koncentrace prachu a přítomnosti mraků v atmosféře. Samozřejmostí je vytváření, v dnešní době populárních, virtuálních 3D snímků.

TEGA (Thermal and Evolved Gas Analyzer)
Vývoj: University of Arizona a University of Texas
Kombinuje vysokoteplotní pec a hmotnostní spektrometr. Vzorky půdy odebrané robotickým ramenem RA budou dopraveny do úzké komory velké asi jako náplň kuličkového pera, kde se vzorek postupně zahřeje až na teplotu 1 000°C. Odpařené látky jsou pak odvedeny do hmotnostního spektrometru, kde jsou podrobeny analýze. Rozlišovací schopnost měření koncentrace vybraných molekul a atomů je až neuvěřitelná – 10 částic z miliardy.

MECA (Microscopy, Electrochemisty and Conductivity Analyzer)
Vývoj: Jet Propulsion Laboratory, University of Arizona a University of Neuchatel
Jedná se o soubor několika vědeckých přístrojů pro analýzu odebraných vzorků marsovské půdy. Vyhodnocení vzorku bude zajištěno na základě jeho elektrochemických a vodivostních charakteristik. Pomocí mikroskopu budou pozorovány částečky půdy pro určení způsobu jejich vzniku a složení.

MARDI (Mars Descent Imager)
Vývoj: Malin Space Science System
Širokoúhlá kamera pro snímání povrchu Marsu při přistání. Po odhození tepelného štítu, ve výšce kolem 8 km, začne snímkování přistávací oblasti sondy Phoenix. Snímky budou sloužit ke zkoumání polární oblasti Marsu a hlavně k přesnému geografickému zařazení místa přistání. Kamera bude mít možnost pořídit snímek každé 4 ms a její součástí bude i mikrofon. Po přistání bude sestupová kamera MARDI vypnuta.

MET (Meteorological Station)
Vývoj: Canadian Space Agency
Jak již název napovídá, bude náplní tohoto zařízení měření a zaznamenávání základních meteorologických prvků jako je teplota, vlhkost a tlak pomocí konvenčních čidel. Mimoto bude použita technologie LIDAR (Light Detection and Ranging) pro zkoumání zejména vlastností atmosféry. LIDAR funguje na obdobném principu jako radar s tím rozdílem že místo rádiových vln se využívá světelného (laserového) paprsku.

Start sondy Phoenix byl původně naplánován na 3. srpna 2007, ale z důvodu špatného počasí na floridském kosmodromu byl odložen na sobotu 4. srpna. Startovací okno pro tento den začíná v 11:26:31 a končí ve 12:02:55 SELČ [7]. Jako nosná raketa byl vybrán osvědčený třístupňový nosič Delta II 7925 s devíti pomocnými startovacími motory GEM (Graphite Epoxy Motor). Při startu se zažehne hlavní motor RS-27A společně se šesti motory GEM. Po asi minutě letu vyhoří pevná pohonná látka v motorech, přičemž se zažehují tři zbývající motory GEM a šest vyhořelých se odhazuje. Po další minutě letu dohoří i zbývající tři motory GEM a jsou taktéž odhozeny. V čase T +4:23,3 ukončí motor RS-27A svoji činnost a první stupeň rakety je odpojen. Asi pět minut po startu je odhozen aerodynamický kryt, který chránil sondu při průletu hustými vrstvami atmosféry. Předběžná oběžná dráha má perigeum ve výšce 141 km a apogeum ve výšce 155 km. Při restartu motoru druhého stupně je zvýšeno apogeum na hodnotu 5 034 km a po tomto manévru je druhý stupeň odhozen. Na řadu přichází osvědčený motor Star 48B, který tvoří pohonnou jednotku třetího stupně rakety. Pomocí tohoto motoru je sondě Phoenix udělena rychlost k opuštění gravitačního vlivu Země. Čas oddělení sondy od posledního stupně je stanoven na T +84:10,3 [8].

Hlavním cílem mise sondy Phoenix je určení možnosti přítomnosti života na Marsu v dobách geologické minulosti. Dále se potom jedná o vytvoření „mapy“ historie přítomnosti vody a sledování počasí v polární oblasti Marsu. Doufejme, že start i meziplanetární let proběhnou bezproblémově a sonda v pořádku přistane do polární oblasti Marsu.

Flashová animace mise Phoenix