Долазак Марс научне лабораторије на Црвену планету није тако лако као постављање ровера на ракету Атлас В и експлодирање истог у правцу Марса. Навигација свемирске летјелице врло је прецизна и стална наука, а најједноставније речено, подразумијева одређивање гдје се свемирска летјелица налази у сваком тренутку и задржавање на путу до жељеног одредишта.
А, каже шеф навигационог тима МСЛ-а Томас Мартин-Мур, једини начин да се тачно доведе ровер Цуриосити на Марс је свемирска летјелица која се непрестано гледа у огледало на Земљи.
„Оно што радимо је да“ возимо “свемирску летјелицу користећи податке из свемирске мреже“, рекао је Мартин – Мур за Спаце Магазине. „Ако размислите, никада нећемо видети Марс. Ми немамо оптичку навигациону камеру нити било који други инструмент који би могао да види или осети Марс. Кренули смо ка Марсу, све време гледајући уназад на Земљу, а помоћу мерења са Земље успећемо да дођемо на Марс са врло великом тачношћу. "
Ова висока тачност је веома важна јер МСЛ користи нови систем за навођење, спуштање и слетање који ће омогућити свемирским бродовима тачније слетање од било којег претходног слетача или ровера.
"Веома је изазовно, и иако је нешто слично ономе што смо раније радили са мисијом Марс Екплоратион Ровер (МЕР), овај пут ће се то одрадити на још вишем нивоу прецизности", рекао је Мартин-Мур. "То нам омогућава да дођемо до веома узбудљивог места, Гале Цратер."
На Земљи константно можемо да нађемо тачно где се налазимо са ГПС-ом - који се налази на нашим мобилним телефонима и навигационом опремом. Али на Марсу нема ГПС-а, па је једини начин на који ће ровер моћи да се крене и прође - тачна тачка атмосфере Црвене планете је да навигациони тим тачно зна где је свемирски брод и да им они стално говоре свемирске летелице тачно тамо где је. Они користе Дубинску свемирску мрежу (ДСН) за та одређења од лансирања, све до Марса.
Мрежа свемира састоји се од мреже изузетно осетљивих дубоком свемирских антена на три локације: Голдстоне, Цалифорниа; Мадрид, Шпанија; и Цанберра, Аустралија. Стратешки положај од приближно 120 степени на Земљиној површини омогућава константно посматрање свемирских летелица док се Земља окреће.
Али, наравно, није тако лако као што је само довлачење ракете од тачке А до тачке Б, јер Земља и Марс нису фиксни положаји у свемиру. Навигатори се морају суочити са изазовима израчунавања тачних брзина и оријентација ротирајуће Земље, ротирајућег Марса, као и покретне, окретне свемирске летелице, док сви истовремено путују у својим орбитама око Сунца.
Постоје и други фактори попут притиска сунчевог зрачења и пуцања потисника који сви морају бити прецизно израчунати.
Мартин-Мур је рекао да иако је МСЛ много већи ровер са већим свемирским бродом и оклопом од мисије МЕР, навигацијски алати и прорачуни нису много другачији. На неки начин је навигација МСЛ-ом можда и лакша.
„Возило Атлас В пружа много прецизније лансирање и може нас довести на прецизнији пут од МЕР-а, који је користио Делта ИИ“, рекао је Мартин-Мур. „То нам омогућава да за долазак на Марс користимо мање погонског горива, пропорционално по кили, него што су то чинили МЕР-ови ровови.“
Ровер и свемирски брод МЕР тежили су око 1 тону, док МСЛ тежи готово 4 тоне. МСЛ-у је додељено 70 кг погонског горива за крстарење, док су на МЕР-овим роверима користили око 42 кг погонског горива.
Занимљиво је да ће се свемирска летјелица МСЛ спустити кроз Марсову атмосферу и земљу, а свемирска летјелица користиће око 400 кг погонског горива.
Поред тога, Мартин-Мур је рекао да су доступне прецизније планетарне ефемерије и веома дугачке базне интерферометрије, што омогућава навигацији да доведе свемирски брод на право место у интерфејсу за улазак у атмосферу, па се возило нађе у распону параметара који дизајниран је за рад.
Навигација при покретању
Све започиње годинама припрема и прорачуна навигационог тима који мора израчунати све могуће путање ка Марсу, у зависности од тога када се тачно ракета Атлас В лансира са МСЛ-а.
У неким случајевима постоји буквално на хиљаде могућности покретања и све могуће путање морају се прецизно израчунати. Мисија Јуно је, на пример, имала двосатна прозора за дневно лансирање са 3.300 могућих могућности лансирања. За МСЛ дневни прозори за покретање садрже могућности подизања у корацима од 5 минута. Кроз 24-дневни период лансирања тим је израчунао 489 различитих путања за све могуће могућности лансирања.
Али на крају, они ће на крају користити само једну.
"Ово није нешто што радите у лету - све то припремите унапред, тако да имате времена да седнете и процените то и проверите", рекао је други члан МСЛ навигационог тима, Неил Моттингер, који је радио у Лабораторија за млазни погон од 1967. Радио је на навигацији за многе мисије попут Маринер, Воиагер, МЕР и неколико међународних мисија.
"Почетна функција навигације при покретању је да довољно добро утврди стварну путању свемирског брода, тако да ће сигнал свемирске летјелице бити унутар ширине снопа ДСН антена", рекао је Моттингер за Спаце Магазине.
Марсова научна лабораторија одвојиће се од ракете која га је појачала према Марсу око 44 минута након лансирања, а навигатор ће пратити сваки покрет свемирске летјелице.
Моттингер је додао да без ДСН-ових комуникационих могућности нема планетарних мисија. „Навигациони тим чини све што може како би се увјерио да нема неких празнина у комуникацији“, рекао је. „Вријеме је за крпање првих 6-8 сати након лансирања како бисмо могли одредити тачан положај свемирске летелице.“
Из недавних проблема са мисијом Пхобос-Грунт, видљиво је колико је тешко пратити и комуницирати са управо лансираним свемирским бродом.
Исправљања на средњем курсу
Поново је навигацијски тим моделирао и израчунао све манеуре и опекотине од потисника за мисију. Након што је МСЛ на путу за Марс, навигациони тим ће ревидирати све своје моделе и осмислити маневаре како би свемирску летјелицу одвели до правог улаза на Марсу.
"И даље ћемо вршити одређивање орбите и редизајнирати маневре за свемирску летјелицу", рекао је Мартин-Мур. „МСЛ има потисне пиле од 1 лб - исте величине као и свемирске летелице МЕР - али наша свемирска летелица је готово четири пута тежа, па маневри које изводимо дуго трају - неки ће трајати сатима.“
За интерпланетарну навигацију, инжењери користе удаљене квазаре као оријентире у простору за референцу где се свемирски брод налази. Квази су невероватно светли, али су на тако колосалним растојањима да се не крећу на небу као што су ближе позадинске звезде. Мартин-Мур је дао списак од готово 100 различитих квазара који би се могли користити у ту сврху, у зависности од тога где се налази свемирски брод.
„Занимљиво је“, замишљено је Мартин-Мур, „помоћу квазара користимо нешто што је милионима светлосних година удаљено од нас, од самог раног свемира, који су толико стари да их можда више и нема. Заиста је цоол што користимо објекат који тренутно можда више не постоји, али их користимо за врло прецизну навигацију. “
Навигацијски тим такође треба да моделира притисак сунчевог зрачења - ефекат који Сунчево зрачење има на свемирске летелице.
„Врло добро знамо захваљујући нашим пријатељима из групе Солар Системс Динамицс, где ће се налазити Марс и где су Земља и Сунце“, рекао је Мартин-Мур. „Али пошто ова свемирска летелица раније није била у свемиру, оно што се тачно не зна је како ће притисак сунчевог зрачења утицати на површинска својства свемирског брода и како ће пореметити свемирску летелицу. Ако немамо добар модел за то, могли бисмо бити удаљени стотине километара док свемирски брод креће од Земље до Марса. "
Долазак на Марс
Како се свемирски брод приближава Марсу, врло је важно тачно знати где се свемирска летелица налази. „Морамо усмјерити свемирску летјелицу до праве тачке уласка,“ рекао је Мартин-Мур, „и рећи свемирској летјелици куда ће ући, тако да ће моћи пронаћи свој пут до мјеста слијетања.“
МСЛ улазно спуштање и слетање, или МЕДЛИ, пребацује информације на Земљу док сонда уђе у атмосферу, остављајући навигаторима - и научном тиму - тачно да зна где је ровер слетео.
Тек тада ће навигацијски тим моћи - можда - уздахнути олакшање.