Zobacz, jak inżynierowie NASA wystawiają na próbę nogi lądownika marsjańskiego

Potrzebne są mocne nogi, aby zaabsorbować uderzenie najcięższego statku kosmicznego, jaki kiedykolwiek wylądował na Czerwonej Planecie.

Łazik NASA nadal przewozi tuby pełne próbek skał rdzeniowych do planowanej kampanii zwrotu próbek z Marsa. Wspólny wysiłek NASA i Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) ma na celu zwrócenie naukowo wyselekcjonowanych próbek z Marsa do badań na Ziemi przy użyciu znacznie bardziej zaawansowanego sprzętu laboratoryjnego niż ten, który można sprowadzić na Czerwoną Planetę. Inżynierowie są zajęci projektowaniem modułu zrzutu próbek, który pomoże sprowadzić te próbki z powrotem na Ziemię. W ramach wysiłków przetestowali prototypy nóg i podnóżków łazika w Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA w Południowej Kalifornii.

NASA wykorzystuje to, czego nauczyła się przez dziesięciolecia udanych lądowań na Marsie, i stosuje te lekcje w swojej koncepcji Landera pobierania próbek, który będzie największym statkiem kosmicznym, jaki kiedykolwiek wylądował na Marsie – do 5016 funtów (2275 kilogramów). Oprócz polegania na spadochronach nowej generacji i 12 silnikach rakietowych, aby spowolnić opadanie statku kosmicznego na Marsa, łazik będzie potrzebował nóg, aby pomóc w absorpcji uderzenia podczas lądowania.

Statek kosmiczny będzie przewoził rakietę, która uwalnia starannie zapakowane próbki Perseverance na czekający orbiter. Ramię robota o długości 8 stóp (2,5 metra), które zostanie dostarczone przez Europejską Agencję Kosmiczną, załaduje te probówki do rakiety. Lądownik może pomieścić do dwóch małych helikopterów, które będą służyć jako kopie zapasowe do pobierania probówek zdeponowanych w repozytorium próbek. Więc sonda musi być ogromna.

Aby zrozumieć, w jaki sposób energia jest pochłaniana podczas opadania, inżynierowie JPL przeprowadzili testy zrzutowe na początku tego roku, które będą miały wpływ na projekt i późniejsze testy. Jedna seria testów polegała na zrzuceniu wczesnej koncepcji lądownika w skali trzech ósmych na litą podłogę, podczas gdy druga koncentrowała się na uderzeniu pełnowymiarową podnóżkiem w symulowaną marsjańską glebę. Zespół może zastosować to, co zaobserwował podczas testowania, podczas ulepszania projektu.

Zacznij od małego

„Między tym lądownikiem a projektem, od którego zaczęliśmy, naprawdę istnieje różnica między dniem a nocą” – powiedział Morgan Montalvo, inżynier w Jet Propulsion Laboratory, który pracuje nad testami.

Zespół musi rozważyć każdy możliwy scenariusz lądowania, w tym to, co by się stało, gdyby statek kosmiczny wylądował pod kątem i „uderzył palcem” w skałę. Aby spróbować stworzyć takie wyzwanie podczas jednej serii testów, zawiesili prototyp na wahadle, które wysłało mały lądownik spadający na Ziemię pod kątem. Lądowisko otaczały kamery na trójnogach, duża czarna metalowa płyta na ziemi. Niska balustrada służyła za głaz.

Montalvo zarządził odliczanie 3-2-1 i lądownik ostro zanurkował, uderzając w barierkę. Kiedy później zespół przestudiował nagranie wideo z dużą szybkością, ze zdziwieniem stwierdził wyczuwalne wibracje w jednym z głównych wsporników nogi. Zwiększ głośność statku, a oscylacja będzie bardziej zauważalna. W odpowiedzi na te siły zostałyby zaprojektowane mocniejsze rozpórki.

Zespół przetestował również „ograniczniki ładunku” — stalowe pręty łączące ramę z nogami. Kiedy nogi poruszają się podczas schodzenia, pręty są zmuszane do zginania się, pochłaniając część wstrząsu. Selektory były używane w poprzednich lądownikach, takich jak InSight, ale w tym prototypie są większe i będą większe w ostatecznym projekcie.

„Nigdy nie będziesz w stanie zgiąć tych stalowych prętów samymi rękami” – powiedział Montalvo. „To szalone widzieć, jak duża siła działa na nie, powodując, że po upadku prawie wyginają się w pół”.

Ciężki statek kosmiczny

Pełnowymiarowe podkładki pod stopy lądownika zostały przetestowane w skrzyni wypełnionej 10 000 funtów (4536 kilogramów) sproszkowanej marsjańskiej gleby. Mierząca około 16 cali (41 cm) średnicy, płaska i okrągła podkładka pod stopy jest przymocowana do zespołu z prawie toną żelaznych obciążników.

Patrick DeGros, dowódca bazy testowej, obserwował podczas jednego testu, jak stopa sondy zanurzyła się w glebie, pozostawiając głębokie wgłębienie, jednocześnie wyrzucając chmurę pyłu. Zderzenie wstrząsnęło ścianami budynku. Następnie szybkie kamery pokazały, jak energia promieniuje z płyty.

„Nie chcemy, aby stopy lądownika zatonęły, dopóki dno lądownika nie dotrze do powierzchni” – powiedział DeGrosse. „A my chcemy mieć pewność, że lądownik jest równy na powierzchni. Musi być solidny, bo lądownik to także platforma, z której leci rakieta”.

Po każdym teście DeGrosse odbudowuje warstwę gleby 4 cale na raz, ubijając materiał, aby upewnić się, że jest zagęszczony tak, jak naukowcy spodziewają się, że będzie na Marsie. Warunki muszą być również spójne, aby zespół mógł zrozumieć, w jaki sposób wkładka wchodzi w interakcje z glebą. DeGrosse powtarza ten czasochłonny proces cztery razy w miesiącu.

„Musisz odbudować Marsa więcej niż raz, aby wykonać ten test” – powiedział.