Testy, které prověřily rover Perseverance

Testy, které prověřily rover Perseverance

20. května 2020

PIA23499-Mars2020Rover-FirstTestDrive-20191217a

V roce 2019 vzniklo na celém světě více než 92 milionů motorových vozidel – NASA v minulém roce postavila vozítko jediné. Rozdíl je ale v tom, že zatímco těch 92 milionů dopravních prostředků bude brázdit cesty necesty na Zemi, rover Perseverance se má pohybovat po Marsu. Rover, který bude jezdit po neupraveném terénu je proto jedinečný a to samé můžeme říct i o zkouškách, které měly prověřit, zda je na takový úkol připraven. Dnes si posvítíme jen na některé provedené okruhy testů a těšit se můžete i na některé materiály, které NASA zveřejnila vůbec poprvé.

Důkladné testování je nezbytné, protože jakmile rover odletí od Země, nemůžete ho opravit. Před projektovým týmem tedy stál nelehký úkol – navrhnout a postavit rover, který by zvládl fungovat několik let, aniž by jej omezovaly výkyvy teplot, neustálá radiace a všudypřítomný prach. Vozítko proto prošlo důkladným testováním, aby se všechny systémy prověřily ještě před cestou na Mars – rover si tak ještě na Zemi nanečisto vyzkoušel všechny podmínky, které jej na rudé planetě čekají.

„Mars je drsný, to vědí všichni,“ říká projektový manažer John McNamee z Jet Propulsion Laboratory a dodává: „Lidé si ale často neuvědomují, že abyste byli na Marsu úspěšní, musíte ještě na Zemi udělat opravdu hodně věcí.“ Bez přehánění můžeme říct, že proběhly tisíce unikátních testů. Následující řádky tedy rozhodně nejsou výpisem všech zkoušek – jde spíše o výběr těch nejzajímavějších.

11. dubna 2019 – inženýři kontrolují přeletový stupeň pro misi Mars 2020 před akustickými zkouškami.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Není žádným tajemstvím, že silný hluk může poškodit Váš sluch. Ale ničivý může být i pro samotnou sondu – to platí v případě, kdy se k ní dostanou zvukové vlny vyvolané raketovými motory při startu. Intenzita zvukových vln může způsobit, že se některé díly uvolní. Ještě předtím, než byl rover odeslán na Kennedyho středisko na Floridu, aby se připravil na start letos v létě, uzavřeli jej inženýři do speciální komory, kterou mají v JPL k dispozici. Ta je vybavena speciálními dusíkovými akustickými trubkami. Ty dokáží vyvinout zvuk s ohlušující intenzitou 143 decibelů. To je pro lepší představu víc, než kolik byste naměřili za naplno běžícím tryskovým motorem.

Testy byly několikrát plánovaně zastaveny, aby mohla proběhnout inspekce vozítka i jeho okolí. Odborníci pátrali po jakýchkoliv částech, které se mohly uvolnit, odlomit či odpadnout. Bylo potřeba dotáhnout některé šrouby a došlo i k náhradě několika elektrických drátů, ale výsledek byl pozitivní. Tým získal jistotu, že si jejich produkt poradí i s nepříjemným hlukem kolem startu. Tím však zkoušky rozhodně nekončí.

Zeptejte se kteréhokoliv člena týmu, který u mise Mars 2020 (jehož součástí je rover Perseverance) zodpovídá za vstup do atmosféry, průchod skrz ni a přistání – všichni vám řeknou, že by nemělo žádný smysl nechat tuhle sondu cestovat 505 milionů kilometrů, pokud byste nemohli přistát. Aby bylo možné přistát, potřebujete hned několik zařízení – tím největším je nadzvukový padák o průměru 21,5 metru. Odborníci si dali hodně záležet na tom, aby se ujistili, že se padák otevře správě a že svůj úkol splní aniž by se potrhal či zamotal.

Červen 2017 – Ověřování konstrukce padáku roveru Perseverance na Ames Research Center.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Padák roveru Perseverance technologicky vychází z padáku vozítka Curiosity, které na Marsu přistálo v roce 2012. Jelikož je ale Perseverance o trochu těžší než jeho předchůdce, museli inženýři zesílit konstrukci jeho padáku. Ale jak se ujistit, že se konstrukce bude chovat podle očekávání? Hádáte správně – pomocí zkoušek.

Ze všeho nejdříve se tým zaměřil na prověření, zda padák dokáže odolat náporu, který zažije při zpomalování rychle se pohybujícího objektu v atmosféře Marsu. V létě 2017 se proto odehrály zkoušky v National Full-Scale Aerodynamics Complex, který je součástí Ames Research v kalifornském Silicon Valley. Tady se detailně sledovalo chování zkušebního padáku ve větrném tunelu. Bylo potřeba zkontrolovat jak kvalitu zpracování, tak i pátrat po náznacích neobvyklého chování.

Takto bude vypadat zpomalené rozložení padáku roveru Perseverance na Marsu. Snímky pro animovaný gif byly pořízeny 7. září 2018 při třetím a posledním letu programu ASPIRE ( Advanced Supersonic Parachute Inflation Research Experiment).
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Komplexnější vyhodnocování přišlo mezi březnem a zářím 2018. Tehdy tým provedl tři zkoušky padáku v podmínkách co nejpodobnějších atmosféře Marsu. K testům posloužily suborbitální rakety Black Brant IX vypuštěné z Wallops Flight Research Facility ve Virginii. Závěrečný test provedený 7. září vystavil padák zatížení 37 tun. Zatím ještě žádný nadzvukový padák v historii nečelil větší zátěži – bylo to také o 85 % větší zatížení, než jaké bude muset padák zažít při ostré misi.

Listopad 2019 – v centrálním Washingtonu proběhla zkouška pyrotechnického vystřelovače padáku roveru Perseverance.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Kromě samotného vrcholíku a šňůr bylo potřeba otestovat také pyrotechnický vystřelovač. Padák roveru Perseverance je uložen v hliníkovém pouzdru tak těsně, že jeho hustota odpovídá zhruba dubovému dřevu. Vystřelovač je válec umístěný na vrcholu zadního aerodynamického krytu vozítka. Ve chvíli, kdy má dojít k vypuštění padáku, se výbušná patrona ve spodní části vystřelovače postará o uvolnění výše zmíněného pečlivě složeného nylonu, Technory a kevlaru, aby měly tu správnou rychlost a směr v proudu marsovské atmosféry.

Zkoušky vystřelovače proběhly v zimě roku 2019 v státě Washington. Teplota vystřelovače při prvním testu zhruba odpovídala teplotě okolního vzduchu – cca 21 °C. Druhý a třetí test proběhly s podchlazených vystřelovačem, který měl teplotu -55 °C. Tato teplota byla výrazně nižší, než očekávaná teplota během skutečné aktivace u Marsu – modely počítají s tím, že vystřelovač bude mít v té době teplotu okolo -10 °C. Všemi třemi testy prošel testovaný vystřelovač beze ztráty kytičky, ale inženýrům jejich testy pořád nekončily.

Rover Perseverance ve vakuové komoře.
Zdroj: https://s3.amazonaws.com/

Sluneční paprsky ohřívají bělostný povrch vozítka jinak než například marsovský kámen. Aby bylo možné lépe porozumět podmínkám, kterým budou vystaveny různé teplotně citlivé přístroje a subsystémy, byl otestován teplotní model roveru Perseverance. V říjnu 2019 jej inženýři z JPL na celý den umístili do tamní vakuové komory s rozměry 25 × 8 metrů. V této komoře přišly ke slovu xenonové lampy umístěné o několik podlaží níže. Jejich úkolem bylo svítit nahoru, kde se jejich svit odrazil od zrcadel na stropě a mohl dopadnout na vozítko.

Když se lampy zahřály, dosáhly stejné intenzity, jakou bude mít sluneční záření, které rover zažije po přistání v kráteru Jezero. V komoře byla během testu atmosféra a inženýři mohli během zkoušek pečlivě měřit množství dopadajícího záření na různá místa vozítka. Data z testu se použila pro aktualizaci termálního modelu roveru, který byl nezbytný pro další krok v rámci testů – zkoušku chladem.

Říjen 2019 – ve vakuové komoře v JPL se za nízkých teplot testuje zvedání hlavního stožáru roveru Perseverance se senzory.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Jakmile skončily testy imitující sluneční záření, mohli inženýři zavřít dveře a odčerpat z komory většinu vzduchu, čímž nasimulovali řídkou atmosféru Marsu, jejíž hustota odpovídá 1 % hustoty atmosféry pozemské. Poté mohly být stěny komory podchlazeny na -129 °C a začalo týdenní testování jednotlivých subsystémů. Ověřovalo se provedení různých počítačových příkazů, zvedal se „stožár se senzory“, tedy krk vozítka s jeho pomyslnou hlavou, hýbalo se s anténami, otáčela se kola a zkoušelo se i uvolnění vrtulníku Ingenuity, aby bylo jisté, že systémy zvládnou i teploty, které nastávají jen za nejchladnějších marsovských nocí.

Zkoušky kamer roveru Perseverance.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Samotná mise Mars 2020 ponese k Marsu 25 kamer, což je historický rekord mezi všemi meziplanetárními sondami. Po instalaci každé jedné kamery, která poletí k Marsu, proběhly důkladné „zkoušky zraku“. Například kamera přístroje WATSON, která bude mít za úkol pořizování detailních snímků a nebo (pokud to bude potřeba) videí struktur kamenů, natočila scénu, na které členové týmu mávají a tančí. Tímto odlehčeným testem, kdy se před kamerou pohybovaly rychlé objekty, chtěli ověřit, jak kamera zvládá snímkovací rychlost a expoziční časy, ale také jak si počítač poradí s ukládáním a přenosem dat. U jiných kamer byly testy formálnější a nudnější. Zůstala však důsledná pečlivost. Proces zvaný kalibrace strojového vidění (machine-vision calibration) obnáší použití panelů s mřížkami, jejichž nasnímáním se určují základní údaje provozu a fungování kamer. A výsledek? Rover má perfektní zrak.