Mars 2020 -kulkija

Video: Tällainen on Nasan suunnittelema Mars-helikopteri

Nasa ilmoitti lähettävänsä pienen helikopterin Marsiin kesällä 2020. Kyseessä on enemmänkin tekniikkaa testaava koe kuin varsinainen tieteellinen tutkimus, mutta jos laite toimii suunnitellusti, voisi vastaisuudessa Mars-tutkimus ottaa suuria harppauksia eteenpäin lentolaitteiden avulla.


Mars-helikopteri on pieni helikopteri, jonka runko on kooltaan berliininmunkin luokkaa, ja jonka massa on noin 1,8 kg.

Hankaluutena Marsissa lentävän kopterin suunnittelussa on se, että Marsin kaasukehän tiheys on hyvin pieni: pinnalla se on vain noin sadasosa vastaavasta täällä Maassa.

Kopterilla lentäminen Marsissa vastaa siis sitä, että samaa koetettaisiin täällä maapallolla noin 30 kilometrin korkeudessa. Tämä on hieman enemmän kuin helikopterien korkeusennätys 12440 m, jonka teki Jean Boulet kesäkuussa 1972 vuoristolentämiseen varustetulla Aérospatiale SA 315B Lama -helikopterilla.

Mikäli Nasan kopteritiimi onnistuu lennättämään kopteriaan Marsissa, saa se puolestaan kunnian ensimmäisestä toisen planeetan kaasukehässä tehdystä ilmaa raskaammasta lennosta.

Jotta pikkukopteri voisi toimia niin harvassa kaasussa, pitää kopterin olla pieni ja kevyt ja sen roottorien tulee olla epäsuhtaisen suuria ja pyöriä nopeasti. Kaksi vastakkaisiin suuntiin pyörivää roottoria vispaavatkin noin 3000 kierrosta minuutissa.

Tarkoituksena on nyt lähettää kopteri seuraavan suuren Mars-kulkijan mukana kesäkuussa 2020 kohti punaista planeettaa. Tämä toistaiseksi vain nimellä Mars 2020 -kulkija tunnettu laite on jotakuinkin samanlainen kuin nyt Marsissa oleva mopoauton kokoinen Curiosity. 

Kopteri on kiinni kulkijan alapuolella, sillä kunhan sopiva paikka lennättämiselle on löytynyt, kopteri pudotetaan Marsin pinnalle. Sen jälkeen kulkija rullaa sivuun sopivan etäisyyden päähän ja kopteri lähtee (lukuisten tarkistusten jälkeen) lentoon.

Koska sitä ei voida ohjata suoraan lennonjohdosta Maan ja Marsin välisen pitkän etäisyyden vuoksi, täytyy lennon olla täysin automaattinen.

Suunnitelmana on tässä vaiheessa käyttää aurinkopaneeleista virtansa saavaa kopteria kuukauden ajan ja tehdä sillä ainakin viisi koelentoa. Niillä lennetään muutamien satojen metrien päähän, jolloin lento kestäisi noin puolisentoista minuuttia.

Ensimmäisellä lennollaan kopteri vain nousee noin kolmen metrin korkeuteen ja pysyy siinä paikallaan puoli minuuttia.

Jos tekniikka toimii, olisivat lentolaitteet – joko pyöriväsiipiset tai lentokoneet – todella käteviä laitteita Marsin tutkimiseen. Niillä kun voitaisiin käydä tutkimassa läheltä ja tehdä mittauksia laajoilta alueilta varsin nopeasti. 

Helikopterit olisivat kaikkein parhaimpia, koska ne voisivat myös laskeutua melkein minne vain ja tutkia myös pintaa tarkemmin.

Kuinka Marsista voidaan tuoda näyte Maahan – ja miksi niin pitäisi tehdä?

Ma, 04/30/2018 - 12:52 By Jari Mäkinen
Raketti lähtee Marsin pinnalta

Berliinissä pidettiin viime viikolla kansainvälinen kokous, jossa aiheena oli näytteen tuominen Marsista maanpäällisissä laboratorioissa tutkittavaksi. Avaruusjärjestöt ilmoittivatkin laittavansa nyt ison vaihteen päälle tässä kunnianhimoisessa hankkeessa.

Jos tutkijoilta kysytään, niin paras tapa viedä Marsin tutkimusta kunnolla eteenpäin on tutkia Marsin maaperästä – tai marsperästä – otettuja näytteitä kunnolla. Koska Marsiin voidaan lähettää vain pieniä ja kyvyiltään varsin rajallisia minilaboratorioita, on ainoa tapa tällaiseen kunnolliseen tutkimukseen täällä Maassa. 

Nykyaikaiset laboratoriot ovat niin kyvykkäitä, että pienenpienestä määrästä näytettä saadaan selville paljon erilaisia asioita näytteen olemuksesta, koostumuksesta, historiasta ja myös olosuhteista, missä se on ollut, sekä aineista sen ympärillä. Laboratoriotutkimukset ovatkin mullistaneet muun muassa historiantutkimuksen, geologian ja rikosten selvittelyt. 

Niinpä pienestäkin määrästä marsperää saataisiin selville monia asioita punaisen planeetan historiasta ja nykyisyydestä, sekä todennäköisesti paljon lisätietoa siitä, onko Marsissa elämää. Tai onko sitä ollut.

Tärkeää on myös se, että näytteitä voitaisiin tutkia useissa laboratorioissa: samojen tutkimusten tekeminen eri menetelmin eri paikoissa lisää tulosten luotettavuutta. Nyt tietoja saadaan vain yhdestä, pitkän avaruusmatkan tehneestä pikkulaboratoriosta.

Tällaista näytteenhakulentoa on suunniteltu jo pitkään, mutta moni tekijä on pitänyt sitä pelkkänä haaveena. Olennaisin asia on ollut rahan puute, mutta siihen liittyen aivan yhtä olennaista on ollut tarvittavan tekniikan osaaminen. 

Yksinkertaista, mutta vaikeaa

Periaatteessa homma on hyvin suoraviivainen. Lähetetään Marsin pinnalle kulkija, joka tonkii sopivan näytteen Maahan lähetettäväksi. Laukaistaan Marsiin raketti, joka voi nostaa näytteen Marsia kiertävälle radalle. Ja lennätetään Marsiin alus, joka voi tuoda näytteen Marsista Maahan.

Siis näin:

Kaavio näyttenhakulennosta

Teknisesti tämä on kuitenkin vaikeaa, eikä Marsista ole koskaan lähdetty takaisin. Kuusta on tehty kuitenkin näytteenhaku robottiluotaimin, jopa useamman kerran, joten periaatteessa homma kyllä osataan – mutta Mars on paljon kauempana kuin Kuu ja Mars on myös suurempi kuin Kuu.

Näytteenhakulentoa on suunniteltu jo pitkään ja sen tekniikkaa on paitsi pohdittu, niin myös testattu pienessä mittakaavassa. Tärkeintä hankkeelle olisikin saada se kunnolla eteenpäin, jolloin laitteita voitaisiin alkaa toden teolla suunnitella ja rakentaa todellista lentoa varten. 

Siksi ESA ja Nasa ehdottavat nyt näytteenhakulennon tekemistä ja polkaisevat sen alkuun pienellä ja helpolla, mutta samalla konkreettisella tasolla: vuonna 2020 Marsiin lähetettävä kulkija varustetaan kapselilla, jonka sisälle voidaan laittaa 31 huopakynän kokoista sylinteriä, joiden sisälle näytteet kaadetaan kulkijan robottikäsivarrella.

Kulkija on on tekeillä ja näytekapselin lisääminen siihen onnistuu helposti. Sellainen on jo suunniteltu ja sitä testataan parhaillaan.

Tästä eteenpäin suunnitelma tarvitsee jo pidemmälle meneviä päätöksiä sekä rahoitusta.

Toinen etappi on laskeutuja, joka kantaa mukanaan rakettia, joka pystyy laukaisemaan jotakuinkin jalkapallon kokoisen näytekapselin Marsia kiertävälle radalle. Siinä on lisäksi pieni kulkija, jonka tehtävänä on noutaa näytekapseli Mars 2020 -kulkijasta ja tuoda raketin luokse sekä asettaa kapseli raketin nokkaan.

Raketti ei siis kykene sinkoamaan näytekapselia takaisin kohti Maata, joten tätä varten pitää Marsiin lähettää alus, jonka tehtävänä on käydä hakemassa näytekapseli Marsia kiertävältä radalta, napata se kiinni, ottaa kyytiinsä ja lähteä kapselin kanssa kotimatkalle.

Jälleen hyvin helppo sanoa, mutta vaikeaa tehdä; etenkin pienen, todennäköisesti täysin passiivisen näytekapselin paikantaminen ja mukaan nappaaminen on vaikeaa. Tämän kun pitää toimia automaattisesti Marsin kiertoradalla ilman, että lennonjohto voi puuttua toimiin reaaliajassa.

Siihen, miten näytekapseli palautetaan Maan pinnalle, on esillä kaksi vaihtoehtoa.

Ensimmäinen ja todennäköisempi on se, että kapselin Maahan tuovassa aluksessa on lämpökilvellä ja laskuvarjolla varustettu maahanpaluukapseli (siis näytekapseli laitetaan maahanpaluukapselin sisälle), joka pudotettaisiin alas Yhdysvaltain autiomaahan. Sieltä se toimitettaisiin eteenpäin varta vasten tehtyyn hermeettisesti suojattuun laboratorioon, missä näytteet otettaisiin esiin.

Toinen vaihto ehto on se, että astronautit käyvät hakemassa kapselin Maan luona ja joko tuovat sen mukanaan Maahan tai lähettävät erikseen Maahan palaavalla rahtialuksella alas.

Mars-kokouksessa esiteltiin erilaisia vaihtoehtoja näytteen hakevaksi ja ylös Marsista laukaisevalle laskeutujalle. Se voitaisiin lähettää matkaan vuonna 2026 ja sen mukana oleva kulkija voisi olla massaltaan 125 kg, taivaltaa noin 15 kilometrin päähän ja toimia 155 Marsin vuorokauden ajan. Laskeutujan pitäisi siis pystyä laskeutumaan varsin lähelle Mars 2020 -kulkijaa, jotta sen mukana oleva pikkukulkija saisi haettua näytteet. 

Masr2020 -kulkija
Mars 2020 -kulkija.

 

Näytekapselin massa olisi noin kolme kiloa, mistä näytteitä olisi noin kilon verran. Hieman yli metrin pitkä raketti nostaisi sen noin 250 kilometrin korkeudessa olevalle radalle Marsin ympärillä.

Maahan näytekapselin hakeva laite voitaisiin lähettää matkaan vuonna 2028 ja se voisi tuoda kallisarvoisen lastinsa vuonna 2029. Vuodet kuitenkin ovat tässä vaiheessa hahmotelmia, sillä rahoitusta ei hankkeelle vielä ole. Esimerkiksi Euroopan puolella hankesuunnitelma esitellään ensi vuonna ESAn ministerikokouksessa ja toivotaan, että se saisi siellä vihreää valoa.

Konferenssissa oli mukana myös edustaja avaruusalaa ravistelleesta SpaceX:stä, mutta hänen viestinsä tulevasta BFR-raketista, sen mahdollisuuksista ja yhtiön suunnitelmista lähettää satoja ihmisiä Marsiin samoihin aikoihin kun avaruusjärjestöjen haaveissa pieni kulkija olisi tonkimassa näytettä Marsissa, jätettiin hieman sivuun.

On hyvinkin mahdollista, että tämänkin jutun aiheena oleva näyttenhakulento tuntuu naurettavalta puuhastelulta, kun ensimmäinen BFR rullataan parin vuoden päästä ulos hangaarista. 

Jos siellä on meille vaarallisia mikrobeja...

Eräs tärkeimmistä syistä tutkia näytettä Marsista hyvin tarkasti on selvittää ikuisuuskysymys siitä, onko Marsissa elämää. Jos sitä on tai jos sitä on ollut, niin siitä on todennäköisesti jäänyt ainakin pieniä jälkiä.

Parhaassa tapauksessa näytteessä on fossiileita tai aivan parhaimmassa tapauksessa jopa edelleen elävää elämää.

Tosin jos näytteessä on oikeaa elämää, niin sitten tilanne voi olla vaarallinenkin: emme tiedä miten maapallon elämä ja Marsin elämä tulevat keskenään toimeen. Marsin elämä voisi levitä kaikkialle maapallolla ja jopa koitua kohtalokkaaksi meille.

Konferenssissa tutkijat keskustelivatkin innokkaasti siitä, mitä mahdolliselle näytteissä olevalle Mars-elämälle tulisi tehdä. Pitäisikö se jopa tappaa tietoisesti ja tutkia vasta sen jälkeen? Suurin osa oli kuitenkin sitä mieltä, että näin ei tulisi tehdä. Sen sijaan näyte pitää tutkia kaikkein korkeimman turvaluokituksen saaneessa, ympäristöstä täysin eristetyssä laboratoriossa.

Joka tapauksessahan näytteet vietäisiin saman tien Maahan saapumisen jälkeen erityiseen tutkimuslaitokseen, missä ne olisivat suojassa. Sen jälkeen, kun näytteiden mahdollinen vaarallisuus tai vaarattomuus tunnetaan, niitä voitaisiin jakaa tutkimuslaitoksille ympäri maapallon. Homma toimisi siis samaan tapaan kuin aikanaan kuunäytteiden kanssa, joskin näiden näytteiden kanssa pitää olla vieläkin varovaisempi.

Elämän lisäksi kiinnostavaa näytteissä on niiden mahdollinen haitallisuus ihmisille. Voi olla, että Marsin hienojakoinen pöly on vaarallista esimerkiksi keuhkoihin joutuessaan. Tätä pitää tutkia mieluiten jo ennen kuin ihmisiä lähetetään Marsiin. 

Vaikka pölystä ei olisi terveyshaittaa, on se kuitenkin harmillista. Näytteen tutkiminen auttaakin kehittämään keinoja pölyn torjuntaan tulevilla Mars-asemilla.

Lisäksi näytteet kertovat luonnollisesti paljon Marsin geologisesta kehityksestä ja edelleen koko aurinkokunnan olemuksesta.

Mars-meteoriitti

Näytteitä on jo!

Itse asiassa Marsista on jo näytteitä Maassa: tutkijat ovat löytäneet tähän mennessä satakunta meteoriittia, jotka ovat peräisin punaiselta planeetalta.

Yksi niistä on oikealla olevassa kuvassa oleva 320-grammainen (NWA) 7034, joka löydettiin Saharasta vuonna 2011. Meteoriitit ovat kuitenkin olleet pitkään avaruudessa ja "saastuneet" maapallolla, joten ne eivät ole lähellekään yhtä hyviä kuin Marsista kontrolloiduissa olosuhteissa suoraan laboratorioon tuodut näytteet.

Näytettä ei haettaisi Marsista myöskään ihan mistä vain. Jo nyt kulkijoiden ja kiertoradalla olevien luotainten avulla on saatu varsin hyvä kuva Marsin eri alueista ja niillä todennäköisesti aikanaan olleista olosuhteista.

Esimerkiksi Gale-kraatteri, missä Curiosity-kulkija on parhaillaan hommissa, on paljastunut sellaiseksi, että siellä on mahdollisesti ollut aikanaan elämää.

Vastaavia paikkoja on Marsissa todennäköisesti muuallakin, mutta koska se tunnetaan hyvin ja siellä liikkumisesta tiedetään paljon, niin se on eräs todennäköisimmistä paikoista näytteen hakemiseen.

Gale-kraatteri
Gale-kraatteria Curiosityn kuvaamana.

Mars 2020 -kulkija vie palasen punaista planeettaa takaisin kotiin

Ti, 02/13/2018 - 22:42 By Markus Hotakainen

Omanista löytyi vuonna 1999 yli 8,5-kiloinen meteoriitti, jonka todettiin olevan peräisin Marsista. Nyt pieni palanen planeettainvälisestä kulkurista palaa takaisin lähtöpaikkaansa.

Meteoriitista, joka on viralliselta nimeltään Sayh al Uhaymir 008 (SaU008), sahattu palanen ei matkaa Marsiin pelkästään nostalgiasyistä. Sitä käytetään kulkijan lasertutkimuslaitteen kalibrointikohteena.

SHERLOC-instrumentin (Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals) avulla pystytään erottamaan punaisen planeetan kivistä rakenteita, jotka ovat kooltaan ihmishiuksen paksuuden luokkaa. Jotta kaivattu tarkkuus saavutettaisiin, laserlaitteiston säätöjen on oltava täsmälleen kohdallaan.

Aikaisempienkin kulkijoiden mukana on ollut eri instrumentteja varten kalibrointikappaleita, mutta nyt turvaudutaan ensimmäistä kertaa "halpojen kopioiden" sijasta ehtaan tavaraan eli alkujaan Marsista peräisin olevaan kivenkappaleeseen.

Marsin suuret lämpötilanvaihtelut vaikuttavat kulkijan laitteisiin, samoin liikkuminen erilaisissa maastoissa. Siksi instrumentteja, tässä tapauksessa SHERLOCia, on aika ajoin justeerattava, jotta mittaustulokset ovat riittävän laadukkaita ja ennen kaikkea vertailukelpoisia keskenään.

SHERLOC on ensimmäinen rikostutkinnasta tuttuja menetelmiä käyttävä instrumentti, joka matkaa Marsiin. Kun ultraviolettisäteilyllä "valaistaan" hiiltä sisältäviä kemiallisia yhdisteitä, ne hohtavat luonteenomaisella tavalla. Mars-kulkijan on tarkoitus etsiä tällä tavoin merkkejä elämästä, joko menneitä tai nykyisiä.

Tutkijat pystyvät SHERLOCin avulla erottamaan Marsin kivistä sekä niiden rakenteen että kemiallisen koostumuksen. Ja kumpaakin on tarjolla kulkijan mukana lähtevässä marsilaisen meteoriitin kappaleessa.

Maapallolta on löytynyt alle 200 Marsista peräisin olevaa meteoriittia. Rajallisen valikoiman lisäksi avaruuteen lähettäminen asettaa kivenkappaleella tiettyjä vaatimuksia.

Ensinnäkin sen on oltava riittävän lujaa ainetta, jotta se kestää hajoamatta kantoraketin laukaisun ja myöhemmin laskeutumisen aiheuttaman tärinän.

Toisekseen sillä on oltava tiettyjä kemiallisia ominaisuuksia, jotta se on sopiva SHERLOCin kalibrointiin. SaU008 osoittautui ideaaliksi ja lisäksi siitä oli saatavilla kappale Lontoon luonnonhistoriallisesta museosta.

Jos tarkkoja ollaan, SaU008 ei ole ensimmäinen marsilainen meteoriitti, joka lähetetään takaisin kohti Marsia. Vuonna 1996 laukaistun Mars Global Surveyor -luotaimen mukana oli palanen Zagami-nimisestä meteoriitista. Se ei kuitenkaan päätynyt punaisen planeetan pinnalle saakka, vaan kiertää sitä edelleen vuonna 1996 toimintansa lopettaneen luotaimen mukana.

Mars-meteoriitin kotimatkasta kerrottiin Jet Propulsion Laboratoryn uutissivulla.

Kuva: NASA/JPL-Caltech