Vzorky měsíčních hornin, které dopravily mise Apollo a Luna na Zemi, jsou do dnešních dní jedinými vzorky, které lidstvo na zemi dopravilo z velkého tělesa planetárního typu. Získali jsme sice i vzorky z planetky nebo od komety, ale to jsou malá tělesa. Připravované americké vozítko Perseverance (dříve známé jako Mars rover 2020) odebere na cizí planetě první vzorky určené k dopravě na Zemi v rámci budoucí mise. Místo astronautů bude tenhle rover spoléhat na nejkomplexnější, nejschopnější a také nejčistší mechanismus, jaký kdy lidé vypustili do kosmického prostoru. Jde o systém označovaný jako Sample Caching System.

Instalace 39 odběrných trubic do roveru Perseverance.
Zdroj: https://www.nasa.gov/

20. května bylo do těla vozítka uloženo 39 z celkových 43 trubic. Společně s nimi byl do srdce odběrného systému umístěn i jejich speciální držák. Pokud se ptáte, co ty zbývající 4 trubice, tak ty byly  již dříve instalovány do různých částí systému Sample Caching System. Integrace odběrných pouzder je dalším významným milníkem na cestě vstříc startu, který je zatím plánován na 17. července.

„Ačkoliv dnes musíme obdivovat úspěchy, kterých bylo dosaženo v rámci programu Apollo, měli tehdy astronauti k dispozici něco, co my nemáme – fyzickou přítomnost na povrchu,“ popisuje Adam Steltzner, hlavní inženýr roveru Perseverance z kalifornské JPL a dodává: „Když my chceme dopravit první vzorky z Marsu na Zemi, použijeme k tomu místo dvou astronautů tři roboty, kteří musí spolupracovat s přesností švýcarských hodinek.“

Přesun vozítka Perseverance
Zdroj: https://www.nasa.gov/

Mnoho lidí si při pohledu na rover Perseverance řekne, že to je jeden robot. NASA však upozorňuje, že tento složitý výtvor je v podstatě tvořen velkým množství samostatných robotických systémů. V přední části roveru se nachází již zmíněný Sample Caching System, který je sám tvořen třemi „roboty“. Prvním z těchto systémů je dvoumetrová robotická paže. V její přední části je velmi dobře pohyblivá hlavice, která obsahuje kromě vědeckých přístrojů třeba i příklepovou vrtačku, která se využije pro jádrové vrtání marsovských kamenů.

Bit Carousel roveru Perseverance
Zdroj: https://pbs.twimg.com/

Druhým „robotem“ je zařízení, které vypadá jako malý létající talíř. Označuje se jako bit carousel, což by se dalo označit jako otočný držák nástavců a bude fungovat jako centrální bod pro veškeré přesuny vzorků. Jednak bude poskytovat vrtáky a prázdné odběrné trubice pro vrtačku na robotické paži a později se postará o přesun trubic naplněných vzorky do útrob těla roveru, kde na ně bude čekat další zpracování.

Třetím robotickým zařízením, které tvoří Sample Caching System, je půl metru dlouhá paže pro manipulaci se vzorky, které se někdy přezdívá „T. rex arm“. Našli bychom ji ve spodní části těla roveru a jejím úkolem je zachytit trubičky, které sem pošle bit carousel a přesunout je mezi skladištěm a dokumentační pozicí.

Všechny tyto tři systémy (kterým NASA někdy říká roboti) musí fungovat naprosto přesně. Pro lepší představu – typický strojek švýcarských hodinek tvoří ani ne 400 částí, ale kdybychom sečetli všechny součástky Sample Caching System, dostaneme se na číslo přes 3 000! „Vypadá to jako hodně, ale jen do chvíle, než si začnete uvědomovat celou potřebu komplexnosti, protože Sample Caching System má za úkol autonomně vrtat do kamenů na Marsu, vyjmout nedotčené jádrové vrty a uložit je do hypersterilních pouzder, která jsou zbavena veškerých ze Země pocházejících organických látek, které by mohly narušit budoucí analýzy, hermeticky je uzavřít a pak je uložit,“ uvedl Steltzner a dodal: „Z hlediska technologií je to nejkomplikovanější a nejsofistikovanější mechanismus, který jsme kdy postavili, otestovali a připravili na kosmický let.“

Cílem mise je nasbírat deset a více vzorků. Jak přesně ale tato sestava tří „robotů“ o velikosti lodního kufru tvořená labyrintem trubiček, motorů, planetových převodovek, enkodérů a dalších zařízení dokáže spolupracovat ke splnění úkolu? „V podstatě se dá říct, že poté co, příklepová vrtačka odebere jádrový vzorek, hlavice na rameni se otočí, spojí se s jedním ze čtyř „dokovacích kuželů“ na bit carouselu,“ popisuje Steltzner a pokračuje: „Bit carousel se následně otočí a vrták se vzorkem a odběrnou trubicí se dostanou do útrob roveru, kde se jej může ujmout rameno pro manipulaci se vzorky. Rameno vyjme naplněnou odběrnou trubici z vrtáku připojeného ke carouselu a přemístí ji na snímací stanoviště. Tady dojde k nasnímání kamerou umístěnou v útrobách Caching System.“

Adaptive Caching Assembly roveru Perseverance
Zdroj: https://www.spiedigitallibrary.org/

Po nasnímání trubice se vzorkem, ji malé rameno přemístí na místo pro určení objemu. Tady na vzorek v trubici zatlačí píst, který tak určí, kolik materiálu v trubici je. „Poté se zase vrátíme na snímkovací stanoviště,“ popisuje Steltzner a dodává: „Po tom všem se vezme hermetické těsnítko, které vypadá trochu jako malý špunt a nasune se na vrchol trubice. Po této činnosti se pořídí další snímek.“ Ani tady však práce neskončí. Systém uloží trubici do utěsňovací stanice, kde se příslušný mechanismus postará o hermetické utěsnění trubice pomocí zátky. „Následně vyjmeme trubici ven, uložíme ji do skladiště a v celém procesu se vrátíme zpět na začátek,“ uzavřel Steltzner.

Navrhnout tento složitý systém, vyrobit jej, otestovat a integrovat do roveru Perseverance byla výzva, která zabrala sedm let a nyní je konečně hotovo. Stejně jako všechny ostatní systémy roveru, vznikly dva kusy Sample Caching System – inženýrský testovací model zůstane na Zemi a letový kus se vydá k Marsu. „Inženýrský model je ve všech možných ohledech podobný letovému exempláři a naším úkolem je zkusit ho rozbít,“ popisuje Kelly Palm, vedoucí integračních testů roveru Perseverance z JPL a dodává: „Děláme to kvůli tomu, že raději uvidíme, jak se něco opotřebuje nebo rozbije na Zemi než na Marsu. Proto bude inženýrský model dělat různé činnosti, abychom byli u jeho letového dvojčete na Marsu informovanější.“

Zkoušky Sample Caching System
Zdroj: https://www.jpl.nasa.gov/

K těmto zkouškám inženýři používají různé druhy kamenů, aby simulovali odlišné terény. Následně zkouší vrtat pod různými úhly, aby vyzkoušeli všechny myslitelné situace, do kterých se může vozítko dostat, když si vědecký tým vybere místo pro odběr materiálu. „Jednou za čas se musím na chviličku zastavit a uvědomit si, co vlastně děláme,“ říká Palm a dodává: „Ještě před pár lety jsem byla na vysoké škole a dneska pracuju na systému, který bude zodpovědný za odběr prvních vzorků z jiné planety, které se mají dopravit na Zemi. Je to úžasné.“

Přeloženo z:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://airandspace.si.edu/…2020_with_tubes_on_surface_0.png?itok=poXmXm7Q
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/pia23919-1041.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/pia23829-3rd-16.jpg
https://pbs.twimg.com/media/D64NxpdUcAA-4Hi?format=jpg&name=large
https://www.spiedigitallibrary.org/…/00088_PSISDG10748_107480A_page_4_1.jpg
https://www.jpl.nasa.gov/images/mars2020/20200602/SCS-16-MAIN.gif