Μπορεί το Schiaparelli να απέτυχε να προσεδαφιστεί στον Κόκκινο Πλανήτη, αλλά τίποτα δεν τελείωσε
Πόσο δύσκολη και ποια εμπόδια παρουσιάζονται στην προσπάθεια που γίνεται, εξηγεί στο «Βήμα» ο Παντελής Πουλάκης, υπεύθυνος για τα συστήματα κίνησης του ρομπότ της αποστολής ExoMars

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 Άρη και την προσεδάφιση στην επιφάνεια του πλανήτη μιας συσκευής ονόματι Schiaparelli. Η δεύτερη φάση αφορά την αποστολή το 2020 ενός ρομπότ στον Άρη.

Πρόκειται για το πιο προηγμένο ρομπότ εξερεύνησης εξωγήινου κόσμου που έχει κατασκευαστεί ώς σήμερα. Τα επιστημονικά όργανα του TGO θα αναλύσουν την ατμόσφαιρα του Άρη 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 Άρη, 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 Άρη, 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).

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

«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 Άρη, εξηγεί τι συνέβη με το Schiaparelli και αναλύει την κατάσταση που διαμορφώθηκε για την αποστολή ExoMars.

Γιατί συμβαίνει
Η αποτυχία προσεδάφισης του Schiaparelli δεν είναι η πρώτη, αφού στο παρελθόν έχουν αποτύχει πολλές αποστολές προσεδάφισης στον Άρη. Γιατί συμβαίνει αυτό; Ποια είναι τα εμπόδια στον Κόκκινο Πλανήτη;

Κατ’ αρχάς η αποτυχία στην προσεδάφιση του Schiaparelli αναδεικνύει 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.

Όσον αφορά τον Άρη 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 πήγε στραβά
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 Άρη μάς έχουν αποκαλύψει μια πολύ καλή εικόνα για τις γεωατμοσφαιρικές συνθήκες του Άρη, 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.

Ο ρόλος του Schiaparelli
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 ώς τέσσερεις 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 Άρη.
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 Άρη. Με την άφιξη στον Άρη, το Crusing Stage «ανοίγει» και απελευθερώνει το σκάφος το οποίο θα προσεδαφίσει το ρομπότ στην επιφάνεια του Άρη. 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.

Κατά το αρχικό στάδιο της καθόδου η ατμόσφαιρα του Άρη 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 από 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. Έτσι, 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 Άρη
Οι περισσότεροι πιστεύουν ότι η προσπάθεια να στείλουμε συσκευές συλλογής δεδομένων και ρομπότ εξερεύνησης στον Άρη 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 Άρη.

*Σοβιετική πρωτιά: Η Σοβιετική Ένωση, 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 Άρη. Οι Σοβιετικοί οργάνωσαν την αποστολή Mars 1962B που είχε ως στόχο την προσεδάφιση μιας συσκευής στην επιφάνεια του Άρη.

Όπως 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 Άρη το 1971 μεταφέροντας το καθένα μια διαστημοσυσκευή προσεδάφισης. Η συσκευή του Mars 2 κατάφερε να προσεδαφιστεί μεν στην επιφάνεια του Άρη 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 Ένωση κέρδισε και πάλι την πρωτιά, αφού οι δύο συσκευές έγιναν τα πρώτα ανθρώπινα αντικείμενα που πάτησαν το έδαφος του Άρη. Δύο χρόνια μετά, το 1973, η Σοβιετική Ένωση έστειλε άλλα τέσσερα σκάφη (Mars 4, Mars 5, Mars 6, Mars 7), με ισάριθμες διαστημοσυσκευές, στον Άρη.

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 Ένωση έθεσε τον φιλόδοξο στόχο να γίνει μια αποστολή συλλογής δειγμάτων από τον Άρη και επιστροφής τους στη Γη για μελέτη. Για αυτόν τον σκοπό οργάνωσε τρεις-τέσσερεις 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 Άρη. Τα δύο σκάφη της αποστολής Viking στέλνουν με επιτυχία στην επιφάνεια του Άρη δύο συσκευές, οι οποίες συλλέγουν δεδομένα και στέλνουν τις πρώτες έγχρωμες εικόνες του Κόκκινου Πλανήτη. Μάλιστα το Viking 1, αναζητώντας ένα κατάλληλο σημείο για να προσεδαφιστεί η συσκευή του Viking 2 που ακολουθούσε, φωτογράφισε το περίφημο «Πρόσωπο του Άρη». Την εικόνα στην οποία κάποιος γεωλογικός σχηματισμός μοιάζει με ανθρώπινο πρόσωπο.

Όπως φαίνεται, οι δύο διαστημικές υπερδυνάμεις αποφάσισαν να αφήσουν για λίγο στην άκρη την προσπάθεια εξερεύνησης του Άρη, αφού πέρασαν 20 χρόνια για την επόμενη προσπάθεια. Ανήμερα την εορτή της αμερικανικής Ανεξαρτησίας, στις 4 Ιουλίου του 1996, η αποστολή Pathfinder της NASA πατάει με επιτυχία το έδαφος του Άρη και για πρώτη φορά ένα ρομπότ αρχίζει να κινείται και να εξερευνά τον πλανήτη.

Ώς τον Σεπτέμβριο του 1997, που το ρομπότ σταμάτησε την εξερεύνηση, είχε στείλει 550 εικόνες του Άρη και είχε πραγματοποιήσει 15 αναλύσεις στο έδαφος και στα πετρώματα του πλανήτη. Για πρώτη φορά οι επιστήμονες εντοπίζουν ίχνη για ένα παρελθόν του Άρη 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 Άρη.

Η συνέχεια είναι εντυπωσιακή, αφού η αμερικανική υπηρεσία έστειλε με επιτυχία τέσσερα ρομπότ στον Άρη (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 Άρη 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 Άρη, 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 Άρη το 2020.

Εκτός από το ExoMars, υπάρχουν άλλες τέσσερεις 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 Άρη και το 2020 θα στείλει άλλο ένα ρομπότ. Επίσης το 2020 έχουν προγραμματίσει να στείλουν ρομπότ εξερεύνησης στον Άρη τόσο η Κίνα όσο και η Ινδία.
Πηγή: Βήμα