Stroje v pohybu:
Divoká jízda sondy Pathfinder

Pathfinder znamená česky „průkopník“. Sonda Mars Pathfinder je tak označována za průkopníka výsadků na povrch Marsu. To však není úplně přesné: Pathfinder měl být totiž průkopníkem programu, který byl nakonec zrušen a z nějž zůstala právě a jen tato testovací mise. Ale hezky popořádku...

Studium Marsu zahájila NASA průletovými sondami Mariner. Na ně navázal veleúspěšný program Viking, tvořený dvojicí sond (každá z nich se navíc dělila na část orbitální a na přistávací modul). Pak se na Mars nadlouho „zapomnělo“. Důvod byl prostý: značnou část rozpočtu NASA spotřebovával vývoj raketoplánu a několik velkých programů (planetární sondy Magellan a Galileo nebo Hubbleův teleskop). Až v polovině osmdesátých let dostala kosmická agentura skoro miliardu dolarů na komplexní sondu Mars Observer. Ta měla mít několik unikátních schopností. Mimo jiné měla sloužit jako retranslační stanice pro spojení s větším množstvím modulů pracujících na povrchu planety.

Aby byl program Mars Observer maximálně využitý, vzniklo několik nových projektů. Jeden se jmenoval MPP (Mars Polar Penetrator) a počítal s vysazením série sond v oblasti jižního pólu Marsu. Dalším projektem byl MESUR (Mars Environmental Survey), což měla být síť šestnácti modulů vysazených na různá místa Marsu, které by planetu dlouhodobě a komplexně zkoumaly. Startovat měly po čtveřicích na palubách raket Delta II během deseti let. A dalších deset let měly na Marsu pracovat. Náklady na vybudování sítě MESUR měly činit jednu miliardu dolarů.

Šestnáct prakticky identických sond je už slušná série. Tvůrci chtěli mít jistotu, že nic neopomenuli, a tak prosadili technologickou misi MESUR Pathfinder (Průkopník). Na jiné frontě testovali vědci NASA v letech 1983 až 1989 mobilního robota Robby, který vážil 850 kg a měl být schopen urazit na povrchu planety až 200 km. Během jízdy by sbíral vzorky hornin, které by pak byly dopraveny do pozemských laboratoří. Když ale bylo evidentní, že potřebná částka na tuto misi – kolem deseti miliard dolarů – je zcela mimo možnosti NASA, byli tvůrci robota požádáni o vytvoření mnohem menšího a jednoduššího zařízení. A tak již v roce 1989 vznikl první prototyp Rocky. Následující robot Rocky II byl jen teoretickým konceptem, který zůstal na papíře a nebyl postaven. Světlo světa spatřil až Rocky III a následně i Rocky IV. Ten dostal označení MSM (Mars Science Microrover), vážil 7,1 kg a s ním už se pro cestu na Mars počítalo. Jako technický experiment byl MSM přidán k misi MESUR Pathfinder, která byla mezitím přejmenována na Mars Pathfinder.

Projekt ale dostal v srpnu 1993 obrovskou ránu pod pás, když byla několik dní před příletem k cílové planetě ztracena sonda Mars Observer. Jak jsme již uvedli, měla sloužit ke sběru dat z jednotlivých povrchových sond a k jejich odesílání na Zemi. Zatímco Pathfinder byl schopen komunikovat přímo se Zemí (také byl větší a musel letět na raketě Delta II sám), jednotlivé moduly MESUR byly menší, byly vybaveny radioizotopovým generátorem (aby nebyly omezeny životností slunečních baterií) a měly startovat po čtveřicích.

Bez komunikační stanice neměl program MESUR smysl, a tak byl ukončen. Perspektivní program Mars Pathfinder však NASA nezrušila a realizovala jej. I když už o žádný „pathfinder“ nešlo.

Mars Pathfinder se skládal z několika základních částí: meziplanetárního úseku, schránky chránící sondu během průletu atmosférou (tvořil ji tepelný štít a kuželovitý kryt) a vlastní sondy. Hmotnost celé sestavy při startu byla 890 kg (včetně 90 kg pohonných látek). Po vstupu do atmosféry celá sestava vážila 566 kg, vlastní Pathfinder vážil 90 kg (z toho 25 kg tvořily přístroje) a robot Rocky IV (mezitím překřtěný na Sojourner) 11 kg.

Přistávací modul měl tvar pravidelného čtyřstěnu, složeného ze čtyř rovnostranných trojúhelníků. Ty se po přistání rozevřely podobně jako listy květu, přičemž středový trojúhelník vytvořil podstavu sondy. Silné pružiny zajistily, aby se modul po přistání na kteroukoliv stěnu rozložil do správné polohy. Na každém „trojúhelníku“ bylo umístěno šest vaků, které se během přistávacího manévru nafouknou a ztlumí dopad modulu na povrch (původně se předpokládalo, že tyto airbagy budou mít hmotnost 15 kg, ale nakonec celý systém vážil 85 kg).

Sonda stála 171 mil. dolarů, start vyšel na 61 mil. dolarů a řízení letu stálo 15 mil. dolarů. Šestikolové vozidlo Sojourner pak vyšlo na 25 mil. dolarů.

Sonda Mars Pathfinder odstartovala 4. prosince 1996 a k cíli dorazila 4. července 1997. Po průletu horními vrstvami atmosféry sonda otevřela padák, poté odhodila tepelný štít. Padák zůstal spojen s horním překrytem ochranné schránky, vlastní Pathfinder byl spuštěn na dvacetimetrovém laně. Ve výšce 355 m nad povrchem se během jedné sekundy nafoukly všechny airbagy – do přistání zbývalo sedm sekund. Ve výšce 98 m nad povrchem palubní počítač zažehl trojici malých prachových motorů na horní části ochranné schránky a tyto motory snížily rychlost sestupu z 63 m.s-1 na nulu. To bylo ve výšce 21,5 m nad povrchem. V tom okamžiku malá rozbuška přeťala nosné lano a horní část ochranné schránky s padáky byla odnesena pryč (prachové motory stále pracovaly).

Mars Pathfinder, zabalený v kokonu 24 airbagů, pokračoval volným pádem a s povrchem Marsu přišel do kontaktu rychlostí 14 m.s^-1. Protože připomínal velký míč (a stejně tak se i choval), odrazil se po prvním kontaktu do výšky 15,7 m. Znovu dopadl, znovu se odrazil... Akcelerometr zaznamenal patnáct odrazů, ale protože předčasně vypověděl službu, jejich skutečný počet se zřejmě nikdy nedozvíme. Když Pathfinder přestal skákat, po povrchu se ještě chvíli kutálel. Definitivně se zastavil dvě a půl minuty od prvního kontaktu.

Po přistání se stanice rozložila – usadila na podstavu – k čemuž jí pomohly zbývající tři trojúhelníkové stěny tvořící uzavřený čtyřstěn. Vlastní přístrojové vybavení modulu se nacházelo právě na podstavě a tři plochy kolem ní sloužily nejen pro ustavení do správné polohy po přistání, ale také jako nosiče slunečních baterií a jako místo uložení vozítka Sojourner.

Přestože šlo primárně o technologickou misi, ani věda nepřišla zkrátka. Pathfinder se zaměřil na zkoumání geologie, petrologie a geochemie povrchu, dále na sledování jeho mechanických a magnetických vlastností a na strukturu atmosféry s přihlédnutím k denním a sezonním změnám.

Dva dny po přistání na Marsu sjelo vozítko Sojourner z rampy. Jeho životnost byla plánována na sedm dní, ale vše nasvědčuje tomu, že fungoval déle než mateřská sonda. Ta měla pracovat třicet dní, ale nakonec s ní bylo udržováno spojení skoro tři měsíce, až do 27. září 1997. Následující den už se Pathfinder neozval. Pak se 1. října podařilo zachytit velmi slabé vysílání, následující den také. Vědci usoudili, že chyba by mohla být v odumírajícím palubním akumulátoru (beztak překonal svoji životnost), protože vysílání probíhalo v pravidelných relacích (počítač tedy nebyl poškozen). Proto se pokusili vyslat k sondě povely, aby komunikovala pouze v době maximálního osvětlení slunečních baterií a při těchto relacích nepoužívala akumulátor. Pak bylo několik dní ticho – až 7. října se podařilo zachytit signál v nově stanoveném čase. Pathfinder tedy povely ze Země zachytil a pokusil se je vykonat. Ale v té době se už stejně odebíral do věčných lovišť: bez fungujících akumulátorů nemohly být jeho přístroje v noci ohřívány, takže je během několika dní jistě zničily extrémní mrazy na Marsu.

Byť byl Pathfinder „jen“ technologickým demonstrátorem, byl mimořádně úspěšný. Proto se jeho tvůrci snažili prosadit u NASA zopakování výpravy, tentokrát s mnohem bohatším přístrojovým vybavením. Mise dostala název Mars Polar Pathfinder a měla v roce 2001 zamířit do oblasti některého z pólů Marsu. Přednost však dostaly jiné projekty, třeba rovery Spirit a Opportunity, které využily přistávací techniku prověřenou Pathfinderem. Ale to už je jiná kapitola.