Curiosity: Přeletová konfigurace

Přeletový prstenec

Navigaci k Marsu má na starost přeletová část, anglicky cruise stage. Je to jediná část, která se nedočká přistání na povrchu – podle očekávání totiž shoří v atmosféře. Tento prstenec připomíná svým tvarem typickou americkou koblihu – v průměru je pětkrát vyšší než na výšku. Po jeho obvodu bychom našli deset radiátorů. Ty slouží k udržování správné teploty uvnitř schránky – aby se vědecké přístroje nepřehřívaly, koluje kolem nich chladící kapalina, která pak míří do radiátorů, odkud se nepotřebné teplo vyzáří pryč. Uprostřed má prstenec otvor, ve kterém nasedá na vlastní schránku roveru. Upíná se zhruba v místech, kde je uložen padák. Právě přeletovým stupněm se celá sestava připojovala k hornímu stupni Centaur nosné rakety a mohli jsme jej v přímém přenosu sledovat při odpojení na cestě k Marsu.

Po oddělení zalily horní stranu prstence opatřenou solárními panely první sluneční paprsky. Právě tento zdroj je během cesty na Mars primární pro celou sestavu. Během cesty mezi Zemí a Marsem se přeletový prstenec staral o provádění klíčových úkonů – využíval k tomu přitom výpočetní výkon vozítka. Přeletový prstenec se od zbytku sestavy oddělí zhruba 10 minut před očekávaným vstupem do atmosféry.

Přeletový prstenec je vyroben převážně z hliníku. Našli bychom na něm třeba dva svazky hydrazinových trysek, které uvedly sestavu do rotace a staraly se o udržování správné orientace – především v době, kdy bylo potřeba sestavu správně zorientovat pro korekční zážehy. Každý svazek obsahuje 4 trysky s různou orientací, přičemž každá má možnost odstupňovaného tahu – maximum na jednu trysku jsou 4 N. Díky tomu, že využívají jednosložkové palivo, tedy hydrazin, nepotřebují žádné další nádrže s okysličovadlem. Hydrazin je skladován ve dvou kulatých nádržích umístěných v přeletovém prstenci. Nádrže mají 48 cm v průměru.

Během přeletu udržuje sestava rotaci 2 otáček za minutu Přeletový prstenec pravidelně proměřuje rychlost této rotace ve vztahu k poloze sestavy. Tu vypočítává podle údajů z hledače hvězd a dvou Slunce sledujících senzorů. Na základě vypočítaných údajů provádí zážehy trysek pro udržení rotace. Jak jsme si již řekli – na horní straně bychom našli solární panely. Ty pokrývají celkovou plochu 12,8 m2. Panely jsou vyrobené ze tří vrstev, aby vyrobily co nejvíc elektřiny. Ve vrstvách bychom našli gallium, indium, fosfor, germanium a arsenid gallitý (GaAs). V ideálních podmínkách u Země by panely vyrobily 2 500 W, což je více, než kolik sestava potřebuje. Není to ale žádné plýtvání – panelů je přesně tolik, aby to stačilo, když se bude MSL pohybovat u Marsu – v té době totiž bude menší počet paprsků a panely vyrobí jen asi 1080 W. Částečně to bude způsobeno i tím, že v závěru budou paprsky od Slunce dopadat na panely pod úhlem 43°. Na přeletové stupni bychom našli také středně ziskovou anténu, která zajišťuje komunikaci se Zemí po většinu letu k Marsu.

Ochranná schránka

Další součástí MSL, kterou si představíme je ochranná schránka ukrývající vlastní sbalený rover a sestupový stupeň (aeroshell). U téhle mise asi nepřekvapí informace, že se jedná o největší dosud vyrobený exemplář svého druhu (má hmotnost 899 kg a velký je asi jako SUV (např. Škoda Yeti). Její součástí není jen bílá „skořápka“, ale také tepelný štít, který bude chránit náklad před horkem vznikajícím při vstupu do atmosféry. Jeho průměr je 4,5 metru – jen pro představu – tepelný štít lodí Apollo měl v průměru 4 metry a štít pro vozítka MER jen 2,65 metru.

Součástí tepelného štítu jsou senzory ukryté pod zkratkou MEDLI. S měřením se začne zhruba deset minut před očekávaným vstupem do atmosféry. Snímání skončí ve chvíli, kdy se otevře padák, tedy asi 4 minuty po vstupu do atmosféry. Osmkrát za sekundu budou tyto senzory provádět měření ohledně chování tělesa v atmosféře.

Pokud nepočítáme přeletový prstenec se solárními panely, tak do atmosféry vstoupí zhruba 2 a půl tunový náklad. Rychlostí téměř 6 000 m/s vletí do atmosféry a začne se ohřívat – v tu chvíli bude funkce tepelného štítu klíčová. Nejen kvůli teplotám, ale také kvůli silovému namáhání, které bude na náklad působit. A právě v tuto chvíli přichází ke slovu senzory MEDLI – budou zaznamenávat, jak atmosféra ovlivňuje pohyb schránky, což kromě jiného pomůže k porozumění, jaká vlastně atmosféra Rudé planety je – ať už se bavíme o hustotě v různých výškách, nebo o síle větrů. Tato data se využijí v budoucnu při konstrukci dalších těles, které budou mít za úkol přistát na Marsu.

Celkově se pod souhrnným označením MEDLI skrývá sedm tlakových senzorů MEADS a sedm zástrček, z nichž každá obsahuje mnoho tepelných čidel MISP. Senzory budou měřit i drobné změny rychlosti a směru. Každý tepelný snímač měří teploty ve 4 různých hloubkách tepelného štítu. Tím pádem se dá dopočítat, jak se štít v průběhu sestupu postupně odtavuje.

Samotný tepelný štít využívá jiné konstrukce než jeho předchůdci. Je to kvůli tomu, že rover je těžký a navíc má sestava jinou vstupní trajektorii do atmosféry. Vlivem toho se štít ohřeje až na 2100°C.

O tepelnou ochranu se stará materiál PICA – phenolic impregnated carbon ablator. Krkolomně přeloženo do češtiny „uhlíkatý odtavovací systém impregnovaný fenolem“. Jeho principem je postupné odpadávání roztavených částí tepelného štítu. Vůbec poprvé se materiál PICA použil pro ochranu návratového pouzdra sondy Stardust.

Ve schránce bychom našli dvě sady odhazovacích závaží z wolframu, jejichž odhozením se pokaždé přemístí těžiště sestavy. Horní část schránky ukrývá 8 trysek, které se postarají o správnou orientaci při průletu atmosférou. Schránka díky své konstrukci umožňuje lehce korigovat směr letu. Postará se o to změna těžiště – těleso pak bude klouzat atmosférou a svým pohybem bude vytvářet vztlak. Díky tomu nebude schránka padat k povrchu jako kámen. Trysky se pak postarají o výraznější změny směru – třeba zpomalující esíčka. Díky tomuto systému je možné výrazně zpřesnit místo přistání, protože korekce směru umožňují reagovat i na nečekané projevy atmosféry.

Schránka je také úkrytem pro padák – největší dosud vyrobený pro mimozemské použití. Má 80 lan – přičemž každé měří 50 metrů. Jeho průměr je 16 metrů. Většina padáku je z nylonu – pouze středová část je vyztužena silnějším polymerem kvůli většímu namáhání. Vystřelení padáku není snadné – v té době poletí sestava rychlostí Mach 2,2! A konečně poslední úkol schránky je nést dvě komunikační antény – první z nich je nízkozisková anténa v pásmu X pro přímou komunikaci se Zemí a UHF anténa pro posílání dat na družice.

Připravili Dušan Majer a Martin Gembec

Upraveno podle informací na fóru kosmonautix.cz.