Ne ofte okazas ke oni lanĉas tute novan tipon de esplorilo en la kosmon, sed ĉi-momente NASA pene laboras por realigi du helikopterojn, kiuj flugos tra aliaj atmosferoj en la Sunsistemo, nome tiuj de Marso kaj Titano.

Marso

En 2020 NASA planas sendi novan roboton al Marso, kies nomon ankoraŭ estas elektota. Je la unua vido, la robota aŭto multe aspektas kiel la Curiosity-esplorveturilo, sur kiu ĝia dezajno estas bazita. Ĝi uzos la saman sistemon por surgrundiĝi kaj havas multajn partojn, kiujn ankaŭ Curiosity havas. Kompreneble, tio ne signifas ke ĝi estas ekzakta kopio. Multaj el ĝiaj partoj estas plibonigitaj, kio ebligas al ĝi surgrundiĝi en malpli perfektaj lokoj kaj pli bone elteni la kondiĉojn sur Marso. Ĝi ankaŭ ricevis novajn instrumentojn, inter kiuj estas aro de etaj tuboj, kiujn ĝi povas plenigi per materialo, kiun ĝi kolektos per sia borilo. La plano estas ke la roboto lasos tiujn tubojn en specifaj lokoj, por ke alia misio povu preni ilin de la surfaco en la estonteco kaj reporti ilin al la Tero. Tiel sciencistoj povus rekte analizi la enhavon de la tuboj en laboratorio, per teĥnikoj, kiujn la roboto ne povas uzi sur Marso. Oni ankoraŭ ne ricevis fonduson por konstrui rakedon, kiu reiru por preni tiujn tubojn, sed oni volis jam havi la tubojn tie por la estonteco.

Artista interpreto de la nova esplorveturilo, NASA/JPL-Caltech

Oni elektis interesan lokon por fari la esploradon. La veturilo surgrundiĝos en la Jezero-kratero. Tiu kratero formiĝis kiel la rezulto de granda kolizio kaj estis plena je akvo dum longa tempo. La formo de la surfaco montras kie la antikva rivero fluis, kiu plenigis la lagon. Pro tio ke la lago estis konstante malseka dum longa tempo, ĝi povus kaŝi indikojn pri la geologia historio de Marso kaj ĉu la planedo surhavis vivaĵojn pasintece. Se ĉio iros laŭplane, la veturilo iros de la lago al la riverdelto kaj poste al la flanko de la kratero.

Jezero-kratero (falsaj koloroj), NASA

Kvankam la veturilo estas jam tre impona kaj interesa en si mem, ĝi ne vojaĝos sole. Ĝi kunportos etan helikopteron, kiun ĝi metos sur la surfacon. La inĝenieroj malantaŭ la misio konscias pri tio ke preni helikopteron al alia planedo estas granda risko. Krom balonojn, oni neniam flugigis aviadilon en alia atmosfero kaj tiu de Marso estas malfacila komenco. La atmosfero de Marso estas tiom maldensa kiel tiu de la Tero je alteco de pli ol 30km. Tio estas specife zorgiga kiam oni konsideras ke la plej altaj helikopteraj flugoj surtere atingas ĉirkaŭ 12km kaj la plej altaj aviadilaj flugoj atingas ĉirkaŭ 26km. La inĝenieroj faris ĉion por prepari la helikopteron, sed ĝi restas eksperimento. Tial oni elpensis la mision tiel, ke la veturilo povas funkcii sendepende de la helikoptero. La inĝenieroj esperas tamen, ke estontece helikopteroj povus ludi multe pli gravan rolon en la esplorado de Marso.

La flugpreta helikoptero, NASA/JPL-Caltech

Ke la atmosfero de marso estas tiom maldensa estas malbona por helikopteroj. Por resti en la aero*, la helikoptero devas puŝi aeron suben kaj tio nur eblas kiam ĝi havas sufiĉe da aero por puŝi. Unue, ĝiaj rotoroj povas rondiri pli ol 2800 fojojn en minuto. Aldone, ili estas sufiĉe grandaj, kun diametro de 1,2m. Ambaŭ tiuj faktoroj estas limigitaj de la rapideco de sono. La pintoj de la rotoroj iras plej rapide, do se la rotoroj estas tro longaj, aŭ se ili iras tro rapide, la pintoj trairos tra la sonbarilo, kio severe malstabiligas la tutan helikopteron. La helikoptero havas du rotorojn, kiuj ambaŭ havas du padelojn. Tio necesas, pro tio ke rotoro puŝas reen kiam oni turnas ĝin, kio povas turni la helikopteron. Por ke la helikoptero restu fiksa, oni do uzas duan rotoron, kiu rotacias en la mala direkto. Tiumaniere la flankaj fortoj nuligas unu la alian, ĝis nur forto supren restas. Se la helikoptero bezonas ŝanĝi sian direkton, tio eblas per turni siajn padelojn ritme, tiel ke ili trafas pli da aero, ĉiam en la sama loko.

*Mi uzas la vorton aero por simpleco ĉi tie. La atmosferoj de aliaj objektoj en la Sunsistemo havas malsamajn gasojn, premojn kaj temperaturojn kaj ne estas spireblaj por homoj.

Kvankam la atmosfero de Marso povas esti ĝena, la gravito de Marso fakte multe helpas. Ĝi estas nur triono de tiu de la Tero, do ĉio estas malpli peza. Malgraŭ tio, oni tamen faris ĉion por igi la helikopteron kiel eble malplej peza. Ĝi devas kunporti sunpanelon, la rotorojn kaj motoron, la kruretojn, bateriojn kaj ĉiuj sistemoj por aŭtomate konduki ĝin kaj varmigi ĝin dum la nokto. Oni elektis kiel eble plej malpezajn materialojn kaj igis la tutan maŝinon kiel eble plej eta, kio rezultis je maso de malpli ol 2kg. Teorie ĉio devus funkcii, sed kompreneble oni ne sendu tiom multekostan projekton al alia planedo sen unue testi ĝin. Se oni testus ĝin en la Tera atmosfero, ĝi verŝajne ne funkcius, pro tio ke ĝi estis kreita por la maldensa atmosfero de Marso. Flugi ĉi tie estus kiel naĝi en mielo al ĝi. Tial oni devis kiel eble plej bone simuli Marson en la laboratorio. Oni testis la helikopteron en sufiĉe granda ĉambro, de kiu oni povis forpumpi la aeron por simuli maldensajn atmosferojn. Aldone, oni volis simuli la Marsan graviton, sed oni kompreneble ne povas malfortigi la graviton de la Tero. Tiun problemon oni solvis per pendigi la helikopteron de ŝnuro. Oni povis kontraŭlabori la graviton tre ekzakte per tiri la ŝnuron per la ĝusta forto. Malgraŭ ĉio, kio povus fiaskiĝi, la finprodukto funkciis tre kontentige. Nun ĝi bezonas nur travivi vojaĝon al Marso.

La ĉambro, en kiu oni testis la helikoptero, NASA/JPL-Caltech

Kiam la veturilo surgrundiĝos en februaro de 2021, ĝi metos la helikopteron sur la grundon kaj iom forveturos. Poste la helikoptero vekiĝos kaj atendos signalon de la veturilo. Ĝiaj flugoj okazos ĉefe ĉirkaŭ tagmezo, kiam ĝi havis tempon por plenigi siajn bateriojn kaj la atmosfero ankoraŭ ne iĝis tro varma, ĉar la varmo igus la aeron malpli densa kaj instigus la venton. Pro la distanco inter la Tero kaj Marso, oni ne povos rekte konduki la helikopteron. Ĝi uzos mezurilojn kaj kameraojn por estimi aferojn kiel sian altecon kaj rapidon, por ke ĝi povu tute sendepende esplori la planedon kun kiel eble malplej da komandoj. Espereble la helikoptero iĝos sukceso, ĉar jam estas planoj por pli grandaj helikopteroj, kiuj povas kunporti sciencajn instrumentojn kaj redifini la limojn de tio, kion esplorrobotoj povas atingi.

Titano

Dum la marshelikoptero ankoraŭ ne estis lanĉita, NASA jam rigardas aliajn celojn, kiujn ĝi povas esplori per helikopteroj. Unu el la plej interesaj astroj en tiu kategorio ne estas planedo, sed luno. Titano estas la plej granda luno de Saturno kaj la sola luno en la Sunsistemo kun densa atmosfero. Malgraŭ tio ke Titano estas multe malpli granda ol la Tero, ĝia atmosfero havas pli da maso kaj la premo sur la surfaco estas ĉirkaŭ 1,5 fojojn tiom granda kiel tiu de la Tero. Same kiel tiu de la Tero, la atmosfero de Titano konsistas ĉefe el nitrogeno, sed ĝi ne enhavas oksigenon aŭ akvon. Anstataŭe, ĝi enhavas metanon kaj aliajn organikajn ĥemiaĵojn, kiuj kreas tre interesan vetersistemon. Pro la alta premo kaj malalta temperaturo, metano kaj etano povas ekzisti kiel likvaĵo sur la surfaco. La Cassini-Huygens-misio konfirmis ke sub la netravidebla atmosfero fakte ekzistas relative grandaj lagoj el metano kaj etano kaj ke Titano havas kompleksan veteron kun metannuboj kaj pluvo kaj multaj aliaj fenomenoj, kiuj estas kompareblaj al tio, kion akvo faras sur la Tero. Krom tiuj interesaj veterfenomenoj, ankaŭ la ĥemio de la Luno multe interesas sciencistojn. Titano surhavas multe da karbono, kiu estas la bazo de organikaj molekuloj. Sciencistoj volas scii kiaj ĥemiaĵoj estas kreitaj sub la kondiĉoj de Titano kaj specife ĉu ĝi havas simplajn biologiajn molekulojn kiel aminoacidojn. Tio ne rekte signifus ke Titano surhavas vivantajn organismojn, sed povas kaŝi indikojn pri la origino de la vivo surtere.

Titano, NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

NASA decidis esplori Titanon pli detale per sendi helikopteron Dragonfly (libelo) al ĝia surfaco. Laŭ la plano, ĝi estos lanĉita en 2026 kaj alvenos 8 jarojn poste. Titano estas tute malsama ol Marso, do ankaŭ la dezajno estu malsama. Pro la densa atmosfero kaj malforta gravita kampo de Titano, Dragonfly povas esti multe pli peza kaj ne bezonas tiom grandajn rotorojn. Ĝi havos 8 duoblajn rotorojn en kvadrato, same kiel komerca droneo. Ĉiu rotoro havos diametron de 1m kaj se unu el ili rompiĝas, la aliaj povas kompensi tion. La maso de helikoptero estos ĉirkaŭ 450kg, sed kompreneble ĝi estos malpli peza sur Titano.

Komputile kreita bildo de Dragonfly, NASA/JHU-APL

Dragonfly ne estos akompanata de alia esplorveturilo kaj la Cassini-sondilo estis detruita en la atmosfero de Saturno, do kiam Dragonfly alvenos, ĝi estos tute sola. Tio estas problemo, pro tio ke Titano estas longe for de la Tero kaj la energio, kiun oni bezonas por sendi datumojn al la Tero kreskas ege rapide kiam la distanco kreskas. Kompreneble la flugado kaj ĉiuj aliaj sistemoj ankaŭ bezonas multe da energio, kio signifas ke la helikoptero bezonos bateriojn. La baterioj konservos sufiĉe da energio por flugi dum kelkaj horoj kaj zume atingi dekojn da kilometroj, sed la helikoptero verŝajne flugos je malpli longaj, pli sekuraj distancoj kaj surgrundiĝos por fari sciencon. Ĝi reŝarĝos la bateriojn dum la Titanaj noktoj, kiuj daŭras 192 horojn. Pro la distanco de la suno kaj la malklara atmosfera, sunpaneloj ne havus multe da senco, do Dragonfly uzos generilon, kiu produktas elektron per la varmo, kiu eskapas de radioaktivaj materialoj. Tiaj sistemoj jam bone pruvis sin en aliaj misioj, kiuj iris al la eksteraj partoj de la sunsistemo kaj de Curiosity.

Por fari sian sciencon, Dragonfly uzos malsamajn instrumentojn. Ĝi fotos la surfacon per kamerao, kio ne nur estas science interesa, sed ankaŭ tre bela, kaj ĝi havos ĉiajn mezurilojn por akcelo kaj tiel plu, kiujn ĝi uzas ankaŭ por navigado. Aldone, ĝi uzos borilon kaj ĥemiajn analizilojn por observi la supran tavolon de la surface. Por lerni pli pri la interno de la luno, ĝi povos mezuri ŝokojn en la grundo per seismografo. Se Dragonfly mezuros tremojn, tio estos tre interesa, ĉar oni observis ke la surfaco de Titano malrapide ŝoviĝas, kvazaŭ ĝi kuŝas sur likva subsurfaca oceano. Per pli bonaj mezuroj, sciencistoj povos krei pli bonajn modelojn de la interno de Titano por konfirmi tion kaj mezuri kiom dika la krusto fakte estas.

Ĉi tiuj du novaj misioj ne estas interesaj nur pro la datumoj, kiujn ili donos al ni, sed ankaŭ pro la progreso, kiun ili montras. La marsmisio kaj multaj el la sciencaj instrumentoj kaj la elektra generilo sur Dragonfly estas bazitaj interalie sur la Curiosity misio. La informoj pri la atmosfero kaj surfaco de Titano, kiujn inĝenieroj bezonis por dezajni Dragonfly venas ĉefe de la Huygens-surgrundiĝilo, kiu kuniris kun la Cassini-Huygens-misio. Tio montras ke kiam oni solvas multajn problemojn por unu misio, oni ne bezonas solvi ilin denove por alia. La lanĉado de helikopteroj al eksterteraj atmosferoj estas tre riska eksperimento, sed ĝi estas tre valora. Se ĉio iras bona, aŭ eĉ se ĉio fuŝiĝas, oni povas lerni de tio kaj atingi eĉ pli mojosajn celojn dum la sekva misio. Nun nur necesas atendado por vidi kiajn frenezajn helikopterojn inĝenieroj ĉirkaŭ la mondo ankoraŭ elpensos.

Komputile kreita bildo de Huygens, NASA

Ĉiuj bildoj en tiu ĉi artikolo kaj la kovrilbildo estas uzataj sub la ĝenerala permeso de NASA laŭ la gvidlinioj sur la retpaĝo ĉi-sube:

https://www.nasa.gov/multimedia/guidelines/index.html