Από τότε που οι άνθρωποι κατοικούσαν σε σπηλιές, κοιτάζοντας τις λάμψεις στον νυχτερινό ουρανό, δεν σταματήσαμε ποτέ να αναρωτιόμαστε για τα μυστήρια του σύμπαντος. Ο εγκέφαλός μας, φτιαγμένος από το ίδιο αστρικό υλικό, αναζητά απαντήσεις σε ερωτήματα θεμελιώδη για την ίδια μας την ύπαρξη. Αυτή η επιθυμία να μάθουμε το γιατί, πού και πώς, συγκρατείται μόνο από τους περιορισμένους πόρους που διαθέτουν οι κυβερνήσεις σε αυτήν την αναζήτηση. Οι περιορισμοί του προϋπολογισμού επιτρέπουν μόνο μια χούφτα διαστημόπλοια, που διασχίζουν το ηλιακό σύστημα κάθε δεκαετία. Έτσι, οι κόσμοι που μπορεί να μας δώσουν όλες τις απαντήσεις στο πώς και γιατί ήμασταν, βρίσκονται για πάντα σε απόσταση αναπνοής, αλλά ποτέ δεν τους έχουμε αγγίξει. Αυτό μπορεί να αλλάξει σύντομα χάρη σε μια νέα έξυπνη συσκευή που σχεδιάστηκε στο Εργαστήριο Jet Propulsion της NASA στην Πασαντένα της Καλιφόρνια.
Το SHIELD—ένα ακρωνύμιο του Simplified High Impact Energy Landing Device—είναι ένα νέο είδος εξοπλισμού προσγείωσης, που έχει σχεδιαστεί για να επιτρέπει σε διαστημόπλοια που θα μπορούσαν να προσγειωθούν σε οποιονδήποτε πλανήτη ή φεγγάρι, εφόσον έχει ατμόσφαιρα. Ο μηχανισμός το επιτυγχάνει αυτό με την απαλλαγή από τους μηχανισμούς εισόδου, καθόδου και προσγείωσης (EDL) -μερικά από τα πιο βαριά και ακριβά μέρη που απαιτούνται για να στείλει ένα ρομπότ για να μελετήσει προσεκτικά πλανήτες- και αντικαθιστώντας τα με ένα κωνικό "ακορντεόν συντριβής" ικανό να απορροφά την κινητική ενέργεια της εξαιρετικά βίαιης πρόσκρουσης στην επιφάνεια του πλανήτη. «Λειτουργεί πολύ σαν μια ζώνη "τσαλακώματος" αυτοκινήτου», όπως είπε ο διευθυντής του έργου του SHIELD, Lou Giersch, σε μια συνέντευξη σε δημοσιογράφο του Fast Company.
Αυτά τα διαστημικά οχήματα εξοπλισμένα με SHIELD θα είναι πολύ πιο ευκίνητα, απλούστερα και φθηνότερα από την τρέχουσα γενιά ρόβερ, τόσο πολύ που θα μπορούσαν να δώσουν τη δυνατότητα σε σμήνη ρομπότ να προσγειωθούν σε πλανήτες του Άρη. Αυτά τα σμήνη θα μπορούσαν να επιτρέψουν σε πιο συχνές αποστολές να εξερευνούν την ηλιακή μας γειτονιά συνεχώς, περιττά και χωρίς φόβο αποτυχίας. Εάν λειτουργήσει όπως αναμένεται, το SHIELD θα μπορούσε να είναι ο προάγγελος μιας νέας εποχής εξερεύνησης του διαστήματος.
Μια σύντομη ιστορία των συστημάτων προσεδάφισης
Ιστορικά, οι εξερευνητές της NASA έχουν χρησιμοποιήσει μια ποικιλία μεθόδων για να προσγειωθούν σε αρειανούς προορισμούς. Όλα ήταν πολύπλοκα, ακριβά και ένα λάθος μακριά από την αποτυχία. Οι αποστολές του Άρη είναι ένα τέλειο παράδειγμα αυτών των προκλήσεων. Τα διαστημόπλοια πρέπει να επιβιώσουν από την ατμοσφαιρική τριβή του πλανήτη, που θα μπορούσε να τα λιώσει καθώς επιβραδύνουν από περισσότερα από 10.000 μίλια την ώρα στο μηδέν. Στην πορεία, πρέπει να αναπτύξουν αλεξίπτωτα και οπισθορουκέτες με την ακρίβεια ενός ελβετικού ρολογιού ενώ αναζητούν μανιωδώς επίπεδο έδαφος χωρίς μεγάλους ογκόλιθους ή τρύπες όπου μπορούν να προσγειωθούν. Οι άνθρωποι δε μπορούν να πιλοτάρουν αυτά τα πράγματα. Δεν είναι περίεργο που 10 από τα 21 προσεδάφια του Άρη απέτυχαν να ολοκληρώσουν την αποστολή τους.
Το Viking 1 ήταν ο πρώτος εξερευνητής που έφτασε στον Άρη το 1980. Ήταν μια τριγωνική επιστημονική πλατφόρμα 1.261 λιβρών με τρία πόδια που είχαν διαστάσεις 6 x 12 x 10 πόδια. Χρησιμοποίησε αρχικά ένα θερμικό κέλυφος, μετά ένα αλεξίπτωτο για να το επιβραδύνει και τελικά εκτοξεύτηκε με οπισθόδρομους για να προσγειωθεί.
Δεκαεπτά χρόνια αργότερα, το ρόβερ Pathfinder των 793 λιβρών βυθίστηκε περίφημα στην ατμόσφαιρα του Άρη τυλιγμένο σε ένα κουκούλι από γιγάντιους σφαιρικούς αερόσακους. Η προστασία του ρόβερ ήταν μια κάψουλα της οποίας η κάθοδος επιβραδύνθηκε από μια σειρά εξελιγμένων σχεδιαστικών παρεμβάσεων: πρώτα, μια θερμική ασπίδα, μετά ένα αλεξίπτωτο και, τέλος, μια δέσμη ρετρορουκετών, που εκτοξεύτηκαν σε ύψος περίπου 225 πόδια πάνω από το έδαφος. Στα 100 πόδια, ο πύραυλος έκοψε τη γραμμή που συγκρατούσε το πνευματικό κουκούλι και έπεσε στην επιφάνεια του Άρη πριν αναπηδήσει 16 φορές και τελικά σταμάτησε δύο λεπτά αργότερα σε ένα τυχαίο σημείο στο Ares Vallis, ένα κανάλι εκροής του Άρη που οι επιστήμονες υποπτεύονται ότι μπορεί να έχει σμιλευτεί από νερό.
Αν και το σύστημα προσγείωσης του Pathfinder λειτούργησε, η NASA έπρεπε να σχεδιάσει μια νέα μέθοδο για να προσγειώσει το Curiosity: η μέθοδος του αερόσακου δεν θα μπορούσε να προσεδαφίσει με ασφάλεια αυτό το ρομπότ με έξι τροχούς, το οποίο είναι τόσο μεγάλο όσο ένα Volkswagen Beetle και ζυγίζει 1.982 κιλά. Το σύστημα προσγείωσης του Curiosity ήταν εκθετικά πιο περίπλοκο από οποιοδήποτε άλλο στην ιστορία της NASA. Στην πραγματικότητα, ο σχεδιασμός ήταν τόσο περίπλοκος που η διαστημική υπηρεσία έκανε ένα βίντεο που περιγράφει ακριβώς πώς θα μπορούσε να πάει πολύ στραβά - από το πρώτο στο είδος του υπερηχητικό αλεξίπτωτο μέχρι τον πλωτό ουρανογερανό που τοποθέτησε απαλά το rover στην επιφάνεια του πλανήτη . Αφού προσγειώθηκε καθαρά το όχημα στον φλοιό του Άρη, ο γερανός χρησιμοποίησε πυροτεχνικές γομώσεις για να κόψει τα καλώδια, πριν σπρωχτεί όσο πιο μακριά μπορούσε από το Curiosity.
Η διαδικασία είχε πολλαπλά πιθανά σημεία αποτυχίας, αλλά λειτούργησε: δύο φορές, στην πραγματικότητα, επαναλαμβάνοντας το κατόρθωμα με το Perseverance το 2021. Όπως είπε ο επικεφαλής μηχανικός EDL του Curiosity Adam Steltzner σε μια συνέντευξη στο JPL την επόμενη μέρα μετά την προσγείωση του rover, φαίνεται τρελό, αλλά «είναι ένα από τα μεγαλύτερα συστήματα προσγείωσης που έχει σχεδιάσει ποτέ η NASA».
Η δύναμη της απλότητας
Το SHIELD είναι απλούστερο και λιγότερο ακριβό από τα προηγούμενα συστήματα προσγείωσης της NASA, αλλά δεν είναι λιγότερο έξυπνο. Αντί να χρησιμοποιεί αλεξίπτωτα, αερόσακους, ρετρορουκέτες ή γερανούς ουρανού, ένα διαστημόπλοιο εξοπλισμένο με SHIELD θα εισέλθει σε μια ατμόσφαιρα με πλήρη ταχύτητα σε μια «τροχιά χαμηλού βαλλιστικού συντελεστή», που επιβραδύνεται μόνο από την ατμοσφαιρική τριβή. Στη συνέχεια, το διαστημόπλοιο θα προσκρούσει στην επιφάνεια των πλανητών και των φεγγαριών. Και αυτό είναι. Μόλις βρεθεί στο έδαφος, ο ανιχνευτής θα ενεργοποιήσει τα επιστημονικά του όργανα και ίσως ακόμη και να αναπτύξει ένα μικρό rover ή μια ιπτάμενη μηχανή, όπως μια πραγματική έκδοση του Imperial probe που χτύπησε την επιφάνεια του Hoth αναζητώντας επαναστάτες στο The Empire Strikes Back.
Ο Giersch λέει ότι αυτός και οι συνάδελφοί του εμπνεύστηκαν το SHIELD, ενώ εργάζονταν ως μέρος μιας ομάδας υποστήριξης στο σχεδιασμό της αποστολής Mars Sample Return (MSR), η οποία θα στείλει αρειανούς βράχους στη Γη το 2033. Το MSR lander θα πάει στον κόκκινο πλανήτη προκειμένου να πάρει τα δείγματα που πήρε το ρόβερ Perseverance και να τα στείλει στη Γη μέσα σε μια κάψουλα για ανάλυση. Αυτή η κάψουλα θα συντριβεί στη Γη. «Θα προσγειωθεί στο πεδίο δοκιμών και εκπαίδευσης [του Τμήματος Άμυνας] της Γιούτα, που είναι αυτή η πραγματικά μεγάλη περιοχή όπου το έδαφος είναι σχετικά μαλακό», λέει ο Giersch. Αρκετά μαλακό, λέει, ώστε να απορροφά την κινητική ενέργεια της μικρής κάψουλας, ώστε να μπορεί να επιβιώσει από την πρόσκρουση.
Καθώς ο Giersch και οι συνεργάτες του μελετούσαν το έδαφος της Γιούτα, άρχισαν να σκέφτονται ότι ίσως μπορούσαν να συντρίψουν επιστημονικούς ανιχνευτές σε άλλους πλανήτες. Αυτή ήταν μια τρελή ιδέα γιατί η υπόθεση ήταν πάντα ότι τα διαστημόπλοια χρειάζονται μια πολύ ήπια προσγείωση, με πολύ χαμηλή επιβράδυνση, για να διατηρήσουν τα ηλεκτρονικά και μηχανικά τους συστήματα. Αλλά, όπως λέει ο Giersch, ένα τυπικό όχημα SHIELD θα παρουσιάσει μια ξαφνική επιβράδυνση περίπου 1.000 έως 2.000 G κατά την πρόσκρουση. Αυτό είναι αρκετό για να ρευστοποιήσει έναν άνθρωπο κατά την πρόσκρουση ή να θρυμματίσει οποιαδήποτε μηχανική ή ηλεκτρονική συσκευή σε δισεκατομμύρια κομμάτια. Επιπλέον, οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν πραγματικά ποιο είδος εδάφους θα μπορούσε να συναντήσει ένα όχημα προσγείωσης σε άλλους πλανήτες. Θα μπορούσε να είναι τόσο μαλακό όσο της Γιούτα ή θα μπορούσε να είναι σκληρό.
Τότε ήταν που σκέφτηκαν την ιδέα του συστήματος απορρόφησης πρόσκρουσης. Από έξω, το σύστημα SHIELD είναι απλό και κομψό. Μοιάζει με έναν κώνο κατασκευασμένο από ομόκεντρα, κυλινδρικά μεταλλικά τμήματα φωλιασμένα το ένα πάνω στο άλλο. Το ευρύτερο τμήμα κρατά το επιστημονικό ωφέλιμο φορτίο, ενώ το πιο στενό μέρος είναι αυτό που χτυπά πρώτο τον πλανήτη. Καθώς το SHIELD προσκρούει στην επιφάνεια, αυτά τα τμήματα αρχίζουν να καταρρέουν το ένα πάνω στο άλλο, απορροφώντας και διαχέοντας την ενέργεια από τη συντριβή καθώς η δομή παραμορφώνεται. «Όταν χτυπάμε στο έδαφος, τσαλακώνεται και επιβραδύνει το όχημα, περιορίζοντας τις δυνάμεις αιχμής που υφίστανται το προσεδάφιο σε κάτι που πιστεύουμε ότι μπορούν να χειριστούν τα ηλεκτρονικά», λέει ο Giersch.
Το σύστημα λειτουργεί. «Η τελευταία δοκιμή πήγε πολύ καλά», λέει ο Giersch. «Χτύπησε στο έδαφος με ταχύτητα 131 πόδια ανά δευτερόλεπτο και απέσυρε περίπου το 98% όλης της κινητικής ενέργειας. Είχαμε προηγουμένως κάνει άλλη μια δοκιμή με μια μικρότερη έκδοση του SHIELD στα 164 πόδια ανά δευτερόλεπτο, την πλήρη προσγείωση μας στον Άρη». Μέχρι στιγμής, όλες οι δοκιμές τους έχουν βγει τέλεια.