VELIKI INTERVJU ZA INDEX

Hrvat iz NASA-ine misije: Kad-tad morat ćemo sa Zemlje otići na Mars

Hrvat iz NASA-ine misije: Kad-tad morat ćemo sa Zemlje otići na Mars
FOTO: Privatna zbirka/NASA

VIJEST da je u NASA-inoj misiji InSight, koja je u ponedjeljak sletjela na Mars, važnu ulogu odigrao i jedan hrvatski znanstvenik, s razlogom je odjeknula hrvatskim medijima. Ako uspjehe naših sportaša redovno pozdravljamo masovno i s golemom pompom, zašto ne bismo i one naših mozgova širom svijeta? A Davor Mance, koji upravo danas slavi svoj 64. rođendan, u svojoj je podužoj znanstvenoj karijeri ostvario brojne značajne uspjehe. Slijetanje InSighta na Mars tek je jedan u podužem nizu.

Zamolili smo ga stoga da nam za Index da i prikladno poduži, slavljenički intervju s više zanimljivih detalja o misiji.

Misija na kojoj ste radili uspješno je sletjela na Mars. Sigurno ste odahnuli, mada tek danas počinje provjera funkcioniranja instrumenata. Možete li nam za uvod prenijeti nešto zanimljivih osobnih dojmova, priča i zgoda vezanih uz rad na ovoj misiji?

Kod slijetanja postoje neke tradicije koje sam i ja sada prvi put doživio. Primjerice, svi ondje pijemo "vodu s Marsa", male bočice s takvom etiketom, jer želimo da se nađe voda na Marsu. Jede se kikiriki jer je čak šest misija Ranger propalo prije nego što se tijekom sedme, uspješne, sasvim slučajno, nudio kikiriki. Ako ste dobro pratili prijenos iz operativnog centra, u kadru je bilo nekoliko plastičnih bočica s kikirikijem.

Ove godine u JPL-u smo imali nekoliko treninga za operacije koje su sad pred nama, između ostalih i jednu s namjerno ubačenim anomalijama da se vidi koliko smo spremni reagirati u stresnim situacijama. Te smo namjerne simulacije grešaka uređaja zvali Gremlini jer su kao i u filmu samo stvarale probleme. Zato su na pijesku pored rezervnog landera, koji nam služi za simulacije stvarnih aktivnosti, noću namjerno ostavljane lutkice Gremlina. Svi smo mi velika djeca (smijeh).

Amerikanci su veoma praktični i pragmatični ljudi, vole humor i imaju smisla za izmišljanje zgodnih naziva za raznorazne stvari. Zbog toga često izgleda da nisu ozbiljni u poslu, što nije istina. Kod njih se svemirski projekti rade u malim koracima kako bi bili uspješni. Svaki novi instrument samo se malo dorađuje za narednu misiju. U novu misiju uvijek se ulazi s kontroliranim rizikom i u tome se vidi uspješnost njihovih misija.

Svi inženjeri i znanstvenici na projektu odjeveni su neformalno i rad je ležeran. Naravno, ozbiljnosti ne nedostaje, no ima i humora. Sve u svemu, rad nije pretjerano težak. Planirano je 10-satno radno vrijeme, vikendi će u principu biti slobodni - ne baš za sve, no postoje rotacije, a ugodna kalifornijska temperatura od +20 stupnjeva Celzijusa zimi sasvim je podnošljiva (smijeh).

Jedna od prvih fotografija koje je s Marsa poslao InSight

Manje od pola misija na Mars bilo je uspješno. Možete li objasniti zašto?

Istina je da prilični broj misija nije uspio. Najkritičnija faza uvijek je slijetanje letjelice koje traje oko 6,5 minuta od ulaska u atmosferu. Pritom treba znati da svjetlosti, a tako i eventualnim podacima koji bi se mogli odašiljati prilikom slijetanja, treba oko osam minuta da dođu do Zemlje. Zbog toga nema svrhe čekati signale kako bi se eventualno nešto korigiralo u slijetanju, jer se ionako sve završi prije nego što prvi podatak stigne do nas.

Puno toga može otkazati u tijeku automatskog slijetanja. Letjelica ulazi u atmosferu pod kosim kutom i onda se ili odbije od nje i ne završi na Marsu ili sagori pri previše naglom ulasku u atmosferu. Može se dogoditi da se termalni štit ne otkvači od letjelice ili pak da pogodi letjelicu ako se ova dovoljno ne odmakne od njega po odvajanju. Događa se i da se padobran ne otvori, ili radar koji određuje visinu letjelice bude neispravan, ili pak računalo koje upravlja radarom dobije krivi podatak kada treba isključiti rakete za kočenje. Ovo zadnje bilo je uzrokom pada jedne europske letjelice kada su se rakete isključile dok je ona još bila visoko. Također, previše kasno isključenje, kada lander već sleti, može dovesti do njegovog prevrtanja.

NASA je za ovu misiju koristila isti tip landera kao u misiji Phoenix koja je uspješno sletjela i tako ima relativnu potvrdu o uspješnom algoritmu automatskog spuštanja. Zbog veće težine instrumenata, i zato veće inercije, pojačan je temperaturni štit kako bi se lander zaštitio od viših temperatura, u ovom slučaju od oko 1500 stupnjeva Celzijusa.

Jedan od problema je to što je često teško čak i saznati zbog čega je došlo do uništenja letjelice. Zato su potrebni podaci o njezinom statusu tijekom spuštanja. Ti podaci mogu se slati samo kad je letjelica u vidnom polju orbitera, tj. njihovih antena. Položaj orbitera i letjelica teško je uskladiti bez manevriranja orbitera, a to znači dodatni gubitak goriva. Zato su ovog puta dva satelita veličine manjeg kofera, Marco-A i Marco-B, putovali iza letjelice i preusmjeravali podatke s letjelice izravno na Zemlju. Ti podaci predstavljaju status pojedinačne faze slijetanja, nešto kao crne kutije u avionima, a od neprocjenjive su važnosti, kako za spoznaje o uspješnom tako i o neuspješnom slijetanju. Poznavanje stvarnog statusa pomoći će budućim misijama, a nama je pomoglo da uživo dobijemo informacije o tijeku slijetanja. Pritom treba napomenuti da je to bilo kvazi-realno vrijeme, jer to što smo pratili preko televizije, u stvarnosti je kasnilo osam minuta. Kad je potvrđen “touchdown”, naš lander je već osam minuta bio na površini Marsa.

Jedna od uspješnih misija na Mars, a opet za seizmometar neuspješnih, bila je misija Viking koja je imala seizmometar. Problem je bio u tome da je on bio montiran na landeru i tako mjerio gibanja samog landera umjesto podrhtavanja tla. Unatoč tome što je atmosfera na Marsu rijetka, ona je ipak dovoljna da omogući postojanje vjetra koji je lagano njihao lander. Zbog rijetke atmosfere, orkanski vjetar na Marsu osjeća se kao povjetarac.

Zato će InSight uz pomoć robotske ruke spustiti seizmometar na tlo i potom ga poklopiti kupolom koja je štit protiv vjetra i temperature. To će onemogućiti udare pijeska o instrument i višestruko smanjiti temperaturne promjene, koje na Marsu, u izmjeni dana i noći, iznose oko 80 stupnjeva Celzijusa. Seizmometri se na Zemlji redovno instaliraju i izoliraju tako da je godišnja promjena temperature manja od djelića jednog stupnja. Osiguravanje performansi seizmometra na Marsu, u usporedbi s istim na Zemlji, evidentno je teška zadaća.

U laboratoriju Lockheed Martina u Denveru

Vjerujete li vi osobno da na Marsu ima života?

Pod pojmom života ubrajamo i bakterije. Koliko sam ja, kao laik, upoznat s dosadašnjim istraživanjima, vjerujem da ga ima. InSight će pomoću jednog instrumenta mjeriti temperaturne razlike do pet metara ispod površine, koristeći za to penetrator koji za sobom vuče kabel s temperaturnim senzorima. Iz tog mjerenja moći će se aproksimirati temperatura sve do Marsove jezgre, uz neku grešku, a time će se pokazati koliko topline on još uvijek isijava. To će opet ukazati na mogućnost postojanja vode u tekućem stanju pod površinom, a onda i na veću vjerojatnost postojanja mnogo kompleksnijih oblika života.

Mislite li da će ljudi uistinu hodati Marsom krajem 2030-ih, kako su najavljivali neki optimisti poput Elona Muska? Kada mislite da će to biti realno izvedivo i koje probleme za to treba riješiti?

Možda više iza 2040. Tu postoji više problema. Prvo treba riješiti pitanje zračenja jer, kad letjelica izađe iz Zemljinog elektromagnetskog štita i uđe u međuplanetarni prostor, astronauti će biti pod velikom dozom zračenja pa bi vrlo brzo mogli oboljeti od raka. Zaštita od zračenja podrazumijeva metalni oklop ili čak oklop od vode. Sve to pak povećava težinu rakete za koju je potrebno ponijeti i utrošiti veliku količinu goriva da bi se misija uopće izvukla iz Zemljine gravitacije. Zato se lansiranje na Mars planira izvesti s Mjesečeve orbitalne stanice gdje bi se također sastavila raketa. Koliko mi je poznato, pod Mjesečevom korom ima vode, a to znači da se ona može razgraditi u vodik i kisik. To pak znači da se na njemu mogu proizvesti vodik za gorivo, kisik za sagorijevanje i zrak za disanje.

Na konferenciji za novinare, nakon slijetanja InSight-a, NASA-in glasnogovornik više je puta naznačio da NASA u tu svrhu planira razviti orbitalnu stanicu koja bi kružila oko Mjeseca, zatim modul za višestruko lansiranje s Mjeseca i ponovno spuštanje na Mjesec, kao i stalnu postaju na Mjesecu.

Privatna, komercijalna industrija, posebno Space X, već je uvelike u tom biznisu i već postoje rakete koje se u kratkom vremenu mogu nekoliko puta ponovno lansirati i čiji se prvi potisni stupanj samostalno vraća na Zemlju. Kako bi se smanjili troškovi koje plaćaju porezni obveznici, NASA planira kooperaciju s privatnim industrijama.

Budući život na Marsu bit će vjerojatno pod tlom zbog zračenja ili pod specijalnim izoliranim nastambama na površini za manji broj ljudi. Bilo je diskusija o tome kako neće biti moguće izvesti „teraforming“, odnosno pretvaranje Marsove atmosfere u onu nalik na Zemlji, zbog manjka ugljičnog dioksida u njegovoj atmosferi. Naime, unatoč tome što je ugljični dioksid glavni sastojak atmosfere Marsa, atmosfera je možda prerijetka za takve potrebe.

Da bi život na Marsu bio moguć, potrebno je da bude samoodrživ. To znači da se istražuju mogućnosti kako bi se od postojećih ruda na Marsu moglo proizvoditi gorivo za rakete, zrak za disanje, materijali za gradnju itd. Radovi na koncipiranju autonomnih robota za kopanje rude po mojim su saznanjima već započeli.

Kad-tad, dio populacije morat će otići sa Zemlje na Mars za slučaj nemogućnosti obrane od udara kometa ili asteroida i time očuvanje vrste. S druge strane, neki smatraju da nema smisla trošiti tolika sredstva i trud za odlazak na Mars ako ih nismo spremni uložiti kako bismo očuvali vlastiti planet. Štoviše, mi ljudi smo toliko neobazrivi da vlastiti planet guramo u uništenje. Ako smo takvi prema svojoj Zemlji, kakvi bismo tek mogli biti prema Marsu?

Ilustracija mjerenja seizmometra

Indexova znanstvena rubrika, osobito IndexLab, ima krug čitatelja koje često zanimaju podrobniji znanstveni i tehnički detalji. Možete li za zadovoljstvo tih naših sladokusaca objasniti na kojim ste sve uređajima osobno radili za ovu misiju?

Za početak moram istaknuti da na Institutu za Geologiju na ETH-u u Zuerichu, gdje inače radim, nemamo pogodne laboratorije, dovoljno specijalizirane, klimatske i čiste, s malom razinom prašine, za proizvodnju i testiranje uređaja za svemirske misije, kao što to ima industrija, pa je logično da je u razvoj svemirskih projekata uključena industrija. Također, zakonski se za svemirske projekte industrija mora uključiti kako bi se uložena financijska sredstva, prikupljena od poreznih obveznika, uplaćena Europskoj Svemirskoj Agenciji (ESA), vratila što većem broju ljudi.

U tom smislu treba govoriti o učešću našeg instituta u ovoj misiji. Konkretno, sudjelovao sam u razvoju elektronike seizmometra koju zovemo E-Box - elektronička kutija. Da razjasnimo uloge - švicarska industrija razvila je i proizvela taj uređaj, a ETH je nadgledao razvoj i obavljao testiranje uređaja na svim nivoima integracije, sve do testiranja na landeru.

Nadgledanje podrazumijeva definiranje tehničkih zahtjeva, odnosno specifikacija za razvoj, organiziranje pregleda dokumentacije u preliminarnoj i kritičnoj fazi razvoja i analizu ponuđenih rješenja. Kako sam na ETH-u započeo rad na toj elektronici još 2000. godine, za sličnu misiju NetLander osobno sam definirao arhitekturu uređaja i konstruirao većinu električnih krugova koje je industrija kasnije prihvatila kao i onih koje smo zajedno unaprijedili.

U ovom našem malom inženjerskom timu, pored mene, kao stručnjaka za analogne krugove, radi jedan moj kolega koji je zadužen za praćenje razvoja digitalne podrške te još jedan koji je preuzeo organizaciju posla. Kao tim smo sami proizveli nekoliko varijanti kritičnih dijelova uređaja kako bismo potvrdili performanse koje su kasnije ušle u specifikaciju za industrijski razvoj. Ovaj uređaj sadrži izvor napajanja cijelog seizmometra, akvizicijsku elektroniku, tj. sklopove za mjerenje analognih signala sa senzora i pretvaranje istih u digitalne, te komunikacijski link s računalom landera, upravljanje svim sklopovima seizmometra i memoriju za pohranu podataka.

Tim s ETH u Zuerichu

Kako će oni istraživati unutrašnjost Marsa? Možete li našim čitateljima dati malo tehničkih pojašnjenja?

Pored elektronike, seizmometar kao instrument sadrži seizmičke senzore i njihovu popratnu elektroniku. Postoje dva seizmička senzora: jedan koji je proizvela francuska industrija - 3-osni senzor za niže frekvencije, i drugi koji je proizvela britanska industrija - 3-osni senzor za više frekvencije. Nadalje, kolege iz Njemačke razvili su elektroniku za upravljanje motorima i senzore nagiba platforme na kojoj su seizmički senzori montirani.

Potresi u unutrašnjost planeta ili udari meteora, pošto ne sagore jer je atmosfera Marsa mnogo rjeđa nego Zemljina, stvaraju mehaničke valove koji putuju površinom i u dubinu planeta. Pri svakoj promjeni sloja, odnosno materijala, dolazi do promjene vala i njegovog djelomičnog odbijanja. Svi tako generirani valovi stvaraju električne signale u seizmičkim senzorima koje elektronika prikuplja. Na temelju njih, geofizičari mogu postojećim softverskim metodama i alatima odrediti debljinu svih slojeva od kojih se val odbio i na taj način znati debljinu kore, plašta i jezgre planeta.

Seizmometar ili seizmograf je uređaj koji se sastoji od klatna koje je stabilizirano u odnosu na kućište uz pomoć opruge. Klatno je također opremljeno senzorom koji može precizno mjeriti pomake, odnosno njihanje klatna u odnosu na kućište i tako mjeriti veoma mala podrhtavanja kućišta. To je moguće jer klatno, zbog svoje inercije i djelovanja opruge, teži da zadrži svoju poziciju u prostoru. Ukupni hod tog senzora je ±1/4 mm. Kako bi se dodatno povećala osjetljivost senzora, na klatnu se nalazi i zavojnica s magnetom, kao u zvučniku, koja pod djelovanjem struje kroz zavojnicu stvara silu na klatnu. Kad se zatvori povratna veza između senzora pozicije klatna i struje kroz zavojnicu, klatno se i kod jačih podrhtavanja kućišta može održavati besprijekorno u centru senzora, odnosno klatno prati podrhtavanje kućišta. Mjera podrhtavanja tla, a time i kućišta, ekvivalentna je jačini struje potrebne da održava klatno nepomično u odnosu na kućište. Tako se mehaničko kretanje kućišta seizmometra pretvara u električni signal seizmometra. Tri senzora montirana su na kućište međusobno okomito, tako da dobivamo mjerenja podrhtavanja tla u sve tri osi. Kombinirani seizmometri niže i više frekvencije prekrivaju mjerenje signala - seizmičkih valova, s periodom od 1000 sekundi, što znači frekvencije 1 mHz, do perioda od 0,01 sekunde, odnosno 100 Hz.

U medijima je već bilo dosta govora o tome kako ova misija neće tražiti život na Marsu, da će se baviti istraživanjem geološkog dizajna, aktivnosti i povijesti Marsa. Što očekujete da ćete otkriti, što bi to značilo i zašto je to važno?

Pitanje otkrivanja svodi se na mjerenje debljine osnovnih slojeva planeta: kore, plašta i jezgre koje sam opisao u prethodnom odgovoru. Također se ne zna je li jezgra Marsa tekuća ili kruta. To se može odrediti na osnovi načina rotacije planeta, tj. pomoću određivanja kolika je nepravilnost u pomicanju osi rotacije te na osnovu veličine plime i oseke kore planeta. Za precizno mjerenje rotacije planeta koristi se instrument RISE na landeru koji je proizvela NASA, a koji, komunicirajući radio putem s orbiterom, daje precizne podatke položaja landera u odnosu na orbiter, a time i položaja one točke planeta na kojoj se nalazi lander. Kao što na Zemlji Mjesec podiže i spušta razinu mora, ali i Zemljinu koru, tako i Marsov mjesec Fobos spušta i podiže koru Marsa. Na Zemlji se kora pomiče nekoliko milimetara što je neprimjetno za naše oči, ali ne i za seizmometar koji mjeri minijaturne akceleracije. Fobos, koji je daleko manji od Zemljinog Mjeseca, također će stvarati plime i oseke kore koje će mjeriti seizmometar, no to će biti daleko teža misija. U slučaju Marsa te promjene manje su od osjetljivosti instrumenta pa će se mjerenja morati “slagati” i na taj način pojačavati, kako bi tek nakon više mjeseci signal postao vidljiv. Veličina plime i oseke, u kombinaciji s poznavanjem načina vrtnje planeta, dat će nam odgovor je li jezgra Marsa kruta ili tekuća.

Poznavanje sastava jezgre ukazat će na jačinu magnetnog polja Marsa koje je nekad postojalo. Nestanak magnetnog polja, koji je inače jedan od osnovnih preduvjeta opstanka naše vrste, jer djeluje kao štit od zračenja, uvjetovao je da je kozmička radijacija nesmetano dolazila do površine Crvenog planeta i da je u njegovoj mladosti postupno “otpuhala” atmosferu.

Jedno od pitanja na koje pokušavamo odgovoriti je: Ako su svi planeti nastali relativno istovremeno, zašto je Mars “umro” ranije od Zemlje? Vjeruje se da Zemlja ima veličinu jezgre koja je upravo potrebna za dugoročni dinamo efekt, koji je pogon magnetnog polja. Kako sam elektroničar, a ne geofizičar, ovo objašnjenje bilo bi potpunije kada bi ga nadopunio netko od geofizičara.

Ilustracija polaganja kupole s uređajima

Što ćete vi raditi u sklopu misije narednih mjeseci?

Moj posao bit će svakodnevno praćenje stanja elektronike što podrazumijeva provjeru dijagnostičkih parametara planiranih samom konstrukcijom uređaja: svi naponi i struje u različitim dijelovima uređaja, temperature pojedinih elektroničkih sklopova i senzora, ispravnost digitalizacije podataka, kontinuiranost podataka i slično. Napravili smo automatske rutine koje kompariraju te parametre s definiranim alarmnim nivoima, automatski podesivima prema uključenim sklopovima, kako bismo što više ubrzali proces odluke o ispravnosti. Naime, u roku od sat vremena po primitku podataka ja moram dati zeleno svjetlo da se aktivnosti planirane za naredni dan mogu nastaviti što se tiče naše elektronike. U protivnom, cjelokupni tim raspravlja o riziku za nastavak bez modifikacije plana, a po potrebi ću ući u tim za detaljnu analizu u slučaju većeg kvara. Shodno zaključku, modificirat će se plan za sutrašnji dan i modificirati prethodno pripremljene naredbe. I tako svaki dan, sve do sredine veljače 2019. kada bi trebalo završiti sva podešavanja, a seizmometar bi trebao biti u zahtijevanim performansama. Tada će seizmometar biti spreman za kontinuirani rad u toku naredne dvije godine, što je jedna marsovska godina.

Bogat životopis

Damir Mance rođen je u Fužinama i ima 64 godine. Osnovnu i srednju školu te fakultet završio je u Splitu. 1978. godine diplomirao je na FESB-u, na studiju elektrotehnike, a već 1979. počeo je raditi u Banjoj Luci u tvornici Profesionalne Elektronike, Rudi Čajavec. Uz rad je 1986. magistrirao u Zagrebu na FER-u, na studiju elektronike. Od 1991. radio je u Ljubljani u firmi Fotona, a 1994. otišao je u Kanadu gdje radi u firmi Optech. Krajem 2000. preselio je u Švicarsku na ETH u Zurichu, na Institut za geofiziku gdje i sada radi. Godine 2012. doktorirao je na FESB-u u području svemirske elektronike. Ima posebne specijalizacije iz područja automatskog upravljanja, laserskih daljinomjera, razvoja elektronike za niske frekvencije i generalno elektronike specijalizirane za svemirske projekte. Za vrijeme rada na ETH radio je na prethodnicima InSightova seizmometra, na misijama NetLander, GEP, ExoMars, te na seizmometru za Mjesec, na misiji Selene-2, na laserskom daljinomjeru za skeniranje planeta Merkur, na misiji Bepi Colombo i na prethodnici detektora gravitacijskih valova, misiji LISA Pathfinder. 

Znate li nešto više o temi ili želite prijaviti grešku u tekstu?
Učitavanje komentara