Nu este ușor de transportat un pachet de instrumente științifice, sensibile, zeci de milioane de kilometri până pe Marte, după care acestea să fie așezate cu grijă pe suprafața planetei. Marte are o atmosferă rarefiată și, dacă pachetul este unul mai mare și greu, parașutele nu reușesc să frâneze suficient de mult încărcătura, pentru o așezare lină la sol.
Este deci nevoie de metode mai complexe de frânare, care să reducă suficient de mult viteza vehiculelor. Iar, cu cât complexitatea unui sistem crește, cu atât cresc și șansele ca eșecul să fie o posibilitate. Dovadă ne stau multitudinea de misiuni marțiene eșuate, cărora, din păcate, li s-a adăugat și una europeană în 2016. Doar Statele Unite au reușit până în prezent să plaseze în siguranță landere și rovere marțiene pe care să le poată folosi ulterior.
Dar să analizăm la rece ce s-a întâmplat cu sonda trimisă de inginerii europeni, care au încercat pentru prima dată să așeze pe Marte o platformă echipată cu o mulțime de senzori și instrumente științifice.
Ochii și urechile spre Marte
19 OCTOMBRIE 2016. Sunt pe drum, undeva la jumătatea distanței dintre Baia Mare și Cluj-Napoca, dar prin intermediul rețelei Twitter sunt conectat în timp real la evenimente care au loc la peste 50 de milioane de kilometri de mine. Mă uit pe bolta de pe care Soarele încă nu apusese și încerc să-mi imaginez ce se petrece cu mult dincolo de orizontul nostru, în atmosfera marțiană. Acolo unde, pentru prima dată, o sondă europeană, echipată cu instrumente științifice asamblate pe bătrânul continent, încearcă să ajungă în siguranță pe imensul și dezolantul deșert marțian.
Mai sunt câteva minute. Pune este o localitate aflată la 150 de kilometri de aglomeratul Mumbai, plasată în interiorul Indiei. Undeva în nord, la 80 de kilometri de Pune și la 10 kilometri de autostrada care leagă Pune de Nasik, se află un câmp plin cu 30 de antene parabolice uriașe, fiecare cu un diametru de 45 de metri. De obicei, cele 30 de antene studiază deplasarea spre roșu a liniei hidrogenului din protogalaxiile universului timpului sau ascultă foarte atent încă misterioșii pulsari, dar în 19 octombrie toate antenele erau îndreptate spre Marte.
Sonda ExoMars a fost lansată în 14 martie 2016 de către o rachetă rusească Proton. Drumul ei spre Marte a fost lipsit de incidente, deși, la scurt timp după ce acesteia i-a fost imprimată traiectoria spre Planeta Roșie, treapta superioară a rachetei Proton a explodat dintr-un motiv rămas încă neelucidat. Fragmentele rezultate în urma dezintegrării rezervorului se pare că nu au afectat deloc sonda, care și-a continuat liniștită drumul prin imensitatea spațiului interplanetar.
În 16 octombrie are loc prima manevră esențială după multe luni de voiaj liniștit: separarea satelitului TGO (Trace Gas Orbiter) de landerul EDM (Descent and Landing Demonstrator Module, sau Schiaparelli). Cele două componente au călătorit împreună, dar, în timp ce TCO trebuie să ocolească planeta din fața sa și să se înscrie de acum pe o orbită în jurul acesteia, EDM are o sarcină mai dificilă, aceea de a coborî pe suprafața marțiană.
Evenimentul de separare are loc fără probleme majore (s-a pierdut temporar telemetria TCO, dar aceasta a fost restabilită la scurt timp) și de acum cele două vehicule se îndreaptă spre Marte pe traiectorii diferite.
Giovanni Schiaparelli (1835-1910) a fost un astronom italian care a studiat Planeta Roșie și care a folosit pentru prima dată termeni precum mări și continente cu privire la Marte, dar și celebrele canale marțiene, care în cele din urmă s-au dovedit a fi simple iluzii optice. Astăzi, un crater cu un diametru de 461 m, apropiat de ecuatorul marțian, îi poartă numele.
Revenim la ziua de 19 octombrie, când are loc cel mai important test pentru EDM/Schiaparelli. Acesta, pe lângă cele zece instrumente științifice de la bord, are și un emițător radio. De obicei, sondele care ajung pe Marte nu comunică direct cu Pământul, pentru că ar avea nevoie de o energie prea mare pentru a transmite un semnal radio slab, care să ajungă de pe suprafața marțiană direct la antenele noastre.
În cazuri speciale, acest lucru se întâmplă, dar chiar și roboțeii americani aflați deja acolo, Opportunity și Curiosity, folosesc sateliții aflați pe orbita marțiană (și, slavă domnului, avem o mulțime), sateliți care interceptează semnalul radio de pe suprafață, eventual îl înregistrează în computerele de bord, îl amplifică și îl retrimit spre Pământ mult mai eficient.
Când Schiaparelli a fost proiectat, nici măcar nu s-a luat în considerare posibilitatea ca de pe Pământ să putem intercepta direct semnalele emise de acesta. Așa s-a întâmplat și când a ajuns Curiosity, acesta a emis date telemetrice, imagini, date înregistrate de diverși senzori, dar semnalul nu a ajuns direct la noi, el fiind înregistrat și redirecționat prin sateliții marțieni ai NASA și ESA, care și-au modificat orbitele astfel încât să se găsească deasupra zonei unde Urma să se afle Curiosity.
În acest fel, lățimea benzii și viteza de transmisie sunt mult superioare, ceea ce se traduce printr-o cantitate mai mare de date care ajunge mai repede pe Pământ, dar cu o oarecare întârziere. Însă, de această dată, Europa încerca un experiment în premieră: voia să vadă în timp real datele transmise de Schiaparelli.
Nemaiavând răbdare până când acestea erau înregistrate și retransmise, ESA a decis să folosească antenele de la Pune (upgradate de inginerii de la JPL special pentru acest eveniment) pentru a asculta în direct ce avea să ne spună landerul în timpul traversării atmosferei. Bine, trebuie să ținem cont că ascultarea nu are loc chiar în timp real, există un decalaj de 9 minute și 47 de secunde cauzat de timpul necesar semnalului să parcurgă cei 54,6 milioane de kilometri care ne despart de Marte.
Cu 75 de minute înainte de contactul cu atmosfera marțiană, Schiaparelli a început să emită pe o frecvență care putea fi ascultată din Pune, India. Semnalul radio, deși slab, a putut fi identificat de uriașele antene și inginerii deveneau din ce în ce mai atenți. Schiaparelli se afla la peste 100 de kilometri de Marte și se îndrepta cu peste 20.000 km/h spre suprafață.
Landerul era protejat de un scut termic, folosit pentru a frâna inițial vehiculul la contactul cu atmosfera, urmând ca la o altitudine de 11 kilometri o parașută să profite de rarefiata atmosferă marțiană pentru a-i reduce și mai mult viteza. Ajuns la 7 kilometri altitudine, deasupra zonei denumite Meridiani Planum, scutul termic era înlăturat.
Planul era ca, înainte de a ajunge la suprafață, un sistem de rachete de mici dimensiuni, cu combustibil lichid, să fie activat pentru a decelera și mai mult landerul, până la o viteză de 7 km/h. Iar la o altitudine de 2 metri era momentul în care motoarele cu combustibil lichid s-ar fi oprit și landerul ar fi căzut liber pe suprafață. Semnalul primit în India nu era unul foarte complex, dar inginerii puteau urmări date telemetrice care indicau coborârea lui Schiaparelli spre suprafața marțiană.
Încep veștile proaste
La un moment dat, mai repede decât ne așteptam, transmisiunea s-a oprit. Semnalul care trebuia să indice o amartizare cu succes nu a mai venit. Inginerii priveau ecranele pe care acum regăseau doar zgomot de fond și un fior de panică începea să se răspândească pe rețelele de socializare, unde oricine putea să urmărească desfășurarea evenimentelor.
Ceva a mers prost. Nu știm încă ce. Nu știm dacă problemele au fost la recepție, nu știam dacă semnalul slab de pe Marte nu a mai ajuns la noi din cauza reliefului, a interferențelor sau din cauză că ceva neprevăzut se întâmplase cu Schiaparelli. Toată lumea aștepta, însă veștile de pe Marte păreau să fie proaste, problemele păreau să nu fie la recepție.
O veste bună a venit totuși, însă din partea satelitului TGO: acesta reușise o manevră crucială de frânare, care i-a redus viteza și a permis astfel gravitației marțiene să-l captureze și să-l înscrie pe orbită. TGO era în siguranță, știam acest lucru deoarece semnalul radio de la acesta ne-a parvenit exact în momentul calculat de ingineri, după ce TGO a dat primul ocol planetei. Însă nicio informație nouă despre EDM/Schiaparelli.
Ce s-a întâmplat? Dacă nu am fi avut la dispoziție rețeaua de antene de la Pune, sau dacă experimentul de comunicare directă cu Schiaparelli ar fi eșuat din alte motive, planul era ca sonda europeană Mars Express să fie un releu pentru EDM. Aceasta avea să se afle deasupra landerului în momentul coborârii spre suprafață, dar și la o oră și jumătate după amartizare.
Mars Express a fost echipată cu un dispozitiv denumit Melacom, care a fost utilizat pentru a comunica în banda UHF cu Spirit, Opportunity, Phoenix și Curiosity. Mai mult decât atât, NASA a modificat orbita sondei MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) pentru a da târcoale locului unde trebuia să se afle Schiaparelli, la două ore după momentul amartizării, fiind a treia variantă pentru a intercepta un semnal radio de la landerul european. MRO este echipată nu doar cu relee radio, dar are la bord și camere foto de înaltă definiție, care puteau oferi imagini cu locul unde acesta s-ar fi aflat.
Dar cea mai importantă manevră era cea a lui TGO, care urma să înregistreze datele emise de EDM în timpul traversării atmosferei, în timp real. Fiind ocupată cu inserția orbitală, TGO nu putea să își orienteze antenele spre Pământ și să transmită aceste date în timp real, dar avea să le înregistreze la bord și să le retransmită cu prima ocazie, după ce se instala confortabil pe orbita marțiană.
Toți ochii erau așadar îndreptați spre Schiaparelli. Până și Opportunity s-a oprit din activitățile sale obișnuite pentru a se uita spre cerul marțian, încercând să surprindă momentul în care scutul termic al lui Schiaparelli devenea incandescent, brăzdând atmosfera. Vă imaginați ce priveliște ar fi fost, un robot aflat pe suprafața planetei urmărind un alt robot venind spre Marte? Din păcate, camerele foto ale lui Opportunity nu au putut surprinde momentul în care EDM străbătea atmosfera, ar fi fost cu adevărat un cadru spectaculos.
Ce s-a întâmplat cu Schiaparelli?
Cu atâtea sonde îndreptate spre EDM, nu a durat prea mult timp până când inginerii s-au elucidat. Aproximativ 600 MB de date au fost înregistrate de TGO și transmise până a doua zi spre Pământ. Specialiștii au început să descifreze telemetria nefericitei sonde și au ajuns la concluzia că, deși parașuta s-a deschis la momentul potrivit, dintr-un motiv știut doar de Schiaparelli, scutul termic și parașuta s-au desprins mult mai repede decât fuseseră inițial programate să o facă.
Din această cauză, viteza landerului prin atmosferă era acum mult prea mare. Atmosfera marțiană mult mai rarefiată decât pe Pământ nu este foarte eficientă la frânarea cu parașute, dar acestea își fac destul de bine treaba pentru a reduce semnificativ viteza. Computerul care a dat comanda de separare a parașutei a devenit acum și mai confuz și retrorachetele care trebuiau să frâneze și mai mult landerul au funcționat doar 3 secunde, din cele 60 programate dacă parașuta și-ar fi făcut treaba până la capăt.
Computerul credea că se află mult mai aproape de suprafață, o presupunere evident greșită. Iar cele 3 secunde au redus viteza doar la 300 km/h. În acest moment, Schiaparelli se afla undeva între 2 și 4 kilometri altitudine, de unde a început să cadă liber spre suprafață. Căderea liberă era programată să aibă loc de la 2 metri, nu 2 kilometri. Impactul a fost violent și, pentru că landerul mai avea combustibil lichid, care nu a fost consumat de rachetele care trebuiau să-l frâneze, este foarte posibil să fi avut loc o explozie.
Niciun echipament științific sau emițător radio nu a supraviețuit impactului. MRO a fotografiat locul în care a ajuns EDM și se poate vedea cum sonda europeană a creat involuntar un nou crater de aproximativ 2 metri pe suprafața marțiană. Încă nu cunoaștem de ce computerul de bord a renunțat atât de repede la parașută sau de ce a devenit confuz cu privire la altitudinea la care se afla, comandând oprirea propulsoarelor de frânare.
Sunt investigate posibile erori de programare, dar inginerii încă nu au terminat de interpretat datele furnizate prin intermediul satelitului TGO.
În decembrie 1971, sonda sovietică Mars 3 ajungea pe suprafața planetei Marte, dar bucuria inginerilor a durat mai puțin de 15 secunde, după care transmisiunea s-a oprit definitiv, din motive necunoscute. S-au primit pe Pământ câteva date și un fragment din ceea ce trebuia să fie prima fotografie. A fost singura sondă sovietică ajunsă pe suprafața lui Marte și singura sondă non-americană care a reușit să ajungă cu succes pe suprafața Planetei Roșii.
Europa nu a reușit să devină a doua putere spațială care să realizeze o amartizare și a întărit statisticile care spun că jumătate dintre sondele care sunt trimise spre Marte nu ajung întregi la destinație.
Eșec total sau învățăm din greșeli?
Deși poate fi privită ca un eșec, tentativa de amartizare nu reprezintă neapărat un eveniment catastrofal pentru Agenția Spațială Europeană (ESA). Mai mult chiar, directorul ESA a ținut să sublinieze că, încă de la început, EDM a fost doar un test, un experiment, după cum îi spune și numele: Descent and Landing Demonstrator Module.
El a catalogat misiunea ca fiind totuși un succes: TGO se află pe orbită și parametrii acesteia sunt nominali, în timp ce au fost acumulate foarte multe date importante cu privire la coborârea EDM/Schiaparelli prin atmosferă, date din care inginerii pot învăța foarte multe lucruri. Acestea vor fi aplicate în 2020, când urmează a doua parte a misiunii ExoMars, în care Europa trimite spre Marte un rover, deci un robot mobil, mult mai sofisticat.
Sateliți marțieni artificiali
Mars Odyssey (NASA, 7.04.2001)
Mars Express – MEX (ESA, 2.06.2003)
Mars Reconnaissance Orbiter – MRO (NASA, 12.08.2005)
Mars Orbiter Mission – Mangalyaan (ISRO, 5.11.2013)
MAVEN (NASA, 18.11.2013)
ExoMars Trace Gas Orbiter – TGO (ESA, 14.03.2016)Rovere marțiene
Opportunity (NASA, 8.07.2003)
Curiosity (NASA, 26.11.2013)
Nu putem decât să sperăm că inginerii vor învăța din datele oferite de EDM cum să evite o nouă prăbușire în 2020. Asta dacă misiunea va mai avea loc, pentru că sunt voci care spun că partea a doua a ExoMars urmează să fie anulată. Ea a fost deja amânată doi ani, pentru că inițial a doua lansare din cadrul ExoMars urma să aibă loc în 2018, însă veșnicele motive financiare au împins lansarea spre următoarea fereastră, aflată la 2 ani distanță.
Prăbușirea lui Schiaparelli pe suprafața marțiană nu va ajuta prea mult Agenția Spațială Europeană în asigurarea sprijinului politic și financiar de care are nevoie pentru a continua misiunea ExoMars.
Trace Gas Orbiter
TGO este cea mai importantă componentă a acestei prime faze ExoMars. Sonda urmează să cartografieze sursele de metan identificate pe Marte și să încerce să ne ofere explicații cu privire la originea acestora. În ianuarie 2017, după o serie de manevre, TGO și-a modificat orbita: în loc de o perioadă orbitală de 4 zile marțiene, aceasta a fost redusă la o singură zi marțiană, iar în martie altitudinea a ajuns la 400 km, manevră care circularizează orbita, pentru că înainte altitudinea acesteia varia între 300 și 96.000 kilometri.
ESA speră să poată utiliza TGO atât pentru măsurări științifice ale atmosferei marțiene, dar și ca un releu de comunicație pentru ExoMars II și alte sonde de pe suprafața marțiană, până cel mai devreme în 2022. TGO este echipată cu patru instrumente științifice principale:
- NOMAD (o colecție de trei spectrometre – două în infraroșu și unul în ultraviolet – pentru identificarea metanului)
- ACS (trei instrumente care vor analiza radiația în infraroșu pentru detalii cu privire la structura atmosferei marțiene)
- CaSSIS (o cameră foto de înaltă definiție – 5 metri/pixel – pentru a pune în evidență sursele de metan de la suprafață)
- FREND (un detector cu neutroni pentru cartografierea hidrogenului până la adâncimi de un metru și a detecta astfel depozite de apă plasate aproape de suprafața planetei).
Viitoare misiuni marțiene
În prezent, 6 sateliți artificiali orbitează planeta Marte: pe lângă 3 sateliți americani și 2 europeni, există și un satelit indian pe orbita marțiană, iar viitorul este unul promițător. NASA urmează să lanseze un lander nou în 2018 (InSight, dedicat studiului cutremurelor marțiene), iar 2020 reprezintă un an foarte încărcat în ceea ce privește lansările spre Marte.
Europa speră să trimită pe Marte un rover, NASA va lansa un model evoluat al prezentului Curiosity, iar India, China și Emiratele Arabe Unite speră să lanseze spre Marte cel puțin un satelit, dacă nu chiar landere sau rovere (India și China au astfel de planuri îndrăznețe, vom vedea dacă nu sunt cumva prea îndrăznețe).
Și să nu uităm de SpaceX, care are de gând să trimită în 2018 o capsulă Red Dragon spre Marte și, dacă aceasta va ajunge cu bine pe suprafața planetei, cu siguranță că nu vor rata nici fereastra din 2020, Elon Musk anunțând că, pentru a-și face mâna, SpaceX va lansa câte un Red Dragon spre Marte de fiecare dată când alinierea planetelor o permite, adică aproximativ din doi în doi ani.
Marte rămâne cea mai studiată planetă din sistemul solar, după Pământ, și principala țintă a puterilor spațiale, dincolo de orbita planetei noastre. Pentru că este și destinația viitoarelor misiuni cu echipaj uman, în următoarea perioadă se vor intensifica misiunile robotizate dedicate Planetei Roșii, pentru a afla mai multe despre locurile în care urmează să ajungem, dar și pentru a exersa manevrele complexe de amartizare.
Și, printre agențiile spațiale naționale, vom avea de această dată și jucători comerciali, care nu fac decât să catalizeze eforturile în explorarea planetei Marte. Dincolo de o cursă spațială, cred că deja putem vorbi despre expansiunea speciei umane spre un nou teritoriu ce așteaptă să fie cucerit, de acestă dată unul extraterestru.
