Mars Pathfinder

Mars Pathfinder
Logo
COSPAR1996-068A
Katalogové číslo24667
Start4. prosince 1996, 06:58:07 UTC
KosmodromCape Canaveral Air Force Station
LC-17B
Nosná raketaDelta II Model 7925A
Stav objektupřistál na Marsu
Přistání4. července 1997 16:56:55 UTC
ProvozovatelNASA - JPL
VýrobceNASA - JPL
Druhplanetární sonda
ProgramProgram Discovery
Hmotnostvzletová 894 kg[1]
při vstupu do atmosféry Marsu 570 kg
po přistání 360 kg
Oficiální webOficiální web
Některá data mohou pocházet z datové položky.

Mars Pathfinder byla planetární sonda v rámci programu Discovery vypuštěná 4. prosince 1996 agenturou NASA raketou Delta II, jen měsíc poté co odstartoval Mars Global Surveyor. Po 7 měsíční cestě Mars Pathfinder přistál na Marsu v pánvi Ares Vallis, v oblasti zvané Chryse Planitia, 4. července 1997. Složené sluneční panely po dobu cesty ukrývaly malé vozítko zvané Sojourner, schopné pohybovat se po okolí povrchového modulu a tím rozšířit zkoumanou oblast.

Ačkoliv byla proklamována životnost vozítka Sojourner pouze týden a povrchového modulu měsíc, obě části jí značně překonaly; 12krát, respektive 3krát. Poslední komunikace se sondou Pathfinder proběhla 27. září 1997, kdy pravděpodobně došla energie v bateriích udržující teplotu modulu.[1] Po odmlčení mateřského modulu se předpokládá, že stále funkční vozítko začalo kolem modulu kroužit či se zastavilo a vyčkávalo na další příkazy.[1]

Mise za 265 miliónů amerických dolarů skončila značným technickým i vědeckým úspěchem, když se podařilo splnit a překročit většinu původních plánů. Během pobytu na povrchu Marsu sonda odeslala zpět na Zemi 2,3 miliard bitů informací včetně 16 500 obrázků pořízených přistávacím modulem a 550 obrázků pořízených vozítkem. Získaná vědecká data umožnila poodhalit, že se v historii planety nacházelo období, které bylo teplejší a vlhčí než je tomu dnes a které umožnilo krátkodobou existenci tekuté vody na povrchu.[1] Po technické stránce se povedlo otestovat nové technologie, jako například přistávání planetární sondy pomocí airbagů,[2] které nebyly použity nikdy před tím. Přistávací modul byl v květnu roku 1997 na památku Carla Sagana pojmenován Pamětní stanice Carla Sagana (Carl Sagan memorial station).[3]

Vybavení sondy

Hlavní úkolem mise bylo zjistit složení marsovské půdy a hornin. Protože se předpokládalo, že složení není úplně jednolité, jak by se mohlo zdát podle odběrů v malé vzdálenosti od sondy (např. sondy Viking 1 a 2 nabíraly vzorky robotickou rukou a kameny pro ně byly nedosažitelné), byla sonda vybavena pohyblivým vozítkem Sojourner rozšiřujícím akční rádius celé mise.

Mise Mars Pathfinder vyšetřovala složení marsovské půdy pomocí několika nástrojů.

Sojourner vyfotil vlastní stín
  • povrchový modul,
    • stereoskopický zobrazovací systém (Imager for Mars Pathfinder – IMP) s výměnnými filtry na vysouvacím stožáru 1 m nad sondou,
    • nástroj pro meteorologická pozorování (Atmospheric Structure Instrument/Meteorology Package (ASI /MET)),
    • magnetometr
    • anemometr
  • vozítko,
    • alfa-protonový a rentgenový spektrometr (Alpha Proton X-ray Spectrometer – APXS) zkoumající složení vzorků pomocí ozařování částicemi alfa z izotopu curia 244 a rozdílné reakce prvků na toto záření,
    • černobílá stereoskopická kamera vpředu a barevná vzadu.
    • experiment přilnavosti materiálů (Materials Adherence Experiment – MAE), který zkoumal vliv marsovského prachu na solární články.[4]
    • experiment zkoumající abrazivní opotřebení kola (Wheel Abrasion Experiment – WAE), který měl pomocí několika destiček z různých materiálů umístěných na jednom z centrálních kol zkoumat zrnitost půdy v místě přistání[5][6]

Komunikace mezi Landerem a Roverem

Komunikace mezi přistávacím modulem a roverem Sojourner probíhala pomocí poloduplexní(half duplex) komunikace, přičemž komunikaci zahajoval rover Sojourner. LMRE (Lander Mounted Rover Equipment) bylo tedy většinu času přepnuto na příjem. Komunikace probíhala pomocí datových paketů o velikosti 2000 B (16000 bitů), které mohly obsahovat obrázky z roveru, telemetrii, operační stavy roveru a příkazy ze země.[7]

Modulace a modemy

Pro komunikaci byla použita modulace DGMSK ((Differential Gaussian Minimum Shift Keying); diferenciální gaussovské klíčování s minimálním zdvihem) na nosné frekvenci 459,7 MHz. Lander i rover byly vybaveny modemy, které se staraly o předávání dat mezi nimi. Každý modem se skládal z digitální a analogové části.

Modem na roveru byl vybaven ohřívačem o příkonu 0,5 W, který se staral o jeho ohřátí na pracovní teplotu v brzkých ranních hodinách na Marsu, před zahájením telekomunikační relace. Protože krystalový oscilátor (u roveru i landeru) nebyl teplotně kompenzován docházelo k frekvenčnímu posunu signálu (přípustná hodnota posunu byla až 5 kHz). Vlivem teploty tak mohla narůstat chybovost přenosu BER. Pro udržení minimální chybovosti bylo nutné držet teplotní rozdíl do 20 °C. [7]

Komunikační moduly[7]
SojournerLander
Hmotnost105,9 g265,2 g
Rozměry8,13×6,35×2,3 cm10,6×7,1×5,3 cm
RF konektorSMA
DC konektor9 pin Micro-D
(signál a napájení)		9 pin Micro-D(signál)
15 pin micro-D (napájení)
Napájecí napětí na sběrnici+9 V+28 V
Příkon1,7 W se stabilizátorem 9 V1,5 W bez DC měniče
ModulaceDGMSK
Nosná frekvence459,7 MHz
Šířka pásma25 kHz
Vysílací výkon100 mW
SpojeníHalf duplex
RozhraníRS232 konvertováno do úrovní TTL
Přenosová rychlost9600 Bd
Teplotní rozsah(pracovní)-30  °C až 40 °C
Teplotní rozsah(skladovací)-55 °C až 60 °C

Vestavěný systém roveru Sojourner

Procesorová a napájecí část roveru Sojourner.

Průzkumný rover byl vybaven jednojádrovým procesorem 80C85, který měl hodinovou frekvenci 2 MHz, to mu umožňovalo zpracovat až 100k instrukcí za sekundu. Po startu případně resetu počítače, začal procesor vykonávat instrukce uložené v paměti PROM. Následně začal načítat do paměti RAM uložené programy.[8] Řídící jednotka roveru Sojourner byla složená ze dvou navzájem propojených elektronických desek. Ačkoliv byly desky označené jako napájecí a procesorová, každá z desek obsahovala součásti, které byly zodpovědné za napájení a jeho správu, analogové a digitální vstupy/výstupy a paměťové úložiště. K propojení se senzory a akčními členy roveru sloužila sada tří FLEX kabelů, které byly vyvedeny z teplotně izolovaného boxu WEB (Warm Electronic Box) v němž byla elektronika uložená[9] pro udržení provozní teploty použitých součástek.

Organizace paměti Sojourneru byla následující:[8]

  • 16 KB PROM složená z obvodů Harris 6617 – obsahovala bootloader a záložní program Sojourner-lite
  • 64 KB RAM složená z obvodů IBM 2586 – hlavní paměť
  • 160 KB EEPROM složená z 5 obvodů SEEQ 28C256 – programy, patche a trvalé uložení dat
  • 512 KB RAM složená z obvodů Micron MT1008 – dočasné uložení dat

Přistání na Marsu

Během sestupu se používal tepelný štít a velký brzdící padák. Výškový radar zjišťoval vzdálenost k povrchu a k dalšímu zpomalení byly použity brzdící rakety a nakonec se osm sekund před dopadem nafouklo 24 vzdušných vaků a obalily celou sondu, následovalo několik odskoků.

Poté, co byly vypuštěny vzduchové vaky, rozevřely se sluneční panely. Protože sonda přistála v noci, muselo se počkat na východ Slunce. Místo přistání má souřadnice 19,30° severní šířky a 33,52° západní délky a nachází se v pánvi Ares Vallis, 19 kilometrů jihozápadně od středu přistávací elipsy. Během prvního solu udělal Pathfinder první obrázky svého okolí a meteorologická měření. Zjistilo se, že jeden vzdušný vak se nevypustil úplně a mohl by bránit vozítku sjet z rampy. Problém byl vyřešen a vozítko se zpožděním z rampy sjelo.

Sojourner vyjíždí

Panorama Marsu v okolí sondy Mars Pathfinder

Sojourner sjel během solu 2. Během dalších solů se vozítko přiblížilo ke kamenům, které si inženýři pojmenovali jmény jako „Barnacle Bill“, „Yogi“ a „Scooby Doo“. Sojourner zjišťoval z jakých prvků se skládají kameny a marsovská půda, zatímco mateřská sonda Pathfinder snímala obrázky vozítka a přilehlého okolí.

Sojourner bylo šestikolové vozítko o délce 65 cm, šířce 48 cm a výšce 30 cm s hmotností 10,6 kg. Pohyboval se rychlostí 1 cm/s a během svého fungování urazil téměř 80 m okolo přistávacího modulu Pathfinder a nevzdálil se od něj na více než 8 m. Původně se předpokládalo, že Sojourner by měl fungovat na povrchu Marsu jeden týden,[2] nicméně nakonec fungoval 12x déle než se předpokládalo.[1] Sojouner během 83 solů mise předal prostřednictvím povrchového modulu Pathfinder 550 snímků a 16 chemických analýz vzorků.[1] Po odmlčení mateřské sondy Mars Pathfinder Sojourner pravděpodobně začal kroužit kolem modulu či se zastavil očekávající další instrukce.[1]

Analýza kamenů

Sojourner analyzuje pomocí spektrometru APXS kámen Yogi (NASA)

První byl zkoumán kámen „Barnacle Bill“ během solu 3. Používal se alfa-protonový a rentgenový spektrometr (Alpha Proton X-ray Spectrometer - (APXS) ), který potřeboval 10 hodin pro úplné prozkoumání vzorku. Spektrometr byl schopen zjistit přítomnost kromě vodíku většiny prvků, pokud jejich koncentrace byla vyšší než 0,1%.

Konec mise

Ačkoliv byla proklamována životnost vozítka týden a povrchového modulu měsíc, obě části jí překonaly 12krát, respektive 3krát.[1] Poslední komunikace se sondou Pathfinder proběhla 27. září 1997.[1] Během října se pravděpodobně podařilo zachytit slabý signál nosné frekvence, ale to již neposkytovalo vědecká data. V březnu 1998 byla mise oficiálně ukončena.[1]

Marie Curie (rover)

Marie Curie byl náhradní a posléze testovací rover, který vznikl spolu s vozítkem Sojourner.[10][11] Nesl jméno po Marii Curie-Skłodowské. JPL používala rover Marie Curie pro testování příkazů, které později zasílala na Mars roveru Sojourner. Agentura NASA plánovala poslat rover Marie Curie na Mars v rámci mise Mars Surveyor 2001.[12] Rover měl být z landeru vysazen pomocí robotického ramene. Tato mise ale byla zrušena.

Rover Marie Curie byl roku 2015 přesunut do sbírek Smithsonova muzea.[10]

Kultura

  • Úvodní scénka televizního seriálu Star Trek: Enterprise obsahuje záběry na rover Sojourner
  • Ve filmu Rudá planeta (film) (v originále Red Planet) z roku 2000 použijí zbývající astronauti vozítko Sojourner pro sestrojení rádia k navázání kontaktu se Zemí.
  • Ve filmu Marťan (film) z roku 2015, podle knižní adaptace novely Andy Weira použije astronaut Mark Whitney Pathfinder lander ke spojení se zemí.

Odkazy

Reference

  1. ↑ a b c d e f g h i j NASA Facts: Mars Pathfinder [online]. Jet Propulsion Laboratory [cit. 2013-08-30]. Dostupné v archivu pořízeném dne 2013-05-13. (anglicky) 
  2. ↑ a b SHAYLER, David J.; SALMON, Andrew; SHAYLER, Michael D. Marswalk One - First steps on a new planet. Berlin, Německo: Springer, 2005. ISBN 1-85233-792-3. Kapitola History of Mars exploration, s. 30. (anglicky) 
  3. ↑ NASA RENAMES MARS LANDER IN HONOR OF LATE CARL SAGAN [online]. NASA, 1997-07-05 [cit. 2021-04-05]. Dostupné online. 
  4. ↑ LANDIS, Geoffrey A.; JENKINS, Phillip P. Measurement of the settling rate of atmospheric dust on Mars by the MAE instrument on Mars Pathfinder. S. 1855–1857. Journal of Geophysical Research: Planets [online]. 2000-01-25 [cit. 2022-02-04]. Roč. 105, čís. E1, s. 1855–1857. Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2022-02-04. ISSN 2156-2202. DOI 10.1029/1999JE001029. (anglicky) 
  5. ↑ FERGUSON, D.C. The Wheel Abrasion Experiment-how abrasive is the Martian dust?. S. 734–737. IECEC-97 Proceedings of the Thirty-Second Intersociety Energy Conversion Engineering Conference (Cat. No.97CH6203) [online]. IEEE XPLORE, 1997. Roč. 1, s. 734–737. Dostupné online. DOI 10.1109/IECEC.1997.659282. (anglicky) 
  6. ↑ FERGUSON, Dale C. Wheel Abrasion Experiment Conducted on Mars [online]. NASA, 1998-04-01 [cit. 2022-02-23]. Dostupné online. (anglicky) 
  7. ↑ a b c STRIDE, Scot. Microrover Radios and Antennas Let's take a look at how the Microrover Telecommunications Hardware works [online]. NASA-JPL, rev. 1997-10-3 [cit. 2021-04-13]. Dostupné online. (angličtina) 
  8. ↑ a b STRIDE, Scot. Mars Pathfinder Frequently Asked Questions: Sojourner Rover [online]. NASA-JPL, Telecommunications Hardware Section 336, 1997-04-10 [cit. 2021-02-20]. Dostupné v archivu pořízeném z originálu. 
  9. ↑ MFEX: Microrover Flight Experiment Power and Control Electronics [online].  California Institute of Technology and the National Aeronautics and Space Administration:  Jet Propulsion Laboratory, 1996 [cit. 2021-04-05]. Dostupné online. 
  10. ↑ a b Rover, Marie Curie, Mars Pathfinder, Engineering Test Vehicle [online]. smithsonian Natonal air and space museum [cit. 2022-01-05]. Dostupné online. (anglicky) 
  11. ↑ "Marie Curie" During ORT6 [online]. JPL: NASA, 2003-02-03 [cit. 2022-01-05]. Dostupné online. (anglicky) 
  12. ↑ Mars Surveyor 2001 Lander NSSDCA ID: MS2001L [online]. NASA [cit. 2022-01-05]. Dostupné online. (anglicky) 

Externí odkazy

Média použitá na této stránce

JPL-26575BC.jpg
Řídící jednotka roveru Sojourner, složená ze dvou navzájem propojených elektronických desek. Ačkoliv jsou desky oznařené jako napájecí a procesorová, každá z desek obsahuje součásti, které jsou zodpovědné za napájení a jeho správu, analogové a digitální vstupy/výstupy a obsahují paměťové úložiště. K propojení se senzory a akčními členy roveru slouží sada tří FLEX kabelů, které jsou vyvedeny z teplotně izolovaného boxu WEB (Warm Electronic Box).
Mars Hubble.jpg
NASA's Hubble Space Telescope took the picture of Mars on June 26, 2001, when Mars was approximately 68 million kilometers (43 million miles) from Earth — the closest Mars has ever been to Earth since 1988. Hubble can see details as small as 16 kilometers (10 miles) across. The colors have been carefully balanced to give a realistic view of Mars' hues as they might appear through a telescope. Especially striking is the large amount of seasonal dust storm activity seen in this image. One large storm system is churning high above the northern polar cap (top of image), and a smaller dust storm cloud can be seen nearby. Another large dust storm is spilling out of the giant Hellas impact basin in the Southern Hemisphere (lower right).
Pathfinder01.jpg
Sojourner rover taking an Alpha Proton X-ray Spectrometer measurement of Yogi.
Pathfinder mission - Mars exploration - NASA
Sojourner-r9071916.gif
Sojourner took picture of its own shadow on Sol 27
Presidential full.jpg
This is the "gallery" or "presidential" panorama taken by the Pathfinder lander. Roughly 100 frames have been stitched manually to produce this seamless image. The color has been processed to retain as much of the dynamic range of the original color filters as possible while still keeping the hues in the color space of JPL's calibrated color images. The goal of the color balancing was to provide a view of the terrain that as clearly as possible showed differentiations in rock and soil types. The sky and a small area near the low gain antenna have been retouched.
Mars Pathfinder Insignia.png
Official insignia of the Mars Pathfinder mission, which successfully landed a lander and rover on Mars in July 1997.
Mars Pathfinder Lander preparations.jpg
In Spacecraft Assembly and Encapsulation Facility-2 (SAEF-2), Jet Propulsion Laboratory workers are closing up the metal "petals" of the Mars Pathfinder lander. The Sojourner small rover is visible on one of the three petals.