Lądownik InSight był pierwszą misją NASA zaprojektowaną do zajrzenia w głąb Marsa: badał sejsmikę, przepływ ciepła i ruchy osi obrotu planety. Jeden z jego instrumentów miał polski rodowód – mechanizm wbijający sondę cieplną, nazywaną potocznie „kretem”. To dobry przykład, jak krajowe zespoły naukowe i firmy technologiczne trafiają do największych programów kosmicznych.
Czym była misja InSight
InSight (Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport) wystartował 5 maja 2018 roku z bazy Vandenberg w Kalifornii na rakiecie Atlas V. Wylądował 26 listopada 2018 roku na równinie Elysium Planitia – płaskim, spokojnym terenie wybranym tak, by lądownik mógł bezpiecznie pracować przez lata w jednym miejscu.
Na pokładzie znalazły się trzy główne zestawy badawcze:
- SEIS – sejsmometr przygotowany pod kierunkiem francuskiej agencji CNES, który rejestrował „marsjańskie trzęsienia”,
- HP3 (Heat Flow and Physical Properties Package) – sonda do pomiaru strumienia ciepła płynącego z wnętrza planety, zbudowana przez niemiecką agencję DLR,
- RISE – eksperyment radiowy mierzący drobne wahania osi obrotu Marsa, z których można wnioskować o wielkości i stanie jądra.
Polski wkład: mechanizm młotkowy „kreta”
Sonda HP3 miała samodzielnie zagłębić się w grunt nawet na kilka metrów, ciągnąc za sobą przewód z czujnikami temperatury. Do tego potrzebny był napęd, który nie obraca wiertła, tylko wbija sondę serią uderzeń – jak młotek zamknięty w rurce. Ten mechanizm opracowali inżynierowie z Centrum Badań Kosmicznych PAN we współpracy z warszawską firmą Astronika, która wcześniej rozwijała penetratory gruntu dla innych misji.
Wyzwanie było spore: mechanizm musiał działać w temperaturach dochodzących do kilkudziesięciu stopni poniżej zera, przetrwać lot i lądowanie, a jednocześnie być lekki i energooszczędny, bo lądownik zasilały panele słoneczne.
Dlaczego kret nie dokopał się głębiej
Po uruchomieniu w 2019 roku sonda utknęła płytko pod powierzchnią. Okazało się, że wierzchnia warstwa gruntu w miejscu lądowania jest zbita i spieczona – zespół mówił o „duricrust”, skorupie, która nie dawała kretowi tarcia potrzebnego do posuwania się w dół. Inżynierowie próbowali dociskać sondę łyżką ramienia robotycznego i zasypywać otwór, ale w styczniu 2021 roku NASA i DLR zakończyły próby. Mechanizm młotkowy działał – problemem był grunt, którego właściwości trudno było przewidzieć z orbity.
Ta porażka też jest wynikiem naukowym: pomiary oporu gruntu i zachowania sondy dostarczyły danych o mechanice marsjańskiego regolitu, przydatnych przy projektowaniu przyszłych wierteł i penetratorów.
Co osiągnął InSight
Sejsmometr SEIS okazał się wielkim sukcesem. Zarejestrował ponad 1300 wstrząsów, w tym najsilniejszy znany wstrząs na Marsie z 4 maja 2022 roku o magnitudzie około 4,7. Z rozchodzenia się fal sejsmicznych naukowcy oszacowali grubość skorupy, budowę płaszcza i rozmiar ciekłego jądra planety. Wiele wstrząsów pochodziło z rejonu Cerberus Fossae, co wskazuje, że Mars nie jest geologicznie całkiem martwy.
Pył osiadający na panelach słonecznych stopniowo ograniczał zasilanie. Ostatni kontakt z lądownikiem nastąpił w grudniu 2022 roku, a NASA ogłosiła wtedy zakończenie misji.
Polska w badaniach Marsa – szerszy kontekst
InSight nie był jedyną misją z polskim udziałem. CBK PAN dostarczał elementy instrumentów m.in. do misji Rosetta, a polskie zespoły studenckie od lat zdobywają czołowe miejsca w konkursie University Rover Challenge, budując marsjańskie łaziki. Od 2014 roku działa też Polska Agencja Kosmiczna, która koordynuje udział kraju w programach Europejskiej Agencji Kosmicznej.
Jak działał mechanizm młotkowy
Wewnątrz smukłej obudowy kreta poruszała się masa udarowa napędzana silnikiem elektrycznym i sprężyną. Sprężyna była napinana, a potem gwałtownie zwalniana – masa uderzała w przód obudowy i przesuwała sondę o ułamek milimetra w głąb gruntu. Druga masa, tłumiąca, miała zapobiegać odbijaniu się całego urządzenia do tyłu. Taki cykl powtarzał się tysiące razy. Za kretem rozwijała się taśma z czujnikami temperatury, które po zagłębieniu miały mierzyć, jak szybko rośnie temperatura wraz z głębokością.
Z tego gradientu oraz z przewodności cieplnej gruntu (mierzonej przez sondę aktywnym podgrzewaniem) można obliczyć strumień ciepła z wnętrza planety. To parametr, który mówi, ile energii Mars wciąż traci i jak szybko stygnie – czyli pośrednio, ile pierwiastków promieniotwórczych zawiera i jak wyglądała jego ewolucja.
Kalendarium misji
- 5 maja 2018 – start z bazy Vandenberg; razem z lądownikiem poleciały dwa miniaturowe satelity MarCO, pierwsze CubeSaty w przestrzeni międzyplanetarnej.
- 26 listopada 2018 – lądowanie na Elysium Planitia.
- grudzień 2018 – luty 2019 – ramię robotyczne ustawia na gruncie sejsmometr SEIS i sondę HP3.
- kwiecień 2019 – pierwszy zarejestrowany wstrząs pochodzący z wnętrza Marsa.
- styczeń 2021 – zakończenie prób zagłębienia kreta.
- 4 maja 2022 – najsilniejszy zarejestrowany wstrząs (ok. 4,7).
- grudzień 2022 – ostatni kontakt i zakończenie misji.
Czego uczy ta historia
Dla polskiego sektora kosmicznego udział w InSight był przepustką do kolejnych projektów: doświadczenie z mechanizmami pracującymi w ekstremalnych warunkach przydaje się przy budowie chwytaków, zawiasów i penetratorów dla następnych misji. Pokazał też, że nawet najlepiej przetestowane urządzenie może zostać pokonane przez warunki, których nie dało się sprawdzić przed lotem – stąd rosnący nacisk na badania gruntu z orbity i testy na analogach marsjańskiego regolitu.
Przeczytaj też: Czy Mars jest wciąż aktywny wulkanicznie? · Jaka temperatura panuje na Marsie
Najczęściej zadawane pytania
Co dokładnie zbudowali Polacy dla InSight?
Mechanizm młotkowy napędzający sondę cieplną HP3 („kreta”) – opracowany w CBK PAN we współpracy z firmą Astronika.
Dlaczego kret nie zadziałał zgodnie z planem?
Grunt w miejscu lądowania był zbity i nie zapewniał tarcia, więc sonda nie mogła posuwać się w dół mimo sprawnego mechanizmu.
Kiedy zakończyła się misja InSight?
W grudniu 2022 roku, gdy pył na panelach słonecznych odciął lądownikowi zasilanie.
Źródło: NASA – misja InSight
Zdjęcie główne: Lądownik InSight na Marsie – ostatnie zdjęcie własne pokryte pyłem. Fot. NASA on The Commons, Wikimedia Commons, domena publiczna.
Czy ten artykuł był dla Ciebie przydatny?
Ten tekst nie ma jeszcze ocen – możesz być pierwszą osobą, która go oceni.
Tekst został utworzony przy pomocy sztucznej inteligencji (modeli językowych).
