סיום שלב הנחיתה של קיוריוסיטי

בפרק הקודם השארנו את גיבורת סיפורנו קיוריוסיטי, הצפונה בתוך החללית MSL העושה את דרכה דרך האטמוספירה של מאדים ומנצלת את החיכוך כדי להאט.

לתשומת לבכם: רשומה זו ממשיכה את קודמתה “צלילה לאטמוספירה של מאדים”.

הכתבה פורסמה לראשוןנה בבלוג “מסה קריטית”

בפרק הקודם השארנו את גיבורת סיפורנו קיוריוסיטי, הצפונה בתוך החללית MSL העושה את דרכה דרך האטמוספירה של מאדים ומנצלת את החיכוך כדי להאט.

במגע הראשון עם האטמוספירה היתה MSL בגובה 125 קילומטרים ובמהירות 6 קילומטרים לשניה.

כעת, לאחר שהאטמוספירה הדלילה של מאדים האטה את הנחתת לפי- 2 ממהירות הקול (בתווך המאדימאי), נותרה MSL בגובה של כ- 11 קילומטרים מעל הקרקע, ובמהירות של כ- 450 מטרים לשניה. האטמוספירה אינה מייצרת עוד מספיק חיכוך לחפץ בממדים שלה, ולשם כך יש להאט בשיטה אחרת; כשתגיע MSL למהירות זו, ייפרש מצנח ענקי, בקוטר של 16 מטרים, שתפקידו לבלום את המהירות האופקית שלה.

המצנח מתוכנן להקטין את אנרגיית המהירות של הנחתת ב- 95% תוך 50 עד 90 שניות בלבד!

24 שניות לאחר פרישת המצנח צפויה MSL להיות בגובה של 8 קילומטרים, ובמהירות 125 מטר לשניה. המצנח עדיין מאט את המהירות, אבל לא בקצב מספיק מהיר, ובנוסף עדיין יש מהירות אפקית שלא תאפשר נחיתה מדוייקת. לכן יש צורך בירידה מבוקרת יותר, שתתבצע באמצעות רקטות.
הרובר קיוריוסיטי מקופל בתוך MSL כשלגבו מחובר שלב הירידה (Descent Stage), מערכת הנעה עם שמונה מנועים רקטים חזקים (מעין Jetpack). כאשר מגיעים למהירות של 125 מטר לשניה (מהירות תת-קולית) מושלך מגן החום והרובר קיוריוסיטי עם שלב הירידה נחשף לאוויר המאדים.

חשיפת הרובר מאפשרת שני דברים, התחלת צילום של הקרקע, ומדידת הגובה באמצעות מכ”ם.

המכ”ם מותקן על שלב הירידה, ומטרתו היא מדידה מדוייקת של הגובה שהרכב נמצא בו. לאחר שחרור מגן החום ימתין המכ”ם 5 שניות לפני שיתחיל לעבוד, כדי שהמגן יספיק להתרחק ולא יבלבל את קריאת המרחק.

בפינה הקדמית השמאלית של הרובר עצמו ישנה מצלמה קטנה ששמה MARDI (קיצור של Mars Descent Imager), אשר מופנית כלפי מטה, וכל תפקידה הוא לתעד את שלב הנחיתה. הצילומים יהיו בצבע מלא ובהפרדה גבוהה ויאפשרו לצוות ההפעלה של הרובר לקבל מידע על האזור סביב נקודת הנחיתה, באיכות הרבה יותר טובה מאשר ניתן לקבל מצילומים מהחלל. סרט הנחיתה לא ישמש לניווט בזמן הירידה ולא ישודר בזמן אמת בגלל מגבלות רוחב פס. לכן כדי לצפות בסרט הנחיתה נאלץ כנראה להמתין מספר ימים, אבל זה הולך להיות שווה את ההמתנה!

MARDI תתחיל לצלם מיד לאחר שחרור מגן החום, ואפילו תשתמש במשטחים לבנים שמודבקים לצידו הפנימי לצורך White Balance (אם אינכם מכירים את המושג, תשאלו חובבי צילום).

בערך 85 לאחר שחרור מגן החום, צפויה הנחתת, שעדיין תלויה על המצנח, להיות בגובה של קילומטר וחצי עד שני קילומטרים (לפי מדידות המכ”ם). הקרקע תשעט כלפיה במהירות כ- 100 מטרים בשניה. בתנאים אלה מופעל שלב הירידה: שמונת המנועים הרקטיים, המכוונים כלפי מטה סביב הרובר, מתחילים לפעול ב- 1% מהעוצמה המלאה שלהם – ושלב הירידה מתנתק מהמעטפת שכיסתה אותו ומהמצנח, ונופל מטה.

הנפילה החופשית נועדה כדי להתרחק מהחופה והמצנח, לפני שמעלים את הדחף של המנועים, והיא נמשכת כשניה אחת בלבד.
המנועים מעלים את עוצמתם, תחילה לצורך ריסון מהירויות סחרור, ואז במלוא העוצמה, להאטת קצב הנפילה תוך כדי ביטול מוחלט של התנועה האופקית.
קיוריוסיטי ועליה שלב הירידה
שמונת המנועים יצמצמו את קצב הירידה עד לכדי 20 מטרים לשניה. קצב זה יימשך עד שהמכ”ם ימדוד גובה של 50 מטרים מהקרקע. אז הם יגבירו את עוצמתם ויאטו את קצב הירידה ל- 75 סנטימטרים לשניה. נסו לדמיין את הקצב הזה, הוא מאד איטי.

בגובה 21 מטרים, כבר שרפו מנועי שלב הירידה כ- 400 קילוגרמים של דלק, כך שאם המנועים ימשיכו לפעול בעוצמה זו, הם יתחילו למשוך את הרובר כלפי מעלה (אותו דחף על פחות מסה נותן תאוצה גדולה יותר). לכן מפחיתים את עוצמתם כדי לשמור על קצב הירידה האיטי, שאמור להישמר קבוע עד המגע עם הקרקע. בשלב כלשהו יפעלו המנועים בעוצמה חלשה ובלתי יעילה, ולכן פשוט מכבים ארבעה מהם.
שמונת המנועים נמצאים בארבע הפינות של הרובר, זוג בכל פינה, כשמתוך כל זוג, מנוע אחד פונה למטה, והשני גם כן, אבל מוטה מעט כלפי חוץ. ארבעת המנועים המוטים הם אלו הממשיכים לפעול, וזאת כדי למנוע את פגיעת הרשף הנפלט מהם ברובר בשלב עגורן השחקים (תרגום מקורי ל- Sky Crane).

2.5 שניות אחרי סגירת ארבעת המנועים (הארבעה האחרים יפעלו בערך בחצי הספק), יופעלו נפצים פירוטכניים שיפרידו בין הרובר לבין שלב הירידה. הרובר למעשה יתחיל ליפול מטה, כשהוא מחובר לשלב הנחיתה באמצעות שלוש רתמות. הרתמות, העשויות חוטי ניילון, תופסות את הרובר בשלוש נקודות סביב מרכז הכובד שלו, ונפרשות מתוך סליל בתחתית שלב הירידה (מתחת למרכז הכובד שלו, כדי שיישאר מאוזן).

הסליל גם הוא מנגנון מתוחכם, שמשחרר את שלוש הרתמות יחדיו תחת בקרה של בלם אלקטרומכני ששולט על מהירות הסיבוב שלו וכך על מהירות הירידה של הרובר.
בנוסף ישנו גם כבל טבורי (אומבילי, ממשק חשמלי בין מכשירים להעברת כוח ונתונים) המחבר בין קיוריוסיטי ושלב הנחיתה, כי המחשב של הרובר מפעיל את שניהם.

הרתמות ייפרשו לכל אורכן, שהוא 7.5 מטרים, ושלב הנחיתה ימשיך להוריד את קיוריוסיטי במהירות העדינה של 75 סנטימטרים לשניה עד המגע עם הקרקע. שניות בודדות לפני המגע ישוחררו מיתלי הגלגלים של הרובר, ויימתחו כלפי מטה, מוכנים לספוג את הפגיעה באדמה כמו כני נסע של מטוס.
לאחר הנחיתה תתמוך הקרקע במשקל של הרובר, ושלב הירידה ירגיש את ההקלה בכוח שהופעל עליו.
הוא ימתין שניה כדי לוודא שהמדידות שלו אמיתיות וקבועות, וכדי להתאים את דחף המנועים לתמיכה במשקל שלו בלבד. לאחר שניה זו מופעלים מנגנוני גיליוטינה חשמליים שחותכים את רתמות הניילון בנקודות החיבור שעל גבה של קיוריוסיטי. הרתמות מתגלגלות תוך שניה חזרה לסליל שלהן באמצעות קפיץ. באותו הזמן, קיוריוסיטי פוקדת על שלב הירידה וחותכת את הכבל הטבורי. זה האות לשלב הירידה לנסוק ולהתרחק מהמקום כדי לא לסכן את הרובר. הוא יתרסק במרחק של לפחות 150 מטרים משם.

ומה עכשיו?

כמעט כלום.
קיוריוסיטי תשדר ברצף באמצעות משדר ה- UHF שלה, כדי שהמקפת אודיסיי תוכל להעביר את הנתונים על מצב המשימה לכדור הארץ, אבל בהתחלה לא יותר מזה לפני שיגיעו הוראות ממרכז הבקרה בכדור הארץ, ואלה יגיעו רק בבוקר היום המאדימי הבא.

על הפעלת הרובר, פרישת הציוד ותחילת העבודה של קיוריוסיטי, ברשומות הבאות.

לקריאה נוספת:
רשומה ראשונה בסדרת קיוריוסיטי: כמה קשה לנחות על מאדים?
רשומה שניה בסדרת קיוריוסיטי: צלילה לאטמוספירה של מאדים
מידע לעיתונות על תכנית MSL (קובץ PDF)
סיכומים מבלוג האגודה הפלנטרית
GET CURIOUS

_____________________________________
קרדיט לתמונות: NASA
סימולציה: האתר Eyes on the Solar System של NASA ו- JPL