Berikut ini adalah kutipan dari buku baru saya, "Kisah Luar Biasa Dari Luar Angkasa: Pandangan di Balik Layar yang Melihat Misi Mengubah Pandangan Kita tentang Kosmos," yang akan dirilis besok, Desember. Misi robot NASA, dan kutipan ini adalah bagian 1 dari 3 yang akan diposting di sini di Space Magazine, Bab 2, "Kelilingi Mars dengan Keingintahuan." Buku ini tersedia untuk dipesan di Amazon dan Barnes & Noble.
Tujuh Menit Teror
Dibutuhkan sekitar tujuh menit untuk sebuah pesawat ruang angkasa berukuran sedang - seperti penjelajah atau pendarat robotik - untuk turun melalui atmosfer Mars dan mencapai permukaan planet. Selama menit-menit singkat itu, pesawat ruang angkasa harus melambat dari kecepatannya yang masuk sekitar 13.000 mph (20.900 kpj) untuk mendarat di hanya 2 mph (3 kpj) atau kurang.
Ini membutuhkan serangkaian acara seperti Rube Goldberg untuk berlangsung dalam urutan yang sempurna, dengan koreografi dan waktu yang tepat. Dan itu semua perlu terjadi secara otomatis melalui komputer, tanpa input dari siapa pun di Bumi. Tidak ada cara untuk memandu pesawat ruang angkasa dari jarak jauh dari planet kita, sekitar 150 juta mil (250 juta km) jauhnya. Pada jarak itu, waktu tunda sinyal radio dari Bumi ke Mars membutuhkan waktu lebih dari 13 menit. Oleh karena itu, pada saat tujuh menit keturunan selesai, semua peristiwa itu telah terjadi - atau tidak terjadi - dan tidak ada seorang pun di Bumi yang tahu. Entah pesawat ruang angkasa Anda duduk megah di permukaan Mars atau terletak di tumpukan yang jatuh.
Itulah sebabnya para ilmuwan dan insinyur dari misi ke Mars menyebutnya "Tujuh Menit Teror."
Dan dengan misi Mars Science Laboratory (MSL), yang diluncurkan dari Bumi pada November 2011, ketakutan dan kegelisahan tentang apa yang secara resmi disebut 'Masuk, Keturunan dan Mendarat' (EDL) meningkat secara eksponensial. MSL memiliki baling-baling 1 ton (900 kg), roda 6 bernama Curiosity, dan penjelajah ini akan menggunakan sistem pendaratan baru yang belum dicoba.
Sampai saat ini, semua pendarat dan penjelajah Mars telah menggunakan - dalam rangka - entri yang dipandu roket, perisai panas untuk melindungi dan memperlambat kendaraan, kemudian parasut, diikuti oleh pendorong untuk memperlambat kendaraan bahkan lebih. Keingintahuan akan menggunakan urutan ini juga. Namun, komponen terakhir yang penting mencakup salah satu perangkat pendaratan paling rumit yang pernah diterbangkan.
Dijuluki "Sky Crane," tahap roket melayang akan menurunkan rover pada kabel Vectran setinggi 66 kaki (20 meter) seperti pendaki gunung rappelling, dengan pendaratan soft rover langsung di atas rodanya. Ini semua perlu diselesaikan dalam hitungan detik, dan ketika komputer di papan merasakan touchdown, kembang api akan memutuskan tali, dan tahap turun melayang akan memperbesar kecepatan penuh untuk menabrak-mendarat jauh dari Curiosity.
Lebih rumit lagi, penjelajah ini akan mencoba pendaratan di luar dunia yang paling tepat, meletakkan di dalam kawah di sebelah gunung setinggi Gunung Rainier.
Bagian utama dari ketidakpastian adalah bahwa para insinyur tidak pernah dapat menguji seluruh sistem pendaratan secara bersamaan, secara berurutan. Dan tidak ada yang bisa mensimulasikan kondisi atmosfer yang brutal dan gravitasi yang lebih ringan yang ada di Mars kecuali di Mars sendiri. Karena pendaratan sesungguhnya akan menjadi pertama kalinya Sky Crane yang lengkap digunakan, ada pertanyaan: Bagaimana jika kabel tidak terpisah? Bagaimana jika tahap keturunan terus turun tepat di atas bajak?
Jika Sky Crane tidak berfungsi, itu akan menjadi akhir dari sebuah misi yang telah mengatasi begitu banyak hal: masalah teknis, keterlambatan, kelebihan biaya, dan kemarahan para kritikus yang mengatakan penjelajah Mars senilai 2,5 miliar dolar ini sedang mengeluarkan uang dari sisa program eksplorasi planet NASA.
Misi ke Mars
Dengan cahaya merah di langit malam hari, Mars memberi isyarat kepada para pengamat langit selama berabad-abad. Sebagai planet terdekat dengan Bumi yang menawarkan potensi untuk misi atau kolonisasi manusia di masa depan, planet ini sangat menarik di zaman eksplorasi ruang angkasa. Hingga saat ini, lebih dari 40 misi robot telah diluncurkan ke Planet Merah ... atau lebih tepatnya, lebih dari 40 misi telah berusaha.
Termasuk semua upaya AS, Eropa, Soviet / Rusia dan Jepang, lebih dari setengah misi Mars telah gagal, baik karena bencana peluncuran, kerusakan dalam perjalanan ke Mars, upaya gagal untuk menyelinap ke orbit, atau pendaratan bencana. Sementara misi baru-baru ini memiliki keberhasilan yang lebih besar daripada upaya perintis pertama kami untuk menjelajahi Mars in situ (di lokasi) para ilmuwan dan insinyur ruang angkasa hanya bercanda sebagian ketika mereka berbicara tentang hal-hal seperti 'Great Galactic Ghoul' atau 'Kutukan Mars' yang mengacaukan misi.
Tetapi ada juga keberhasilan yang luar biasa. Misi-misi awal di tahun 1960-an dan 70-an seperti pengorbit Mariner dan pendarat Viking menunjukkan kepada kita dunia yang sangat indah, meskipun tandus dan berbatu, dengan demikian memupus segala harapan 'pria hijau' sebagai tetangga planet kita. Tetapi misi kemudian mengungkapkan dikotomi: kehancuran luar biasa dikombinasikan dengan petunjuk menggoda dari masa lalu - atau mungkin bahkan hari ini - air dan aktivitas global.
Saat ini, permukaan Mars dingin dan kering, dan suasananya yang setinggi bisikan tidak melindungi planet ini dari bombardir radiasi dari Matahari. Tetapi indikasi adalah kondisi di Mars tidak selalu seperti ini. Terlihat dari orbit adalah saluran dan sistem lembah rumit yang tampaknya telah diukir oleh air yang mengalir.
Selama beberapa dekade, para ilmuwan planet telah memperdebatkan apakah ciri-ciri ini terbentuk selama periode singkat dan basah yang disebabkan oleh peristiwa bencana seperti pemogokan asteroid besar atau bencana iklim mendadak, atau jika terbentuk selama jutaan tahun ketika Mars mungkin terus-menerus hangat dan basah. Banyak bukti sejauh ini bersifat ambigu; fitur-fitur ini bisa saja terbentuk. Tetapi milyaran tahun yang lalu, jika ada sungai dan lautan, seperti halnya di Bumi, kehidupan mungkin akan bertahan.
The Rovers
Penjelajah Curiosity adalah pesawat ruang angkasa mobile keempat yang telah dikirim NASA ke permukaan Mars. Yang pertama adalah bajak 23,6 (10,6 kg) bernama Sojourner yang mendarat di dataran Mars yang tertutup batu pada 4 Juli 1997. Tentang ukuran oven microwave, Sojourner sepanjang 2 kaki (65 cm) tidak pernah dilintasi. lebih dari 40 kaki jauhnya dari stasiun pendarat dan pangkalannya. Penjelajah dan pendarat bersama-sama membentuk misi Pathfinder, yang diperkirakan berlangsung sekitar satu minggu. Sebaliknya, itu berlangsung hampir tiga bulan dan keduanya mengembalikan 2,6 gigabit data, mengambil lebih dari 16.500 gambar dari pendarat dan 550 gambar dari bajak, serta mengambil pengukuran kimia batuan dan tanah dan mempelajari atmosfer dan cuaca Mars. Ini mengidentifikasi jejak masa lalu yang lebih hangat dan lebih basah untuk Mars.
Misi itu terjadi ketika Internet baru saja mendapatkan popularitas, dan NASA memutuskan untuk mengirim gambar dari penjelajah online segera setelah mereka dipancarkan ke Bumi. Ini akhirnya menjadi salah satu acara terbesar dalam sejarah Internet muda, dengan situs web NASA (dan situs mirror diatur untuk permintaan tinggi) menerima lebih dari 430 juta hit dalam 20 hari pertama setelah pendaratan.
Pathfinder juga memanfaatkan sistem pendaratan yang tidak biasa. Alih-alih menggunakan pendorong untuk mendarat di permukaan, para insinyur membuat sistem airbag raksasa untuk mengelilingi dan melindungi pesawat ruang angkasa. Setelah menggunakan sistem konvensional dari entri berpemandu roket, pelindung panas, parasut, dan pendorong, airbag mengembang dan pendarat kepompong dijatuhkan dari 100 kaki (30 m) di atas tanah. Memantul beberapa kali melintasi permukaan Mars seperti bola pantai raksasa, Pathfinder akhirnya berhenti, kantung udara mengempis dan pendarat terbuka untuk memungkinkan bajak muncul.
Sementara itu mungkin terdengar seperti strategi pendaratan yang gila, itu bekerja dengan sangat baik sehingga NASA memutuskan untuk menggunakan versi yang lebih besar dari airbag untuk misi penjelajah berikutnya: dua penjelajah identik bernama Spirit and Opportunity. Mars Exploration Rovers (MER) kira-kira seukuran mesin pemotong rumput berkuda, dengan panjang 5,2 kaki (1,6 meter), dengan berat sekitar 400 lbs (185 kilogram). Spirit berhasil mendarat di dekat khatulistiwa Mars pada 4 Januari 2004, dan tiga minggu kemudian Peluang melambung di sisi lain planet ini. Tujuan MER adalah untuk menemukan bukti air masa lalu di Mars, dan kedua penjelajah menghantam jackpot. Di antara banyak temuan, Peluang menemukan singkapan batu purba yang terbentuk dalam air yang mengalir dan Spirit menemukan batu silika berbentuk kembang kol yang tidak biasa yang masih dipelajari oleh para ilmuwan, tetapi mereka mungkin memberikan petunjuk tentang potensi kehidupan Mars kuno.
Hebatnya, pada tulisan ini (2016) bajak Opportunity masih beroperasi, mengemudi lebih dari satu maraton (26 mil / 42 km) dan terus menjelajahi Mars di kawah besar bernama Endeavour. Namun, Spirit menyerah pada kehilangan kekuatan selama musim dingin Mars yang dingin pada tahun 2010 setelah terjebak dalam perangkap pasir. Kedua penjelajah jauh melampaui masa hidup 90 hari yang diproyeksikan.
Entah bagaimana, penemu masing-masing mengembangkan 'kepribadian' yang berbeda - atau, mungkin cara yang lebih baik untuk mengatakannya adalah orang-orang itu ditugaskan kepribadian para robot. Spirit adalah anak yang bermasalah dan ratu drama tetapi harus berjuang untuk setiap penemuan; Peluang, seorang adik perempuan yang istimewa, dan pemain bintang, karena temuan baru tampaknya mudah baginya. Semangat dan Peluang tidak dirancang untuk menjadi menggemaskan, tetapi penemu yang menawan menangkap imajinasi anak-anak dan veteran luar angkasa yang berpengalaman. Manajer proyek MER John Callas pernah menyebut penjelajah kembar "hal-hal terkutuk di Tata Surya." Ketika penemu yang berumur panjang dan berani mengatasi bahaya dan bahaya, mereka mengirim kartu pos dari Mars setiap hari. Dan Earthlings mencintai mereka karenanya.
Keingintahuan
Meskipun sudah lama menjadi daftar tugas yang harus dilakukan, kami belum menemukan cara mengirim manusia ke Mars. Kami membutuhkan roket dan pesawat ruang angkasa yang lebih besar dan lebih maju, teknologi yang lebih baik untuk hal-hal seperti mendukung kehidupan dan menumbuhkan makanan kami sendiri, dan kami benar-benar tidak memiliki kemampuan untuk mendaratkan muatan yang sangat besar yang dibutuhkan untuk menciptakan pemukiman manusia di Mars.
Tetapi sementara itu - sementara kami mencoba mencari tahu semua itu - kami telah mengirimkan robot yang setara dengan ahli geologi manusia ke Planet Merah. Curiosity rover seukuran mobil dipersenjatai dengan jajaran tujuh belas kamera, bor, sendok, lensa tangan, dan bahkan laser. Alat-alat ini menyerupai peralatan yang digunakan ahli geologi untuk mempelajari batuan dan mineral di Bumi. Selain itu, penjelajah ini meniru aktivitas manusia dengan mendaki gunung, makan (secara kiasan), melenturkan lengan (robot), dan mengambil foto narsis.
Ahli geologi robot keliling ini juga merupakan laboratorium kimia bergerak. Sebanyak sepuluh instrumen pada bajak membantu mencari karbon organik yang mungkin menunjukkan bahan baku yang dibutuhkan oleh kehidupan, dan "menghirup" udara Mars, mencoba mencium bau jika gas seperti metana - yang bisa menjadi tanda kehidupan - hadir. Lengan robot Curiosity membawa pisau gadget Swiss Army: kamera seperti lensa yang diperbesar, spektrometer untuk mengukur unsur-unsur kimia, dan bor untuk memuat di dalam batu dan memberi sampel ke laboratorium bernama SAM (Contoh Analisis di Mars) dan) dan CheMin (Kimia dan Mineralogi). Laser ChemCam dapat menguapkan batuan dari jarak 23 kaki (7 meter), dan mengidentifikasi mineral dari spektrum cahaya yang dipancarkan dari batuan yang hancur. Stasiun cuaca dan monitor radiasi melengkapi perangkat di papan.
Dengan kamera dan instrumen ini, penjelajah menjadi mata dan tangan bagi tim internasional yang terdiri dari sekitar 500 ilmuwan yang membumi.
Sementara penemu Mars sebelumnya menggunakan array surya untuk mengumpulkan sinar matahari untuk kekuasaan, Curiosity menggunakan RTG seperti New Horizons. Listrik yang dihasilkan dari RTG berulang kali memberi daya pada baterai lithium-ion yang dapat diisi ulang, dan panas RTG juga disalurkan ke sasis penjelajah untuk menjaga elektronik interior tetap hangat.
Dengan ukuran dan berat Curiosity, sistem pendaratan airbag yang digunakan oleh penemu sebelumnya adalah mustahil. Seperti yang dijelaskan oleh insinyur NASA Rob Manning, "Anda tidak dapat memantulkan sesuatu sebesar itu." Sky Crane adalah solusi berani.
Misi Curiosity: mencari tahu bagaimana Mars berevolusi selama miliaran tahun dan menentukan apakah Mars dulunya - atau bahkan sekarang - mampu mendukung kehidupan mikroba.
Sasaran Curiosity untuk eksplorasi: para ilmuwan gunung Mars setinggi 3,4 mil (5,5 km) menyebutnya Mt. Tajam (secara resmi dikenal sebagai Aeolis Mons) yang berada di tengah Kawah Gale, sebuah cekungan berdiameter 96 mil (155 km).
Gale dipilih dari 60 situs kandidat. Data dari pesawat ruang angkasa yang mengorbit menentukan bahwa gunung itu memiliki puluhan lapisan batuan sedimen, mungkin dibangun selama jutaan tahun. Lapisan-lapisan ini dapat menceritakan kisah sejarah geologis dan iklim Mars. Selain itu, baik gunung dan kawah tampaknya memiliki saluran dan fitur lainnya yang terlihat seperti diukir oleh air yang mengalir.
Rencananya: MSL akan mendarat di bagian kawah yang lebih rendah dan lebih rata dan dengan hati-hati bergerak ke atas menuju gunung, mempelajari setiap lapisan, pada dasarnya melakukan tur ke zaman sejarah geologi Mars.
Bagian tersulit akan sampai di sana. Dan tim MSL hanya punya satu kesempatan untuk memperbaikinya.
Malam Pendaratan
Pendaratan Curiosity pada tanggal 5 Agustus 2012 adalah salah satu peristiwa eksplorasi ruang angkasa yang paling dinanti dalam sejarah baru-baru ini. Jutaan orang menonton acara yang dibuka secara online dan di TV, dengan umpan media sosial penuh dengan pembaruan. Umpan NASA TV dari kontrol misi JPL disiarkan langsung di layar di Time Square New York dan di tempat-tempat di seluruh dunia yang menjadi tuan rumah 'pesta pendaratan.'
Tapi pusat aksi berada di JPL, tempat ratusan insinyur, ilmuwan, dan pejabat NASA berkumpul di Fasilitas Operasi Penerbangan Luar Angkasa JPL. Tim EDL - semuanya mengenakan kemeja polo biru muda yang serasi - memantau konsol komputer di kontrol misi.
Dua anggota tim menonjol: Pimpinan tim EDL Adam Steltzner - yang memakai rambutnya di pompadour seperti Elvis - mondar-mandir di antara barisan konsol. Direktur Penerbangan Bobak Ferdowski mengenakan bintang olahraga dan garis-garis yang rumit dan Mohawk. Jelas, pada abad kedua puluh satu, tatanan rambut eksotis telah menggantikan kacamata hitam dan pelindung saku tahun 1960 untuk insinyur NASA.
Pada saat pendaratan, Ashwin Vasavada adalah salah satu ilmuwan terlama di tim misi, setelah bergabung dengan MSL sebagai Deputi Ilmuwan Proyek pada tahun 2004 ketika bajak sedang dibangun. Saat itu, sebagian besar pekerjaan Vasavada bekerja dengan tim instrumen untuk menyelesaikan tujuan instrumen mereka, dan mengawasi tim teknis untuk membantu mengembangkan instrumen dan mengintegrasikannya dengan bajak.
Masing-masing dari sepuluh instrumen terpilih membawa tim ilmuwan, jadi dengan insinyur, staf tambahan, dan siswa, ada ratusan orang yang menyiapkan bajak untuk diluncurkan. Vasavada membantu mengoordinasikan setiap keputusan dan modifikasi yang mungkin memengaruhi sains akhirnya yang dilakukan di Mars. Namun, selama pendaratan, yang bisa ia lakukan hanyalah menonton.
"Saya berada di kamar sebelah ruang kontrol yang sedang ditampilkan di TV," kata Vasavada. "Untuk pendaratan, tidak ada yang bisa saya lakukan kecuali menyadari delapan tahun terakhir dalam hidup saya dan seluruh masa depan saya semua menunggangi tujuh menit dari EDL."
Ditambah lagi, fakta bahwa tidak ada yang tahu nasib penjelajah yang sebenarnya sampai 13 menit setelah fakta karena waktu tunda radio menyebabkan perasaan tidak berdaya bagi semua orang di JPL.
"Meskipun saya duduk di kursi," Vasavada menambahkan, "Saya pikir saya secara mental meringkuk dalam posisi janin."
Ketika Curiosity melaju lebih dekat ke Mars, tiga pesawat ruang angkasa veteran lainnya yang telah mengorbit planet ini bergerak ke posisi untuk dapat mengawasi MSL pendatang baru saat ia mengirimkan informasi tentang statusnya. Pada awalnya, MSL berkomunikasi langsung ke antena Deep Space Network (DSN) di Bumi.
Untuk membuat telemetri dari pesawat ruang angkasa seefisien mungkin selama EDL, Curiosity mengirimkan 128 nada sederhana namun berbeda yang menunjukkan kapan langkah-langkah dalam proses pendaratan diaktifkan. Allen Chen, seorang insinyur di ruang kontrol mengumumkan masing-masing ketika mereka datang: satu suara menunjukkan pesawat ruang angkasa memasuki atmosfer Mars; yang lain memberi isyarat pendorong menembak, memandu pesawat ruang angkasa menuju Gale Crater. Tepuk tangan dan senyum tentatif datang dari tim di Mission Control pada nada awal, dengan emosi meningkat ketika pesawat ruang angkasa bergerak semakin dekat dan lebih dekat ke permukaan.
Di tengah-tengah turun, MSL pergi di bawah cakrawala Mars, membuatnya keluar dari komunikasi dengan Bumi. Tetapi tiga pengorbit - Mars Odyssey, Mars Reconnaissance Orbiter dan Mars Express - siap untuk menangkap, merekam, dan menyampaikan data ke DSN.
Dengan mulus, nada terus datang ke Bumi saat setiap langkah pendaratan berlanjut dengan sempurna. Parasut dikerahkan. Perisai panas turun. Sebuah nada menandakan tahap turun membawa rover melepaskan parasut, yang lain menunjukkan penerbangan bertenaga dan turun ke permukaan. Nada lain berarti Sky Crane mulai menurunkan bajak ke permukaan.
Sebuah nada tiba, menunjukkan roda Curiosity menyentuh permukaan, tetapi bahkan itu tidak berarti berhasil. Tim harus memastikan manuver langit-langit Sky Crane berhasil.
Kemudian, terdengar nada yang mereka tunggu: "Touchdown dikonfirmasi," bersorak Chen. "Kami aman di Mars!"
Pandemonium dan kegembiraan meletus dalam kendali misi JPL, di lokasi pesta pendaratan, dan di media sosial. Tampaknya dunia dirayakan bersama pada saat itu. Pembengkakan biaya, keterlambatan, semua hal negatif yang pernah dikatakan tentang misi MSL tampaknya menghilang dengan kemenangan pendaratan.
"Selamat datang di Mars!" Direktur Jet Propulsion Laboratory, Charles Elachi mengatakan pada konferensi pers setelah pendaratan dramatis, “Malam ini kami mendarat, besok kami mulai menjelajahi Mars. Keingintahuan kami tidak memiliki batas. ”
"Tujuh menit sebenarnya berjalan sangat cepat," kata Vasavada. “Sudah berakhir sebelum kita menyadarinya. Kemudian semua orang melompat-lompat, meskipun sebagian besar dari kita masih memproses sehingga berjalan dengan sangat sukses. ”
Bahwa pendaratan berjalan sangat baik - memang sempurna - mungkin sebenarnya mengejutkan beberapa tim di JPL. Sementara mereka telah berlatih pendaratan Curiosity beberapa kali, sungguh, mereka tidak pernah bisa mendaratkan kendaraan dalam simulasi mereka.
"Kami mencoba melatihnya dengan sangat akurat," kata Vasavada, "sehingga semuanya selaras - baik telemetri yang telah kami simulasi yang akan datang dari pesawat ruang angkasa, bersama dengan animasi real-time yang telah dibuat. Itu adalah hal yang cukup rumit, tetapi tidak pernah benar-benar berhasil. Jadi pendaratan yang sebenarnya dan aktual adalah pertama kalinya semuanya bekerja dengan baik. "
Keingintahuan itu diprogram untuk segera mengambil gambar sekitarnya. Dalam dua menit pendaratan, gambar pertama dipancarkan ke Bumi dan muncul di layar tampilan di JPL.
"Kami telah mengatur waktu pengorbit untuk terbang selama pendaratan, tetapi tidak tahu pasti apakah tautan relai mereka akan bertahan cukup lama untuk menurunkan gambar awal," kata Vasavada. “Foto-foto pertama itu cukup usang karena sampul pelindung masih ada di kamera dan pendorong telah menendang banyak debu di sampulnya. Kami tidak bisa benar-benar melihatnya dengan baik tetapi kami masih melompat-lompat karena ini adalah gambar dari Mars. "
Hebatnya, salah satu foto pertama menunjukkan persis apa yang dikirim bajak untuk dipelajari.
“Kami mendarat dengan kamera pada dasarnya menghadap langsung ke Mt. Tajam, ”kata Vasavada, menggelengkan kepalanya. “Dalam gambar HazCam (kamera bahaya), tepat di antara roda, kami memiliki bidikan yang indah ini. Di sana ada gunung. Itu seperti pratinjau seluruh misi, tepat di depan kita. ”
Besok: Bagian 2 dari "Keliling Mars Dengan Keingintahuan," dengan 'Hidup di Mars Waktu' dan 'Penemuan'
“Kisah-kisah Luar Biasa Dari Luar Angkasa: Pandangan di Balik Layar tentang Misi yang Mengubah Pandangan Kita tentang Kosmos” diterbitkan oleh Page Street Publishing, anak perusahaan Macmillan.
