Beagle 2

V rámci mise Mars Express uskutečněné v roce 2003 organizací ESA byl k Marsu vyslán rovněž přistávací modul Beagle 2 postavený ve Velké Británii. Jeho hlavní úkolem bylo provádět analýzy vzorků povrchu se zaměřením na detekci sloučenin uhlíku, které by mohly signalizovat minulý nebo dokonce současný život na rudé planetě. Šest dní před příletem se modul oddělil od mateřské sondy a nastoupil samostatnou cestu, která měla vyvrcholit měkkým přistáním na povrchu. Ve stanovenou dobu po přistání 2003-12-25 se neohlásil a ani pozdější pokusy o navázání spojení se nezdařily. Začátkem února 2004 byl Beagle 2 definitivně prohlášen za ztracený.

Modul byl vyroben ve Velké Británii a představoval průkopnickou konstrukci, která při malé hmotnosti, rozměrech, vývojových a výrobních nákladech koncentrovala ambiciózní soubor vědeckých experimentů, který při dosažení předpokládané funkčnosti mohl přinést značné množství nových poznatků především ve zkoumání možného fosilního života na Marsu. Modul byl nazván Beagle 2 podle plachetnice, na které se v roce 1831 plavil biolog Charles Darwin při objevitelských plavbách v neznámých jižních mořích a které byly později inspirací pro jeho klíčové vědecké dílo "O původu druhů".

Během letu k cílové planetě byl připojen k základní části sondy Mars Express organizace ESA, která zajišťovala všechny služební činnosti(zásobování elektrickou energií, telekomunikace, orientace atp.) do doby, než se modul těsně před příletem k Marsu oddělil.

Konstrukce

Sondu navrhlo konsorcium vědeckých pracovišť britských universit pod hlavním vedením Open University.

Modul o hmotnosti 65 kg a průměru 0.95 m nedisponuje žádným pohonným systémem. Navedení na sestupovou dráhu zajišťuje mateřská část sondy Mars Express. Oddělení od sondy Mars Express provádí speciální mechanismus SUEM [=Spinup and Eject Mechanism] o hmotnosti 1.6 kg vyrobený firmou INSYS Limited. Jedná se o pružinové zařízení, které, kromě udělení potřebné rychlosti při oddělování, rovněž modul uvede do rotace, čímž se dosáhne stabilizace při vstupu do atmosféry. Jedná se o kritický okamžik celé mise. V případě že by se modul neuvolnil, nemůže samozřejmě přistát, ale ani Mars Express nemůže správně fungovat na mapovací oběžné dráze.

Za systém vstupu do atmosféry, sestupu k povrchu a přistávání označovaný EDLS [=Entry, Descent and Landing System] odpovídá firma Martin-Baker Aircraft Company. Sestává, jak již z názvu vyplývá, ze tří částí:

Podsystém vstupu do atmosféry zahrnuje čelní tepelný aerodynamický štít, zadní víko a biologický štít a rozdělovací mechanismus. Tato sestava chrání přistávací modul před znečištěním na Zemi, před vlivem kosmického prostředí během letu k Marsu a při vstupu do marsovské atmosféry, který se odehrává při rychlosti Mach 31.5. Kosmická rychlost se snižuje bržděním o atmosféru, při kterém se rychlost mění v tepelnou energii.

Sestupové zařízení je tvořeno stabilizačním a hlavním padákem a zařízením na uvolnění padáků. Slouží ke stabilizaci modulu během klesání v atmosféře a ke snížení vstupní rychlosti. Po jejím snížení na přibližně 1600 km/h se pyrotechnicky vystřelí stabilizační padák, který má za úkol jednak rozdělit kryt modulu na dvě části a jednak vytáhnout hlavní padák. Pyrotechnicky se oddělí také spodní tepelný štít a sestup pokračuje na padácích.

Pro konečnou fázi přistání se používá soustava plynem plněných vaků (airbagy), které se nafukují během sestupu modulu na padácích a které ztlumí náraz po předchozím snížení sestupové rychlosti. Airbagy se plní ze zásobníku stlačeného plynu. Při prvním kontaktu s povrchem se odpojí padák, tak aby měl modul možnost "odskákat" mimo dosah klesajících padákových šňůr. Předpokládá se, že modul ukrytý v pružných vacích uskuteční několik skoků, než se definitivně zastaví. Poté se airbagy oddělí a Beagle 2 spočine na povrchu. Bez ohledu na to jakým způsobem bude těleso uloženo na povrchu, pružina uvolní dvě části tvaru mušle a zařízení bude připraveno k vědecké části mise.

Mušlovitá koncepce přistávacího aparátu (landeru) má za účel nejenom být nosnou konstrukcí pro všechny díly určené k uskutečnění vědecké mise ale také zajistit přežití zařízení při dopadu na povrch planety. Jakmile se Beagle 2 vymaní ze zámotku ochranných airbagů, může ke kontaktu s Marsem dojít při libovolné orientaci na povrch představovaný v extrémních případech malými ostrými kameny až po velké ploché pole. Bohužel hmotnostní možnosti na provedení pláště landeru jsou velmi omezené, navíc komplikované nutností počítat s materiálem na tepelnou izolaci kvůli teplotám, které se v noci mohou pohybovat mnoho desítek °C pod nulou, který má také jistou hmotnost.

Řešením je použití vnějšího pláště, který pohltí dopadovou energii kombinovaného s tepelnou izolací uvnitř skříně, která rozloží impaktní síly a zabrání prasknutí. Vnitřní plášť je vyroben z uhlíkatých vláken na voštinovém podkladě. Použité materiály jsou vhodné pro použití v kosmické technice (netečné k vakuu a radiačním účinkům, nízké odpařování, nízká hmotnost, nízké náklady) a lze je dostatečně sterilizovat před odesláním na cizí planetu.

Dvě poloviny landeru - víko a spodní část - jsou spojeny závěsem, který se pružinovým mechanismem rozevře a, nezávisle na poloze v jaké se Beagle 2 nachází, ustaví zařízení do správné polohy.

Klíčový význam pro funkci přistávacího aparátu má robotická ruka. Pomocí ní se vědecké přístroje přemísťují do polohy, ze které mohou studovat nebo odebírat vzorky kamenů a půdy. Ruka nese kamery a na povrch Marsu přenáší "krtka" a odebírá od něho podpovrchové vzorky a umísťuje je do analytické laboratoře.

Krtek (Mole) byl vyvinut organizací DLR Köln am Mainz (Německo) ve spolupráci s Transmaš (Rusko) a Techniospazio (Itálie). Do koncepce stacionárního přistávacího modulu vnáší prvek pohyblivosti. Byl nazván Pluto [=Planetary Undersurface Tool] a je schopen přesunovat se po povrchu rychlostí 1 cm každých 6 s. K pohybu používá pružinového mechanismu. Vzorky jsou sbírány do dutiny na čele, která se otevírá, jakmile krtek dosáhne místa odběru.

Vzdálenost dosažitelná krtkem nebo hloubka, do které je schopen se zavrtat, je dána délkou propojovacího elektrického kabelu a obnáší, včetně případné vrtací fáze, asi 3 m. Zpět se vrací navinutím kabelu k modulu. Kromě horizontálního pohybu je krtek Pluto schopen se po milimetrech zatlouci do země nebo pod kameny. Zařízení má hmotnost asi 800 g a spotřeba energie je několik W.

Pro pozorování a odběr vzorků je důležité mít možnost je odebírat z podpovrchových vrstev, které nejsou silně poznamenány povětrnostními vlivy a pokryty prachem. K odstranění vnějších vrstev jsou na robotické ruce instalovány bruska a vrtací zařízení. Brusku dodal kolektiv pracovníků University of Hong Kong (Čína). Pomocí dutého vrtáku je možno proniknout až 1 cm do nitra kamenů a získat tak jádro vzorku o průměru 2 mm a hmotnosti přibližně 60 mg. Tyto vzorky jsou následně dopraveny do analyzátorů popsaných v kapitole vědeckého vybavení.

Napájení elektrickou energií zajišťuje pět panelů slunečních článků o celkové ploše asi 1 m², které dobíjejí akumulátorové lithiové baterie tvořené 42 články. Sluneční baterie jsou namontovány na čtyřech panelech, které jsou složeny uvnitř pláště přistávacího aparátu a které se rozkládají v průběhu automatické přistávací sekvence. Články jsou tvořeny vrstvou Ga-As-Ge krytou skleněnou vrstvou o síle 80 µm. Distribuce elektrické energie je řízena softwarově palubní elektronikou. Ztráty jsou minimalizovány, zvláště v noci, kdy pracuje jen část přístrojů. Po dobu noci je zásadní otázkou udržení akumulátorů ve vhodném teplotním rozmezí, čemuž napomáhá materiál akumulující teplo kolem baterií, který se nahřívá během marťanského dne.

Tepelná ochrana má za úkol především chránit citlivé zařízení během noci, kdy klesá venkovní teplota mnoho desítek stupňů pod nulu. Při projekci musela být provedena detailní tepelná bilance tepla vyzařovaného z modulu do ovzduší a tepla akumulovaného v konstrukci a odpadního tepla z činnosti elektroniky. Za tepelný návrh přistávacího aparátu odpovídá pracoviště Rutheford Appleton Laboratory (Velká Británie).

Hmotnostní omezení modulu rovněž neumožňují vybavit ho komunikačním zařízením vyhovujícím pro spojení přímo se Zemí. Signály proto musí být předávány pouze retranslací přes družici Mars Express v době vzájemné viditelnosti, k čemuž dochází pouze u některých oběhů denně a jen na několik minut. Zvláště náročné bude spojení na začátku činnosti, když bude Mars Express naváděn na dráhu. Protože toto období je pro Beagle 2 velmi kritické, byla učiněna dohoda s organizací NASA o využití kapacity jeho družic, které obíhají v současné době Mars, jmenovitě se hovoří o sondě 2001 Mars Odyssey. Toto záložní spojení může být využíváno pouze do té míry, aby nebylo na překážku v komunikaci s rovery MER (Spirit a Opportunity), které mají dorazit k Marsu krátce po sondě Beagle 2 začátkem, resp. koncem ledna 2004.

Limitovaná hmotnost se projevila rovněž v provedení povelového systému a systému zpracování dat. Pokud to bylo možné, byly jednotlivé elektronické systémy sloučeny do většího celku, aby nebyly dílčí funkce zdvojeny a propojení byla co nejkratší. Řízení se provádí pomocí 32-bitového procesoru místo obvyklých logických obvodů. Dochází tím k úspoře hmotnosti a systém je pružnější. Jediným způsobem jak vyhovět hmotnostním požadavkům, bylo vzdát se zálohování systémů a místo toho zvolit robustní a odolný design. Společná část elektroniky je určena pro řízení zásobování energií, tepelnou regulaci, převodníky proudu, ústřední procesor, sestupovou elektroniku, napájení pyrotechniky, pohony motorů, zpracování dat a rozhraní pro experimenty.

Vědecké vybavení

Modul Beagle 2 představuje stanici s vysokou integrací vědeckých experimentů v poměru k celkové hmotnosti. Hlavním cílem na povrchu Marsu je:

• Pátrání po kritériích vztahujících se k možnému životu na Marsu v minulosti jako jsou:
• přítomnost vody;
• existence karbonátových minerálů;
• výskyt organických zbytků;
• komplexnost a struktura organických materiálů;
• rozdělení izotopů mezi organickými a anorganickými fázemi.
• Hledání stop atmosférických sloučenin indikujících současný život;
• Detailní měření složení atmosféry ke stanovení geologické historie planety a dokumentace procesů při sezónních změnách a v denním cyklu;
• Průzkum stavu oxidace povrchu Marsu, uvnitř kamenů a pod nimi;
• Zkoumání geologického původu skal, jejich chemismu, mineralogie, petrologie a stáří;
• Zdokumentování geomorfologie místa přistání;
• Zhodnocení vnějších podmínek včetně teploty, tlaku, rychlosti větru, ultrafialového záření, schopnosti oxidace, prašnosti atp.

Pro výše uvedené úkoly je modul vybaven následujícími přístroji:

• zařízením pro analýzu plynů GAP [=Gas Analysis Package] obsahující hmotový spektrometr;
• dvojicí spektrometrů:
• Mössbauerův spektrometr používající gama paprsky vznikajících rozpadem ⁵⁷Co na ⁵⁷Fe;
• rentgenový detektor sloužící ke kvantifikaci hlavních prvků (Mg, Al, Si, S, Ca, Ti, Cr, Mn a Fe);
• trojicí kamer namontovaných na robotické ruce. Dvě tvoří stereoskopickou dvojici, třetí je součástí mikroskopu;
• zařízením pro sběr vzorků zeminy v podobě pohyblivého "krtka" a vrtacího a brousícího ústrojí na robotické ruce.

Průběh letu

Start modulu Beagle 2 se uskutečnil 2003-06-02 v 17:45:26.236 UT z kosmodromu Bajkonur pomocí nosné rakety Sojuz-FG s urychlovacím stupněm Fregat. Modul byl připevněn k mateřské planetární sondě Mars Express.

2003-06-05 v době od 08:10 až 08:40 UT proběhla operace uvolňování svorníků, které poutaly výsadkový modul Beagle 2 k tělesu sondy během startu.

Ve dnech 2003-07-04 a 2003-07-05 proběhly první prověrky modulu Beagle 2, který se Zemí komunikoval prostřednictvím mateřské části Mars Express.

2003-07-18 bylo oznámeno, že na Marsu se začátkem měsíce objevily známky vznikající rozsáhlé prachové bouře, která by mohla, pokud by trvala i po příletu k Marsu, ohrozit jednak dosednutí sestupového pouzdra a jednak po přistání snížit účinnost slunečních baterií, což by mohlo mít fatální dopad na životnost aparatury ohrožené nízkými teplotami.

Začátkem října 2003 se řídící středisko připravovalo a simulovalo oddělení modulu od mateřské části Mars Express. Druhá a poslední prověrka Beaglu 2 se plánuje na 2003-11-03.

2003-11-28 vydala ESA celkovou zprávu o stavu sondy. Kromě informací z předchozích dílčích zpráv v ní je uvedeno, že byly ukončeny zkoušky systémů přistávacího modulu a do palubního počítače byla nahrána nová verze programu. Došlo k upřesnění činnosti modulu v několika prvních dnech na povrchu Marsu a zkoordinovalo se pozorování s vysocerozlišujícími přístroji na orbitální části, která bude několikrát za den přelétat na modulem spočívajícím na Isidis Planitia.

2003-12-19 byla vyslána na mateřskou část sondy sekvence 115 povelů, po jejichž přijetí se spustila operace oddělování přistávacího pouzdra Beagle 2. K oddělení došlo v 08:31 UT. Po pyrotechnickém přerušení spojů s mateřskou sondou mechanismus SUEM [=Spin Up and Ejection Mechanism] udělil pouzdru rotaci 12 obr/min a pružiny lehce odstrčily modul relativní rychlostí 0.2 m/s. Oddělování snímala palubní kamera VMC [=Visual Monitoring Camera]. Beagle 2 nastoupil samostatnou etapu letu k Marsu, k němuž má dorazit v ranních hodinách 2003-12-25.

2003-12-24 v 11:00 UT se Beagle 2 nacházel přibližně 167000 km od Marsu. Mars Express i Beagle 2 se přibližují k planetě rychlostí 2.8 km/s a tato rychlost působením gravitace Marsu stále narůstá. Obě části sondy se nacházejí od sebe už 2300 km a každou sekundou se vzdálenost zvětšuje o 6.5 m.

2003-12-25 ve 02:45 UT oznámila ESA, že Beagle vstupuje do atmosféry Marsu. Mars Express nacházející se ve vzdálenosti 2700 km zahájil 37-minutové brzdění hlavním motorem, které mělo sondu navést na výchozí oběžnou dráhu kolem planety. Ve 02:54 UT aparát dosáhl povrchu Marsu. Nejbližší příležitost, aby se modul přihlásil, nastala při přeletu družice 2001 Mars Odyssey zhruba po 2.5 hodinách po přistání. Podle oznámení řízení projektu nedorazil však na Zemi žádný signál. Vedení projektu doufá, že to ještě neznamená, že je sonda ztracena. Příčin, proč modul mlčí, může být několik. Nejpravděpodobnější je, že anténa na Beaglu nebyla správně zaměřená na prolétající družici.
V 08:30 UT byla zahájena tisková konference, na které vystoupil vedoucí vědeckého týmu prof. Colin Pillinger. Zopakoval současný stav a shrnul možné příčiny nepřítomnosti rádiového kontaktu - od zmíněné odchylky antény, která nemířila na prolétající družici, přes závadu na časovači až po fatální závadu při přistávání a zničení sondy. V té době byla v místě přistání noc a sonda, pokud je v pořádku, se nacházela v hibernovaném stavu. Nebylo tedy možno nic dělat.
Další příležitost pro pokus o navázání spojení nastala téhož dne kolem půlnoci mezi 22:20 až 00:40 UT, kdy se dostal do vhodné polohy teleskop o průměru 76 m v observatoři Jodrell Bank (Velká Británie). Ani při tomto pokusu nebyly zaznamenány žádné signály od Marsu.

Další neúspěšné pokusy o navázání spojení se uskutečnily 2003-12-26. Nejprve v 18:14 UT nad předpokládaným místem přistání podruhé prolétala americká 2001 Mars Odyssey. Těsně před půlnocí mezi 23:20 a 24:00 UT zkoušela zachytit signál slabého vysílače o výkonu pouhých 5 W ve vzdálenosti 157 mil. km observatoř v Jodrell Bank. Podmínky příjmu byly lepší než předchozího dne zásluhou jasného počasí a nízké hladiny rádiového šumu, přesto nebylo detekováno žádné vysílání.

Třetí přelet družice 2001 Mars Odyssey se uskutečnil 2003-12-27 v 06:15 UT opět s negativním výsledkem. I přes dosavadní nulové úspěchy se řízení projektu nevzdává. Pokusy na záchranu mise bude provádět Jodrell Bank a pravidelně každý následující den i Mars Odyssey.

Neúspěšné pátrání po známkách života modulu Beagle 2 pokračovalo i následující dny. Technici využívali každé možnosti zachytit signály jak přes sondu 2001 Mars Odyssey, tak pozemními teleskopy v Jodrell Bank. Kromě toho se pokusili o úspěch i pozorovatelé v americké síti DSN, k Marsu se zaměřily raditeleskopy nebo alespoň nabídly pomoc pracoviště ve Westerborgu (Nizozemsko), Effelsbergu (Německo) a na Stanfordově universitě (USA). Vědecký vedoucí projektu, profesor Pillinger, přišel s další verzí, proč je spojení s modulem zatím nemožné. Beagle mohl skončit na dně kráteru. Těsně před přistáním byl jeden nový kráter o průměru 1 km, o němž vědci zatím neměli tušení, objeven uvnitř dopadové elipsy.

2003-12-30 změnila sonda Mars Express dráhu z rovníkové na polární a plánuje se její postupné snižování. Je nyní možnost, že se i ona dostane nad místo přistání a zkusí zaznamenat volání Beaglu. S mateřskou stanicí Mars Express byla rádiová komunikace, jako s jedinou, vyzkoušena v praxi. V dosahu vysílače přistávacího modulu se zdrží delší dobu. Velice vhodný termín připadá na 2004-01-07, kdy ve 12:13 UT bude přelétat nad Isidis Planitia ve výšce pouhých 315 km.
Šance na záchranu mise je ale pouze v případě, že aparát normálně funguje na povrchu Marsu a nedaří se pouze navázat spojení. V pátek 2003-12-26 totiž měly být vyčerpány palubní chemické baterie. Pokud do té doby nezačaly sluneční panely produkovat energii, bude muset být sonda prohlášena za ztracenou.

2003-12-31 zveřejnila NASA snímek dopadové oblasti Beaglu z družice Mars Global Surveyor (MGS) pořízený pouhých 18 min po přistání. MGS prolétal západně a snímek není nejlepší kvality jednak kvůli nevhodnému úhlu záběru a jednak kvůli slabému zamlžení prachem. Celá západní hemisféra Marsu totiž v uplynulých dvou týdnech prožila velkou prachovou bouři. Důležité je ale potvrzení, že zvířený prach se stačil již takřka úplně usadit a ani prudké atmosférické proudění nemohlo být tedy bezprostřední příčinou selhání přistávacího manévru.
Mluvčí ESA prezentoval další možnou příčinu chybějícího kontaktu. Po dosednutí mohlo dojít k resetování počítače a tím k poruše synchronizace a ten teď dává povely k vysílání na prolétající 2001 Mars Odyssey v okamžiku, kdy není v dosahu. V případě, že modul žije, měl by nyní vysílat lokalizační signál automaticky dvakrát denně a od 2004-01-05 dokonce každých deset minut, tak aby byl zachytitelný na Zemi.

2004-01-07 ve 12:13 UT se konečně do optimální polohy nad předpokládaným místem přistání dostala mateřská sonda Mars Express. Prolétala takřka v nadhlavníku ve výšce pouhých 315 km. Do tohoto průletu vkládala ESA největší naděje, protože kromě ideální polohy pro navázání spojení, byl Mars Express jediným kosmickým aparátem, se kterým byl vzájemný rádiový kontakt prakticky ověřován. Beagle 2 se bohužel neozval.

2004-01-08 ve 12:50 UT se Mars Express opět pokusil identifikovat přistávací modul. Tentokrát se použil tzv. supercitlivý mód, při kterém bylo předáno na Zemi obrovské množství dat, mezi nimiž se mravenčí prací měl hledat náznak signálu rádiového vysílače Beaglu. Po několikahodinové intenzivní detektivní práci muselo řídící středisko přiznat, že ani tentokrát nebylo žádaného výsledku dosaženo. Úsilí o objevení přistávacího aparátu mají pokračovat ještě několik dní i když naděje na úspěch je již minimální.

2004-01-12 ve 02:20 UT byl podniknut prozatím poslední neúspěšný pokus o objevení modulu družicí Mars Express. Bylo rozhodnuto pátrání po signálech do 2004-01-22 prozatím ukončit. Po tomto datu by měl Beagle, pokud je funkční, přejít do tzv. druhého módu vyhledávání komunikace CSM2 [=Communication Search Mode 2]. Během něho se bude snažit navázat spojení tím způsobem, že bude vysílat identifikační signál nepřetržitě po celý marsovský den.

Naděje vkládané do módu CSM2 se bohužel také nanaplnily. V průběhu víkendu 2004-01-25 přelétal Mars Express dvakrát nad planinou Isidis, ale stejně jako v předchozích případech se modul Beagle neozval. Vedoucí projektu oznámil na tiskové konferenci v Londýně, že bylo rozhodnuto podniknout možná už poslední zoufalý pokus. ESA požádala americké partnery, aby pomocí družice 2001 Mars Odyssey 2004-01-27 vyslali na modul povel, kterým by byl vypojen počítač a znovu zaveden program. Jedná se o riskantní operaci, která může přinést úspěch, pokud je chyba pouze v softwaru, ale může také znamenat definitivní vyřazení všech systémů z provozu. Pokud nevyjde pokus s americkou družicí, je možno vyzkoušet stejnou proceduru ještě s družicí Mars Express 2004-02-02 a 2004-02-04. Profesor Pillinger se rovněž zmínil, že je šance, že by se mise Beagle 2 někdy v budoucnu zopakovala.

2004-02-11 vzdala ESA veškeré pokusy o navázání spojení a modul Beagle 2 byl prohlášen za ztracený. K témuž závěru došla již 2004-02-07 skupina managementu mise. Zároveň bylo rozhodnuto vytvořit skupinu, která se pokusí zjistit možné příčiny selhání, ať zásluhou poruchy hardwaru nebo i chybami při projektování a organizaci. Skupina bude vytvořena společně z nezúčastněných odborníků ESA a britského Ministerstva pro vědu. Výsledky šetření se očekávají koncem března 2004 a mají posloužit při plánování budoucích kosmických projektů.

2004-05-25 zveřejnila ESA informace o výsledcích práce vyšetřující příčiny nezdaru mise. Vlastní závěrečná zpráva má důvěrný charakter, protože se mj. zabývá skutečnostmi, které jsou součástí duševního vlastnictví firem zúčastněných na projektu. Ačkoliv nebyla odhalena jednoznačná technická nebo lidská příčina neúspěchu, ze zprávy vyznívá kritika špatné organizace projektu, upřednostnění maximálního vědeckého přínosu mnoha instalovaných experimentů na úkor spolehlivosti životně důležitých systémů a podcenění náročnosti mise. Ze závěrů vyšetřovací komise vyplývá celkem 19 doporučení pro příští uvažované planetární expedice.

Experimenty a výsledky

Soubor přístrojů a zařízení pro analýzu plynů GAP
[=Gas Analysis Package]

Toto hlavní vědecké zařízení dodané pracovištěm Planetary and Space Sciences Research Institute (PSSRI) na Open University (Velká Británie) pracuje se spektrometrem, který má analyzovat vzorky a zjišťovat chemické příznaky biologických procesů. Má se pokusit odpovědět na otázku, zda na Marsu někdy existoval život.

GAP sestává z několika komponent:

• zařízení pro ohřev pevných vzorků půdy nebo kamenů při odstupňovaných teplotních krocích - ke každému stupni bude přidán čerstvě generovaný kyslík tak, aby byly veškeré sloučeniny obsahující uhlík spáleny na oxid uhličitý;
• systém na jímání plynu vzniklého na jednotlivých teplotních úrovních a jeho dopravu do hmotového spektrometru;
• vlastní hmotový spektrometr určený k detekci a měření množství CO₂ uvolněného z vypalovaných vzorků.

Přístroj je schopen rozlišovat mezi dvěma stabilními izotopy uhlíku, měřit jejich poměr a dále umí analyzovat ostatní plyny včetně metanu. Hmotový spektrometr používá sektor 90° s magnetem ze slitiny vzácných kovů a iontové čerpadlo ze stejného materiálu. Představuje v principu zařízení s dvojitým vstupem, kde jsou lehké prvky vzorku a standardu postupně porovnávány a tím se dosahuje přesného měření izotopů. Měření probíhá ve vakuu k dosažení maximální citlivosti.

Konstrukce hmotového spektrometru vyplynula z mnohaletých výzkumů uvolňování plynů při odstupňovaném spalování prováděných na Open University a bylo zkoušeno na různých vzorcích ze Země. Pro účely mise muselo být samozřejmě miniaturizováno. Byl připravován rovněž pro sondu Rosetta - misi ESA, která by měla odstartovat začátkem roku 2004 ke kometě 67P/Churyumov-Gerasimenko.

V přístroji GAP se budou ohřívat vzorky za přítomnosti kyslíku. Za těchto podmínek jsou všechny formy uhlíku transformovatelné v oxid uhličitý, buď se rozloží (karbonáty) nebo shoří. Veškeré organické sloučeniny, bez ohledu na komplexnost a složitost vazeb, se přemění na CO₂. Tento proces nepředpokládá, že víme, které sloučeniny jsou biologicky rozhodující pro Mars - bude detekován veškerý uhlík. Pomocí teploty, při které dojde ke vzniku oxidu uhličitého lze usuzovat na složitost uhlíkové sloučeniny, ze které plyn vznikl. Organické sloučeniny hoří například mezi 200 až 500°C, naopak čisté elementární formy uhlíku (např. diamant) se spalují při podstatně vyšších teplotách. Touto metodou se tedy dá jednoduše rozlišit mezi organickým a anorganickým typem uhlíku a tím jednoduše rozhodnout mezi případnými zbytky po mikrobiální činnosti nebo karbonátovými minerály.

Jestliže existuje život na Marsu v současnosti, pravděpodobně se bude vyskytovat ve formě mikroorganismů (bakterií), které získávají energii redukcí oxidu uhličitého na metan, který by se mohl dostat do atmosféry. Takový život může existovat třeba hluboko pod povrchem, kde by byl chráněn před krutými vnějšími podmínkami. Metan má tu vlastnost, že se velmi rychle chemicky rozkládá. Pokud bude v atmosféře zjištěn, je zřejmé, že musí být zajištěn jeho stálý přísun. Zdrojem metanu by mohla být biologická aktivita. Podobně je tomu na Zemi, kde prakticky veškerý metan v atmosféře "mají na svědomí" živé organismy. Metan vzniká např. ve střevech přežvýkavců, produkují ho termiti, anaerobní bakterie, rašeliniště a hnilobné procesy. Metan zjištěný v atmosféře Marsu může pocházet i z velmi vzdáleného zdroje, nicméně s velkou pravděpodobností by souvisel s biologickou činností.

Při analýze plynů lze rozlišit mezi dvěma stabilními izotopy uhlíku - ¹²C a ¹³C. Při biologických procesech se přednostně využívá lehčí izotop. Poměr těchto dvou izotopů ve sloučenině oproti normálnímu přírodnímu stavu tedy může indikovat, že sloučenina vznikla biologickou cestou (např. fotosyntézou, metanogenezí). Podle fyzikálních zákonů se procesy tvorby sloučenin uskutečňují snadněji a rychleji s lehčími izotopy. Platí to pro látky vzniklé při srážení roztoků atmosférického CO₂ ve vodě - minerály jsou bohatší na uhlík 12 - a ještě ve větší míře pro organické molekuly mající původ v činnosti živých organismů. Je tedy velký rozdíl v zastoupení izotopů ¹²C a ¹³C u sloučenin vzniklých biologickou a nebiologickou cestou.

Pomocí GAP a v součinnosti s rentgenovým spektrometrem lze rovněž určovat stáří hornin principem měření obsahu ⁴⁰K, který se časem rozpadá na ⁴⁰Ar.

Kamery

Modul Beagle 2 nese tři kamery:

• stereoskopický pár kamer instalovaný na mechanické ruce má snímat panoramatické záběry na krajinu kolem místa přistání a monitorovat činnost během odebírání vzorků;
• jedna z těchto kamer je vybavena zrcátkem, umožňujícím získat první širokoúhlý pohled na povrch Marsu brzy po přistání, aniž by se muselo manipulovat s robotickou rukou, později se bude zrcátko používat k pozorování "krtka" v nosné trubce;
• třetí kamera je součástí mikroskopu neseného mechanickou rukou a který bude zkoumat čerstvě očištěný povrch kamenů - mikroskop má rozlišení 4 µm a snímá objekty v několika vlnových délkách.

Za provoz kamer odpovídá Mullard Space Science Laboratory z University of London (Velká Británie), která dodala mechanickou část zařízení. Optickou a elektronickou část poskytla firma CSEM, Neuchatel (Švýcarsko), mikroskop byl vyvinut v Max Planck Intitut für Aeronomie, Lindau (Německo). Software pro sestavení 3D modelu místa přistání vytvořil Joanneum Research Institute, Graz (Rakousko).

Odběr vzorků

Přistávací místo pro Beagle 2 naznačuje, že se jednalo o území v minulosti zaplavené velkými vodními plochami. Vzorky půdy mají být odebírány dálkově ovládaným zařízením - krtkem - z hloubky pod silně zoxidovanou povrchovou vrstvou. Nejlepší místo pro odběr ale je území dodatečně chráněné velkým balvanem, o kterém se dá předpokládat, že se po geologicky významnou dobu prakticky nepřemisťoval.

Druhým způsobem odběru vzorků je z nitra kamenů vrtákem na robotické ruce.

Spektrometry

Modul Beagle 2 je vybaven (kromě hmotového spektrometru v souboru GAP) dvěma dalšími spektrometry:

• Mössbauerův spektrometr vyrobený University of Mainz (Německo);
• rentgenový spektrometr dodaný University of Leicester (Velká Británie).

Mössbauerův spektrometr má poskytnout informace o původu vzorků minerálů měřením dopplerovského posunu gama paprsků emitovaných stacionárním cílem bombardovaným zdrojem gama záření vznikajícího rozpadem ⁵⁷Co na ⁵⁷Fe. Tento druh spektrometru je zvláště vhodný pro měření sloučenin železa, u kterých se dá určovat stupeň oxidace.

Rentgenový detektor slouží k měření prvkového složení vzorku, které vyplývá ze zjištěného energetického spektra paprsků X vznikajících bombardováním vzorku radiací buď ze zdroje ¹⁰⁹Cd nebo ⁵⁵Fe. Hlavním účelem měření je určování obsahu draslíku, který slouží k odhadu stáří hornin. Lze měřit i obsah ostatních hlavních prvků (Mg, Al, Si, Ca, Ti, Cr, Mn a Fe).

Detektory vnějšího prostředí

Pro měření podmínek na povrchu Marsu a klimatických podmínek je přistávací aparát vybaven souborem sedmi senzorů dodaných University of Leicester a Space Science Research Group of PSSRI (Velká Británie). Jsou to:

• detektor ultrafialového záření měřící v rozsahu 200 až 400 nm;
• MAOS - zařízení schopné identifikovat a kvantifikovat oxidanty v atmosféře;
• senzor měřící celkovou radiační dávku, které je povrch vystaven z dopadajících slunečních protonů a kosmických paprsků o vysoké energii;
• termočlánky měřící variace teploty vzduchu s přesností ±0.05 K;
• manometr měřící tlak vzduchu s přesností 0.01 mPa;
• přístroj měřící rychlost (přesnost 0.1 m/s) a směr (přesnost 5°) větru;
• detektor, který měří hybnost, směr a četnost dopadajícího prachu.

Další přístroj, tříosý akcelerometr, zaznamenává podmínky při sestupu aparátu atmosférou a dodatečně poskytuje informaci o stavu atmosféry ve velkých výškách.

Obrazy a zvuky na Marsu

Název Beagle 2 obdržela také hudební kompozice složená speciálně na počest projektu britskou rockovou skupinou Blur. Skladba se stane rovněž znělkou, kterou se bude volat přistávací aparát a kterou by měl odvysílat zpět na Zemi po přijetí signálu jako znamení úspěšného přistání.

Ke kalibraci obrazu z kamer a spektrometrů má sloužit zmenšenina obrazu, který vytvořil Damien Hirst. Obraz je tvořen soustavou barevných terčů, podle kterých se má seřídit zobrazení televizních kamer společně s filtry pro různé vlnové rozsahy.

Ochrana planety

Přistávací aparát Beagle 2 spadá pod ustanovení mezinárodní směrnice "Opatření k ochraně planet při robotických misích mimo Zemi" - kategorie IV.A a podle ní nesmí mít v době startu více než 300 spor na 1 m² povrchu a celkově více než 3x10⁵ spor. Minimalizace množství pozemských mikroorganismů na palubě modulu je důležitá nejen kvůli zavlečení pozemských forem života na Mars ale také kvůli věrohodnosti měření prováděných k detekci místního života. Přístroje by mohly falešně signalizovat přítomnost organických látek na povrchu Marsu, zatímco by vlastně měřily černé pasažéry, které si Beagle 2 přivezl ze Země.

Přistávací modul je před letem sterilizován. Bohužel citlivé přístroje a elektronika nedovolují užití standardní metody spočívající v suchém ohřevu na 111 až 125°C po dobu 35 až 50 hodin. Proto jsou použity kombinace jiných způsobů. Je zkoušena sterilizace ozařováním gama paprsky nebo vystavením účinku plynů či plynného plazmatu. Po každé metodě je ověřována účinnost likvidace mikroorganismů a neporušenost a funkčnost sterilizovaného zařízení.

Fotogalerie

Fotogalerie obsahuje celkem 7 obrázků, nejnovější byl přidán 2003-12-27.

Reakce čtenářů (číst/přidat)

Počet reakcí: 6
Poslední: 2007-06-22 16:10:00

Verze pro tisk