Інтерв’ю: Адам Стельцнер з НАСА говорить про наполегливість і чому ми не повинні колонізувати Марс

На цьому тижні марсохід НАСА “Наполегливість” торкнеться Марса, і ми мали можливість поговорити з одним із людей, котрі мали руку до здійснення цієї місії. Адам Стельцнер є головним інженером проекту "Марс 2020" в Лабораторії реактивного руху (JPL) НАСА, і він розробив амбіційну систему повернення зразків ровера. Він активно виступав у майбутньому документальному фільмі Nat Geo, побудованому для Марса, який прослідковує повороти, пов’язані з переміщенням цього робота на червону планету. Наша розмова нижче була злегка відредагована для ясності та тривалості.

wfoojjaec: Чи готувався до Марса 2020 завжди планувати шасі Curiosity?

Адам Стельцнер: Так. З самого, самого початку наш заступник керівника проекту, який раніше був менеджером польоту в Curiosity, після того, як Curiosity відійшов від Землі і на шляху до Марса, він сів і блакитне небо сказав: «Скільки коштує запасне обладнання Я маю?" На момент запуску Curiosity не було плану подальших місій. Тож Метт Воллес сів і сказав: «Скільки у нас обладнання? Чи можна це скласти, відкласти витрати на будівництво та здійснити місію на будівництві Марса, по суті, за рахунок інвестицій, які ми зробили з цікавістю? " З самого початку - ідея полягала в тому, щоб побудувати фундамент Curiosity.

wfoojjaec: Чи існували якісь ідеї щодо наполегливості, які ви просто не змогли здійснити через час чи витрати?

Адам: Не дуже!

wfoojjaec: Ви отримали все, що хотіли?

Адам: Я просто переконуюсь, що - рідко хтось каже: "Ти отримав усе, що хотів?" Ось чому мені потрібен деякий час, щоб сказати "так", тому що я кажу: "Мабуть, я це зробив". Я до цього не звик, але так.

wfoojjaec: Яке геологічне значення має кратер Єзеро, де буде наполегливість?

Адам: Вчені хочуть поїхати до кратера Джезеро, кажуть вони мені, тому що колись це було озеро в той вологий час для Марса, і саме там, де ми сідаємо, була дельта. Мене виховують, що дельти - це дельтові родовища. Тобто осад, який створює віялоподібну структуру дельти.

Віялоподібна структура дельти походить від того, коли річка впадає у більший водойму, вода сповільнюється. Коли він швидко рухався, він міг переносити з собою частинки та осади у суспензії, в потоці Стокса. Але коли він уповільнюється, середня швидкість потоку зменшується, і він більше не може нести ці частинки в потоці Стокса.

Коли вони влаштовуються, вони неймовірно добре зберігають докази життя, яке було перенесено з тими руслами потоків або там жили, оскільки вони додають захисний шар геологічного матеріалу. Дельтові відкладення - найкращі місця, які ми знаходимо тут на Землі для пошуку ознак давнього життя. Кратер Jezero, де він знаходиться на земній кулі Марса, і той факт, що там мокро, той факт, що ми отримали дуже чітку дельту, є причинами того, що ми хотіли поїхати до Jezero.

wfoojjaec: Гелікоптер винахідливості - це лише демонстрація технології без важливих інструментів, але якщо він летить і працює чудово, чи є спосіб, яким би він міг бути використаний, щоб допомогти наполегливості виконати свою місію?

Адам: Вертоліт або повітряний засіб, такий як винахідливість, можуть бути дуже, дуже корисними для надводних місій. Сама винахідливість, оскільки вона проїжджає і пізно додається, має такі розміри, що не має тривалості життя на поверхні Марса.

Сезонно ми добиратимемося до місця, де знижуються температури, і їй не вистачає сонячного світла, щоб підтримувати температуру батареї протягом ночі, щоб підтримувати батарейки добре. У неї є межа тривалості життя, а отже, у нас немає плану. Ми не віримо, що є можливість несподівано використовувати винахідливість. Тепер, якщо ми помиляємось у всьому цьому, вона виживає, може бути, але ми думаємо, що насправді ведемо її туди, доводячи, що ми можемо літати на поверхні Марса менше ніж на один відсоток атмосфери, яку маємо в землі. Це дуже, дуже низька щільність. Це дуже велика висота тут, на землі, набагато вища, ніж коли-небудь літають вертольоти.

Нам довелося повністю переробити взаємозв'язок між пружними гнучкими режимами роторної системи та режимами атмосферної взаємодії. Це з ніг на голову порівняно з тим, як тут, на землі, конструюють вертольоти. Вона також бере деякі полегшені, високо інтегровані електроніки з авіонікою, польову електроніку, які є відгалуженнями комерційної побутової електроніки. Наприклад, у неї є мікросхема Qualcomm Snapdragon, яка є мікросхемою мобільного телефону, розміром з мою мініатюру, і робить дивовижну роботу, роблячи майже те, що робить наш візуальний обчислювальний елемент, який має розмір ланч-боксу.

wfoojjaec: Давайте поговоримо про систему повернення зразків. Навіщо йти на проблему повернення зразків на Землю? Що ви можете зробити із зразком марсіанського ядра тут на Землі, а чого не можна зробити з марсоходом на Марсі?

Адам: Відповідь на це досить проста. Все, що ви хочете. Проблема в іншому шляху, тобто у проведенні наукових досліджень, що ми називаємо in situ на Марсі, полягає в тому, що ви повинні уявити вимірювання, ви повинні уявити собі гіпотезу. Ви уявляєте свою наукову гіпотезу про те, що є, скажімо так, органічні матеріали, що потрапили в глини, знайдені тут. Тоді вам потрібно сказати, “який науковий прилад міг би проводити вимірювання, щоб визначити, чи є там органічні сполуки? Чи можу я мініатюризувати цей науковий прилад? " Найчастіше відповідь: "Ні, ти не можеш", але для деяких наук відповідь: "Так, я можу".

Отже, ви берете щось, що було б розміром із кімнату, велику частину обладнання, і робите його мініатюрну версію, яка затверділа для космічних польотів, наклеюєте на марсохід і кладете на Марс. Ви робите вимірювання, і це приблизно: "Так, це схоже на те, що є органіка. Вони біогенні? Гей, важко сказати. Хлопче, я хотів би зробити це інше вимірювання ". Зараз я висуну гіпотезу про інструмент для цього. Це можна було б мініатюризувати та зміцнити, і я здійснюю чергову експедицію на Марс.

Проблема полягає в тому, що, як це завжди буває, коли ми вчимося або розуміємо, кожне запитання, на яке ми відповідаємо, відкриває інше питання, і кожен із цих циклів запитань становить близько 10 років, щоб ви зрозуміли, як його побудувати, зменшити, побудувати , поставте його на Марс, зробіть це вимірювання, поставте нове запитання і повторіть це знову. Якщо ви повернете зразки з Марса на Землю, у вас буде все обладнання Землі, всі вчені Землі, вся винахідливість по всій земній кулі, яку можна застосувати до розслідування.

wfoojjaec: Здається, якщо ви повертаєте всі ці зразки назад і збираєтеся робити всі ці тести, ви хочете бути впевнені, що випадково не проаналізуєте жодних бітів Землі.

Адам: Так.

wfoojjaec: Як ви переконаєтесь? Ви будуєте ці речі в атмосфері Землі. Навколо вас Земля. Як переконатись, що жоден з них не потрапив у контейнери для зразків?

Адам: Це гнійний біль у дупі. Ми створили найчистіше обладнання, яке коли-небудь було розміщено в космосі. Я розробив систему відбору проб і винайшов протоколи очищення. Це були величезні зусилля. Як ви це робите, ви ретельно підбираєте свої матеріали. Наприклад, пробірки для зразків виготовлені з титану, але вони мають поверхню нітриду титану. Пробірка титану піддається впливу плазми низького тиску газоподібного азоту у високоенергетичному середовищі. Ця високоенергетична азотна плазма проникає на поверхню титану і створює нітрид титану, який є вогнетривким матеріалом і неймовірно інертним. Це пасивніше за золото. Ця пасивність означає, що речі не люблять дотримуватися її. Це як супер тефлон в якомусь сенсі.

Потім беремо цю суперчисту пробірку для пасивної системи і ставимо її за рідкий механічний бар’єр. Це спеціально розроблений бар’єр, який не дозволяє частинкам розміром більше 0,3 мкм потрапити в об’єм, в який герметично закриті пробірки. Потім, коли вони в цьому, ми ставимо їх у духовку, і випікаємо цю піч сотні годин і очищаємо все з внутрішньої сторони цієї трубки. Тоді ми маємо щось, що трохи схоже, у певному сенсі, функціонально, трохи схоже на Пластир. Тобто це стерильно, індивідуально упаковано.

wfoojjaec: Чи спричиняло "найчистіше обладнання" коли-небудь непередбачені проблеми?

Адам: Так! Ось цікавий факт. Кожне вимірювання тертя, яке коли-небудь було відомо інженеру, - це вимірювання тертя, яке проводиться за допомогою дуже тонкої плівки вуглеводнів, присутніх на поверхні матеріалу. Якщо я візьму шматок алюмінієвої фольги і випікаю його, скажімо, при 500 ° С в кисневому середовищі, це спалить всі вуглеводні на цьому шматку алюмінію. Потім я виношу його за межі камери в чисту кімнату і кладу на стіл із фільтруваною лампою з фільтром HEPA, над якою продуває абсолютно стерильне повітря без частинок. За лічені години він накопичить моношар вуглеводнів, який просто висмоктується з атмосфери.

Ваш сніданок, мій обід, розкладання опалого листя - Земля - ​​це суп. Ми думаємо, що гуляємо, але ми справді плаваємо в супі життя та побічних продуктах життя. Вони з’являються на кожному творі, до якого ти колись торкався. Деякі речі мають набагато менше цього. Наприклад, якщо у вас є шматочок нітриду титану, у ньому не так багато. Він накопичується повільніше, і накопичується менше, і накопичується дещо інакше, у сенсі молекулярної ваги, ніж якщо у мене є шматок алюмінію. Алюміній дуже голодний. Він має реактивну поверхню.

Якщо ви підете до випробувальної лабораторії, яка перевіряє коефіцієнт тертя між 440 нержавіючої сталі та нітроніком 60, і вони кажуть: "О, так, коефіцієнт тертя між цими двома дорівнює X". Що ж вони насправді робили, це тестували його за допомогою тієї тонкої плівки вуглеводнів, яка присутня на ній. Коли ви запікаєте таких, як ми, це набагато липше. Все набагато липкіше. Ми багато з цим боролися. Насправді нам довелося на льоту змінювати наші протоколи очищення. Спочатку ми передбачали випічку при температурі 350 ° C близько 10 хвилин, і нам довелося повернутися до 200 ° C, по суті, щоб залишити трохи вуглеводнів на частинах. Коли ви потрапляєте в цей нечисто чистий домен, ви опиняєтесь у боротьбі з викликами, які було важко передбачити, оскільки вони є дуже різними, ніж будь-які, з якими стикалася вся людська діяльність на сьогоднішній день.

wfoojjaec: Потрібні, я думаю, ще дві місії, щоб повернути ці зразки на Землю. Правильно?

Адам: Це правильно.

wfoojjaec: Стадіон, коли ти думаєш, коли ти можеш повернути їх на Землю?

Адам: Приблизно через 10 років, через 10-12 років.

wfoojjaec: Якщо Наполегливість відкриває життя на Марсі, коли ти отримуєш ці зразки назад і дивишся на них, які дані, які переконують вчених, що в кратері Єзеро було три мільярди років тому?

Адам: Ознаки давнього життя можуть мати різні форми. Щоб навести переконливий аргумент, ви, швидше за все, маєте узгодження кількох із цих форм доказів. Наприклад, ви могли б розглянути морфологічні форми, які виглядають як мікроструктури або мікрокопалини. Тоді ви хотіли б подивитися, чи були ці фігури зроблені з того, що, на мою думку, вчені назвали карагенаном, який по суті є вуглецевим залишком життя. Ви б використовували кілька рядків доказів.

Ви могли б поглянути на місцезнаходження в геологічному родовищі, де знаходились ці речі, і побачити, що воно було пов’язане, наприклад, з берегом озера в минулому. Ви використовували б набори доказів, які узгоджувались і підтверджували позицію стародавнього життя у тій формі, яку ви бачите. Так само, як це робимо сьогодні. Ви знаходите речі, які називаються строматолітами. Строматоліти - це водорослеві килимки. Вони роблять цю особливу форму. Ця форма, хоча і не є однозначно біотичною - існують абіотичні процеси, які можуть зробити подібні форми та форми в геології, - але коли ви знайдете форми, схожі на строматоліт, і ви опинитесь там, де це древнє озерне русло, і мінералогія елемента Склад строматоліту демонструє присутність цих багатих вуглецем сполук, пов’язаних із життям, тоді всі ці речі разом кажуть, що це біотичний строматоліт. Це було стародавнє озерне русло, і що ця мікрофосильна частина була водоростями, що утворювались на краю озера.

wfoojjaec: Чим пахне Марс? Очевидно, ви не були там, щоб відчути запах, але якби ви здогадувались?

Адам: Марс пахне багажником одягу вашого бабусі та дідуся, який не відкривався десятки років.

wfoojjaec: Мені це подобається. Чому?

Адам: Є щось на зразок порожнього, є щось натяк на щось ... воно сухе, старе, запилене.

wfoojjaec: Вид затхлого?

Адам: Так. Ось що це для мене.

wfoojjaec: Як ти гадаєш, наскільки ми далекі від можливості колонізувати Марс? І ти колись пішов би?

Адам: Я сподіваюся, нескінченно далеко від можливості колонізувати Марс.

wfoojjaec: Ви не думаєте, що Марс - це десь, де ми повинні жити?

Адам: Ні. В процесі еволюції Землі навколишнє середовище Землі часом погіршилося. Найголовніше, приблизно 65 мільйонів років тому, коли астероїд врізався в теперішній регіон півострова Юкатан і в запиленій атмосфері вбив усіх динозаврів. Це вбило багато рослин і 90 відсотків видів. У середині цього моменту навколишнє середовище на Землі все ще було безмежно придатним для життя, ніж я думаю, що ми могли коли-небудь зробити Марс.

Ми розвинулися, щоб мати одну земну гравітацію, яка підтримує мою спинномозкову рідину під правильним тиском, коли я стою, і якщо я не часто стою, моєму тілу це не подобається, я погано старію. Люди, прикуті до ліжка, вмирають дуже швидко, тому що їхні тіла змушені рухатися, і вони змушені рухатися в одному G. Волокна моїх кісток ростуть у напрямках основного напруженого стану мого скелета, як визначається способом взаємодії з сила тяжіння. Я настільки багато Землі, що мене далеко від Землі насправді не я, і це правда для вас.

wfoojjaec: Що, на вашу думку, є наступною технологією, що змінює гру для дослідження планет?

Адам: Я думаю, що наступною технологією, що змінює ігри для досліджень планет, яка може здатися не надто шумною, є використання комерційної, готової побутової електроніки. Ось наочний приклад, хоча і недоречний. Уявіть собі 10 айфонів, які сидять у коробці. Вони не загартовані радіацією, але вони голосують. Процесор задає їм все те саме питання і приймає результат, проголосований. Ті, кого опікнув космічний промінь, що проходить по сусідству, або невелика локальна радіація під час наближення до Юпітера, просто враховуються в схемі голосування. Ми постійно робимо це з певними речами, наприклад, наприклад, у Boeing 777 є три комп’ютери, і вони виконують потрійне завантаження, так що якщо один комп’ютер гикає, це не збиває літак.

Уявіть, що набір айфонів у схемі голосування якимось чином використовується для подолання радіаційного середовища. Процесор, який ми маємо під управлінням Perseverance, такий самий, як і Curiosity. Це той самий, що був у моїй бежевій коробці G4 Macintosh у 1999 році, коли я отримав ступінь доктора філософії. Коли ми будуємо комп’ютер [Наполегливість], ми робимо це за допомогою особистої пайки дротів до проводів. Це важка, дорога та технологія 25 років тому. Потужність у 10 разів перевищує 100 разів. Останнім часом я не підраховував на своєму поточному iPhone, наскільки більшою обчислювальною потужністю він володіє. [Примітка редактора: Ми перевірили, і поточний iPhone приблизно в 15-20 разів швидший, ніж центральний процесор у наполегливості.]

Міжпланетний космічний корабель коштує близько мільярда доларів. Коли послуги запуску становлять близько 100 мільйонів доларів, запуск вже не є великою ціною, ціна є будівлею речі. Тепер ви кажете, якщо я дійсно хотів простягнути руку та провести набагато більше розвідок, як я можу знизити ціну космічного корабля? Добре, ви можете дивитись на всю гаму, але одне з найбільших місць, яке могло б бути, - це те, як ми контролюємо, як ми програмуємо, типи способів керування автомобілем. Беручи підказки із сучасних технологій та застосовуючи їх для дослідження космосу, ми можемо знизити вартість та ще більше збільшити цінність нашого роботизованого дослідження космосу.

Якщо ви хочете дізнатись більше про марсохід NASA Perseverance, документальний фільм виходить у ефірі Nat Geo у четвер, 18 лютого, о 20:00 за європейським часом. Того самого дня Наполегливість відбудеться в кратері Джезеро, який НАСА призначило приблизно на 16:00 за тихоокеанським часом.