Dzielne, wytrzymałe i urocze jak Baby Yoda. Te łaziki kosmiczne tylko wyglądają niepozornie

A z łazikami nie ma żartów. Choć ich wygląd raczej nie zwali nikogo z nóg, są one fascynującymi pojazdami, przy projektowaniu których trzeba brać pod uwagę rzeczy, o których konstruktorom ziemskich pojazdów nigdy się nie śniło.

Limuzyna do innego świata
Planując misję z udziałem łazika, musimy oczywiście mieć na uwadze warunki panujące w miejscu, w którym będzie on pracował. Weźmy chociaż główny dzisiaj cel łazików, czyli Marsa.

– Tamtejsza grawitacja jest około trzykrotnie mniejsza niż na Ziemi, co oznacza, że na działające tam urządzenia działa inna siła i mogłyby nie być tak wytrzymałe jak te, które muszą pracować w warunkach ziemskich – ich elementy są bowiem mniej obciążone – tłumaczy w rozmowie z INNPoland.pl dr hab. Jan Kindracki z Politechniki Warszawskiej.

Nic jednak nie jest aż tak łatwe. Zanim bowiem łazik rozpocznie pracę na Czerwonej Planecie, musi na nią w jakiś sposób dotrzeć. A to właśnie przy starcie w kosmos mamy do czynienia z największymi przeciążeniami; konstrukcja musi być więc na tyle silna, żeby ten moment wytrzymać. Konstruktorzy łazików muszą więc te dwie skrajności w jakiś sposób połączyć. – Inna sprawa jest taka, że warunki na Marsie naprawdę są naprawdę zupełnie różne od tych ziemskich. Inny jest grunt, po którym muszą poruszać się koła łazika, trzeba też pamiętać np. o burzach pyłowych o sile, która na Ziemi się nie zdarza – wylicza dr hab. Kindracki.

Na powierzchni Marsa łazik jest również narażony na oddziaływanie wysokoenergetycznych cząstek, pochodzących zarówno z dalekiego kosmosu, jak i od Słońca. A te mogą sporo namieszać w elektronice.

Jak podkreśla mój rozmówca, inny jest również skład marsjańskiej atmosfery. – Projektując urządzenia na Ziemię musimy brać pod uwagę działanie tlenu, który jako silny utleniacz powoduje korozję. Z kolei na Marsie tlenu mamy jedynie śladowe ilości – za to musimy wziąć pod uwagę to, że tamtejsza atmosfera składa się przede wszystkim z CO2 – dodaje.

Łazik to twarda sztuka
Co jednak ciekawe, pomimo wszystkich tych potencjalnych problemów, wszystkie łaziki wysłane przez NASA na Czerwoną Planetę znacznie przekroczyły pierwotnie zakładany czas działania.

Sojourner, jak zresztą cała misja Pathfinder, miał posłużyć za coś w rodzaju misji testowej przed innymi, dłuższymi i bardziej skomplikowanymi wypadami na Marsa. W związku z tym zaplanowano, że działać będzie tylko siedem dni marsjańskich, z możliwością przedłużenia do trzydziestu. Wytrzymałość łazika przebiła wszelkie oczekiwania: po Marsie jeździł aż 83 dni marsjańskie (czyli 85 dni ziemskich).

Druga generacja łazików, która na Marsie wylądowała w 2004 roku w ramach misji Mars Exploration Rover, pobiła natomiast wszelkie rekordy. Dwa łaziki – Spirit i Opportunity – miały eksplorować planetę przez 90 dni marsjańskich (czyli ok. 92 dni ziemskie). Spirit poruszał się po planecie aż do... 2009 roku, kiedy to utknął w luźnym piasku. Ostatnie dane od niego odebrano 20 marca 2010 roku.

Całkiem nieźle jak na misję, która miała trwać trzy miesiące, prawda? A dokonania Spirita bledną w porównaniu z Opportunity, który marsjańskie bezdroża eksplorował aż 15 lat. Pokonała go dopiero gigantyczna burza piaskowa, która szalała na Marsie w 2018 roku. Po przejściu burzy NASA przez miesiące usiłowała nawiązać ponowny kontakt z łazikiem, jednak bezskutecznie. Kiedy na początku tego roku NASA ogłosiła ostateczny koniec jego misji, fani łazika żegnali go na mediach społecznościowych hasztagiem #ThanksOppy. Klucz to przygotować się na najgorsze
– Trwałość łazików bierze się z prostego rachunku: lot na Marsa jednak trochę trwa i trochę kosztuje, w związku z czym łaziki projektuje się w taki sposób, żeby mieć bardzo, ale to bardzo dużą niezawodność – stwierdza dr hab. Jan Kindracki.

Jak dodaje, kluczowe są tutaj dwie kwestie: konstrukcji mechanicznej oraz energii. Przede wszystkim więc łaziki są bardziej odporne ponieważ muszą przetrwać start i lot. Nic więc dziwnego, że później również działają zazwyczaj dłużej niż się pierwotnie zakłada.

Jeśli chodzi natomiast o kwestię zasilania łazików, to jej tajemnica kryje się w tym, że projektowana jest do pracy w warunkach niekoniecznie optymalnych.

– Ponieważ wszystkie podzespoły łazików projektowane są w ten sposób, aby zużycie energii było jak najmniejsze a ilość dostępnej energii na pokładzie jest zawsze z pewnym zapasem, który uwzględnia np. fakt że nie wszystkie panele fotowoltaiczne wygenerują nominalną ilość energii. Stąd bierze się możliwość wydłużonego działania łazików: duża niezawodność i ciągle jeszcze dostępna energia – tłumaczy dr hab. Kindracki.

Radzieckie łaziki
Warto jednak przypomnieć, że historia specjalnych pojazdów, które mają poruszać się po pozaziemskich światach, nie zaczęła się jednak wraz z Sojourner. Pierwszymi działającymi łazikami były radzieckie Łunochody, które wysłano na Księżyc na początku lat 70. Obydwa pojazdy (jeden trafił na naszego satelitę w 1970 roku, drugi w 1973) mogły poruszać się po Księżycu jedynie w ciągu dnia, od czasu do czasu jedynie podładowując swoje akumulatory. W Łunochodach możemy dojrzeć wszystkie charakterystyczne cechy dzisiejszych łazików: były to sterowane z Ziemi miniaturowe laboratoria, wyposażone do tego w kamery pozwalające rejestrować obraz dookoła.

Stojąca za pojazdami idea pozostaje więc niezmienna od lat 70. – jednak dzisiejsze pojazdy dają zupełnie nowe możliwości.

– Od czasów Łunochodów zrobiliśmy gigantyczne postępy w miniaturyzacji, zarówno elektroniki przeznaczonej do kosmosu, jak i optymalizacji kształtu i masy elementów mechanicznych, są też dostępne inne nowe materiały, których nie było w latach siedemdziesiątych. Łazik z lat 70. i łazik z 2019 roku mogą mieć taką samą masę – jednak ich funkcjonalność będzie już zupełnie inna. Dzisiaj przy takiej samej masie i takim samym zużyciu energii możemy po prostu zrobić łazikiem znacznie więcej – tłumaczy dr hab. Jan Kindracki.

Co dalej w świecie łazików?
Śmierć Oppy'ego osierociła na Czerwonej Planecie dekadę młodszy łazik Curiosity. Wyruszył on na spotkanie przygody w sierpniu 2012 roku i miał zaplanowany znacznie dłuższy niż poprzednie łaziki program wycieczki: jego misja miała trwać dwa lata.

Nikogo jednak chyba nie zdziwi fakt, że misja została przedłużona, a Curiosity dalej eksploruje Czerwoną Planetę. Jak zresztą przystało na przedstawiciela młodszej generacji, Curiosity słynie z tego, że w przerwach pomiędzy pracą przesyła na Ziemię swoje selfie.

Pojazd nie będzie jednak już długo samotny. W przyszłym roku na Marsa mają wyruszyć aż dwie misje, których ambicją jest umieszczenie tam kolejnych pojazdów sterowanych z Ziemi. Jednym z nich, w ramach misji Mars 2020, będzie nienazwany jeszcze łazik NASA. Ma być wyposażony m.in. w... miniaturowego drona, który będzie zdolny do lotu w marsjańskiej atmosferze.

Drugi łazik wysłany będzie z kolei przez naszą własną Europejską Agencję Kosmiczną (ESA). Pojazd będzie nosić imię współodkrywczyni struktury DNA Rosalind Franklin, zaś jego zadaniem będzie poszukiwanie śladów życia pod powierzchnią planety (gdzie mogła uchronić się przed promieniowaniem materia organiczna).