Lasery na Mars!

S lasery se v dnešní době můžeme setkat v mnoha odvětvích. Jak všichni víme, laser se dá využít k řezání, sváření a je také důležitou součástí mnoha lékařských zákroků. Ne všichni si však dokáží představit, jak by nám mohl laser pomoci ve vesmíru. Proto bychom si toto využití nyní popsali a vysvětlili.

Nejdříve si rozebereme misi Mars 2020. Proč vlastně chceme letět na Mars? V posledním dvacetiletí ukázaly mise na Mars, které pořádá NASA Mars Exploration Program, že tato planeta byla v minulosti velmi odlišná od toho jak vypadá dnes. Nyní je Mars studenou, suchou planetou. Předešlé mise (ať mluvíme o orbitálních nebo přistávacích) ukazují na důkazy existence vody před miliony lety. Tyto podmínky, nezbytné pro vznik života, byly na Marsu dostatečně dlouhou dobu, aby umožnily vznik jednoduchých organismů.

Národní úřad pro letectví a vesmír (NASA) misi odstartoval dne 30. července 2020 ze stanice leteckých sil Cape Canaveral na Floridě. Rover Perseverance by na Mars (přesněji Jezeto Crater u delty pradávné řeky) měl dorazit 18. února 2021. Mise bude probíhat alespoň po dobu trvání jednoho roku na Marsu (to je přibližně 687 pozemských dní). Poté se doufá v potenciální návrat vozítka zpět na Zemi.

Hlavním úkolem roveru Perseverance je pokusit se lépe porozumět mineralogii a hledat pozůstatky pradávného života na rudé planetě. Rover bude sbírat vzorky kamenů a půdy, které by v budoucnu mohly být poslány zpět na Zemi. Tato mise je také testem nové techologie a bude určovat budoucnost dalšího objevování Marsu. Rover tedy bude zkoumat strukturu povrchu a jeho složení a teké bude hledat pozůstatky života (fosílie) na Marsu. Dalším úkolem bude sběr vzorků a zkouška funkčnosti robotických systémů.

SUPERCAM

Perseverance je tvořen sedmi komponenty, které mu umožňují provádět různá měření a zkoumat vzorky. Patří mezi ně Mastcam-Z (kamerový systém), SuperCam, PIXL (planetární přístroj pro rentgenovou litochemii), SHERLOC (skener obytných prostředí, který využívá Ramanovou a luminiscentní spektroskopii pro nalezení organických a chemických látek), MOXIE (experiment zkoumající možnosti využití kyslíku na Marsu), MEDA (přístroj, který analyzuje prostředí Marsu) a RIMFAX (experiment s radarovou kamerou ke zjištění podpovrchové struktury Marsu).

Mastcam-Z je kamerový systém, který může svůj obraz přibližovat a vytvořit 3D fotografii nebo HD video. Jeho hlavní funkcí je navádění roveru při pohybu a také detailní prozkoumání vzdálených objektů. Kromě toho také dokáže rozhodnout o tom jaké kameny by měly být prozkoumány, případně sebrány, a pokud to bude možné, odvezeny zpět na Zemi.

Pro nás nejdůležitější součástkou je SuperCam, která obsahuje kameru, dva lasery a čtyři spektrometry, které pomáhají v hledání organických sloučenin.

Červený laser (LIBS) s vlnovou délkou 1064 nm je schopen rozpoznat materiálové a chemické složení objektů velikosti zrnka rýže i na vzdálenost 7 metrů. Proces zkoumání začíná odpařením kusu horniny ze kterého se vytvoří plazma. SuperCam je pak schopna zachytit světelné spektrum plazmy, které určí složení horniny. Červený laser SuperCam obsahuje 3 spektrometry z toho jsou dva pro UV, vidititelné záření (VISIR) a infračervené (IR) je zaznamenáváno ve stožáru. LI BS je také schopný očišťovat horniny od prachu.
Zelený laser (Ramanova spektroskopie) s vlnovou délkou 532 nm zkoumá horniny do vzdálenosti 12 metrů. Ramanova spektroskopie je založena na principu, že vetšina záření zeleného laseru se odrazí od horniny zpět se stejnou vlnovou délkou (532 nm). Malá část záření však interaguje s molekulami horniny, změní svou vlnovou délku v poměru k vibrační energii molekulových vazeb horniny. Pomocí spektrální analýzy je možné zjistit, z čeho je hornina složena.

Perserverance Mars 2020 Rover

Spektrometr, který měří infračervené záření pracuje na vlnových délkách 1,3- 2,6 mikrometru. Fotodiody a detectory spektrometru musí být chlazeny termoelektrickými chladiči na jejich operační teplotu mezi -100 ºC a -50 ºC. IR spektrometr je schopen zjistit potenciální existenci vody na Marsu a informace o její formě, teplotě a pH. Díky tomuto výzkumu bychom mohli být schopni říci, jak moc obyvatelný byl povrch Marsu v minulosti. Další významnou činností, kterou tato komponenta disponuje, je zjištění složení vzduchu a rozpoznání toxicity prachu v ovzduší pro lidské tělo.

Ve velmi lehkém přístroji PIXL najdeme rentgenový spektrometr, který je schopný v malém měřítku identifikovat chemické prvky. Kamera tohoto přístroje je schopna zachytit objekty velikosti zrnka soli.

Na robotické paži Perseverance je připevněn SHERLOC. Tato součástka využívá spektrometry, laser a kameru k nalezení minerálů, které mohly být v minulosti hydratovány což by dokázalo, že na Marsu byly podmínky pro vznik mikroorganismů. Při procesu měření se robotická paže přiblíží ke zkoumanému materiálu na přibližně dva centimetry. Z této vzdálenosti je SHERLOC schopen získat data bez kontaminace okolí měřeného objektu. K měření se využívá UV laser, který je schopen detekovat organické sloučeniny. Tato součástka obsahuje části vesmírného obleku, které jsou testovány v obtížných podmínkách, abychom zjistili zda dokáží odolat vlivu prostředí.

NASA se snaží připravit na situaci, kdy by na Mars dorazili lidé, proto v této misi bude MOXIE demonstrovat proces výroby kyslíku z ovzduší (složení ovzduší je 96%  Image a jen z 0,13% kyslíku což je oproti Zemi, kde je podíl kyslíku 21%, velmi málo). Kyslík bude využit k dýchání, ale také jako pohonná hmota, která by umožnila návrat rakety z Marsu. Velikost MOXIE odpovídá autobaterii, pokud bychom však chtěli v budoucnu využít generátor kyslíku pro lidskou misi, musel by generátor být asi stokrát větší. Na odlet rakety z Marsu je totiž potřeba 33 až 50 tun paliva.

MEDA slouží k rozboru atmosféry. Hlavní aspekty měření jsou rychlost a směr větru, teplota, vlhkost vzduchu a velikost částeček prachu v ovzduší. MEDA také zjišťuje, jak radiace ze Slunce a vesmíru ovlivňuje ovzduší na Marsu.

RIMFAX využívá vlnový radar, který zjištuje jaká je půda pod roverem. Radar, který je umístěný na podvozku roveru a je schopný projít povrchem Marsu, zkoumá geologické rysy pod Perserverance. RIMFAX je schopný detekovat led nebo vodu do hloubky deseti metrů pod povrchem.

Všechny tyto součástky pomohou roveru Perserverance lépe poznat povrch Marsu. Mise Mars 2020 určí budoucnost dalších misí na Mars, které by mohli vést k tomu, že příští mise by mohli mít lidskou posádku.