Łazik marsjański Perseverance, najbardziej zaawansowany jak dotąd robotyczny odkrywca NASA, prawie pięć lat po spektakularnym lądowaniu w kraterze Jezero wciąż jest w pełnej sile. W tym okresie pokonał prawie 25 mil, czyli około 40 kilometrów, zbierając przy tym próbki skał i regolitu oraz wykonując szczegółowe zdjęcia i pomiary, które mogłyby odpowiedzieć na jedno z najstarszych pytań ludzkości: czy na Marsie istniało kiedyś mikroskopijne życie?

Podczas gdy na Ziemi zmieniają się decyzje polityczne, budżety i plany przyszłych misji, Perseverance na Czerwonej Planecie kontynuuje codzienną rutynę jazdy, wiercenia i analizy. Łazik porusza się po niezwykle wymagającym terenie starożytnej delty rzeki w kraterze Jezero, obszarze, który według naukowców miliardy lat temu był domem jeziora, w którym osadzały się osady – doskonałe archiwum śladów dawnych mikroorganizmów. Właśnie dlatego inżynierowie w NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) w Kalifornii podkreślają, że kluczowym zadaniem misji w nadchodzących latach jest maksymalne wykorzystanie mobilności łazika i jego zdolności do „dowiezienia” naukowców do jak najbardziej różnorodnych formacji skalnych.

Łazik zaprojektowany do dystansów maratońskich

Perseverance wylądował na Marsie 18 lutego 2021 roku jako centralna część misji Mars 2020. Został zaprojektowany w oparciu o sukces łazika Curiosity, ale z szeregiem ulepszeń technologicznych: wytrzymalsze koła z poprawionym profilem, bardziej zaawansowany system nawigacji, szybsze autonomiczne planowanie trasy oraz złożony system pobierania i przechowywania rdzeniowych próbek skał w metalowych rurkach. Energetycznie napędza go radioizotopowy generator termoelektryczny, który przetwarza ciepło rozpadu plutonu na energię elektryczną – co oznacza, że łazik nie zależy od paneli słonecznych i oczekuje się wieloletniej pracy, nawet gdy na Marsie zapanują burze pyłowe i długie miesiące zimowe.

Platforma łazika przenosi szereg instrumentów dostosowanych do różnych zadań naukowych. Mastcam-Z zapewnia panoramiczne i telefoto zdjęcia o wysokiej rozdzielczości, SuperCam może laserowo „strzelać” w skały i analizować opary, PIXL bada skład chemiczny w mikroskali, a SHERLOC szuka śladów cząsteczek organicznych. W połączeniu z radarem RIMFAX, który „zagląda” pod powierzchnię, instrumenty te pozwalają na szczegółowe „przesekcjonowanie” każdego postoju łazika zarówno w głąb, jak i wszerz – od struktur mikroskopijnych po kontekst geologiczny całych warstw skalnych.

Taki sprzęt ma sens tylko wtedy, gdy łazik rzeczywiście może poruszać się na duże odległości i docierać do różnych typów terenu. Dlatego mobilność od początku była jednym z kluczowych punktów projektowych. Perseverance posiada sześć kół napędowych z niezależnym zawieszeniem i możliwością skręcania przedniej i tylnej osi, co pozwala mu na obrót niemal w miejscu i pokonywanie skał o wysokości do 40 centymetrów. Mimo to zespół na Ziemi unika niepotrzebnego ryzyka: każde nachylenie, każdy kamień i każdy piasek obserwuje się z dużą dozą ostrożności.

AutoNav: sztuczna inteligencja do jazdy po Marsie

W nadchodzących latach okresu operacyjnego misji nacisk zostanie położony na jazdę – dosłownie na „kilometry pod kołami”. Zespół JPL szacuje, że Perseverance ma wystarczającą rezerwę w napędzie, elektronice i systemie energetycznym, aby przejechać jeszcze dziesiątki kilometrów przez różnorodne jednostki geologiczne wokół krateru Jezero. Każdy nowy metr przynosi okazję do odkrycia innego rodzaju skał, przejść między warstwami osadowymi, starożytnych koryt rzecznych lub struktur deltowych, które przechowują w sobie zapisy o środowisku, jakie panowało na Marsie ponad trzy i pół miliarda lat temu. Właśnie takie przejścia – granice między różnymi jednostkami skalnymi – są kluczowe dla interpretacji historii wody i potencjalnych nisz dla życia.

Aby osiągnąć maksymalną wydajność, łazik coraz częściej polega na zautomatyzowanej nawigacji. System znany jako AutoNav analizuje dane 3D ze stereokamer na maszcie i na ich podstawie w czasie rzeczywistym wybiera ścieżkę, która omija duże kamienie, strome krawędzie i potencjalne dziury. Zamiast inżynierów na Ziemi planujących z wyprzedzeniem każdą pojedynczą jazdę na podstawie zdjęć satelitarnych i fotografii, teraz coraz częściej definiują oni tylko „strefę docelową”, podczas gdy algorytmy na łaziku samodzielnie znajdują najlepszą trasę. Oszczędza to cenny czas w komunikacji przez kosmos, a łazik w jednym solu (marsjańskim dniu) może przejechać setki metrów, co jeszcze kilka lat temu było niemal niewyobrażalne.

Perseverance w ciągu pierwszych lat misji pobił już kilka rekordów. W poszczególnych dniach zdołał przejechać ponad 400 metrów w jednym ciągu jazdy, czym prześcignął poprzednie marsjańskie łaziki pod względem długości pojedynczego odcinka. Takie długie prostoliniowe „marsze” po powierzchni Marsa wymagają wyjątkowego zaufania do czujników i oprogramowania, ponieważ każda błędna decyzja może doprowadzić do tego, że łazik utknie w piasku, przejedzie przez ostre skały lub natrafi na bardziej strome nachylenie, niż pozwala konstrukcja kół. Właśnie dlatego JPL stale aktualizuje oprogramowanie łazika, wprowadza nowe kontrole bezpieczeństwa i dostosowuje parametry jazdy na podstawie doświadczeń zebranych w terenie.

Z czasem same trasy zaczęto planować bardziej ambitnie. Na początku misji nacisk kładziono na krótkie odcinki i szczegółowe sprawdzanie każdego napędu do przodu, ale teraz często planuje się połączenie wielu segmentów jazdy w jednym solu, z krótszymi zatrzymaniami na szybkie zdjęcia i kontrole. Gdy pozwala na to teren, Perseverance pokonuje dziesiątki lub setki metrów bez interwencji człowieka, polegając na własnej ocenie ryzyka na podstawie obrazów i map głębokości, które tworzy w locie.

Cheyava Falls: obiecująca dolina dla śladów życia

Jazda, oczywiście, nie jest celem samym w sobie. Głównym celem naukowym misji jest znalezienie skał, które mogłyby przechowywać mikroskopijne ślady dawnego życia – tzw. potencjalne biosygnatury. W tym sensie kluczowa jest droga, którą łazik w minionych latach przebył od miejsca lądowania do obszaru znanego jako Cheyava Falls, starożytnej doliny rzecznej, w której odkryto warstwowe, wielobarwne skały bogate w minerały, które na Ziemi często powstają w interakcji z mikroorganizmami.

Analizy takich skał wykazały obecność minerałów takich jak wiwianit i greigit oraz złożone tekstury przypominające nasiona maku lub „plamy lamparta”, które według niektórych naukowców mogłyby wskazywać na dawną aktywność mikrobiologiczną. Chociaż bezpośredni dowód życia nie został jeszcze znaleziony, mowa o dotychczas najbardziej przekonujących śladach na to, że Mars mógł kiedyś nadawać się do zamieszkania. Próbki z tego obszaru są przechowywane w metalowych rurkach, które w przyszłości powinna przejąć osobna misja powrotu próbek na Ziemię.

Do jesieni 2024 roku łazik przejechał już ponad 30 kilometrów i zebrał ponad dwadzieścia próbek skał i regolitu oraz jedną próbkę marsjańskiej atmosfery. Każdy z tych cylindrów nosi unikalny podpis geologiczny – od skał osadowych delty, przez podłoża wulkaniczne, po materiały zmienione przez wodę. Takie „wędrowne archiwum” pozwoli na to, aby kiedyś, w ziemskich laboratoriach, precyzyjnie zrekonstruować, jak klimat i chemia Marsa zmieniały się w ciągu miliardów lat.

MOXIE, Ingenuity i eksperymenty technologiczne

Równolegle z badaniami geologicznymi Perseverance przeprowadza również demonstracje technologiczne kluczowe dla przyszłych misji. Jednym z najbardziej znanych eksperymentów był MOXIE – urządzenie, które z rzadkiej marsjańskiej atmosfery bogatej w dwutlenek węgla skutecznie produkowało tlen. Ten demonstrator zakończył swoją kampanię, ale wyniki pokazały, że podobna technologia w przyszłych misjach załogowych będzie mogła być wykorzystywana do pozyskiwania tlenu do oddychania i jako komponentu paliwa rakietowego. Łazik służył również jako baza dla pierwszego helikoptera na innej planecie, Ingenuity, który w ciągu prawie trzech lat wykonał 72 loty i udowodnił, że zwiad lotniczy na Marsie jest nie tylko możliwy, ale i niezwykle użyteczny.

Ingenuity na początku 2024 roku doznał uszkodzenia łopaty wirnika, więc NASA zdecydowała o zakończeniu jego aktywnej misji. Helikopter wciąż stoi na powierzchni Marsa jako swoisty pomnik pierwszego lotu w innym świecie, podczas gdy Perseverance kontynuuje solo. Jednak doświadczenia zdobyte podczas jazdy w tandemie z helikopterem bezpośrednio wpływają na to, jak planowane są przyszłe trasy łazika: dane z powietrza pokazały, gdzie znajdują się najciekawsze formacje skalne, a gdzie kryją się niebezpieczne tereny, które należy omijać. W nadchodzących latach nowa generacja robotycznych i być może pewnego dnia ludzkich odkrywców będzie polegać na tej pionierskiej kombinacji kół i wirników.

W ramach demonstracji technologicznych Perseverance od czasu do czasu wykonuje również własne „selfie”. Jeden z najbardziej efektownych wizualnie obrazów został zarejestrowany, gdy łazik, dokumentując swoje odwierty w gruncie, uchwycił na horyzoncie również przejście wiru pyłowego – marsjańskiego „dust devila”. Na złożonych zdjęciach widać drobne wirowanie pyłu kilka kilometrów za łazikiem, podczas gdy jego korpus pokryty jest warstwą rdzawego proszku. Takie fotografie nie służą tylko popularyzacji nauki; pozwalają one inżynierom monitorować zużycie sprzętu i wpływ marsjańskiego pyłu na instrumenty.

Próbki dla przyszłych pokoleń naukowców

Duża część wartości naukowej misji kryje się w starannie dobranych rdzeniowych próbkach skał, które łazik wierci i hermetycznie zamyka w metalowych rurkach. Do końca misii Perseverance powinien zostawić zbiór dziesiątek próbek na powierzchni Marsa, w strategicznie wybranych lokalizacjach. Planuje się, że w jakiejś przyszłej kampanii Mars Sample Return przejmą je nowe lądowniki i małe helikoptery-drony oraz wyślą je na orbitę, skąd zostałyby przeniesione do kapsuły powrotnej na Ziemię. Tam analizowałyby je laboratoria z instrumentami wielokrotnie czulszymi niż cokolwiek, co można umieścić na łaziku, co otwiera naukowcom możliwość szukania w śladach minerałów, cząsteczek organicznych i stosunków izotopowych drobnych sygnaturowych sygnałów dawnych procesów biochemicznych.

Jednak właśnie program powrotu próbek jest dziś pod presją cięć budżetowych i decyzji politycznych. NASA i jej partnerzy pracują nad zmniejszeniem kosztów i przeprojektowaniem architektury misji, aby projekt utrzymał się w ramach akceptowalnych dla podatników, a jednocześnie spełnił cele naukowe. Dla Perseverance oznacza to, że każda próbka, którą wybierze, musi mieć maksymalną „wagę” naukową, ponieważ może nie być okazji na drugą próbę. Zespół na Ziemi wkłada dlatego dodatkową uwagę w interpretację danych spektroskopowych, zdjęć mikroskopowych i kontekstu geologicznego przed wydaniem polecenia wiercenia i przechowywania rdzenia.

Aby zminimalizować ryzyko, próbki są zbierane z różnych typów skał: drobnych nanosów osadowych, które kiedyś osadzały się w spokojniejszych wodach, grubych konglomeratów powstałych w szybszych nurtach rzecznych, zmienionych skał, które zmieniały swój skład pod wpływem wody lub ciepła, oraz skał wulkanicznych, które dostarczają znaczników czasowych dla całego regionu. Dzięki kombinacji tych próbek naukowcy mają nadzieję wykreślić chronologię systemu jeziornego w kraterze Jezero – kiedy powstał, jak długo istniał, jak głęboki był i jakie warunki chemiczne oferował potencjalnemu mikroskopijnemu życiu.

Długa jazda przez niepewną przyszłość

Podczas gdy dyskutuje się o budżecie i ostatecznej architekturze powrotu próbek, łazik kontynuuje pracę w terenie niemal niezakłóconą. Opóźnienia w decyzjach na Ziemi nie zmieniają faktu, że Perseverance na Marsie każdego solu odnotowuje nowe kilometry i nowe naukowe spostrzeżenia. Jego trajektoria przez krater Jezero i w kierunku wzniesionych, wyerodowanych zboczy działa jak starannie wyrysowana mapa geologiczna, w której każdy punkt reprezentuje kombinację pomiarów – od składu chemicznego skały i jej odpowiedzi magnetycznej po fotografie w różnych zakresach spektralnych. Ta kompleksowa baza danych, która z dnia na dzień się rozszerza, pozostanie dziedzictwem misji jeszcze przez dziesięciolecia po tym, jak koła łazika ostatecznie się zatrzymają.

Perspektywa „długiej jazdy” oznacza również, że zespół myśli kilka lat naprzód. Plany tras obejmują rozważanie zmian sezonowych na Marsie, statystyki dotyczące częstotliwości burz pyłowych, nachylenia terenu i harmonogramu przelotów satelitarnych, które służą jako przekaźniki komunikacyjne. Każdy nowy segment drogi musi wpasować się w szerszą mozaikę: jak najszybciej dotrzeć do atrakcyjnych naukowo celów, zachowując przy tym zdrowie łazika. Są też „stacje serwisowe”, na których Perseverance szczegółowo fotografuje własne koła, instrumenty i systemy, aby inżynierowie na Ziemi mogli monitorować zużycie materiałów, pęknięcia na oponach i stan połączeń mechanicznych.

Perseverance, jak każdy długowieczny robot w głębokim kosmosie, to również historia o zespole ludzi, którzy każdego dnia „prowadzą” go z odległości prawie 300 milionów kilometrów. Centrum kontroli w JPL dostosowało zmiany robocze do marsjańskiego dnia, który trwa nieco dłużej niż 24 godziny, co oznacza, że grafiki nieustannie się przesuwają. Inżynierowie i naukowcy pracują w cyklach planowania, wykonywania i analizy: w ciągu jednego dnia definiuje się nowe zadania, w następnym solu zadania te są wykonywane na Marsie, a po powrocie danych rusza szczegółowa analiza, która kształtuje kolejne kroki. Ten rytm, już teraz wypracowany, pozwala łazikowi niemal nieprzerwanie posuwać się naprzód przez teren.

Dla szerokiej opinii publicznej Perseverance jest symbolem wytrwałości i ciekawości – właśnie tego, co oznacza jego nazwa. Każdy nowy kilometr, który łazik przejeżdża po Marsie, jest przypomnieniem, że mowa o misji długoterminowej, która nie przynosi szybkich odpowiedzi, lecz powoli układa mozaikę historii pewnej planety. W nadchodzących latach, podczas gdy łazik wciąż będzie „kręcił kilometry” przez krater Jezero i poza nim, naukowcy spodziewają się jeszcze bardziej ambitnych przejazdów, bardziej złożonych celów geologicznych i nowych próbek, które mogłyby kiedyś trafić do ziemskich laboratoriów. Nawet jeśli ostateczna odpowiedź o istnieniu dawnego życia na Marsie będzie negatywna, droga, którą Perseverance przebywa, pozostanie jednym z najciekawszych rozdziałów badawczych w historii robotyki i nauk planetarnych.