Интервью: Адам Стельцнер из НАСА говорит об упорстве и о том, почему мы не должны колонизировать Марс

На этой неделе марсоход НАСА Perseverance должен приземлиться на Марсе, и у нас была возможность поговорить с одним из людей, которые приложили руку к осуществлению этой миссии. Адам Стельцнер - главный инженер проекта Mars 2020 в Лаборатории реактивного движения НАСА (JPL), и он разработал амбициозную систему возврата образцов марсохода. Он широко показан в грядущем документальном фильме Nat Geo «Построен для Марса», в котором рассказывается о перипетиях пути этого робота к красной планете. Наш разговор ниже был слегка отредактирован для ясности и длины.

wfoojjaec: При подготовке к Марсу 2020 всегда ли планировалось использовать шасси Curiosity?

Адам Штельцнер: Да. С самого начала наш нынешний заместитель менеджера проекта, который ранее был менеджером системы полетов в Curiosity, после того, как Curiosity улетел с Земли и по пути на Марс, он сел, и голубое небо сказал: «Сколько запасного оборудования можно сделать? У меня есть?" На момент запуска Curiosity не было плана каких-либо последующих миссий. Итак, Мэтт Уоллес сел и сказал: «Сколько у нас оборудования? Можно ли собрать все это вместе и отложить затраты на сборку и получить миссию на Марс, опираясь в основном на инвестиции, которые мы сделали с Curiosity? » С самого начала идея заключалась в том, чтобы опираться на фундамент Curiosity.

wfoojjaec: Были ли какие-то идеи для настойчивости, которые вы просто не могли реализовать из-за времени или денег?

Адам: Не совсем!

wfoojjaec: Вы получили все, что хотели?

Адам: Я просто проверяю, что - редко кто-то говорит: «Ты получил все, что хотел?» Вот почему мне нужно время, чтобы сказать "да", потому что я говорю: "Думаю, я сказал". Я к этому не привык, но да.

wfoojjaec: Каково конкретное геологическое значение кратера Езеро, где упорствуешься?

Адам: Ученые хотят отправиться к кратеру Джезеро, говорят они мне, потому что когда-то это было озеро в те влажные для Марса времена, а прямо там, где мы приземляемся, была дельта. Меня учат, что дельты - это отложения дельты. Иначе говоря, осадок, который создает веерообразную структуру дельты.

Веерообразная структура дельты возникает из-за того, что река впадает в большой водоем, вода замедляется. Когда он двигался быстро, он мог переносить частицы и осадки во взвешенном состоянии в потоке Стокса. Но когда он замедляется, средняя скорость в потоке уменьшается, и он больше не может переносить эти частицы в стоксовом потоке.

Когда они оседают, они невероятно хороши в сохранении свидетельств жизни, которая была перенесена с этих русел ручьев или обитала там, поскольку они добавляют защитный слой геологического материала. Дельтовые отложения - лучшее место, которое мы находим здесь на Земле, чтобы искать признаки древней жизни. Кратер Джезеро, где он находится на земном шаре Марса, и тот факт, что он влажный, тот факт, что у нас очень четкая дельта, - вот причины, по которым мы хотели отправиться в Езеро.

wfoojjaec: Вертолет Ingenuity Helicopter - это просто демонстрация технологий без каких-либо важных инструментов, но если он летает и прекрасно работает, есть ли какой-либо способ его использовать, чтобы помочь Perseverance выполнить свою миссию?

Адам: Вертолет или воздушное средство, такое как «Изобретательность», могут быть очень и очень полезными для наземной миссии. Сама изобретательность, поскольку она попала в ловушку и прибавила с опозданием, настолько велика, что у нее не так много ожидаемой продолжительности жизни на поверхности Марса.

В зависимости от сезона мы доберемся до места, где температура упадет и там будет недостаточно солнечного света, чтобы она могла поддерживать температуру батареи в течение ночи, чтобы поддерживать батареи в хорошем состоянии. У нее есть предел продолжительности жизни, поэтому у нас нет плана. Мы не верим, что есть возможность неожиданно применить изобретательность. Теперь, если мы ошибаемся во всем этом, она выживает, может быть, но мы думаем, что на самом деле берем ее туда, чтобы доказать, что мы можем летать по поверхности Марса менее чем в одном проценте атмосферы, в которой мы располагаем. земной шар. Это очень и очень низкая плотность. Это очень большая высота здесь, на Земле, намного выше, чем когда-либо летают вертолеты.

Нам пришлось полностью изменить соотношение между упругими гибкими режимами роторной системы и режимами атмосферного взаимодействия. Это все перевернуто по сравнению с тем, как здесь, на Земле, конструируют вертолеты. Она также берет с собой легкую, хорошо интегрированную электронику авионики, летательную электронику, которые являются ответвлениями коммерческой бытовой электроники. Например, у нее есть чип Qualcomm Snapdragon, который представляет собой чип для мобильного телефона размером с мой эскиз и отлично справляется с работой нашего визуального вычислительного элемента, размером с коробку для завтрака.

wfoojjaec: Давайте поговорим о системе возврата образцов. Зачем тратить силы на возвращение образцов на Землю? Что можно сделать с образцом марсианского керна здесь, на Земле, чего нельзя сделать с марсоходом на Марсе?

Адам: Ответить на это довольно просто. Все, что вы хотите. Проблема с другим способом, то есть при проведении научных исследований, которые мы называем in situ на Марсе, заключается в том, что вы должны представить себе измерения, вы должны представить себе гипотезу. Вы выдвигаете свою научную гипотезу о том, что в найденных здесь глинах есть, скажем, органические материалы. Затем вам нужно спросить: «Какой научный инструмент может проводить измерения, чтобы определить, есть ли там органические соединения?» Могу ли я уменьшить этот научный инструмент? » В большинстве случаев ответ - «Нет, нельзя», но для некоторых наук ответ - «Да, могу».

Итак, вы берете что-то размером с комнату, большую часть оборудования, и делаете его миниатюрную версию, закаленную для космических полетов, прикрепляете ее к марсоходу и кладете на Марс. Вы проводите измерения и думаете: «Да, похоже, что есть органика. Они биогенные? Боже, сложно сказать. Мальчик, я бы хотел другое измерение ". Теперь я выдвигаю гипотезу об инструменте для этого. Его можно уменьшить и увеличить, и я совершаю еще одну экспедицию на Марс.

Проблема в том, что, как это всегда бывает, когда мы учимся или понимаем, каждый вопрос, на который мы отвечаем, открывает другой вопрос, и каждый из этих циклов вопросов длится около 10 лет, и вы должны понять, как его построить, сжать, построить. , поместите его на Марс, сделайте это измерение, получите новый вопрос и сделайте это снова. Если вы принесете образцы с Марса на Землю, у вас будет все земное оборудование, все ученые Земли, вся изобретательность, присущая всему земному шару, которая может быть использована в расследовании.

wfoojjaec: Похоже, что если вы возвращаете все эти образцы и собираетесь провести все эти тесты, вы хотите быть очень уверены, что случайно не проанализируете какие-либо кусочки Земли.

Адам: Верно.

wfoojjaec: Как вы в этом уверены? Вы строите эти штуки в атмосфере Земли. Вокруг вас Земля. Как убедиться, что ничего не попадает в контейнеры для проб?

Адам: Это огромная заноза в заднице. Мы создали самое чистое оборудование, которое когда-либо было в космосе. Я разработал систему отбора проб и изобрел протоколы очистки. Это были огромные усилия. Как вы это делаете, вы тщательно выбираете материалы. Например, пробирки для образцов сделаны из титана, но имеют поверхность из нитрида титана. Титановая трубка для образца подвергается воздействию плазмы газообразного азота низкого давления в среде с высокой энергией. Эта высокоэнергетическая азотная плазма проникает через поверхность титана и создает нитрид титана, который является тугоплавким и невероятно инертным материалом. Он более пассивен, чем золото. Эта пассивность означает, что вещи не хотят зацикливаться на ней. В каком-то смысле это похоже на супер тефлон.

Затем мы берем эту сверхчистую пробоотборную трубку пассивной системы и помещаем ее за жидкостный механический барьер для частиц. Это специально разработанный барьер, который не позволяет частицам размером более 0,3 микрона попадать в объем, в котором герметично закрыты пробирки для образцов. Затем, когда они в нем, мы помещаем их в духовку, запекаем эту духовку в течение сотен часов и очищаем все внутри этой трубки. Затем у нас есть что-то, что в некотором смысле функционально немного похоже на лейкопластырь. То есть стерильная, в индивидуальной упаковке.

wfoojjaec: Создание «самого чистого оборудования» вызывало какие-либо непредвиденные проблемы?

Адам: Да! Вот забавный факт. Каждое измерение трения, которое когда-либо было известно инженеру, - это измерение трения, которое проводится с очень, очень тонкой пленкой углеводородов, присутствующей на поверхности материала. Если я возьму кусок алюминиевой фольги и запечу его, скажем, при 500 ° C в кислородной среде, это приведет к сгоранию всех углеводородов на этом куске алюминия. Затем я вынослю его за пределы камеры в чистую комнату и кладу на стол со столиком с фильтром HEPA, обдувая его абсолютно стерильным воздухом, не содержащим твердых частиц. В течение нескольких часов в нем накопится монослой углеводородов, которые просто высасываются из атмосферы.

Ваш завтрак, мой обед, разложение осенних листьев - Земля - ​​это суп. Мы думаем, что ходим, но на самом деле мы купаемся в супе из жизни и ее побочных продуктах. Они появляются на каждом предмете, к которому вы когда-либо прикасались. В некоторых материалах его намного меньше. Например, если у вас есть кусок нитрида титана, его не так много. Он накапливается медленнее, накапливается меньше и накапливается немного иначе в смысле молекулярной массы, чем если бы у меня был кусок алюминия. Алюминий очень голоден. Имеет реактивную поверхность.

Если вы пойдете в испытательную лабораторию, которая проверяет коэффициент трения между нержавеющей сталью 440 и нитроником 60, и вам скажут: «О, да, коэффициент трения между этими двумя составляет X». Что ж, на самом деле они тестировали его с этой тонкой пленкой углеводородов, присутствующей на нем. Когда вы их запекаете, как мы, он становится намного липче. Все намного липче. Мы много боролись с этим. Фактически, нам пришлось на лету менять наши протоколы очистки. Изначально мы предполагали выпекание при 350 ° C в течение примерно 10 минут, и нам пришлось вернуться к 200 ° C, по сути, чтобы на деталях осталось немного углеводородов. Когда вы входите в эту неземную чистую область, вы обнаруживаете, что боретесь с проблемами, которые трудно было предвидеть, потому что они сильно отличаются от тех, с которыми сталкивается вся человеческая деятельность на сегодняшний день.

wfoojjaec: Думаю, вам нужно еще две миссии, чтобы вернуть эти образцы на Землю. Правильный?

Адам: Верно.

wfoojjaec: Ballpark, как вы думаете, когда вы сможете вернуть их на Землю?

Адам: Примерно через 10 лет, через 10–12 лет.

wfoojjaec: Если Perseverance обнаружит жизнь на Марсе, когда вы получите эти образцы и смотрите на них, какие данные убеждают ученых, что что-то было живым в кратере Джезеро три миллиарда лет назад?

Адам: Признаки древней жизни могут быть разных форм. Чтобы привести убедительный аргумент, вы, вероятно, должны согласовать несколько из этих форм доказательств. Например, вы можете посмотреть на морфологические формы, похожие на микроструктуры или микрофоссилий. Затем вы должны посмотреть, были ли эти формы сделаны из того, что, как я думаю, ученые назвали каррагинаном, который, по сути, является углеродным остатком жизни. Вы бы использовали несколько линий доказательств.

Вы бы посмотрели на то место в геологическом месторождении, в котором находились эти вещи, и увидели бы, что это было связано, например, с берегом озера в прошлом. Вы бы использовали наборы доказательств, которые согласовывались и подтверждали положение о древней жизни в той форме, которую вы видите. Так же, как и сегодня. Вы находите вещи, называемые строматолитами. Строматолиты - это маты из водорослей. Они делают эту особую форму. Эта форма, хотя и не является уникальной биотической - существуют абиотические процессы, которые могут образовывать аналогичные формы и формы в геологии, - но когда вы обнаруживаете строматолитоподобные формы, и вы находитесь в месте, где это дно древнего озера, и минералогия элементалей Состав строматолита демонстрирует присутствие этих богатых углеродом соединений, связанных с жизнью, тогда все эти вещи вместе говорят, что это биотический строматолит. Это было древнее дно озера, а тем микрофоссилией были водоросли, которые образовывались на краю озера.

wfoojjaec: Чем пахнет Марс? Очевидно, вы были там не для того, чтобы понюхать, но если вы угадываете?

Адам: Марс пахнет чемоданом с одеждой вашего дедушки и бабушки, который не открывали десятилетиями.

wfoojjaec: Мне это нравится. Почему?

Адам: Там что-то вроде пустого, есть намек на что-то ... сухое, старое, пыльное.

wfoojjaec: Какой-то затхлый?

Адам: Да. Вот что это для меня.

wfoojjaec: Как вы думаете, насколько мы далеки от возможности колонизировать Марс? И ты бы пошел когда-нибудь?

Адам: Я надеюсь бесконечно далеким от возможности колонизировать Марс.

wfoojjaec: Вы не думаете, что Марс - это место, где нам следует жить?

Адам: Нет. В ходе эволюции Земли окружающая среда Земли временами становилась очень плохой. В частности, около 65 миллионов лет назад, когда астероид врезался в то, что сейчас является районом полуострова Юкатан, и убил всех динозавров с помощью запыленной атмосферы. Он убил множество растений и 90 процентов видов. В середине того момента окружающая среда на Земле все еще была бесконечно более пригодной для жизни, чем, я думаю, мы могли бы когда-либо создать на Марсе.

Мы эволюционировали так, чтобы иметь одну земную гравитацию, которая держит мою спинномозговую жидкость под нужным давлением, когда я стою, и если я не встаю часто, моему телу это не нравится, я плохо старею. Прикованные к постели люди умирают очень быстро, потому что их тела заставляют двигаться, и их заставляют двигаться за одну G. Волокна моих костей растут в направлениях основного напряженного состояния моего скелета, определяемого тем, как он взаимодействует с Землей. сила тяжести. Я настолько живу с Земли, что я вдали от Земли на самом деле не я, и поэтому это верно для вас.

wfoojjaec: Как вы думаете, что станет следующей технологией, которая изменит правила игры в исследовании планет?

Адам: Я думаю, что следующей революционной технологией для исследования планет, которая может показаться не слишком удачной, станет использование коммерческой готовой бытовой электроники. Вот показательный, хотя и абсурдный пример. Представьте себе 10 iPhone, сидящих в коробке. Они не закалены от радиации, но голосуют. Процессор задает им один и тот же вопрос и принимает результат голосования. Те, кто попал под воздействие космического луча, проходящего через окрестности, или небольшого местного излучения при приближении к Юпитеру, просто учитываются в схеме голосования. Мы делаем это все время с некоторыми вещами, например, у Boeing 777 есть три компьютера, и они выполняют тройную загрузку, так что если один компьютер икнет, он не сбьет самолет.

Представьте себе набор iPhone в схеме голосования, который каким-то образом используется для преодоления радиационной среды. Процессор, на котором работает Perseverance, совпадает с процессором Curiosity. Он тот же, что был в моем Beige Box G4 Macintosh в 1999 году, когда я получил степень доктора философии. Когда мы создаем компьютер [Perseverance], мы делаем это, когда человек вручную припаивает провода к проводам. Это тяжелое, дорогое оборудование, созданное 25 лет назад. В 10 раз больше, в 100 раз больше. В последнее время я не делал математических расчетов на своем нынешнем iPhone, насколько он большей вычислительной мощностью. [Примечание редактора: мы проверили, и нынешний iPhone примерно в 15-20 раз быстрее процессора в Perseverance.]

Межпланетный космический корабль стоит около миллиарда долларов. Когда услуги по запуску упадут до порядка 100 миллионов долларов, запуск больше не будет большой ценой, а цена станет постройкой объекта. Теперь вы говорите: если я действительно хотел протянуть руку помощи и провести гораздо больше исследований, как мне снизить цену на космический корабль? Что ж, вы можете взглянуть на весь спектр, но одним из важных моментов, который может быть, является то, как мы контролируем, как мы программируем, как мы управляем транспортным средством. Использование современных технологий и их применение в исследовании космоса может позволить нам снизить стоимость и еще больше повысить ценность наших роботизированных исследований космоса.

Если вы хотите узнать больше о марсоходе НАСА Perseverance, этот документальный фильм выйдет в эфир на Nat Geo в четверг, 18 февраля, в 20:00 по восточному времени. Это тот же день, когда «Персеверанс» приземлится в кратере Джезеро, который НАСА запланировало на 16:00 по восточному времени.

Читать далее

СМОТРЕТЬ: Упорство приземляется на Марсе сегодня в «7 минут ужаса»

Настало время, когда Perseverance присоединится к Curiosity на поверхности Марса. Вот как посмотреть посадку.

Упорство настойчивости NASA пропускает первый образец рок на Марсе [Обновление]

Этот образец может один день возвращаться на Землю для детального анализа, но на данный момент он будет жить в животе ровера.

Упорство настойчивости НАСА захватывает видео солнечного затмения на Марсе

Мы видели солнечные затмения, чтобы от Земли. Но видео от Марса Фобос затмевает солнце? Это редко.