Seminggu terakhir diterangi dengan salah satu pencapaian paling mengesankan umat manusia - keberhasilan pendaratan robot kompleks dengan berat lebih dari satu ton di permukaan planet lain. Selain itu, proses ini pertama kali direkam dalam video oleh beberapa kamera dalam resolusi tinggi. Video yang diterbitkan oleh NASA ini ternyata bukan hanya menjadi tontonan yang menghibur, tetapi juga film pendek detektif ilmiah yang sesungguhnya.
Mengapa parasut memiliki warna yang tidak biasa - apakah itu pola yang menghibur atau gambar yang dirancang khusus? Mengapa nyala mesin roket tidak terlihat, yang menghentikan peralatan yang beratnya sekitar satu setengah ton beberapa meter di atas permukaan? Apakah ada langit biru di Mars? Bagaimana para insinyur berhasil memastikan transmisi tiga aliran video definisi tinggi secara bersamaan ke komputer on-board rover pada saat yang sama, jika unit komputasi pesawat ruang angkasa biasanya tidak kuat, tetapi dapat diandalkan?
Ini hampir setengah dari semua pertanyaan yang muncul dari orang yang kurang lebih paham secara teknis setelah menonton video yang merekam pendaratan Ketekunan. Mari kita coba membongkar semuanya secara berurutan, serta menyentuh detail yang bahkan kurang terlihat, yang, tentu saja, bisa sangat menarik tidak hanya bagi para geek, tetapi juga hanya bagi pecinta robotika dan astronotika. Namun, sebagai permulaan, jika Anda belum melihatnya, pastikan untuk melihat videonya.
Ketekunan Rover's Descent dan Touchdown di Mars (Video Resmi NASA)
Terlepas dari tingkat perendaman dalam topik, video Administrasi Penerbangan dan Antariksa Nasional Amerika Serikat (NASA) ini patut mendapat perhatian setiap penduduk bumi.
Parasut informatif
Hal pertama yang kita lihat setelah bingkai dari Pusat Kontrol Misi adalah pembukaan parasut. Gambar direkam sekaligus oleh tiga kamera (Parachute Support Structure Up-Look Camera, PUC) dengan frekuensi 75 frame per detik (30 detik pertama setelah aktivasi), dan kemudian 30 frame per detik (sebelum dimatikan). Video menggunakan data hanya dari dua: gambar di sebelah kiri ditampilkan pada kecepatan perekaman nyata (30% dari kecepatan apa yang terjadi), dan di sebelah kanan adalah kecepatan bingkai yang disesuaikan dengan mata orang modern yang familiar (30 frame per detik).
Poin yang menarik: tepatnya selama pemisahan tutup kompartemen parasut, kendaraan turun tiba-tiba kehilangan satu bagian. Ini adalah kubah yang terlihat pada bingkai di atas. Penjelasan resmi tentang apa itu belum dipublikasikan. Jelas, kehilangannya tidak mempengaruhi keberhasilan misi, tetapi ahli astronot terkenal Scott Manley mengklaim bahwa pada awalnya kubah itu tidak dimaksudkan untuk ditembakkan. Hanya saja mekanisme bukaan parasutnya ternyata terlalu kuat dan terpaut pada proteksi salah satu antena.
Kami kembali ke gambar di kanopi parasut. Mereka yang berpikir bahwa pola ini ditempatkan di atasnya karena suatu alasan benar. Garis-garis kontras membantu para insinyur menganalisis perilaku parasut di atmosfer Mars selama gerakan supersonik. Namun, ada misteri lain yang tersembunyi di dalamnya, petunjuk yang dibuat oleh pembawa acara siaran resmi NASA - selama itu untuk pertama kalinya rekaman ini ditampilkan. Menguraikan kode membutuhkan waktu beberapa jam untuk pemirsa yang ingin tahu.
Pertama, kunci cipher diterbitkan oleh pengguna Twitter dari Prancis Maxence Abela (Maxence Abela). Menurutnya, dia memecahkan pesan dengan ayahnya dan dikodekan dalam format biner. Seluruh kubah dibagi menjadi empat cincin, masing-masing berisi empat angka 10-bit. Sel merah adalah satu, yang putih adalah nol. Kami menerjemahkan angka biner menjadi desimal - dan kami mendapatkan nomor huruf alfabet bahasa Inggris. Jika Anda mengabaikan angka yang terdiri dari angka padat, Anda mendapatkan frasa DARE MIGHTY THINGS dan koordinat NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL), yang menciptakan Ketekunan.
Ungkapan "Berani melakukan hal-hal hebat" dapat diterjemahkan sebagai "Berani melakukan hal-hal besar." Ini berfungsi sebagai salah satu moto JPL dan dikaitkan dengan Presiden Amerika Serikat ke-26, Theodore Roosevelt. Kutipan lengkapnya diterjemahkan sebagai berikut: “Jauh lebih baik berani melakukan perbuatan besar dan mencapai kemenangan gemilang, meskipun diselingi kegagalan, daripada berdiri sejajar dengan yang lemah dalam semangat, yang tidak dapat menikmati dari hati, atau menderita. sangat, karena mereka hidup di senja kelabu yang tidak mengenal kemenangan maupun kekalahan."
Pegas Kompartemen Perisai Termal
Perubahan rencana pertama dalam video adalah demonstrasi gambar dari kamera navigasi melihat ke bawah. Sebelum otak elektronik penjelajah dan pemirsa terestrial dapat melihat permukaan Mars, selama sekitar satu detik, seluruh bidang pandang dikaburkan oleh lapisan dalam hitam mengkilap dari pelindung panas. Apa yang menarik yang bisa Anda lihat di dalamnya?
Selain jaringan kecil kabel berwarna tembaga yang tampaknya menuju ke sensor suhu di bawah lapisan ablatif, sembilan mekanisme pemisahan terlihat. Mereka memiliki pegas, dan ini terlihat jelas, karena salah satu pegas melompat dari dudukannya dan berguling di atas perisai. Baik kami maupun rover tidak membutuhkannya lagi, jadi kami melanjutkan. Kami hanya mencatat bahwa saat ini Ketekunan bersama dengan Sky Crane, cangkang (selubung pelindung modul penerbangan) dan sistem parasut bergerak dengan kecepatan sekitar 485 meter per detik (1746 kilometer per jam) dan berada di ketinggian sekitar 9,5 kilometer di atas permukaan.
Foto pertama dari lokasi pendaratan
Beberapa detik setelah pemisahan pelindung panas, lokasi pendaratan di masa depan untuk pertama kalinya memasuki lensa kamera navigasi. Masih sekitar beberapa kilometer penerbangan vertikal di depannya, tetapi radar khusus sudah rajin mempelajari permukaan. Perangkat mencari semua kemungkinan rintangan dan memilih situs dalam area tertentu yang akan seaman mungkin. Pada tanda satu menit 20 detik dari video pendaratan, tingkat penurunan telah melambat menjadi sekitar 100 meter per detik (360 kilometer per jam), tingginya 6, 6 kilometer di atas permukaan.
Hanya setelah hampir setengah menit, komputer on-board rover akhirnya membuat keputusan: lokasi pendaratan telah dipilih. Dan sekarang otomatisasi sedang menunggu pencapaian nilai yang ditetapkan dari beberapa parameter sekaligus - jarak ke target, tingkat penurunan dan penyimpangan dari lintasan yang diperlukan. Segera setelah data berada dalam rentang yang telah ditentukan (atau melampauinya), parasut dibuka dan "Sky Crane" - sistem pendaratan lunak menggunakan mesin jet, ikut bermain.
Penerbangan berpemandu
Ini terjadi pada tanda dua menit dan lima detik. Kami tidak diperlihatkan setetes parasut dan cangkangnya, tetapi Anda dapat melihat bagaimana kilatan terang muncul di bagian atas bingkai selama kurang dari satu detik. Ini adalah knalpot dari salah satu mesin roket Sky Crane saat diluncurkan. Itu belum mencapai suhu operasi, jadi sedikit bahan bakar yang bereaksi tidak lengkap keluar dari nosel. Jadi, agar cukup teliti, ini bukan kilatan, tetapi awan uap.
Dan kemudian keajaiban rekayasa yang sebenarnya dimulai. Pada ketinggian sekitar 2,6 kilometer di atas permukaan, penjelajah, yang masih bergerak dengan kecepatan vertikal sekitar 300 kilometer per jam (82 meter per detik), berbelok tajam ke kiri. Seluruh pesawat miring 45-60 derajat untuk mengoreksi offset horizontal relatif terhadap lokasi pendaratan yang dipilih. Dalam beberapa detik ini, kami berhasil melihat dari sudut mata kami ke lingkungan yang indah dari tempat kerja rover dari pandangan mata burung (ini adalah metafora - tentu saja, tidak ada burung dan, tampaknya, tidak pernah NS).
Setelah menikmati medan yang sulit dengan bukit pasir, bebatuan, dan kawah kecil, Perseverance mengambil tikungan lain ke arah yang berlawanan untuk mengimbangi gerakan horizontal. Sekarang kamera melihat langsung ke permukaan di bawah rover, dan detail yang tidak terlihat dari orbit dapat dilihat di atasnya. Benar, beberapa informasi berharga terkandung dalam hal ini, mungkin hanya untuk ahli geologi. Akhirnya, operasi terakhir terjadi: melayang di ketinggian sekitar 20 meter dan dengan hati-hati menurunkan bajak ke permukaan.
Knalpot mesin tak terlihat
Pada saat ini, kami kembali diperlihatkan gambar dari beberapa kamera sekaligus, kali ini dari tiga kamera. Yang pertama, gambar darinya terlihat ke kanan, terlihat dari rover ke permukaan (Rover Down-Look Camera, RDC), yang kedua, yang terletak di kiri atas bingkai siaran, terlihat dari rover (Rover Up-Look Camera, RUC) di ketukan Surgawi". Dan yang ketiga, ditunjukkan di kiri bawah, terletak di pendarat itu sendiri (Descent Stage Down-Look Camera, DDC). Untuk kejelasan, ilustrasi rinci diberikan di bawah ini.
Kami tidak akan menarik ekor kucing dan pertama-tama mempertimbangkan gambar dengan RUC, di mana - oh, horor! - tidak ada nyala api yang terlihat keluar dari nozel mesin tahap pendaratan: tampaknya melayang di udara di bawah pengaruh beberapa kekuatan fantastis. Nah, atau pada kabel yang menahannya di udara paviliun (sarkasme). Dan para ahli teori konspirasi yang gigih dapat menunda yang sudah terungkap dengan harapan menuliskan megabyte sanggahan di keyboard: kita memiliki bukti paling langsung di hadapan kita bahwa tindakan itu terjadi di Mars.
Gagasan bahwa nyala api, atau lebih tepatnya aliran produk pembakaran yang pijar dan terlihat jelas, pasti akan meledak dari nosel mesin roket, cukup jelas. Sebuah video skema dari NASA JPL menambahkan bahan bakar ke api, yang menjelaskan mekanisme pendaratan menggunakan "Sky Crane". Mengapa obor dicat di mesin panggung pendaratan dapat dimengerti: terkadang kejelasan lebih penting daripada realisme. Tetapi untuk mengetahui mengapa sebenarnya tidak ada api, Anda harus mengingat kimia.
Animasi Pendaratan Ketekunan Rover Mars 2020 NASA
Sky Crane didukung oleh mesin one-piece yang menggunakan hidrazin (N2H4) sebagai bahan bakar. Senyawa ini dimasukkan ke dalam ruang bakar (untuk kesederhanaan, sebut saja, meskipun tidak sepenuhnya benar), di mana ada katalis aluminium berlapis iridium. Setelah kontak dengannya, hidrazin bereaksi keras, terurai menjadi nitrogen, hidrogen, dan sejumlah kecil amonia selama tiga reaksi kimia. Dua di antaranya eksotermik dan menghasilkan panas dalam jumlah besar, memanaskan ruangan dengan katalis hingga ditambah 800 derajat Celcius. Produk reaksi panas dan sangat mengembang dikeluarkan dari nosel, menciptakan daya dorong.
Ironisnya, semua komponen fluida kerja di mesin seperti itu - nitrogen, hidrogen, dan amonia - transparan secara optik. Artinya, jika setelah nosel tidak ada reaksi apa pun, mereka tidak dapat dideteksi secara visual (hanya dengan menyebarkan debu, tentu saja). Ada banyak oksigen di atmosfer bumi yang dengannya hidrogen panas dapat bereaksi (menyala) dan menampakkan dirinya. Tapi di Mars hanya ada karbon dioksida, sedikit nitrogen dan hanya sedikit argon. Semua molekul lain hanya ada dalam jumlah homeopati. Dan melihat Sky Crane, Anda dapat memahami mesin mana yang bekerja jika Anda melihat dari dekat gambar resolusi tinggi (tidak terlihat dalam video): ruang bakarnya bersinar sedikit merah karena pemanasan.
Mematikan setengah dari motor
Dengan lancar beralih ke bingkai terbesar pada momen siaran ini - gambar dari kamera RDC. Ya, obor dari mesin, seperti yang telah kita ketahui, tidak dapat dilihat. Tetapi pada gambar sebelumnya di atas, Anda dapat melihat bahwa beberapa mesin - yang terlihat lurus ke bawah - tampaknya agak lebih dingin daripada empat lainnya (ruang bakarnya lebih redup). Untuk memahami apakah ini efek optik atau benar-benar dimatikan, Anda dapat beralih ke logika, atau Anda dapat melihat debu yang berhamburan.
Dalam kasus pertama, kesimpulannya akan jelas: aliran jet dari nozel yang menghadap ke bawah akan mengenai bajak yang diturunkan, jadi motor ini harus dimatikan sesegera mungkin. Dan konfirmasi tambahan adalah tarian pusaran debu di atas tanah Mars. Jika Anda mengikuti dengan cermat awan debu yang diangkat oleh pendarat, Anda akan melihat bahwa pada awalnya wilayah depan yang stabil terbentuk di tengah bingkai, dan kemudian berubah menjadi turbulensi yang kacau. Ini terjadi pada saat setengah dari motor dimatikan. Menariknya, video JPL NASA yang dijelaskan di atas dengan simulasi pendaratan tidak memperhitungkan momen ini.
Langit biru
Tepat setelah mendarat, ketika kita diperlihatkan "Sky Crane" terbang menjauh, kita melihat fenomena lain yang menghantui para ahli teori konspirasi. Tentu saja, kita berbicara tentang langit biru, yang, meskipun langka di Mars, masih dapat diamati. Hanya mekanisme pembentukan efek optik ini yang agak berbeda dari yang terestrial.
Debu Mars menyerap bagian biru dari radiasi matahari yang terlihat, tetapi beberapa foton masih dipantulkan dari partikel terkecil pasir. Ini terlihat jelas ketika melihat langsung ke Matahari, terutama sebelum matahari terbenam atau matahari terbit dengan lensa sudut lebar yang menangkap lebih banyak cahaya. Dalam video pendaratan, awan debu yang terangkat disorot oleh seorang termasyhur dari kanan atas.
Mie kabel Ethernet di Mars
Terakhir, mungkin bagian yang paling menarik bagi para geeks: perangkat keras apa yang menyediakan sinkronisasi semua kamera ini dan penyimpanan data dalam jumlah yang mengesankan? Jawabannya akan mengejutkan banyak orang. Banyak detail tercakup dalam makalah penelitian yang ditulis oleh para insinyur JPL yang diterbitkan November lalu di jurnal peer-review Springer. Mari kita bahas beberapa poin menarik.
Di dua bagian sebelumnya, kami mengabaikan kamera ketiga, RUC. Memperbaiki kelalaian: Lihatlah kabel putih melingkar - itu Ethernet. Ya, "mie" yang sama yang membawa jalur khusus koneksi Internet ke banyak rumah atau menghubungkan komputer ke jaringan lokal. Secara alami, kabel yang diperkuat dan dilindungi menghubungkan Rover ke Sky Crane, tetapi secara teknis ini adalah kabel jaringan gigabit biasa. Ini mentransmisikan gambar ke rover dari kamera "cangkang" (yang merekam pembukaan parasut) dan tahap pendaratan Scy Crane.
Dan di rover itu sendiri, unit pemrosesan informasi dengan prosesor Intel Atom bertanggung jawab untuk menerima video. Drive utama adalah 480 gigabyte solid state drive. Poin penting bukanlah komputer on-board utama, yang membuat keputusan tentang rute pergerakan dan mengontrol alat, tetapi hanya blok untuk memproses informasi dari kamera tambahan. Nah, dan "add-on": sebagian besar kamera terhubung menggunakan antarmuka USB 3 yang paling umum, dan beberapa di antaranya hanya memiliki USB 2.
Sepertinya para insinyur di Jet Propulsion Laboratory menghabiskan seluruh anggaran mereka untuk alat-alat ilmiah yang canggih, dan ketika datang ke komputer, mereka hanya berlari ke toko elektronik bekas dan mengetik semua yang ada di tangan. Tentu saja, ini hanya lelucon: sebenarnya, pilihan ini disebabkan oleh berbagai alasan. Dan banyak solusi ditingkatkan secara signifikan. Namun, bagaimanapun, Perseverance saat ini adalah pesawat ruang angkasa dengan komponen elektronik tingkat konsumen yang paling banyak diproduksi secara massal.