יום שבת, 25 באוגוסט 2012

הנשר נחת

לפני כשנה פרסם רנדל מונרו, המוכר בתרבות האינטרנט כיוצר הווב-קומיקס XKCD, את הגרף הבא:
מקור:  http://xkcd.com/893/
בתרגום חופשי: מספר בני האנוש החיים שהלכו על פני עולם אחר.

בין השנים 1969 ו- 1972 נחתו על הירח שש פעמים, כל פעם שני אסטרונאוטים שונים. בסך הכל 12 אנשים. תוכנית אפולו בוטלה לפני 40 שנה ומאז לא טס איש מעבר למסלול נמוך סביב כדור הארץ.

מתוך שנים-עשר האסטרונאוטים הללו ועד היום מתו שלושה - ג'יימס אירווין נפטר מהתקף לב בגיל 61. אלן שפרד, האמריקאי הראשון בחלל, נפטר מלוקמיה בגיל 74. פיט קונרד נהרג בתאונת אופנוע בגיל 69.
שלושתם מתו בנסיבות אנושיות מאד, רגילות כל כך.
רנדל מונרו מסמן בגרף שלו עבור האסטרונאוטים שדרכו על הירח, שסטטיסטית תוך 20 שנה בממוצע, לא יישאר איש מהם בחיים, כי הם כולם כבר אנשים זקנים.

אל רשימת האסטרונאוטים שאינם עוד הצטרף היום ניל ארמסטרונג. האסטרונאוט ששמו הפך לאגדה בזכות היותו הראשון שדרך על אדמת הירח. ארמסטרונג עבר ניתוח מעקפים בשבועות האחרונים ואני מנחש שמותו קשור למחלת הלב שממנה סבל (טרם התפרסמה הודעה רשמית על נסיבות מותו). בסופו של דבר, גם הוא כבר לא היה צעיר.

ניל ארמסטרונג (1930-2012)
קרדיט: NASA
מותם של האסטרונאוטים בנסיבות טבעיות הוא כמובן בלתי נמנע, אבל חוסר ההמשכיות של ההשגים שאליהם הגיעה האנושות באמצעותם, הוא הגורם הבעייתי, כי אנחנו שוכחים בקלות. גם הדור שזכה לחוות את רגעי הנחיתה ילך וידלדל עם השנים, וכבר היום יש רבים שמסרבים בבורותם להאמין שכלל היתה נחיתה על הירח, ומבטלים כלאחר-יד את שפע הראיות שמוכיחות זאת.

באלט-טקסט של התמונה שלמעלה הופיע הכיתוב הבא:
"היקום בוודאי מזוהם בקברי תרבויות בעלות פלנטה יחידה אשר עשו את ההחלטה הכלכלית ההגיונית שאין שום סיבה לטוס לחלל - כל אחד מהם התגלה, נלמד ונותר בזכרון אלה שעשו את ההחלטה הבלתי הגיונית."
כולי תקווה שממשלות וחברות פרטיות כאחד יחזרו לשאוף להגיע אל הכוכבים. כי רובוטים על מאדים זה נחמד וחשוב, אבל אין תחליף לאדם הצועד על עולם אחר.

יום ראשון, 12 באוגוסט 2012

למה אני מאושר מכך שנחתו על מאדים?

קיוריוסיטי נחתה על מאדים. ואיזו נחיתה זאת היתה! מבצע הנדסי חסר תקדים, שהתנהל בדיוק לפי התכנית, והסתיים בשיא מרגש של הקלה ואושר של כל צוות המשימה, עם צופים רבים שעקבו בשידור חי אחר המתרחש מכל קצוות העולם.
אם פספסתם את תגובת צוות הנחיתה, הקדישו שתי דקות וחצי לצפייה בשבע דקות האימה הופכות לפורקן של אושר צרוף:



בנוסף תוכלו לקרוא את הדיווחים והתגובות שנכתבו בזמן אמת בדף "מסה קריטית" בפייסבוק, ולקחת חלק בהתרגשות שניכרת שם.

למרות שאני מאד רוצה לכתוב על מה שנעשה עד כה על ידי קיוריוסיטי על אדמת מאדים, ועל מה שהולכים לעשות בשבוע הקרוב, החלטתי לענות על שאלות שצצות בצורה זו או אחרת אחרי כל הצלחה (ובמיוחד אחרי כשלונות) של משימות חלל אזרחיות.



יום ראשון, 5 באוגוסט 2012

איזה ציוד לוקחים למאדים?

לתשומת לבכם, רשומה זו היא החמישית מתוך סדרת כתבות על קיוריוסיטי, שתנחת על מאדים ביום שני בבוקר.
קישורים לרשומות הקודמות תוכלו למצוא בתחתית רשומה זו.

הרובר קיוריוסיטי שוקל 900 קילוגרם. זה הרבה מאד יחסית לרובר הקודם, אופורטיוניטי, שמטייל על מאדים מאז 2004, ומשקלו 170 קילוגרמים בלבד.

תצוגת דגמים בגודל טבעי (מימין לשמאל):
קיוריוסיטי, סוג'ורנר, ואופורטיוניטי (או ספיריט, הם תאומים זהים)
אבל ההבדל החשוב הוא לא המשקל היחסי בינהם, אלא משקל המטען הייעודי שעבורו יצרו את המשימה זו, יחסית למשקל הכולל של הרובר. המטען הייעודי במשימות מדעיות הוא מכשירי המחקר. באופורטיוניטי היו 5 מכשירי חישה מדעיים במשקל כולל של 5 קילוגרם. יחסית למשקלו מדובר בכמעט 3%.
בקיוריוסיטי ישנם 10 מכשירי מדידה מדעיים במשקל כולל של 75 קילוגרם, המהווים 8.3% ממשקל הרובר. זו קפיצת המדרגה: טכנולוגיה שמאפשרת מכונה יעילה יותר עם יכולת טובה יותר, שתפעל למשך יותר זמן.

איזה ציוד מותקן על קיוריוסיטי?

בקדמת הרובר מותקן עמוד תצפית עם ראש המסוגל לשתי דרגות חופש (צידוד והגבהה/הנמכה), שגובהו מהקרקע 2 מטרים. בראש העמוד מותקנות 7 מצלמות לתפקידים שונים.
ראש עמוד התצפית של קיוריוסיטי
Mastcam - שתי מצלמות של 2 מגהפיקסל שיצלמו תמונות צבע ווידאו לטובת סריקת השטח לקראת נסיעה, ולסיוע הנדסי של פעולות כמו הפעלת הזרוע הארוכה של הרובר. מכלולי העדשות של המצלמות אינם זהים - העדשה של המצלמה הימנית היא בעלת אורך מוקד ארוך ושדה ראייה צר, והשמאלית בעלת אורך מוקד קצר ושדה ראייה רחב. כל אחת מהמצלמות שומרת את הצילומים בכרטיס זכרון פלאש משלה, כדי לא להעמיס על זכרון המחשב המרכזי. זו השיטה גם בכל שאר המצלמות של קיוריוסיטי.
למצלמות אלו יש סט מסנני צבע שמאפשר צילומים של הקרקע והאטמוספירה לשימוש מדעי. אחד המסננים נועד כדי לאפשר למצלמות להתבונן היישר בשמש, וכך למדוד את כמות האבק באטמוספירה.

ChemCam
- זו מצלמה שמטרתה זיהוי סוגי חומרים מרחוק, כדי לקבל החלטות לאיזה סלע כדאי להתקרב והיכן להשקיע זמן באיסוף דגימות. לשם כך מצויידת המצלמה בלייזר, שמסוגל ליינן את השכבה החיצונית של סלעים במרחק של עד 7 מטרים, וטלסקופ כדי לצפות בהבזק שיווצר בנקודת הפגיעה ולאפיין את סוג המינרלים לפי האור שהם פולטים.

הדגמה מצויירת של אופן הפעולה של ChemCam.
את קרן הלייזר כמובן שלא רואים.
המצלמה עצמה היא מונוכרומטית ברזולוציה של 1 מגהפיקסל, ויכולה לשמש גם לתצפית ללא הפעלת הלייזר.
הלייזר מופעל לפולסים קצרצרים, כ- 5 מיליארדיות השניה, ובזמן זה הוא מעביר למטרה שלו מעל מיליון וואט.
מכשיר הספקטרומטר שמנתח את הבזק הפלזמה שנוצר, מכיר 6144 אורכי גל שונים, בתחום התת-אדום ועד על-סגול, וזיהוי הצירופים שלהם מאפשר זיהוי של סוגי החומר שמצפים את הסלע שנצרב בלייזר.
מכשיר זה הוא גם מהיר יחסית למכשירי ניתוח החומרים המוצקים שמותקנים על קיוריוסיטי, שמשך פעולתם על דגימה בודדת יכול להמשך ימים שלמים.

NavCam
- שני זוגות של מצלמות שנועדו להכוונת הרובר בנסיעתו. המצלמות פועלות יחד לראייה סטריאוסקופית.

על עמוד התצפית מותקנים גם שני חיישני סביבה הנקראים REMS, שיאספו מידע באופן כמעט רציף לכל משך המשימה. החיישנים ימדדו את מהירות וכיוון הרוח, לחץ האוויר, לחות, טמפרטורת האוויר, טמפרטורת הקרקע, ואת קרינת העל-סגול המגיעה מהשמש.

בחלקו התחתון של הרובר, בחזית ובירכתיים, מותקנים שני זוגות של מצלמות HazCam, שתפקידן לסייע בניווט באמצעות תצפית לטווח קרוב - סמוך לגחון של הרובר. התפקיד הנוסף שלהן הוא לעזור לכוון את הזרוע של קיוריוסיטי כאשר היא קרובה לקרקע.

RAD - חיישן להערכת קרינה. זהו למעשה טלסקופ בעל שדה ראייה רחב, שנועד לזהות קרינה קוסמית וחלקיקים עתירי אנרגיה המגיעים מהחלל ועלולים להזיק לרקמות חיות, וכך יאסוף מידע שיהיה חיוני לתכנון משלחת אנושית למאדים בעתיד. מכשיר זה כבר עובד ומתעד את הקרינה שמגיעה לקיוריוסיטי במהלך מסעה בחלל בדרך למאדים.

DAN - מכשיר לזיהוי מינרלים מתחת לפני השטח. מכשיר זה נמצא בתחתית הרובר, ומשתמש בשיטה של שחרור ניוטרונים אל הקרקע, וניטור הניוטרונים החוזרים. לפי התנע של החלקיקים החוזרים ניתן לקבוע את מסת האטומים שנפגעו וכך את הסוג של החומר המסתתר מתחת לקרקע.


הצריח שבקצה הזרוע של קיוריוסיטי
לקיוריוסיטי יש זרוע בקדמתה, שנועדה לבחינה מקרוב ולאיסוף של דגימות קרקע. הזרוע היא מפרקית באורך שני מטרים, ובעלת חמש דרגות חופש. הצריח שבקצה מכיל מכשירים לאיסוף דגימות גיאולוגיות.
MAHLI - "הזכוכית המגדלת" של הזרוע. זו מצלמת צבע בעלת מרחק מוקד ניתן לשליטה. כאשר היא תשמש לבחינת סלעים מקרוב, היא תוכל להגיע לרזולוציה של פחות מ- 14 מיקרון (!), פרמטר שיאפשר לזהות מינרלים לפי המבנים הגבישיים. באמצעות הזזת המוקד, היא תוכל לזהות ממרחק של מטר פרטים בגודל חצי מילימטר.
כשמביטים מקרוב על הקרקע עלולה להיות בעיה של הצללה, ולכן המצלמה מצויידת בשתי נוריות LED שיאפשרו צילום אפילו בתנאי לילה. שתי נוריות LED נוספות ישמשו לתאורה בתדר על-סגול, שיאפשרו בדיקת חומרים פלואורסצנטיים.

APXS - ספקטרומטר שיורה חלקיקי אלפא (גרעיני הליום שנפלטים בהתפרקות טבעית של חומר רדיואקטיבי) אל מטרה קרובה, והמטרה "משיבה" בפליטת קרינת X שהמכשיר מודד וכך מסוגל לזהות את החומר שממנו עשויה המטרה. מכשיר זה מסוגל לזהות כמויות זעירות ביותר של חומר, וישמש למציאת מטרות לאיסוף דגימות. מכשיר APXS היה קיים בכל הרוברים הקודמים שנחתו על מאדים, אבל הפעם שדרגו אותו עם מתקן קירור כדי שיוכל לפעול גם בשעות היום, ועם יכולת להשתמש בקרן החלקיקים עצמה על מנת למדוד ולהגיע למרחק אידיאלי מהמטרה.


PADS - זוהי המקדחה וכלי איסוף החומר המוצק של קיוריוסיטי. היא מסוגלת לקדוח עד 5 סנטימטרים לתוך סלע, ולאסוף דרך המקדח את האבקה שלו. כל מי שעבד עם מקדחה בעבר יודע שלא מספיק רק מקדח מסתובב, ולכן גם מקדחה זו היא פטישון, שמכה בסלע תוך כדי יצירת הקדח. כל מי שעבד עם מקדחה יודע שלפעמים המקדח נתקע בכוח בתוך הקיר וקשה להוציא אותו. הפתרון של קיוריוסיטי הוא לנתק את הביט (ראש המקדח) ולהשאיר אותו בסלע. יש שני ביטים חלופיים בחזית של הרובר, ותרגיל ההחלפה הוא פשוט ומהיר למדי.


DRT - זו בעצם מברשת לניקוי משטחי סלע שרוצים לבחון מקרוב או לקדוח בהם. המברשת עשויה שערות פלדה שמסתובבות בכוח מנוע חשמלי, וכך מנקות מאבק עיגול בקוטר כארבעה סנטימטרים.


CHIMRA - קופסת מכשירים בצריח הזרוע של קיוריוסיטי, שתפקידה לאסוף, לסנן ולהגיש דגימות קרקע למכשירי הניתוח הנמצאים בתוך הרובר. ל- CHIMRA יש כף איסוף קטנה שאיתה ניתן לאסוף חול מהקרקע. גם האבקה שנאספה בקידוח מצטרפת לקופסה זו. לאחר האיסוף, מתחילים הזרוע והצריח בסדרת תנועות שמעבירות בכוח הכבידה את החומר שנאסף דרך מבוך שממיין, מסנן ואוסף למנות מדודות את הדגימות. מכשירי הניתוח מסוגלים לעבוד עם גרגרים שקוטרם אינו עולה על גודל מסויים, ולכן נדרש סינון. ישנן שתי מסננות - לגודל גרגרים של מילימטר אחד, ולגודל של 150 מיקרון.

כדי לסייע לגרגרים לעבור בין התאים והמעברים הזעירים שבמכשיר, ישנו מתקן שמרעיד את כל קופסת האיסוף כדי שהגרגרים לא יוכלו להישאר במקום אחד.
גרגרים גדולים יותר ניתן להניח על מגש תצפית קטן שבולט מחזית הרובר, שם ניתן לבחון אותם באמצעות APXS ו- MAHLI. את המגש אפשר לנקות לפני השימוש בעזרת DRT.

לאחר איסוף וטיפול ראשוני בחומר המוצק שנאסף, ניתן להכניס אותו לאחד משני מתקני ניתוח כימי של האבקות.

CheMin - ניסוי לחקירה וניתוח של דגימות מוצקות באמצעות תבנית עקיפה של קרני X. המכשיר מסוגל לזהות את סוג המינרלים ואת הכמויות שלהם בדגימת הקרקע שמוצגת בפניו. תבנית העקיפה נוצרת כאשר מאירים באור בעל אורך גל יחיד דרך שכבה דקה מאד של חומר. הגבישים של החומר יוצרים תבנית של אור וצל שמאפיינת את סוג הגביש, וכך אפשר לזהות אותו. האבקה המסוננת נשפכת מהזרוע אל תוך המשפך של CheMin שעל גבו של הרובר, ואל תוך אחד מ- 32 תאי דגימה. כל זוג תאים נמצא על זרוע בצורת מקול, שרוטט כדי לארגן את הגרגרים בצורה מסודרת. הזרועות נמצאות על גלגל שבאמצעות סיבוב שלו ניתן להביא כל אחד מהתאים מול מקור קרני ה- X כדי לבחון אותו.
בחינת תא אחד של CheMin נמשכת הרבה זמן, עד כדי 10 שעות, ויתכן שיבצעו אותה רק בלילות של מאדים מכיוון שהאלקטרוניקה של המכשיר דורשת טמפרטורות נמוכות מאד.

SAM - זה המכשיר המדעי המתוחכם ביותר שהוטס למאדים עד כה, והגדול ביותר שמותקן בקיוריוסיטי. זוהי בעיקרון מעבדה לניתוח כימי של חומרים גזיים, הן מהאטמוספירה, והן מדגימות הקרקע. הגזים מהאטמוספירה נכנסים מפתחים עם מסננים בחזית הרובר, והמוצקים, אותה אבקה שנאספה באמצעות הזרוע, מוכנסים דרך אחד משני משפכים שעל הגב של קיוריוסיטי.

בתוך SAM ישנם שני תנורים המסוגלים לחמם את דגימת הקרקע שבתוכם לטמפרטורה של 1000 מעלות צלזיוס. מהגזים שנפלטים מהם בעת החימום ניתן לזהות את החומרים המרכיבים אותם, עם דגש על זיהוי חומרים אורגניים.
לצורך זיהוי הגזים ישנם שלושה מכשירים שמבצעים עבודה משותפת: ספקטרומטר מסות, שמזהה גזים לפי משקל המולקולות שלהם, ובנוסף גם ספקטרומטר לייזר וכרומטוגרף.
זה לא הכל. החומר שמוכנס ל- SAM מוכנס לאחת מ- 74 כוסיות שמתניידות בין המתקנים השונים. רובן עשויות קווארץ, שעמיד בחום, וכך הן נכנסות לאפייה בתנור. כאשר דוגמת קרקע סיימה את הניתוח שלה, היא יכולה לעבור חימום כדי לנקות אותה משאריות ולהכין אותה לשימוש חוזר. הכוסיות האחרות מכילות חומר ממס, ואטומות ביריעת מתכת. כשמגיע הזמן להשתמש בהן, מנקבים את הכיסוי ושופכים את הדגימה לתוך הנוזל שבכוסית. לאחר מכן מכניסים את הכוסית לתנור לחום שמתאים לזירוז התגובה הכימית וליצירת גזים.


לסיכום, אמליץ לצפות בשני הסרטונים הקצרים שבהם מסבירה Emily Lakdawalla, כתבת הטכנולוגיה והמדע של האגודה הפלנטרית, על המצלמות ועל הציוד המדעי של קיוריוסיטי: קישור.


תזכורת: עוד יממה וקצת לנחיתה. ביום שני, משעה 08:00 בבוקר לכל המאוחר, אתחיל לנטר את ערוצי המדיה שעוסקים בנחיתה, ואעדכן בדיווחים שוטפים את דף הפייסבוק "מסה קריטית".
אם אתם מעוניינים להתעדכן בזמן אמת, להשתתף בשיחה ולשאול אותי שאלות, הרשמו בדף הפייסבוק כבר עכשיו.


סדרת רשומות קיוריוסיטי לקראת ארוע הנחיתה:

רשומה ראשונה בסדרת קיוריוסיטי: כמה קשה לנחות על מאדים?
רשומה שניה בסדרת קיוריוסיטי: צלילה לאטמוספירה של מאדים
רשומה שלישית בסדרת קיוריוסיטי: סיום שלב הנחיתה של קיוריוסיטי
רשומה רביעית בסדרה: מה מחפשים במכתש גייל שבמאדים?

__________________________________________

קרדיט לכל התמונות: NASA/JPL

יום שבת, 4 באוגוסט 2012

מה מחפשים במכתש גייל שבמאדים?

תקציר הפרקים הקודמים: ביום שני ב- 08:31 בבוקר (שעון ישראל) ינחת הרובר קיוריוסיטי על פני מאדים. מבצע הנחיתה, שהוא כנראה המבצע האוטונומי המורכב ביותר שבוצע אי פעם, בוודאי שהמורכב ביותר בתחום המחקר הפלנטרי, תואר לפרטיו ברשומות הקודמות.
הפעם נעסוק באתר הנחיתה.
הרובר קיוריוסיטי
קרדיט: NASA

כפי שכבר כתבתי באחת מהרשומות הקודמות, אזור "אי הוודאות" של הנחיתה במשימות קודמות למאדים היה אליפסה בממדים של 100 קילומטרים בערך, עם שינויים לא גדולים בהתאם לתנאי המשימה. עובדה זו אילצה את המתכננים למצוא אזור ענקי על פני מאדים שהוא מישורי כולו, וריק מסלעים. אין הרבה אזורים כאלה, וכשיש, הם רחוקים מהמקומות המעניינים מבחינה מדעית. גיאולוגים מוצאים את המידע אודות ההיסטוריה של הקרקע במקומות בהם עברה האדמה שינויים בעבר, כך היא תהיה הכל מלבד מישורית.

לכן התכנון של קיוריוסיטי נדרש להציב את הרובר באזור "אי וודאות" קטן ומדוייק, כך שאפשר יהיה לבחור אתר נחיתה "מעניין".

מערכת הנחיתה של קיוריוסיטי מסוגלת להנחית את הרובר בתוך אליפסה שממדיה 7 על 20 קילומטרים בלבד. זאת היא עושה באמצעות שליטה על מהלך הכניסה לאטמוספירה, כלומר קיזוז שגיאות במיקום כתוצאה מאי דיוקים בנקודת החדירה, או במזג אוויר בלתי צפוי בדרך למטה.

האליפסה הקטנה איפשרה לבחור כאתר נחיתה את מכתש גייל (Gale Crater), שנמצא בחצי הכדור הדרומי של מאדים, קרוב לקו המשווה. מכתש גייל, כמו רוב שטח מאדים, מעולם לא זכה למבקרים מכדור הארץ.

מה מיוחד במכתש גייל?

מכתש גייל הוא מכתש ענק, 150 קילומטר קוטרו, שנוצר בפגיעה של אסטרואיד גדול במאדים לפני כ- 3 מיליארד שנים לפחות.היה לי קשה לדמיין את הגודל יחסית למרחקים שאני מכיר, אז ציירתי מעגל בקוטר 150 קילומטר בערך על מפת ישראל, וכך זה נראה:
גודלו של מכתש גייל בהשוואה למדינת ישראל

עומקו של המכתש משתנה בין 2 ל- 3 קילומטרים, ובמרכזו מתנשא הר שארפּ, שגובהו 5-6 קילומטרים יחסית לקרקעית המכתש. קיוריוסיטי תנחת באזור הנמוך ביותר במכתש, למרגלות ההר.

מכתש גייל הוא תוואי השטח הנמוך ביותר בכל סביבתו, ולכן סביר שבתקופה בה היו מים על פני הקרקע של מאדים, הם היו מתנקזים מכל הסביבה וניקווים בקרקעית המכתש. אי לכך מצפים למצוא במקום תוצרים של פעילויות כימיות ופיסיקליות שמתרחשות רק בסביבה רטובה.

שכבות המשקעים שצפויות להימצא בבסיסו של הר שארפ מהוות מפתח להיסטוריה של תנאי הסביבה שחלו במקום זה. קיוריוסיטי תנוע לכיוון ההר ואף תטפס על המדרונות המתונים שבבסיסו, ותסקור על ידי מגוון הכלים הגיאולוגיים שלה את סוגי הסלע והקרקע שנמצאים שם.
טופוגרפיה של מכתש גייל (הצבעים מסמנים גובה לפי המקרא), 
האליפסה מסמנת את אתר הנחיתה בזמן השיגור. היום היא קטנה הרבה יותר.
Credit: Anderson and Bell

קיוריוסיטי מצויידת בכלי עבודה ומכשירי דגימה ומדידה, שמאפיינים משלחת גיאולוגים שיוצאת לשטח, יחד עם המעבדה שלהם (שבדרך כלל הם מעדיפים להשאיר במקום אחר).
המשימה של קיוריוסיטי מוגדרת כ- 98 שבועות, שהם שנה אחת של מאדים. בזמן זה היא תסייר באזורים מעניינים בטווח של עשרות קילומטרים מנקודת הנחיתה, ובאמצעות 10 מכשירי החקירה המדעית שלה תאסוף מידע על הכימיה של הקרקע והאוויר, על תנאי הסביבה כמו לחץ, לחות, טמפרטורה וקרינה מהחלל ומהקרקע, ותחפש חומרים אורגניים שעשויים להצביע על פוטנציאל לקיום חיים בעבר על מאדים.

יש להדגיש, שקיוריוסיטי אינה מצויידת לזיהוי יצורים חיים. אין היא מסוגלת לזהות תהליכים ביולוגיים כלשהם. היא כן מצוידת באמצעים לזיהוי סביבה עם פוטנציאל להתהוות חיים, כמו מים, מולקולות אורגניות מורכבות ואנרגיה בצורה של קרינה או חום. קיוריוסיטי תתמקד בניסיון לאתר ולסווג מולקולות אורגניות (תרכובות המכילות פחמן), וכן יסודות כימיים הנחוצים לקיום חיים כמו חנקן, זרחן, חמצן וגפרית. בנוסף יש לה גם יכולת לזהות איזוטופים שונים של היסודות הללו.


המטרות המדעיות של קיוריוסיטי הן הבנה של הפוטנציאל הביולוגי של אזור החקירה על ידי הערכת מצאי התרכובות האורגניות ומקורן, איפיון הגיאולוגיה סביב הרובר וחקירה כימית, איזוטופית ומינרולוגית על פני הקרקע ואף מעט מתחת להם, חקר תהליכים פלנטריים כמו התפתחות האטמוספירה במאדים, ומדידה ואיפיון של סוגי הקרינה הנפלטת מהקרקע, עוצמת הקרינה הקוסמית והחלקיקים המגיעים מהשמש. המטרה האחרונה (מדידות הקרינה) נועדה לקראת משלחת אנושית למאדים, אי שם בעתיד.

עוד יומיים לנחיתה. ביום שני, משעה 08:00 בבוקר לכל המאוחר, אתחיל לנטר את ערוצי המדיה שעוסקים בנחיתה, ואעדכן בדיווחים שוטפים את דף הפייסבוק "מסה קריטית".
אם אתם מעוניינים להתעדכן בזמן אמת, להשתתף בשיחה ולשאול אותי שאלות, הרשמו בדף הפייסבוק כבר עכשיו.


לרשומה הבאה בסדרה: איזה ציוד לוקחים למאדים?
סדרת רשומות קיוריוסיטי לקראת ארוע הנחיתה:
רשומה ראשונה בסדרת קיוריוסיטי: כמה קשה לנחות על מאדים?
רשומה שניה בסדרת קיוריוסיטי: צלילה לאטמוספירה של מאדים
רשומה שלישית בסדרת קיוריוסיטי: סיום שלב הנחיתה של קיוריוסיטי

__________________________________________

הערה: זו הרשומה ה- 100 של הבלוג, אז הידד לשיטה העשרונית...או משהו.

יום שישי, 3 באוגוסט 2012

סיום שלב הנחיתה של קיוריוסיטי

לתשומת לבכם: רשומה זו ממשיכה את קודמתה "צלילה לאטמוספירה של מאדים".

בפרק הקודם השארנו את גיבורת סיפורנו קיוריוסיטי, הצפונה בתוך החללית MSL העושה את דרכה דרך האטמוספירה של מאדים ומנצלת את החיכוך כדי להאט.

במגע הראשון עם האטמוספירה היתה MSL בגובה 125 קילומטרים ובמהירות 6 קילומטרים לשניה.
כעת, לאחר שהאטמוספירה הדלילה של מאדים האטה את הנחתת לפי- 2 ממהירות הקול (בתווך המאדימאי), נותרה MSL בגובה של כ- 11 קילומטרים מעל הקרקע, ובמהירות של כ- 450 מטרים לשניה. האטמוספירה אינה מייצרת עוד מספיק חיכוך לחפץ בממדים שלה, ולשם כך יש להאט בשיטה אחרת; כשתגיע MSL למהירות זו, ייפרש מצנח ענקי, בקוטר של 16 מטרים, שתפקידו לבלום את המהירות האופקית שלה.
MSL צונחת מעל מכתש גייל, אתר הנחיתה המיועד
המצנח מתוכנן להקטין את אנרגיית המהירות של הנחתת ב- 95% תוך 50 עד 90 שניות בלבד!
24 שניות לאחר פרישת המצנח צפויה MSL להיות בגובה של 8 קילומטרים, ובמהירות 125 מטר לשניה. המצנח עדיין מאט את המהירות, אבל לא בקצב מספיק מהיר, ובנוסף עדיין יש מהירות אפקית שלא תאפשר נחיתה מדוייקת. לכן יש צורך בירידה מבוקרת יותר, שתתבצע באמצעות רקטות.
הרובר קיוריוסיטי מקופל בתוך MSL כשלגבו מחובר שלב הירידה (Descent Stage), מערכת הנעה עם שמונה מנועים רקטים חזקים (מעין Jetpack). כאשר מגיעים למהירות של 125 מטר לשניה (מהירות תת-קולית) מושלך מגן החום והרובר קיוריוסיטי עם שלב הירידה נחשף לאוויר המאדים.
שחרור מגן החום
חשיפת הרובר מאפשרת שני דברים, התחלת צילום של הקרקע, ומדידת הגובה באמצעות מכ"ם.

המכ"ם מותקן על שלב הירידה, ומטרתו היא מדידה מדוייקת של הגובה שהרכב נמצא בו. לאחר שחרור מגן החום ימתין המכ"ם 5 שניות לפני שיתחיל לעבוד, כדי שהמגן יספיק להתרחק ולא יבלבל את קריאת המרחק.

בפינה הקדמית השמאלית של הרובר עצמו ישנה מצלמה קטנה ששמה MARDI (קיצור של Mars Descent Imager), אשר מופנית כלפי מטה, וכל תפקידה הוא לתעד את שלב הנחיתה. הצילומים יהיו בצבע מלא ובהפרדה גבוהה ויאפשרו לצוות ההפעלה של הרובר לקבל מידע על האזור סביב נקודת הנחיתה, באיכות הרבה יותר טובה מאשר ניתן לקבל מצילומים מהחלל. סרט הנחיתה לא ישמש לניווט בזמן הירידה ולא ישודר בזמן אמת בגלל מגבלות רוחב פס. לכן כדי לצפות בסרט הנחיתה נאלץ 
כנראה להמתין מספר ימים, אבל זה הולך להיות שווה את ההמתנה!
מצלמת MARDI
קרדיט:  NASA/JPL-Caltech/Malin Space Science Systems
MARDI תתחיל לצלם מיד לאחר שחרור מגן החום, ואפילו תשתמש במשטחים לבנים שמודבקים לצידו הפנימי לצורך White Balance (אם אינכם מכירים את המושג, תשאלו חובבי צילום).

בערך 85 שניות לאחר שחרור מגן החום, צפויה הנחתת, שעדיין תלויה על המצנח, להיות בגובה של קילומטר וחצי עד שני קילומטרים (לפי מדידות המכ"ם). הקרקע תשעט כלפיה במהירות כ- 100 מטרים בשניה. בתנאים אלה מופעל שלב הירידה: שמונת המנועים הרקטיים, המכוונים כלפי מטה סביב הרובר, מתחילים לפעול ב- 1% מהעוצמה המלאה שלהם - ושלב הירידה מתנתק מהמעטפת שכיסתה אותו ומהמצנח, ונופל מטה.


הנפילה החופשית נועדה כדי להתרחק מהחופה והמצנח, לפני שמעלים את הדחף של המנועים, והיא נמשכת כשניה אחת בלבד.

המנועים מעלים את עוצמתם, תחילה לצורך ריסון מהירויות סחרור, ואז במלוא העוצמה, להאטת קצב הנפילה תוך כדי ביטול מוחלט של התנועה האופקית.
קיוריוסיטי ועליה שלב הירידה
שמונת המנועים יצמצמו את קצב הירידה עד לכדי 20 מטרים לשניה. קצב זה יימשך עד שהמכ"ם ימדוד גובה של 50 מטרים מהקרקע. אז הם יגבירו את עוצמתם ויאטו את קצב הירידה ל- 75 סנטימטרים לשניה. נסו לדמיין את הקצב הזה, הוא מאד איטי.

בגובה 21 מטרים, כבר שרפו מנועי שלב הירידה כ- 400 קילוגרמים של דלק, כך שאם המנועים ימשיכו לפעול בעוצמה זו, הם יתחילו למשוך את הרובר כלפי מעלה (אותו דחף על פחות מסה נותן תאוצה גדולה יותר). לכן מפחיתים את עוצמתם כדי לשמור על קצב הירידה האיטי, שאמור להישמר קבוע עד המגע עם הקרקע. בשלב כלשהו יפעלו המנועים בעוצמה חלשה ובלתי יעילה, ולכן פשוט מכבים ארבעה מהם.

שמונת המנועים נמצאים בארבע הפינות של הרובר, זוג בכל פינה, כשמתוך כל זוג, מנוע אחד פונה למטה, והשני גם כן, אבל מוטה מעט כלפי חוץ. ארבעת המנועים המוטים הם אלו הממשיכים לפעול, וזאת כדי למנוע את פגיעת הרשף הנפלט מהם ברובר בשלב עגורן השחקים (תרגום מקורי ל- Sky Crane).

2.5 שניות אחרי סגירת ארבעת המנועים (הארבעה האחרים יפעלו בערך בחצי הספק), יופעלו נפצים פירוטכניים שיפרידו בין הרובר לבין שלב הירידה. הרובר למעשה יתחיל ליפול מטה, כשהוא מחובר לשלב הנחיתה באמצעות שלוש רתמות. הרתמות, העשויות חוטי ניילון, תופסות את הרובר בשלוש נקודות סביב מרכז הכובד שלו, ונפרשות מתוך סליל בתחתית שלב הירידה (מתחת למרכז הכובד שלו, כדי שיישאר מאוזן).

הסליל גם הוא מנגנון מתוחכם, שמשחרר את שלוש הרתמות יחדיו תחת בקרה של בלם אלקטרומכני ששולט על מהירות הסיבוב שלו וכך על מהירות הירידה של הרובר.
בנוסף ישנו גם כבל טבורי (אומבילי, ממשק חשמלי בין מכשירים להעברת כוח ונתונים) המחבר בין קיוריוסיטי ושלב הנחיתה, כי המחשב של הרובר מפעיל את שניהם.
עגורן שחקים
הרתמות ייפרשו לכל אורכן, שהוא 7.5 מטרים, ושלב הנחיתה ימשיך להוריד את קיוריוסיטי במהירות העדינה של 75 סנטימטרים לשניה עד המגע עם הקרקע. שניות בודדות לפני המגע ישוחררו מיתלי הגלגלים של הרובר, ויימתחו כלפי מטה, מוכנים לספוג את הפגיעה באדמה כמו כני נסע של מטוס.
לאחר הנחיתה תתמוך הקרקע במשקל של הרובר, ושלב הירידה ירגיש את ההקלה בכוח שהופעל עליו.
הוא ימתין שניה כדי לוודא שהמדידות שלו אמיתיות וקבועות, וכדי להתאים את דחף המנועים לתמיכה במשקל שלו בלבד. לאחר שניה זו מופעלים מנגנוני גיליוטינה חשמליים שחותכים את רתמות הניילון בנקודות החיבור שעל גבה של קיוריוסיטי. הרתמות מתגלגלות תוך שניה חזרה לסליל שלהן באמצעות קפיץ. באותו הזמן, קיוריוסיטי פוקדת על שלב הירידה וחותכת את הכבל הטבורי. זה האות לשלב הירידה לנסוק ולהתרחק מהמקום כדי לא לסכן את הרובר. הוא יתרסק במרחק של לפחות 150 מטרים משם.

ומה עכשיו?


כמעט כלום. 

קיוריוסיטי תשדר ברצף באמצעות משדר ה- UHF שלה, כדי שהמקפת אודיסיי תוכל להעביר את הנתונים על מצב המשימה לכדור הארץ, אבל בהתחלה לא יותר מזה לפני שיגיעו הוראות ממרכז הבקרה בכדור הארץ, ואלה יגיעו רק בבוקר היום המאדימי הבא. 

על הפעלת הרובר, פרישת הציוד ותחילת העבודה של קיוריוסיטי, ברשומות הבאות.


סדרת רשומות על קיוריוסיטי:

רשומה ראשונה בסדרת קיוריוסיטי: כמה קשה לנחות על מאדים?
רשומה שניה בסדרת קיוריוסיטי: צלילה לאטמוספירה של מאדים
רשומה רביעית בסדרת קיוריוסיטי: מה מחפשים במכתש גייל במאדים?

לקריאה נוספת:

מידע לעיתונות על תכנית MSL (קובץ PDF)
סיכומים מבלוג האגודה הפלנטרית
GET CURIOUS

_____________________________________

קרדיט לתמונות: NASA
סימולציה: האתר Eyes on the Solar System של NASA ו- JPL

יום רביעי, 1 באוגוסט 2012

צלילה לאטמוספירה של מאדים

רשומה זו היא השניה במספר, בסדרה שאני כותב לקראת הנחיתה של קיוריוסיטי על מאדים (לרשומה הקודמת). הנחיתה תתרחש בבוקר ה- 6 באוגוסט, וזה הולך להיות מפגן היכולת הטכנולוגית הגדול ביותר בהיסטוריה של חקר החלל, בהנחה שיצליח כמובן.
ההימור שלי הוא להצלחת המשימה, למרות המורכבות הרבה של המבצע. אני נוטה לחשוב שבפרויקט שבו הושקעו 2.5 מיליארד דולר, בתקופה בה תקציב נאס"א מקוצץ והפגיעה העיקרית היא במחקר הפלנטרי, נעשו כל המאמצים כדי שלא יישאר מקום להפתעות שעלולות להחריב את המשימה. עם זאת, אין דבר כזה הימור בטוח.
קיוריוסיטי. תמונת אילוסטרציה.
קטע המשימה מהכניסה לאטמוספירה ועד הנחיתה הוא השלב המסובך והמסוכן ביותר במהלך המשימה. החללית משנה את צורתה ואופן פעולתה מספר פעמים עד שהיא מגיעה לקרקע, מבצעת לראשונה תרגילים שבשום אופן לא ניתן לנסות אותם על פני כדור הארץ למעט בהדמיות ממוחשבות, תלויה במספר רב של רכיבים מכניים ואלקטרוניים ומנוהלת על ידי תוכנה בעלת אינספור שורות קוד. מה כבר יכול להשתבש?!

MSL (Mars Science Laboratory, הנושאת את הרובר קיוריוסיטי) שוגרה ב- 28 בנובמבר 2011 על גבי משגר אטלס, והתחילה מסע בין 254 ימים לכיוון מאדים. למעשה, המסלול המקורי היה מביא אותה לפספס את מאדים ב- 40,000 קילומטרים בערך, ואת הפער הזה צמצמו רק בחודשים האחרונים. זאת כדי שבמקרה של תקלה חמורה לא תתרסק החללית אלא תמשיך לנוע במסלול סביב השמש.
כעת נעה החללית במסלול שיביא אותה לכניסה לאטמוספירה העליונה של מאדים ובימים הקרובים היא תבצע מספר תיקונים נוספים שיכוונו במדוייק את מיקום וזווית הכניסה כדי שתגיע היישר אל יעד הנחיתה. החללית מיוצבת באמצעות סחרור איטי, ומופעלת בחשמל שמיוצר על ידי התאים הסולריים שעל גב שלב השיוט.
MSL עם שלב השיוט המכוסה תאים סולריים
בחמשת הימים שלפני הכניסה לאטמוספירה יתחיל רצף פעילויות לקראת הנחיתה, שיכלול התחלת חימום של רכיבים מסויימים וטעינת פרמטרים לתוכנה האוטונומית של החללית, למשל פרמטרים של המיקום המדוייק שלה, או התנאים האטמוספריים באזור הנחיתה (כפי שנצפים על ידי המקפת MRO). פרמטרים אלו יסייעו לתוכנה לנהל את מהלך הנחיתה באופן מיטבי.

תקרת האטמוספירה איננה מיקום ברור. השכבה העליונה נעשית דלילה יותר ויותר ככל שמתרחקים מהקרקע, ולצורך מעשי מסתיימת בגובה של כ- 125 קילומטרים. החללית לא נכנסת לאטמוספירה מעל אתר הנחיתה, אלא נכנסת בזווית קהה במרחק של מעל 600 קילומטרים מהיעד. MSL חודרת לאטמוספירה במהירות מסחררת של כשישה קילומטרים בשניה, והמשימה שלה היא לבלום את המהירות הזו כדי להנחית את הרכב הרובוטי בעדינות רבה, וכמובן במיקום הנכון במדוייק.

האקשן מתחיל עשר דקות לפני הפגיעה באטמוספירה. מספר מנגנונים פירוטכניים מתפוצצים ומשליכים מעליה את שלב השיוט. MSL נותרת בנפילה חופשית מעל מאדים.

השלכת שלב השיוט
MSL מורכבת משני חצאים חיצוניים, מגן החום, שבנוי בצורת חרוט רחב, והמעטפת האחורית (Back shell). החללית ממתינה דקה אחת להתרחקות שלב השיוט, ומפעילה את מנועי ההידרזין שעל המעטפת האחורית כדי להפסיק את הסחרור, וכדי לכוון את מגן החום קדימה, לכיוון התנועה של החללית ולקראת המפגש עם האטמוספירה.
חמש דקות לפני הכניסה לאטמוספירה מתבצעת פעולה מעניינת. שתי משקולות טונגסטן השוקלות כל אחת 75 קילוגרם, מושלכות מצידה האחורי של החללית, ובכך גורמות למרכז הכובד שלה לזוז קדימה. פעולה זו תגרום לחללית לקבל יציבות אווירודינמית, ולמעשה לייצר כוח עילוי מסויים. הג'יירוסקופים והמנועים הרקטיים של החללית יאפשרו לבקֶר ולשלוט בכיוון שלה, ולשמור אותה בנתיב הנכון. בשלב זה ניתן יהיה לקזז את רוב ההפרעות הלא צפויות שעלולות להיגרם משינויים בצפיפות האטמוספירה ומרוחות.
את הכניסה המבוקרת והמיוצבת לאטמוספירה של מאדים ניתן להשוות לכניסה הבליסטית של הרוברים הקודמים, שלמעשה היו נתונים לאקראיות של התופעות האטמוספריות, וזו הסיבה העיקרית לכך שאזור הנחיתה שלהם היה גדול לאין שיעור מזה של קיוריוסיטי.
MSL שועטת לכיוון אתר הנחיתה
תוך כדי החיכוך באטמוספירה תאט החללית ל- 10% ממהירותה ההתחלתית. לשם כך עליה לשרוד תאוצה של מעל 10 ג'י, וטמפרטורה של מעל 2,000 מעלות צלזיוס, שאותה יחסום מגן החום.
בשלב הזה, מהירותה של MSL צפויה להיות כ- 2 מאך (פי- 2 ממהירות הקול), ובמהירות זו כבר אפשר לפרוש את המצנח הענק שתוכנן במיוחד למשימה זו.
לפני פרישת המצנח צריך "ליישר" את החללית כך שהמכ"ם שלה יפנה כלפי מטה ויוכל למדוד את הגובה והמהירות של החללית. ה"התיישרות" תתבצע על ידי השלכת שש משקולות טונגסטן בנות 25 קילוגרם כל אחת, היושבות באותו צד על היקף החללית. מרכז הכובד משנה שוב את מיקומו, והצד הכבד יותר יסתובב כלפי מטה.
מדהים בעיני ששוגרו לחלל 300 קילוגרם של טונגסטן שהתפקיד היחיד שלו הוא להיזרק החוצה. אבל פעם עשו את אותו הדבר עם שקי חול בכדורים פורחים, נכון? (מישהו יודע אם עדיין עושים את זה?)

במשך כל שלב הכניסה לאטמוספירה, תהיה MSL בקשר רדיו ישיר אל כדור הארץ, ואת השידור יקלטו ברשת החלל העמוק (Deep Space Network). מערך DSN כולל שלושה אתרי שידור וקליטה המצויידים באנטנות ענק (70 מטר) שמאפשרות תקשורת עם חלליות במרחק רב מאד. האתרים נמצאים בקליפורניה, בספרד ובאוסטרליה, ויחד מכסים את כל הכיוונים סביב כדור הארץ.

אנטנת 70 מטר בגולדסטון, קליפורניה
בנוסף לשידור הישיר, תשדר MSL גם שידור UHF לשלוש המקפות שסביב מאדים: אודיסיי, מארס-אקספרס, ו- MRO. כל השלוש יקליטו את השידור שיקבלו, אבל רק אודיסיי מסוגלת לשמש כממסר שמעביר את השידור בזמן אמת לכדור הארץ. MRO תעביר אותו לאחר מספר שעות ומארס-אקספרס תשמש כגיבוי בלבד.
המידע שהן תקבלנה הוא נתונים על החוויות שעוברת MSL, כמו טמפרטורה, לחץ, רעידות, ועוד מידע שיכול לסייע למשימות עתידיות למאדים.
שימו לב לכך שכשכתבתי זמן-אמת, התכוונתי שהשידור יהיה בזמן אמת, אבל הקליטה בכדור הארץ תתעכב, כי התשדורת צריכה לצלוח 248 מיליון קילומטרים. גלי הרדיו נעים במהירות האור, ולכן הזמן שיחלוף מרגע השידור ועד להגעתו לכדור הארץ הוא כמעט 14 דקות.
המשך הרפתקאות הנחיתה של קיוריוסיטי ברשומה הבאה.

לקריאה נוספת:

הרשומה הקודמת: כמה קשה לנחות על מאדים?
הרשומה הבאה: סיום שלב הנחיתה של קיוריוסיטי
מידע לעיתונות על תכנית MSL (קובץ PDF)
סיכומים מבלוג האגודה הפלנטרית
GET CURIOUS

_____________________________________

קרדיט לתמונות: NASA
סימולציה: האתר Eyes on the Solar System של NASA ו- JPL