Áp suất khí quyển của Sao Hỏa ít hơn 1% so với Trái đất, do đó tàu vũ trụ rơi xuống rất khó khăn. Châu Âu đã cố gắng hạ cánh mềm Mars Mars từ năm 2003. Cách họ dự định thành công.
Sao Hỏa nhìn thấy bởi các oriter Viking. Hình ảnh qua NASA / JPL / USGS
Bởi Andrew Coates, UCL
Châu Âu đã cố gắng hạ cánh trên Sao Hỏa từ năm 2003, nhưng không có nỗ lực nào diễn ra đúng như kế hoạch. Một vài tháng trước, người biểu tình đổ bộ ExoMars Schiaparelli đã rơi xuống bề mặt hành tinh, mất liên lạc với tàu mẹ. Tuy nhiên, nhiệm vụ đã thành công một phần, cung cấp thông tin cho phép châu Âu và Nga hạ cánh trên tàu ExoMars trên Hành tinh Đỏ vào năm 2021.
Bây giờ các bộ trưởng nghiên cứu châu Âu cuối cùng đã đồng ý trao cho sứ mệnh 400 triệu euro nổi bật mà nó cần phải đi trước. Rất nhiều người đang bị đe doạ khi người đi đường đã sẵn sàng khoan độc đáo dưới bề mặt sao Hỏa khắc nghiệt để tìm kiếm các dấu hiệu của quá khứ, hoặc thậm chí là hiện tại. Với nỗ lực tốt nhất của con người, chúng ta phải học hỏi, thử lại và không bỏ cuộc. Là lãnh đạo của nhóm Camera toàn cảnh quốc tế trên rover, trong số những thứ khác sẽ cung cấp cho con người địa chất và khí quyển bề mặt cho nhiệm vụ, tôi là một trong nhiều nhà khoa học làm việc rất chăm chỉ để làm cho nó hoạt động. PanCam là một trong chín thiết bị hiện đại sẽ giúp chúng tôi phân tích các mẫu dưới bề mặt.
Lý do rất khó để hạ cánh trên Sao Hỏa là do áp suất khí quyển thấp, dưới 1% áp suất bề mặt Trái đất. Điều này có nghĩa là bất kỳ đầu dò nào sẽ xuống rất nhanh trên bề mặt và phải được làm chậm lại. Hơn nữa, việc hạ cánh phải được thực hiện một cách tự động vì thời gian di chuyển nhẹ từ Trái đất là từ ba đến 22 phút. Việc truyền chậm trễ này có nghĩa là chúng ta có thể điều khiển quá trình nhanh chóng từ Trái đất. NASA và Nga đã có những vấn đề của riêng họ với cuộc đổ bộ trong quá khứ, trước những thành công ngoạn mục với các nhiệm vụ Viking, Pathfinder, Spirit, Cơ hội, Phượng hoàng và Sự tò mò của Hoa Kỳ.
Bài học kinh nghiệm
Châu Âu Lần đầu tiên cố gắng hạ cánh trên Sao Hỏa là với Beagle 2 vào ngày Giáng sinh 2003. Cho đến gần đây, lần cuối cùng chúng ta thấy tàu đổ bộ là vào ngày 19 tháng 12 năm 2003 - ngay sau khi tách khỏi tàu mẹ Mars Express. Bản thân Mars Express là một thành công lớn, đi vào quỹ đạo vào ngày 25 tháng 12 năm đó và hoạt động kể từ đó. Nó đã cách mạng hóa kiến thức của chúng ta về sao Hỏa với hình ảnh âm thanh nổi, lập bản đồ khoáng sản, nghiên cứu về sự thoát plasma từ khí quyển hành tinh và phát hiện đầu tiên về khí mêtan.
Gần đây, tàu đổ bộ Beagle 2 đã được chụp bởi Tàu thám hiểm Sao Hỏa của NASA trên bề mặt - gần như thành công, chỉ có một trong bốn tấm pin mặt trời không được triển khai. Thật không may, ăng-ten truyền thông nằm bên dưới bảng điều khiển quan trọng đó, ngăn chặn việc liên lạc với Mars Express và Trái đất. Beagle 2 có thể hoạt động ít nhất một hoặc hai ngày và có thể đã chụp toàn cảnh đầu tiên với hệ thống camera âm thanh nổi và gương bật lên của nó.
Sau đó, vào ngày 19 tháng 10 năm nay, Schiaparelli đã cố gắng hạ cánh. Sử dụng các bài học rút ra từ Beagle, dữ liệu chi tiết được truyền đi trong quá trình hạ xuống, sau khi tách khỏi chế độ mẹ của ExoMars Trace Gas Orbiter. Các phần đầu đã thành công - chúng tôi biết rằng các viên gạch bảo vệ nhiệt đã thực hiện công việc của chúng trong quá trình xâm nhập vào bầu khí quyển sao Hỏa mỏng và chiếc dù được triển khai theo kế hoạch.
Nhưng sau đó, chuyển động quay bất ngờ được phát hiện mà không rõ nguyên nhân, chiếc dù đã bị đẩy ra sớm và tên lửa retro được bắn ra một thời gian ngắn. Mặc dù đo độ cao và tốc độ, máy tính điều khiển trên tàu đã bị lẫn lộn (bão hòa) trong một khoảng thời gian dài thứ hai và nghĩ rằng Schiaparelli đã chạm tới bề mặt rồi. Thật không may, chiếc tàu vẫn còn cao 3,7km, tên lửa retro đã tắt sớm và Schiaparelli rơi xuống bề mặt - tác động với tốc độ hơn 300km / h. Nhiều bài học kinh nghiệm, một cách khó khăn. Vì các bộ điều khiển bây giờ biết chính xác những gì đã sai, họ đang sử dụng dữ liệu được truyền để xác định lý do và tìm ra cách để tránh nó xảy ra lần nữa.
ExoMars cận cảnh một miệng núi lửa lớn không tên ở phía bắc gần xích đạo sao Hỏa. Hình ảnh qua ESA / Roscosmos / ExoMars / CaSSIS / UniBE
Trong khi đó, Tàu quỹ đạo Trace Gas đã đi vào quỹ đạo Sao Hỏa thành công. Tuần trước, nó đã gửi những hình ảnh và dữ liệu đầy hứa hẹn đầu tiên từ cuộc chạm trán trên sao Hỏa đầu tiên. Quỹ đạo cuối cùng của nó sẽ là một quỹ đạo tròn 400km sẽ đạt được vào tháng 3 năm 2018. Điều này sẽ liên quan đến một quá trình hãm không tốn nhiên liệu có tên gọi là aerobraking ném (liên quan đến việc kéo tàu vũ trụ qua đỉnh khí quyển để sử dụng ma sát từ các phân tử khí để làm chậm nó).
Nhiệm vụ của tàu vũ trụ là tìm hiểu thêm về các loại khí vi lượng đáng ngạc nhiên, bao gồm cả khí mê-tan. Khí mê-tan không nên có mặt trong bầu khí quyển Sao Hỏa, vì nó bị phá vỡ bởi ánh sáng mặt trời trong hàng chục đến hàng trăm năm, do đó phải có một nguồn của nó ở đó. Các tùy chọn có thể đều thú vị - đó có thể là hoạt động địa nhiệt hoặc vòng đời của vi sinh vật.
Tìm kiếm sự sống
Bản thân chiếc rover là viên ngọc quý trong chương trình ExoMars, được lên kế hoạch ra mắt vào năm 2020 và đến năm 2021. Có những điểm tương đồng và khác biệt với các hệ thống hạ cánh trước đó, một lần nữa sẽ sử dụng bài học rút ra từ các nhiệm vụ trước đó.
Rover có một mũi khoan độc đáo sẽ thu thập các mẫu từ độ cao đến hai mét (6,6 feet) bên dưới bề mặt sao Hỏa khắc nghiệt. Đây là sâu hơn 40 lần so với bất cứ điều gì khác được lên kế hoạch - rover Curiosity chỉ có thể khoan năm cm (2 inch). Đây là bên dưới nơi ánh sáng cực tím và bức xạ khác từ mặt trời và thiên hà của chúng ta - có hại cho sự sống - có thể chạm tới. Đây là khả năng lớn nhất của bất kỳ nhiệm vụ theo kế hoạch nào để cuối cùng trả lời câu hỏi liệu có, hoặc thậm chí là, sự sống trên Sao Hỏa.
Sao Hỏa đang được thử nghiệm gần Đài thiên văn Paranal. Hình ảnh qua ESO / G. Hudepohl
Các vị trí hạ cánh có thể đã bị thu hẹp bởi các hạn chế kỹ thuật nhưng từ một số khả năng hiện tại vẫn còn ba - Oxia Planum, Mawrth Valles và Aram Dorsum. Ở hai trong số này, dữ liệu từ quỹ đạo cho thấy dấu hiệu của đất sét giàu nước (phyllosilicates), và dữ liệu cuối cùng bao gồm một kênh cổ và trầm tích trầm tích - dấu hiệu của sự xói mòn nước trong quá khứ. Các tùy chọn sẽ được thu hẹp hơn nữa trong vài tháng tới.
Nhiệm vụ này là một trong những điều thú vị nhất trong cuộc tìm kiếm sự sống ngoài Trái đất. Cùng với mặt trăng sao Mộc Europa và vệ tinh Saturn Enceladus, sao Hỏa là một trong những địa điểm hàng đầu để ngắm nhìn. Hơn nữa, tiến độ phát triển phần cứng là tốt, với ngành công nghiệp và học thuật đẩy các biên giới công nghệ, theo đuổi tinh thần đồng đội quốc tế cần thiết để xây dựng và vận hành sứ mệnh, và học cách làm việc trong các phòng siêu sạch để tránh làm nhiễm bẩn sao Hỏa trên mặt đất.
Chúng tôi học hỏi từ quá khứ và lập kế hoạch cho tương lai. Khám phá vũ trụ rất khó, đặc biệt là trên Sao Hỏa, và chúng ta không bao giờ phải từ bỏ. Nhiệm vụ của ExoMars sẽ đóng vai trò quan trọng trên toàn thế giới trong hành trình khám phá sao Hỏa và sử dụng những bài học từ quá khứ mà chúng ta đã sẵn sàng để tìm câu trả lời cho một trong những câu hỏi quan trọng nhất của loài người - chúng ta có đơn độc trong vũ trụ không? Rover của chúng tôi có thể chỉ cần tìm câu trả lời.