Aλλη μια αποστολή έφτασε πριν από λίγα 24ωρα στον Αρη. Ο ευρωπαϊκός δορυφόρος Trace Gas Orbiter (TGO) τέθηκε με επιτυχία σε τροχιά γύρω από τον Κόκκινο Πλανήτη και θα πραγματοποιήσει ατμοσφαιρικές μελέτες σε αυτόν. Ο TGO απελευθέρωσε επίσης μια μικρή συσκευή προσεδάφισης, ονόματι Schiaparelli, με κύριο στόχο να δοκιμασθεί η ασφάλεια του συστήματος προσεδάφισης που θα χρησιμοποιηθεί στην επόμενη φάση της αποστολής Exomars. Δυστυχώς όμως τα πράγματα δεν πήγαν κατ’ ευχήν. Το Schiaparelli αγνοείται και μάλλον συνετρίβη στην επιφάνεια του πλανήτη. Οι επιστήμονες δηλώνουν ωστόσο αισιόδοξοι. Είναι χαρούμενοι για την επιτυχή τροχιοδρόμηση του δορυφόρου και πιστεύουν ότι έχουν πολλά να διδαχθούν από την αποτυχία του συστήματος προσεδάφισης. Θεωρούν ότι σε καμία περίπτωση αυτή δεν προοιωνίζεται δεινά για το υπερεξελιγμένο ρομπότ Exomars που προγραμματίζεται να «αποπλεύσει» για τον Αρη το 2020. Αρκεί βέβαια να πείσουν και τους χρηματοδότες… Σε κάθε περίπτωση, η εξερεύνηση του Κόκκινου Πλανήτη προχωρεί ακάθεκτη, παρά τις κατά καιρούς απογοητεύσεις.

Τα φώτα της δημοσιότητας έπεσαν την εβδομάδα που μας πέρασε στην ευρωπαϊκή αποστολή ExoMars, η πρώτη φάση της οποίας ολοκληρώθηκε με μερική επιτυχία. Η πρώτη φάση της αποστολής αφορούσε την «εγκατάσταση» ενός δορυφόρου, του Trace Gas Orbiter (TGO), σε τροχιά γύρω από τον Αρη και την προσεδάφιση στην επιφάνεια του πλανήτη μιας συσκευής ονόματι Schiaparelli. Η δεύτερη φάση αφορά την αποστολή το 2020 ενός ρομπότ στον Αρη. Πρόκειται για το πιο προηγμένο ρομπότ εξερεύνησης εξωγήινου κόσμου που έχει κατασκευαστεί ως σήμερα. Τα επιστημονικά όργανα του TGO θα αναλύσουν την ατμόσφαιρα του Αρη με βασικό στόχο την αναζήτηση αερίων που πιθανώς να προέρχονται από βιολογικές διεργασίες, όπως π.χ. το μεθάνιο και τα προϊόντα διάσπασής του. Παράλληλα όμως ο TGO θα είναι και ο βασικός τηλεπικοινωνιακός δορυφόρος της αποστολής με το ρομπότ. Ο βασικός στόχος του Schiaparelli ήταν να δοκιμάσει στην πράξη τις βασικές τεχνολογίες που χρειάζονται για προσεδάφιση στον Αρη, οι οποίες για πρώτη φορά αναπτύσσονται στην Ευρώπη και θα χρησιμοποιηθούν στη μετέπειτα αποστολή με το ρομπότ. Οι τεχνολογίες αυτές είναι: τα υλικά για τη θερμική προστασία κατά την είσοδο στην ατμόσφαιρα του Αρη, τα αλεξίπτωτα που μπορούν να λειτουργήσουν και να αποδώσουν ουσιαστική επιβράδυνση στις συνθήκες αραιής ατμόσφαιρας του πλανήτη και, τέλος, η πλοήγηση και το σύστημα προώθησης για ελεγχόμενη και «μαλακή» προσεδάφιση (controlled & soft landing).

Την περασμένη Τετάρτη ο TGO τέθηκε με επιτυχία σε τροχιά γύρω από τον Αρη αλλά δυστυχώς το Schiaparelli παρουσίασε πρόβλημα στο αλεξίπτωτο και στους κινητήρες του και πιθανότατα συνετρίβη. Οπως ήταν φυσικό, το ερώτημα που τέθηκε αμέσως μετά την αποτυχία προσεδάφισης του Schiaparelli ήταν αν και σε τι βαθμό επηρεάζεται η αποστολή συνολικά. Αν τελικά θα ταξιδέψει το ρομπότ στον Αρη.

Μηχανικοί της NASA συναρμολογούν τον ρομποτικό εξερευνητή InSight που θα ταξιδέψει σύντομα στον Αρη

«Το Βήμα» επικοινώνησε με τον κ. Παντελή Πουλάκη, υπεύθυνο για τα συστήματα κίνησης του ρομπότ της αποστολής ExoMars, ο οποίος αναφέρεται στα εμπόδια που υπάρχουν στην προσπάθεια προσεδάφισης στον Αρη, εξηγεί τι συνέβη με το Schiaparelli και αναλύει την κατάσταση που διαμορφώθηκε για την αποστολή ExoMars.

Η αποτυχία προσεδάφισης του Schiaparelli δεν είναι η πρώτη, αφού στο παρελθόν έχουν αποτύχει πολλές αποστολές προσεδάφισης στον Αρη. Γιατί συμβαίνει αυτό; Ποια είναι τα εμπόδια στον Κόκκινο Πλανήτη;
«Κατ’ αρχάς η αποτυχία στην προσεδάφιση του Schiaparelli αναδεικνύει το πόσο εξαιρετικά δύσκολη και πολυσύνθετη διαδικασία είναι μια προσεδάφιση σε περιβάλλον μακριά από αυτό της Γης γενικότερα. Πρέπει να γνωρίζετε ότι το περίφημο εργαστήριο αεριώθησης της NASA, το JPL, αρχικά σημείωνε απανωτές αποτυχίες στα προγράμματα προσεδαφίσεων και ήταν ένα βήμα από το να το κλείσουν, αλλά σκέφτηκαν ώριμα και είδαν ότι πρέπει να χρησιμοποιήσουν τα δεδομένα των αποτυχιών προς όφελός τους, με αποτέλεσμα έτσι να αρχίσουν να μαθαίνουν από τα λάθη τους και τελικά να έχουν αναπτύξει σήμερα το πιο τελειοποιημένο σύστημα προσεδάφισης σε μη γήινο περιβάλλον. Οσον αφορά τον Αρη τώρα. Μια διαδικασία προσεδάφισης βασίζεται βασικά σε τρεις παραμέτρους: Πρώτον, στην ταχύτητα με την οποία θα αποσυνδεθεί από το μητρικό του σκάφος το αντικείμενο που θα προσεδαφιστεί. Δεύτερον, από τις ατμοσφαιρικές συνθήκες. Τρίτον, από την ομαλή λειτουργία όλων των συστημάτων προσεδάφισης του αντικειμένου. Αν το αντικείμενο κινείται με τη σωστή ταχύτητα, αν οι ατμοσφαιρικές συνθήκες είναι οι προβλεπόμενες και αν τα όργανα λειτουργούν χωρίς προβλήματα, τότε η προσεδάφιση θα γίνει ομαλά. Αν όμως κάτι πάει στραβά, η προσεδάφιση τίθεται σε κίνδυνο και συνήθως αποτυγχάνει».
Τι μπορεί να πάει στραβά;
«Το αντικείμενο μπορεί να πέφτει με μεγαλύτερη ταχύτητα από την προβλεπόμενη. Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα να προσεδαφιστεί με μεγαλύτερη δύναμη από όσο έχει σχεδιαστεί και είτε να συντριβεί είτε, αν καταφέρει να προσεδαφιστεί, οι κραδασμοί που θα υποστεί ώσπου να ισορροπήσει να προκαλέσουν ζημιές ή ακόμη και να καταστρέψουν τα όργανα του αντικειμένου. Μπορεί να επικρατούν κατά τη διαδικασία της καθόδου του αντικειμένου πολύ πιο δυνατοί άνεμοι από όσο υπολογιζόταν, με αποτέλεσμα να χαθεί η ευστάθεια του αντικειμένου ή να μην μπορέσει να λειτουργήσει σωστά το αλεξίπτωτο και τελικά το αντικείμενο να χαθεί ή να συντριβεί. Μπορεί επίσης ταχύτητα και συνθήκες να είναι σωστά αλλά κάποιο όργανο ή κάποιος μηχανισμός προσεδάφισης του αντικειμένου να μη λειτουργήσει, οπότε… Τα τελευταία χρόνια ο στόλος των δορυφόρων αλλά και τα ρομπότ εξερεύνησης στον Αρη μάς έχουν αποκαλύψει μια πολύ καλή εικόνα για τις γεωατμοσφαιρικές συνθήκες του Αρη αλλά παρ’ όλα αυτά δεν τα γνωρίζουμε όλα και όσο καλά και αν προγραμματίζεται μια αποστολή πάντα ελλοχεύουν η πιθανότητα και ο κίνδυνος κάποιου απρόοπτου γεγονότος».
Τι συνέβη με το Schiaparelli ειδικότερα;
«To Schiaparelli έστελνε συνεχώς δεδομένα σχεδόν σε όλη τη διάρκεια της καθόδου του, τα οποία έχουμε στη διάθεσή μας και τα επεξεργάζονται οι τεχνικοί. Πιθανώς να χρειαστούν μερικά 24ωρα για να έχουμε κάποιες απαντήσεις στο τι πήγε στραβά. Τόσο το μητρικό σκάφος του Schiaparelli, ο δορυφόρος TGO, όσο και ο αμερικανικός MRO που λειτουργούσε επικουρικά στη διαδικασία προσεδάφισης έχουν καταγράψει σχεδόν τα πάντα.
Πρέπει όμως εδώ να επισημάνω ότι η αποτυχία της προσεδάφισης του Schiaparelli απλώς χάλασε λίγο το πάρτι, αφού βασικός στόχος της αποστολής ήταν να τεθεί σε τροχιά ο TGO. Η αποτυχία της προσεδάφισης είναι πρακτικά «επικοινωνιακή», αφού τα ΜΜΕ επικεντρώνουν εκεί τα φώτα. Για την αποστολή η αποτυχία δεν ήταν φυσικά καλοδεχούμενη αλλά ίσως αποδειχθεί πολύ πιο χρήσιμη από το αν ήταν τελικά επιτυχημένη».
Ποιος ήταν ο ρόλος του Schiaparelli;
«Το Schiaparelli στην ουσία αποτελούσε μια δοκιμή, μια προσομοίωση της προσεδάφισης του ρομπότ που θα στείλουμε σε τέσσερα χρόνια. Αυτό που μας ενδιέφερε ήταν σε κάθε περίπτωση (επιτυχούς προσεδάφισης ή μη) να συλλέξουμε τα δεδομένα και να τα αναλύσουμε ώστε να τα προσαρμόσουμε στο ρομπότ. Και αυτό θα γίνει. Να γνωρίζετε ότι είναι πολύ σημαντικά όσα θα μάθουμε από αυτή την αποτυχία και θα μας βοηθήσουν στην καλύτερη προετοιμασία του ρομπότ. Απλώς αφού θα προσεδαφιζόταν το Schiaparelli σκεφτήκαμε ότι καλό θα ήταν να κάνει και κάποιες μετρήσεις. Επρόκειτο όμως για δευτερεύουσας σημασίας μετρήσεις, αφού, όπως προείπα, αυτά που εμείς θέλαμε ήταν τα δεδομένα της διαδικασίας προσεδάφισης. Το ότι το δεύτερο στάδιο της αποστολής του Schiaparelli ήταν δευτερεύουσας σημασίας ή, αν προτιμάτε, ένα «επιστημονικό πρόσθετο» αποδεικνύεται από το γεγονός ότι δεν είχαμε τοποθετήσει ηλιακούς συλλέκτες και έτσι οι μπαταρίες του ανάλογα με το πόσο κρύο θα έκανε στην περιοχή που θα βρισκόταν θα είχαν διάρκεια ζωής από δύο ως τέσσερις ημέρες. Συνεπώς η αποστολή ExoMars όχι μόνο δεν αντιμετωπίζει κάποιο πρόβλημα εξαιτίας της αποτυχίας του Schiaparelli αλλά, αντίθετα, θα βγει πιο δυνατή. Ο κρίσιμος παράγοντας της αποστολής είναι ο δορυφόρος TGO και αφού, όπως όλα δείχνουν, αυτός τέθηκε κανονικά σε τροχιά και λειτουργεί ομαλά, όλα προχωρούν σύμφωνα με τον προγραμματισμό».

Τα 7 λεπτά του τρόμου!
Ο κ. Παντελής Πουλάκης εξηγεί αναλυτικά όλη τη διαδικασία προσεδάφισης ενός ρομπότ στον Αρη
Το να προσεδαφιστεί ένα ρομπότ στην επιφάνεια ενός πλανήτη είναι σύνθετη διαδικασία, στην οποία συμμετέχουν μια σειρά από διαστημόπλοια. Φανταστείτε ένα σύστημα από διαστημικές μπάμπουσκες (οι ρωσικές κούκλες που ανοίγουν και κάθε φορά βγαίνει μια μικρότερη από μέσα). Αρχικά έχουμε την εκτόξευση από την επιφάνεια της Γης, η οποία βάζει σε γήινη τροχιά ένα διαστημόπλοιο το οποίο έχει βαθιά μέσα του το ρομπότ (rover). Αυτό είναι το Cruising Stage και είναι υπεύθυνο για το διαπλανητικό ταξίδι από τη Γη στον Αρη. Με την άφιξη στον Αρη, το Crusing Stage «ανοίγει» και απελευθερώνει το σκάφος το οποίο θα προσεδαφίσει το ρομπότ στην επιφάνεια του Αρη. Αυτή η συσκευή ονομάζεται Entry, Descent & Landing Module – EDLM (Σκάφος Ατμοσφαιρικής Εισόδου, Kαθόδου και Προσεδάφισης) και έχει να αντιμετωπίσει ίσως το πιο επικίνδυνο στάδιο της αποστολής.

Ο ευρωπαϊκός δορυφόρος TGO τέθηκε με επιτυχία σε τροχιά γύρω από τον Αρη. Δεν κάταφερε όμως να στείλει με επιτυχία στον πλανήτη τη συσκευή Schiaparelli

Κατά το αρχικό στάδιο της καθόδου η ατμόσφαιρα του Αρη επιβραδύνει το σκάφος, αλλά λόγω της τριβής αναπτύσσονται πολύ υψηλές θερμοκρασίες στο κέλυφος του σκάφους, το οποίο είναι κατασκευασμένο από ειδικά υλικά για να λειτουργεί ως θερμική ασπίδα. Μόλις οι αισθητήρες μετρήσουν συγκεκριμένα επίπεδα επιβράδυνσης, και ενώ το EDLM «πέφτει» με ταχύτητα περίπου 1.700 χιλιόμετρα ανά ώρα, ανοίγει το πρώτο –και μικρότερο -αλεξίπτωτο. Στη συνέχεια ανοίγει και δεύτερο αλεξίπτωτο για περαιτέρω επιβράδυνση του σκάφους. Για το τελικό στάδιο της καθόδου υπεύθυνη είναι η συσκευή προσεδάφισης, η οποία βρίσκεται μέσα από το θερμικό κέλυφος. Η τελική προσεδάφιση γίνεται με ειδικούς αισθητήρες (π.χ. ραντάρ, επιταχυνσιόμετρα) οι οποίοι μετρούν την απόσταση από την επιφάνεια, την κλίση και την ταχύτητα του σκάφους και στη συνέχεια ελέγχουν μια σειρά πυραυλοκινητήρες επιβράδυνσης με σκοπό να προσεδαφιστεί ομαλά το σκάφος. Η διαδικασία της προσεδάφισης είναι πλήρως αυτοματοποιημένη και το λογισμικό του σκάφους έχει σχεδιαστεί να παίρνει αποφάσεις σύμφωνα με τις μετρήσεις τον αισθητήρων με βάση την ενδελεχή ανάλυση των συνθηκών που έχει ήδη γίνει από τους μηχανικούς στα στάδια του σχεδιασμού. Εξάλλου δεν θα μπορούσε να υπάρχει ανθρώπινη παρεμβολή σε αυτή την αλληλουχία, μιας και η κάθοδος διαρκεί μόλις 7-8 λεπτά και το σήμα χρειάζεται να φτάσει στη Γη περίπου 14 λεπτά. Ετσι, η τηλεμετρία που φτάνει στη Γη θα ξεδιπλώνει τα γεγονότα της καθόδου που έχουν ήδη συμβεί 14 λεπτά πριν. Λόγω της κρισιμότητας και της δυσκολίας της διαδικασίας η NASA, κατά την προσεδάφιση του Curiosity, την ονόμασε «Τα 7 λεπτά του τρόμου»!

Το χρονολόγιο της ανθρώπινης επέλασης στον Αρη

Οι περισσότεροι πιστεύουν ότι η προσπάθεια να στείλουμε συσκευές συλλογής δεδομένων και ρομπότ εξερεύνησης στον Αρη ξεκίνησε στα τέλη της δεκαετίας του 1990. Ωστόσο η προσπάθεια αυτή ξεκίνησε πολύ νωρίτερα. Το πρώτο εγχείρημα έγινε στις αρχές του 1960 και η προσπάθεια συνεχίζεται και εξελίσσεται, αφού η ανθρωπότητα έχει θέσει πλέον ως στόχο την αποίκηση του Αρη.

Σοβιετική πρωτιά

Η Σοβιετική Ενωση προτού κοπάσει ο θόρυβος από την ιστορική πτήση του Γιούρι Γκαγκάριν και την πρώτη έξοδο του ανθρώπου από τα γήινα σύνορα θέλησε να κατακτήσει και την πρωτιά στην εξερεύνηση του Αρη. Οι Σοβιετικοί οργάνωσαν την αποστολή Mars 1962B που είχε ως στόχο την προσεδάφιση μιας συσκευής στην επιφάνεια του Αρη. Οπως αποδείχθηκε όμως, η επιστήμη δεν ήταν έτοιμη το 1962 για ένα τέτοιο εγχείρημα και τελικά η εκτόξευση του σκάφους που θα μετέφερε τη συσκευή ήταν αποτυχημένη. Ωστόσο οι Σοβιετικοί δεν το έβαλαν κάτω και εννέα χρόνια αργότερα εκτόξευσαν με επιτυχία δύο σκάφη, τα Mars 2 (φωτό) και Mars 3. Τα δύο σκάφη ξεκίνησαν το ταξίδι προς τον Αρη το 1971 μεταφέροντας το καθένα μια διαστημοσυσκευή προσεδάφισης. Η συσκευή του Mars 2 κατάφερε να προσεδαφιστεί μεν στην επιφάνεια του Αρη αλλά δεν λειτούργησε, ενώ η συσκευή του Μars 3 κατάφερε να λειτουργήσει για λίγα δευτερόλεπτα στέλνοντας κάποια δεδομένα ενώ πρόλαβε να τραβήξει μια εικόνα αλλά στη Γη έφτασε τελικά ένα μέρος της εικόνας αυτής. Παρ’ όλα αυτά η Σοβιετική Ενωση κέρδισε και πάλι την πρωτιά, αφού οι δύο συσκευές έγιναν τα πρώτα ανθρώπινα αντικείμενα που πάτησαν το έδαφος του Αρη. Δύο χρόνια μετά, το 1973, η Σοβιετική Ενωση έστειλε άλλα τέσσερα σκάφη (Mars 4, Mars 5, Mars 6, Mars 7), με ισάριθμες διαστημοσυσκευές, στον Αρη. Οι διαστημοσυσκευές των τριών πρώτων αποστολών, αν και δεν κατάφεραν τελικά να προσεδαφιστούν με επιτυχία, έστειλαν πλήθος δεδομένων και εικόνων κατά τη διαδικασία της προσεδάφισης. Η τέταρτη συσκευή, λόγω κακών υπολογισμών, πέρασε ξυστά από τον πλανήτη και χάθηκε στο Διάστημα. Στη συνέχεια η Σοβιετική Ενωση έθεσε τον φιλόδοξο στόχο να γίνει μια αποστολή συλλογής δειγμάτων από τον Αρη και επιστροφής τους στη Γη για μελέτη. Για αυτόν τον σκοπό οργάνωσε τρεις-τέσσερις αποστολές, καμία όμως εκ των οποίων δεν κατάφερε τελικά να φτάσει στην πλατφόρμα εκτόξευσης.

Οι μεγάλες επιτυχίες των ΗΠΑ

Το 1976 είναι η σειρά των ΗΠΑ να «πατήσουν» στον Αρη. Τα δύο σκάφη της αποστολής Viking στέλνουν με επιτυχία στην επιφάνεια του Αρη δύο συσκευές οι οποίες συλλέγουν δεδομένα και στέλνουν τις πρώτες έγχρωμες εικόνες του Κόκκινου Πλανήτη. Μάλιστα το Viking 1 (φωτό), αναζητώντας ένα κατάλληλο σημείο για να προσεδαφιστεί η συσκευή του Viking 2 που ακολουθούσε, φωτογράφισε το περίφημο «Πρόσωπο του Αρη». Την εικόνα στην οποία κάποιος γεωλογικός σχηματισμός μοιάζει με ανθρώπινο πρόσωπο.

Οπως φαίνεται, οι δύο διαστημικές υπερδυνάμεις αποφάσισαν να αφήσουν για λίγο στην άκρη την προσπάθεια εξερεύνησης του Αρη, αφού πέρασαν 20 χρόνια για την επόμενη προσπάθεια. Ανήμερα της εορτής της αμερικανικής Ανεξαρτησίας, στις 4 Ιουλίου του 1996, η αποστολή Pathfinder της NASA πατάει με επιτυχία το έδαφος του Αρη και για πρώτη φορά ένα ρομπότ αρχίζει να κινείται και να εξερευνά τον πλανήτη. Ως τον Σεπτέμβριο του 1997 που το ρομπότ σταμάτησε την εξερεύνηση είχε στείλει 550 εικόνες του Αρη και είχε πραγματοποιήσει 15 αναλύσεις στο έδαφος και στα πετρώματα του πλανήτη. Για πρώτη φορά οι επιστήμονες εντοπίζουν ίχνη για ένα παρελθόν του Αρη με φιλικές στη ζωή συνθήκες. Τα δεδομένα υποδεικνύουν μια εποχή όπου υπήρχε πιο πυκνή ατμόσφαιρα, περισσότερη ζέστη και, πάνω απ’ όλα, νερό σε υγρή μορφή στην επιφάνεια του Αρη. Η συνέχεια είναι εντυπωσιακή, αφού η αμερικανική υπηρεσία έστειλε με επιτυχία τέσσερα ρομπότ στον Αρη (Spirit, Opportunity, Phoenix, MSL), τα οποία πραγματοποίησαν αναλύσεις εδάφους και πετρωμάτων, συνέλεξαν πλήθος ατμοσφαιρικών και άλλων δεδομένων, και έχουν στείλει χιλιάδες εικόνες του Κόκκινου Πλανήτη στη Γη. Σημειώνεται ότι το MSL είναι ακόμη ενεργό στον πλανήτη.

Οι δυσκολίες της Ευρώπης και οι μελλοντικοί στόχοι

Ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος ρίχνεται στις αρχές του 2000 στη μάχη της εξερεύνησης του Αρη με την αποστολή Mars Express Orbiter, στην οποία περιλαμβάνεται και η προσεδάφιση ενός προηγμένου εργαστηρίου, του Beagle 2. Η συσκευή προσεδαφίστηκε ομαλά τον Δεκέμβριο του 2003 στον Αρη, αλλά δυστυχώς δύο από τα τέσσερα ηλιακά πάνελ του δεν άνοιξαν, με αποτέλεσμα η συσκευή να μην καταφέρει να λειτουργήσει. Η καταστροφή της συσκευής Schiaparelli ελπίζεται ότι δεν θα έχει αρνητικό αντίκτυπο στα σχέδια για αποστολή του προηγμένου ρομπότ της ExoMars που αναμένεται να πατήσει στον Αρη το 2020.

Εκτός από το ExoMars (φωτό), υπάρχουν άλλες τέσσερις υπό εξέλιξη αποστολές εξερεύνησης στον Κόκκινο Πλανήτη. Το 2018 η NASA θα στείλει το εργαστήριο InSight που θα κάνει γεωλογικές μελέτες ειδικά για το τι βρίσκεται βαθιά στο υπέδαφος του Αρη και το 2020 θα στείλει άλλο ένα ρομπότ. Επίσης το 2020 έχουν προγραμματίσει να στείλουν ρομπότ εξερεύνησης στον Αρη τόσο η Κίνα όσο και η Ινδία.

ΕΝΤΥΠΗ ΕΚΔΟΣΗ