Aportul laboratorului științific Marte pe Planeta Roșie nu este atât de ușor decât să înfășurați roverul pe o rachetă Atlas V și să-l explodați în direcția generală a Marte. Navigația cu nave spațiale este o știință foarte precisă și constantă și, în termeni mai simpli, presupune determinarea locului în care nava spațială este în permanență și păstrarea ei în curs până la destinația dorită.
Și, spune șeful echipei de navigație MSL, Tomas Martin-Mur, singura modalitate de a obține cu exactitate roverul Curiosity pe Marte este ca nava spațială să se uite constant în oglinda retrovizoare de pe Pământ.
„Ceea ce facem este să„ conducem ”nava spațială folosind date din rețeaua spațială profundă”, a spus Martin – Mur pentru Space Magazine. „Dacă vă gândiți la asta, nu îl vedem niciodată pe Marte. Nu avem o cameră de navigație optică sau alte instrumente care să poată vedea sau sesiza Marte. Ne îndreptăm către Marte, în timp ce privim înapoi pe Pământ, și cu măsurători de pe Pământ putem ajunge pe Marte cu o precizie foarte mare. "
Această precizie ridicată este foarte importantă, deoarece MSL utilizează un nou sistem de ghidare de intrare, coborâre și aterizare, care va permite navei spațiale să aterizeze mai precis decât orice debarcat sau rover anterior.
„Este foarte provocator și, chiar dacă este ceva similar cu ceea ce am făcut anterior cu misiunea Mars Exploration Rover (MER), de data aceasta va fi făcut la un nivel și mai mare de precizie”, a spus Martin-Mur. „Asta ne permite să ajungem într-un loc foarte interesant, Gale Crater.”
Pe Pământ, putem găsi în mod constant exact unde ne aflăm cu GPS - care este pe telefoanele noastre mobile și echipamentele de navigație. Dar nu există GPS pe Marte, așa că singurul mod în care roverul va putea să se îndrepte către - și prin - un punct precis în atmosfera Planetei Roșii este ca echipa de navigație să știe exact unde este nava spațială și să le spună. nava spațială exact unde se află. Ei utilizează rețeaua spațială profundă (DSN) pentru acele determinări de la lansare, până la Marte.
Rețeaua spațială profundă constă dintr-o rețea de antene de comunicare în spațiu profund extrem de sensibile în trei locații: Goldstone, California; Madrid, Spania; și Canberra, Australia. Amplasarea strategică la aproximativ 120 de grade distanță de suprafața Pământului permite observarea constantă a navei spațiale pe măsură ce Pământul se rotește.
Dar, desigur, nu este la fel de ușor decât să obții rachetă de la punctul A la punctul B, deoarece Pământul și Marte nu sunt poziții fixe în spațiu. Navigatorii trebuie să facă față provocărilor de calculare a vitezei și orientărilor exacte ale unui Pământ rotativ, a unui Marte rotativ, precum și a unei nave spațiale mișcătoare, în timp ce toate călătoresc simultan pe propriile lor orbite în jurul Soarelui.
Există și alți factori, cum ar fi presiunea radiației solare și focurile de propulsie, care trebuie să fie calculate cu exactitate.
Martin-Mur a spus că, deși MSL este un rover mult mai mare, cu o navă spațială și o versiune spate mai mare decât misiunea MER, instrumentele și calculele de navigație nu sunt prea diferite. Și în unele moduri, navigarea MSL ar putea fi mai ușoară.
"Vehiculul Atlas V oferă o lansare mult mai precisă și ne poate pune pe o cale mai precisă decât MER, care a folosit un Delta II", a spus Martin-Mur. „Acest lucru ne permite să folosim mai puțin propulsor, proporțional pe kilogram, pentru a ajunge pe Marte decât au făcut roverii MER.”
Rover-urile MER și navele spațiale au cântărit aproximativ 1 tonă, în timp ce MSL cântărește aproape 4 tone. MSL este alocat 70 kg de propulsor pentru stadiul de croazieră, în timp ce roboții MER foloseau fiecare aproximativ 42 kg de propulsor.
Interesant, pentru ca nava spațială MSL să coboare prin atmosfera și aterizarea lui Marte, nava spațială va folosi aproximativ 400 kg de propulsor.
În plus, Martin-Mur a spus că sunt disponibile efemerite planetare mai precise și măsuri de interferometrie de bază foarte lungă, care permit navigarea să poată livra nava spațială la locul potrivit în interfața de intrare atmosferică, astfel încât vehiculul să se regăsească în gama de parametri care a fost proiectat să funcționeze.
Navigare la Lansare
Totul începe cu ani de pregătire și calcule de către echipa de navigație, care trebuie să calculeze toate traiectoriile posibile către Marte, în funcție de momentul exact atunci când racheta Atlas V se lansează cu MSL la bord.
În unele cazuri, există literalmente mii de oportunități de lansare și toate traseele posibile trebuie calculate precis. Misiunea Juno, de exemplu, a avut ferestre de lansare zilnică de două ore cu 3.300 de oportunități de lansare posibile. Pentru MSL, ferestrele de lansare zilnice conțin posibilități de ridicare în pași de 5 minute. Pe parcursul celor 24 de zile de lansare, echipa a calculat 489 de traiectorii diferite pentru toate oportunitățile de lansare posibile.
În cele din urmă, vor ajunge să folosească doar unul.
"Nu este ceva ce faci din mers - pregătești toate acestea în avans, astfel încât să ai timp să te așezi să-l evaluezi și să-l verifici", a spus un alt membru al echipei de navigație MSL, Neil Mottinger, care a lucrat la Laboratorul de Propulsie Jet din 1967. A lucrat la navigație pentru multe misiuni precum Mariner, Voyager, MER și pentru mai multe misiuni internaționale.
"Funcția inițială a navigației la lansare este de a determina traiectoria navelor spațiale suficient de bine, astfel încât semnalul navei spațiale să fie bine în lățimea fasciculului antenelor DSN", a declarat Mottinger pentru Space Magazine.
Laboratorul de Știință Marte se va separa de racheta care a sporit-o spre Marte la aproximativ 44 de minute de la lansare, navigatorul urmărind fiecare mișcare a navei spațiale.
Mottinger a adăugat că fără capacitățile de comunicare ale DSN, nu există misiuni planetare. „Echipa de navigație face tot ce poate pentru a se asigura că nu există niciun fel de lacune în comunicare”, a spus el. "Este timpul de criză în primele 6-8 ore de la lansare pentru a putea determina poziția exactă a navei spațiale."
Din problemele recente cu misiunea Phobos-Grunt, este evident cât de dificil este să urmărești și să comunici cu o navă spațială abia lansată.
Corecții la jumătatea cursului
Din nou, echipa de navigație a modelat și calculat toate manevrele și arderile de propulsor pentru misiune. Odată ce MSL se va îndrepta spre Marte, echipa de navigație își va revizui toate modelele și va proiecta manevrele pentru a duce nava spațială la interfața de intrare corectă de pe Marte.
„Vom continua să determinăm orbita și să reproiectăm manevrele pentru nava spațială”, a spus Martin-Mur. „MSL are propulsoare de 1 lb - aceeași dimensiune ca nava spațială MER - dar nava noastră spațială este de aproape patru ori mai grea, astfel încât manevrele pe care le facem durează mult timp - unele vor dura ore”.
Pentru navigarea interplanetară, inginerii folosesc cazarele îndepărtate ca repere în spațiu pentru referința unde se află nava spațială. Quasarele sunt incredibil de luminoase, dar se află la distanțe atât de colosale încât nu se mișcă pe cer așa cum fac stelele mai apropiate. Martin-Mur a furnizat o listă cu aproape 100 de quasare diferite care ar putea fi utilizate în acest scop, în funcție de locul unde se află nava spațială.
„Este interesant”, răspunse Martin-Mur, „cu cvasari folosim ceva miliarde de ani lumină de noi, de la universul foarte timpuriu, care sunt atât de vechi încât s-ar putea să nu mai fie niciodată acolo. Este foarte interesant că folosim un obiect care, în prezent, nu mai există, dar le folosim pentru o navigare foarte precisă. "
Echipa de navigație trebuie să modeleze și presiunea de radiație solară - efectul pe care radiația Soarelui îl are asupra navei spațiale.
„Știm foarte bine, mulțumită prietenilor noștri din grupul de sisteme solare de dinamică, unde va fi Marte și unde se află Pământul și Soarele”, a spus Martin-Mur. Dar, deoarece această navă spațială nu a mai fost în spațiu înainte, ceea ce nu se știe cu exactitate este modul în care presiunea radiației solare va afecta proprietățile de suprafață ale navei spațiale și cum va perturba nava spațială. Dacă nu avem un model bun pentru asta, am putea fi la sute de kilometri distanță în timp ce nava spațială merge de pe Pământ la Marte. "
Ajungând la Marte
Pe măsură ce nava spațială se apropie de Marte, este foarte important să știm cu exactitate unde se află nava spațială. "Trebuie să direcționăm nava spațială spre punctul de intrare corect", a spus Martin-Mur, "și să spunem navei spațiale unde va intra, astfel încât să își poată găsi drumul către locul de aterizare."
Instrumentul de coborâre și descărcare de intrare MSL, sau MEDLI, va transmite informații înapoi pe Pământ pe măsură ce sonda intră în atmosferă, lăsând navigatorii - și echipa științifică - să știe exact unde a aterizat roverul.
Abia atunci echipa de navigație va putea - poate - să respire un suspin de ușurare.
