ROBOTI U ISTRAŽIVANJU PLANETA I ASTEROIDA

Tekst: Karlo Bermanec

Foto: NASA/Kerbal/ProGEO-Hrvatska

Ljude je odavno zanimalo od čega je napravljen Mjesec i drugi planeti. Jesu li slični Zemlji, ili pak nisu? Odgovor na to pitanje mogu pružiti samo uzorci stijena s površine nekog planeta ili mjeseca, ali pribavljanje uzoraka nije jednostavno, niti jeftino. Tek u 20. stoljeću ostvarila se prva mogućnost da neposredno istražimo neki nezemaljski objekt, nama najbliži – Mjesec. Slanje ljudske posade u svemirskim misijama prikupljanja uzoraka je iznimno skupo i rizično, no kad su već bili na Mjesecu, astronauti su bili zaduženi i za obavljanje različitih znanstvenih eksperimenata uključujući istraživanje mjesečeve površine i prikupljanje uzoraka stijena i tla (regolita). Tako su posade programa Apollo na Zemlju donijele 380.96 kg uzorka stijena i tla (regolita) s površine Mjeseca.

Robotsko sakupljanje i povratak uzoraka

Najrizičnije i najteže svemirske misije su one koje za povratak uzoraka zahtijevaju slijetanje na neko svemirsko tijelo poput asteroida, mjeseca ili planeta. Potrebno je mnogo vremena, novca i tehničke sposobnosti da bi se uopće pokrenuli takvi planovi. To je kompleksan podvig koji zahtijeva da se sve, od lansiranja do slijetanja na neko svemirsko tijelo, pa sakupljanja uzoraka i lansiranja natrag na Zemlju, isplanira s velikom preciznošću.

Međutim, misije prikupljanja svemirskih uzorka i njihove dopreme na Zemlju, unatoč najvećem riziku, su za planetarne znanosti najvrednije. Gledano iz pozicije odnosa s javnosti i pribavljanja sredstava za buduće misije, takve misije imaju velik marketinški potencijal, što je važan atribut za istraživanje svemira kada je u pitanju javna podrška.

Problem komunikacije na velikim udaljenostima

Kvaliteta komunikacije ovisi o udaljenosti sugovornika. Dok se na malim udaljenostima možete i dopisivati, na velikima ovisite o radio-komunikaciji što je i osnova mobilne telefonije. Kako se radio valovi u svemiru šire brzinom svjetlosti (oko 300.000 km u sekundi) problem s komunikacijom između radio odašiljača na Zemlji i prijemnika u satelitu nastaje na većim udaljenostima. Čak i sunčevoj svjetlosti kao elektromagnetskom valu, potrebno je u prosjeku 8 minuta i 30 sekundi da prijeđe put od Sunca do Zemlje. Mjesec nam je blizu, udaljen je od Zemlje samo oko 384.400 km, pa radio signalu sa Zemlje do Mjeseca treba samo 2,56 sekundi. Naravno, u komunikaciji tu ovisimo i o brzini slanja i primanja podataka. No, što ako je za neku svemirsku misiju potrebna dvosmjerna komunikacija Zemlja-Mars-Zemlja ili Zemlja-Pluton-Zemlja ?

Zamislite da vam televizijski signal neke nogometne utakmice kasni 2,56 sekundi ili pak da neka MMORPG igra da ima probleme s latencijom – to nije baš sjajno. A sad zamislite situaciju u kojoj  za iduću scenu utakmice ili za sljedeći potez u igri trebate čekati 5 do 10 sati! S trenutnom tehnologijom i važećim zakonima fizike, nema nam druge nego naoružati se strpljenjem, ali je potrebno i da robotske sonde koje koristimo pri istraživanju planeta i asteroida, budu automatizirane i po mogućnosti autonomne jer ne mogu čekati instrukcije sa Zemlje ako je potrebno obaviti brzi manevar.

Na greškama se ući

Čak i neuspjeh daje rezultate na osnovu kojih je moguće prilagoditi neku svemirsku sondu ili robota za idući pokušaj. Jedna od prepreka kojima je izložena svaka svemirska misija je i sam način prikupljanja uzoraka koji ovisi o vrsti misije i svemirskom tijelu koje se istražuje, pa projektanti, inženjeri i znanstvenici moraju biti dosjetljivi oko toga što i kako prikupiti.

Prvo prikupljanje uzoraka Mjesečevog tla – misije Luna

U jeku svemirske utrke 1960. i 1970-tih godina, Sovjetski Savez je imao flotu robota čiji se generalni plan sastojao od mekog slijetanja sonde na Mjesec, prikupljanje uzorka i uspješan povratak prikupljenog materijala na Zemlju. Luna 16 bila je prva robotska sonda koja je uspješno sletjela na Mjesec, bušila tlo i prikupila uzorke mjesečevog tla, te ih vratila na Zemlju. Što se desilo sa Lunama od 1 do 15?  Neke nisu preživjele polijetanje sa Zemlje, a neke ni slijetanje na Mjesec, te bilo je i pet neuspješnih pokušaja povratka materijala. Dok su kasnije misije bile znatno uspješnije; npr. Luna 24 čak našla vodeni led.

Misije Luna 16 (1970.), Luna 20 (1972.) i Luna 24 (1976.) dopremile su na Zemlju 301 g mjesečevog tla. Tako da, do relativno nedavno, jedine uspješne misije automatiziranog robotskog uzimanja uzorka ove vrste bile su sovjetske misije Luna.

Sakupljanje sunčevog vjetra – misija Genesis:

Sljedeća misija vraćanja nezemaljskih uzoraka bila je misija Genesis (2004.), koja je prikupila uzorke sunčevog vjetra na Zemlju. Nažalost, kapsula Genesis na povratku nije uspjela otvoriti padobran pa je “tvrdo” sletjela u pustinju u Utahu. Bilo je straha od ozbiljne kontaminacije ili čak potpunog gubitka misije, ali znanstvenici su uspjeli spasiti mnoge uzorke. To su bili prvi uzorci prikupljeni izvan mjesečeve orbite. Sonda Genesis je koristila kolektor izrađen od tanke ploče (wafer) ultra čistog silicija, aluminija i zlata. Svaka različita oblatna koristila se za prikupljanje različitog dijela sunčevog vjetra.

Prikupljanje uzoraka s kometa i međuzvijezdane prašine – misija Stardust

NASA-ina svemirska sonda Stardust je 2006. godine na Zemlju donijela prve uzorke s jezgre kometa Wild 2. Sonda je prošla pored komete i sakupljala uzorke prašine iz oblaka koji okružuje jezgru kometa i predstavlja njegovu atmosferu (komu). Stardust je koristio kolektor izrađen od aerogela koji ima oko 1/1000 gustoće stakla. To je omogućilo prikupljanje čestica koje potječu s jezgre kometa bez oštećenja uslijed velikih brzina sudara. Visoko-brzinski sudari čestica s čak malo poroznim čvrstim sakupljačima rezultirali bi uništenjem tih čestica i oštećenjem uređaja za sakupljanje. Tijekom misije poleđina Stardustovog kolektora je prikupila najmanje sedam čestica međuzvjezdane prašine.

Sakupljanje uzoraka stijena i tla s Marsa – Mars 2020. nadalje

Marsov rover Perseverance lansiran je 2020. godine i opremljen je naprednim sustavom za uzimanje uzoraka sa svrdlima, rukom za vađenje kamene jezgre i epruvetama za uzorke koji su najčišći hardver ikad poslan u svemir. Plan misije u prvoj fazi uključuje uzimanje uzoraka i njihovo ostavljanje na površini Marsa za neki budući rover (druga faza) koji ih treba  dopremiti do vozila za lansiranje koje bi ih odnijelo u orbitu, dok bi se orbiter lansiran u trećoj misiji sastao s uzorcima i pohranio ih u vrlo sigurnu kapsulu kojom bi bili poslani na Zemlju 2031. godine. Dakle do neposrednog uvida u marsove stijene trebat ćemo pričekati najmanje 11-12 godina!

Sakupljanje uzoraka s asteroida – Misije Hayabusa, Hayabusa 2 i Osiris Rex

Komplikacije nastaju i kada se radi o malenom nebeskom tijelu poput asteroida, o čijoj površini ne znamo ništa, dok ne dođemo tamo i kartografski je snimimo. Primarni znanstveni cilj misije Hayabusa (2003.) Japanske svemirske agencije (JAXA) bio je prikupiti površinski uzorak materijala s malog potencijalno opasnog asteroida Itokawa i donijeti ga na Zemlju na analizu. To je ujedno bila misija demonstracije tehnologije. Hayabusa je prva svemirska letjelica dizajnirana da dodirne površinu asteroida svojim uređajem za hvatanje uzoraka, a zatim se odmakne. Kapsula sa uzorcima se 2010. g. vratila na Zemlju, a mnoge sitne čestice u njoj su identificirane kao dijelovi vrlo primitivnog asteroida.

Nasljednici Hayabuse u smislu istraživanja potencijalno opasnih asteroida u blizini Zemlje su Japanska misija Hayabusa 2 koja je već topografski istražila asteroid Ryugu i prikupila uzorke, te pa se sada vraća na Zemlju, i Američka Osiris Rex koja je trenutno u niskoj orbiti oko asteroida Bennu. I tako, dok očekujemo svježu pošiljku uzoraka stijena i tla sa Ryugua za Božić 2020. g., nadamo se uspješnom prikupljanju materijala s Bennua koje se očekuje 20.10.2020. Naravno, imajte na umu da će televizijska slika uzimanja uzoraka kasniti oko 44 sekunde.

Na kraju, tko zna kako će nove generacije pristupiti problemu, koje nove inovativne i jednostavnije metode će biti izmišljene i primijenjene. Svima nestrpljivima, znatiželjnima pa tako i budućim inovatorima predlažem PC igre Kerbal space program 1 i 2, koje na zabavan način služe kao alat za učenje o raketarstvu, orbitama, slijetanju na razna nebeska tijela – i ako ste dovoljno spretni, povratku nazad.

 

Slika 1 – Sunčev sustav izražen svjetlosnim minutama jednosmjerno u odnosu na Zemlju

Slika 2 – Grafički prikaz povratka uzorka s Mjeseca misije Luna-24. Slika iz Američkog svemirskog podatkovnog centra.

Slika 3 – Misija Genesis https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/g/genesis

Slika 4 – Umjetnički prikaz misije Stardust https://www.jpl.nasa.gov/missions/stardust/ 

Slika 5 – Animirani gif uzimanja uzoraka sonde Hayabusa 2 https://www.spaceflightinsider.com/video/jaxa-releases-video-of-dramatic-hayabusa-2-asteroid-touchdown/

Slika 6 – Kerbal Space Program