Tűz és jég, fény és hang a NASA Perseverance extrém tesztjein

Csillagvizsgáló Svábhegyi

Amíg az autógyártók több, mint 92 millió járművet készítettek 2019-ben, a NASA “csak” egyet. A Perseverance marsjáró egyedülálló, a rideg (és burkolatlan) marsi utakra való felkészítése pedig szintúgy különleges.

Mivel a Marson már nem tudják megjavítani a rover alkatrészeit, ezért úgy kell megépíteni, hogy évekig túléljen a bolygó könyörtelen hőmérsékleti ingadozásai (+20 °C és -150 °C között, átlagosan csak -63 °C körüli értékek), a vékony légkör miatti folyamatos, intenzív sugárzás és az akár az egész bolygót elnyelő porviharok között. Annak érdekében, hogy meggyőződjenek róla, kiállja a próbát, a rovert a Marsig vezető útnál és majdani marsi életénél is keményebb teszteknek vetették alá. Habár az összes elvégzett teszt száma ezres nagyságrendű, lássunk most néhányat a legizgalmasabbakból.

A NASA Perseverance roverének tesztelését bemutató, angol nyelvű videó: https://youtu.be/_1aJra9Wu_U   

Zaj és tombolás

1_akusztika: A NASA Perseverance roverét szállító űrhajó tesztelése a dél-kaliforniai akusztikai állomáson. (NASA/JPL-Caltech)

Mindannyian hallhattuk már, hogy a nagy zaj, a túl hangos zene káros lehet a hallásunkra. Nem csak ránk, de az űreszközökre is károsak lehetnek, legalábbis felemelkedés közben a hordozórakéta fülsiketítő zaja biztosan. A decibelek miatt féltett eszközünk különféle komponensei ténylegesen ki is lazulhatnak.

Jóval azelőtt, hogy a marsjárót a nyári felbocsátásra készülve a floridai Kennedy Űrközpont állomására küldték, a NASA JPL munkatársai egy speciális kamrában tesztelték a teherbírását. A kamrában nitrogénnel töltött hangszórókkal, különböző hanghullámokkal ostromolták a rovert, melyek akár 143 decibellel is dübörögtek – ez olyan, mintha a fülünk mellett sütnének el egy fegyvert, még hangosabb is, mintha közvetlenül egy sugárhajtómű mellett állnánk. A napokig tartó akusztikai tesztek során többször megálltak, hogy tüzetesen átvizsgálják a rovert és környezetét, keresve bármit, ami kilazult, eltörött vagy leesett róla. Némely csavart, illetve néhány elektromos kábelt is ki kellett cserélni, de a tesztek sikeres teljesítése után már nyugodtak lehetünk, a Perseverance rover felszállás közben rezegni fog, mint a kocsonya, de nem fog szétesni.

Extrémsport a Marson

Bárkit megkérdezhetünk a Mars 2020 légkörbe való belépésért, ereszkedésért és a landolásért felelős csapatában, bizonyára mindannyian egyetértenek abban, hogy nincs sok értelme 505 millió kilométert utazni, ha a végén nem sikerül leszállni. A rover 21.5 méter átmérőjű, szuperszonikus ejtőernyője éppen ezért kulcsfontosságú szerepet játszik a küldetésben. Rengeteg munkát és energiát fektetnek abba, hogy megfelelően nyíljon ki, ne szakadjon el, illetve ne is gubancolódjon össze a fontos pillanatokban.

2_ernyo: 2017. júniusi felvétel a NASA Perseverance marsjáró szuperszonikus ejtőernyőjéről, amely 2021. február 18-án fogja épségben letenni a vörös bolygó felszínén. A képen a szélcsatornás tesztelés látható. (NASA/JPL-Caltech/Ames)

A Perseverance marsjáró ejtőernyője a 2012-es Mars Curiosity rover ernyőjének tervein alapul, de, mivel az új eszköz nehezebb elődjénél, kissé meg kellett erősíteni. Hogyan lehet kideríteni, hogy jól fog-e teljesíteni? Természetesen rengeteg teszteléssel. Először is arról kellett meggyőződni, hogy az ernyő elbírja a marsi légkörben gyorsan zuhanó űreszköz lelassításával járó terhelést. 2017 nyarán a NASA kaliforniai aerodinamikai központjába látogattak, ahol szélcsatornában vizsgálták az ernyő minőségét és viselkedését.

 

3_agyu_gif: Az összecsomagolt ernyőt kilökő ágyú működési tesztjét bemutató, animált felvétel. (NASA/JPL-Caltech)

Az összetettebb tesztek 2018 márciusa és szeptembere között zajlottak. Ekkor a Black Brant IX típusú rakétával három, marsi körülményeknek megfelelő tesztrepülést hajtottak végre. A szeptember 7-i, utolsó repülés során 37 000 kilogrammos teherrel, a valaha teljesített legnagyobb magasságból szállt alá sikeresen az ejtőernyő, körülbelül 85 %-kal magasabbról, mint egyébként majd a marsi légkörben szükséges lesz.

Az ejtés mellett persze az ernyő nyílását is tüzetesen ellenőrizni kell. A Perseverance rover ejtőernyője olyan szorosan van becsomagolva az alumínium dobozába, hogy az összehajtott ernyő sűrűsége megegyezik egy tölgyfáéval. Ez a hengeres, ágyúszerű szerkezet a rovert borító aeroshell tetejére van erősítve. Nyitáskor a henger aljába készített robbanóanyag repíti ki a gondosan összecsomagolt nejlon, Technora és Kevlar anyagokból szőtt ernyőt a megfelelő sebességgel és megfelelő irányban a marsi leszálláshoz.

Az ágyú tesztelése 2019 telén zajlott egy a Washington város központjában található, erre a célra kialakított intézményben. Az első tesztnél a környező hőmérséklethez igazodva, körülbelül 21 °C-os hőmérséklettel indították a mechanizmust. A második és harmadik alatt viszont már -55 °C-ra hűtötték, ami jóval alacsonyabb, mint a marsi landolás közben várható mintegy -10 °C-os hőmérséklet. Az ejtőernyőt nyitó szerkezet mindhárom tesztet könnyűszerrel teljesítette.

Hideg – meleg

4_kamra_gif: A Perseverance rover -129 °C-ban és közel vákuumban dolgozott egy héten át a NASA JPL vákuumkamrájában. Számos tesztet végeztek, a felvételen az egyik főműszer mozgatása látható. (NASA/JPL-Caltech)

A fehérre festett marsjárót máshogyan melegítik a Nap sugarai, mint mondjuk egy marsi sziklát. A hőmérsékletre érzékeny eszközök és berendezések teherbírását a Persevarance “hőmodellezésével” tesztelték. A rover 2019 októberében egy teljes napot töltött a JPL 8×26 méteres vákuumkamrájában, ahol nagyteljesítményű xenon lámpákkal világították meg. A lámpák a padlóban helyezkedtek el, felfelé világítva a fényüket a plafonra szerelt tükrökkel irányították a roverre, így a teljes űreszköz szó szerint fürdött a fényben. Mikor a lámpák bemelegedve elérték ugyanazt az intenzitást, amivel a Nap fogja sütni a marsjárót a Jezero kráterben, a csapat egyik mérnöke bemászva különböző pontokon mérte meg a rovert érő “napfényt”. Az így szerzett adatokból pontosították a rover hőmodelljét, amire szükség volt a tesztelés következő lépéséhez is.

A napsütéses tesztek után ugyanis becsukták az ajtókat és a levegő java részét kiszivattyúzva közel vákuumot létrehozva alakítottak ki a Marson tapasztalható vékony légkört, melynek vastagsága a földinek csupán kb. 1%-át teszi ki. A kamrát ezután -129 °C-ra hűtötték, majd 1 héten keresztül különböző programokat futtattak, mozgatták a rover robotkarjait, antennáit, kerekeit, sőt, még a kis marsi helikopterrel is felszálltak, hogy megbizonyosodjanak róla, a Perseverance a leghidegebb marsi éjszakákat is át fogja vészelni.

Kamerakészen

A Mars 2020 misszióval a bolygóközi expedícióknál rekordernek számító mennyiségű, 25 kamera indul a vörös bolygóra. Beszerelés után pedig mindegyiküknek “szemvizsgálaton” kellett részt venni.

5_kamera: A Perseverance kameráinak teszteléséhez használt rácsos lemez, mellyel mind a 25 kamera látását leellenőrizték. A vizsgálatok jól mentek, a legújabb marsjárónak sasszeme van! (NASA/JPL-Caltech)

Az egyik kamera a WATSON nevet viseli, amely közeli fényképeket, és (ha szükséges) videókat fog készíteni a kőzetek felületéről. Tesztelése közben a projekten dolgozó mérnökök táncoltak és integettek neki, hogy megállapítsák, másodpercenként hány képet tud rögzíteni (framerate), mennyi az expozíciós idő, illetve, hogy gond nélkül zajlik-e a számítógép és a kamera közti kommunikáció, valamint az adatok tárolása is.

A többi kamerának kevésbé izgalmas, inkább hivatalosabb volt a tesztelése. A machine-vision calibration nevet viselő kalibrációs technika során egy rácsos céltárgyat örökítenek meg a kamerák optikai teljesítményének felmérésére. Az eredmények alapján pedig a Mars 2020 küldetés látása 20/20, tehát tökéletes!

 Forrás: NASA JPL

Szerző: Pál Bernadett, Tudományos segédmunkatárs, CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet / Bemutató csillagász