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HISTÓRIA DA TECNOLOGIA, TECNOLOGIA, OBJETOS AO REDOR DE NÓS
Laboratório espacial Mars Pathfinder. História da invenção e produção
Diretório / A história da tecnologia, tecnologia, objetos ao nosso redor Até os astrólogos e astrônomos antigos eram fascinados por um planeta estranho, ao que parecia, sinistramente vermelho, tão diferente de todos os outros planetas do sistema solar. O interesse aumentou muitas vezes quando, em 1877, D.V. Schiaparelli "descobriu" "canais" feitos pelo homem em Marte. No entanto, o interesse dos cientistas de Marte causou um motivo completamente diferente. Eles acreditam que entender os padrões de evolução da casca sólida e do interior profundo de Marte, o estudo da composição e história da atmosfera e hidrosfera é a chave para decifrar as leis do desenvolvimento e não apenas da Terra, mas também um passo em direção à compreender a história de todo o sistema solar. A primeira estação automática foi para Marte no outono de 1962. Era o soviético "Mars-1". Mas ela não conseguiu alcançar o planeta "vermelho". De 1965 a 1969, as estações americanas Mariner-4, Mariner-6, Mariner-7 transmitiram mais de duzentas imagens do planeta "vermelho".
A estrada para a superfície de Marte foi construída apenas em 1971. Mas dois dispositivos fizeram isso ao mesmo tempo. Primeiro, a estação automática soviética "Mars-2" entregou uma cápsula à superfície de Marte, e o veículo de descida da próxima estação soviética - "Mars-3" - fez o primeiro pouso suave. Ao mesmo tempo, os satélites naturais de Marte, Fobos e Deimos, adquiriram homólogos artificiais: ambas as estações soviéticas, juntamente com a espaçonave americana Mariner-9 que chegou a Marte, tornaram-se seus primeiros satélites artificiais. Eles permitiram que as pessoas vissem Marte de perto pela primeira vez. As próximas quatro estações automáticas soviéticas, lançadas em 1973, refinaram os dados recebidos das órbitas, e o veículo de descida de uma delas, Marsa-6, sondou a atmosfera do planeta por dentro pela primeira vez. Assim, a próxima etapa da exploração de Marte foi preparada pelos esforços conjuntos dos dois países - União Soviética e Estados Unidos. Logo duas sondas americanas Viking pousaram em Marte. Eles transmitiram fotografias coloridas da área circundante para a Terra e analisaram o solo marciano, determinando sua composição química. No total, o Viking 1 e o Viking 2 enviaram mais de cinquenta mil imagens para a Terra. Mas o principal em seu programa era a busca pela vida. Exploradores automatizados tentaram encontrar matéria orgânica em Marte. Então foi possível analisar apenas a poeira que cobre a superfície do planeta, para determinar com mais ou menos precisão o teor de ferro, magnésio, cálcio, alumínio, potássio, enxofre e cloro nela. Apesar do fato de as estações estarem a 6500 quilômetros de distância uma da outra, os resultados da análise coincidiram. Concluiu-se que esta poeira, que provavelmente cobre toda a superfície do planeta, é produto do intemperismo, destruição e trituração das rochas máficas (básicas) de Marte. Para obter melhores resultados, foi necessário romper uma camada de poeira marciana e determinar a composição química das rochas escondidas sob ela. Para isso, cientistas do Instituto de Pesquisa Espacial da Academia Russa de Ciências, sob a liderança de R.Z. Sagdeev, Instituto de Geoquímica e Química Analítica da Academia Russa de Ciências sob a direção de V.L. Barsukov e muitas outras instituições e organizações criaram penetradores (da palavra inglesa "penetrar" - penetrar). São projéteis especiais, não explosivos, dentro dos quais existem dispositivos para análise química. Instrumentos para a análise química de rochas marcianas foram instalados nos penetradores. Deveria entregar os penetradores ao alvo por estações interplanetárias automáticas e soltá-los de uma certa altura para que penetrassem vários metros de profundidade. Mas, antes de lançar os penetradores em Marte, decidiu-se usá-los para estudar seu satélite Fobos. No entanto, em 1989, os soviéticos Phobos-1 e Phobos-2 foram perdidos no espaço. Em 1996, o russo Mars 96 caiu na Terra após o lançamento. Enquanto isso, cientistas e designers alemães, russos e americanos, liderados por E. Ryder, do Instituto Alemão Max-Planck de Química, conseguiram criar um verdadeiro milagre da tecnologia para análise química a uma distância de dezenas de milhões de quilômetros da Terra. Foram esses analisadores que foram instalados no navio perdido "Mars-96". Como resultado, o analisador foi instalado na estação automática interplanetária americana Mars Pathfinder, que estava se preparando para lançar a Marte. Este voo abriu possibilidades anteriormente inacessíveis. De fato, as rochas marcianas nas expedições vikings foram analisadas usando instrumentos montados em um braço de haste de metal. Só foi possível fazer uma análise no sentido literal à distância de um braço. Os penetradores, embora possam penetrar no leito rochoso através da camada de poeira, são capazes de fazer análises apenas em certos pontos limitados do planeta. O rover americano Sojourner deveria participar da expedição Pathfinder. Em uma máquina de seis rodas com pouco mais de 50 centímetros de comprimento e 30 centímetros de altura, foram instaladas uma bateria solar, um laboratório para determinação da composição química das rochas marcianas e três câmeras de televisão. O rover deveria contornar a superfície marciana e, sob comando, parar para as medições necessárias. Isso significa que se tornou possível estudar a composição das rochas em uma grande área, em áreas especialmente selecionadas. Deve-se notar que o projeto é relativamente barato - 266 milhões de dólares - comparado, por exemplo, com o custo do próximo voo do aparelho americano para Saturno - 1,48 bilhão de dólares. Em 4 de julho de 1997, o laboratório espacial americano "Mars Pathfinder" pousou na superfície de Marte. Em quase sete meses de voo, o Pathfinder viajou 78,6 milhões de quilômetros no espaço sideral. Em 4 de julho de 1997, a estação entrou na atmosfera do planeta a uma altitude de 130 quilômetros diretamente da trajetória de voo a uma velocidade de 7,4 quilômetros por segundo. Do superaquecimento (devido à resistência do ar marciano), a estação foi protegida por um escudo isolante de calor. Um pára-quedas se abriu a nove quilômetros da superfície do planeta, e o escudo foi lançado. 10,1 segundos antes do pouso, a uma altitude de 335 metros, os airbags foram inflados ao redor do módulo de pouso - amortecedores do sistema de pouso suave. A uma altitude de 100 metros, os motores de pólvora foram acionados, o que retardou a queda e afastou os pára-quedas do módulo de pouso. Após 4 segundos, o módulo caiu no chão a uma velocidade de cerca de 21 metros por segundo, saltou 15 metros e, tendo feito 16 saltos, congelou. A concha de ar foi esvaziada e puxada para o aparelho. O laboratório desdobrou os painéis solares, levantou a câmera à altura do crescimento humano e lançou um rover em miniatura.
“Uma planície foi escolhida como local de pouso da estação”, escreve Ilya Vinogradov no jornal Kommersant, “com o nome do deus grego da guerra Ares. É mais favorável para a operação de painéis solares que garantem o funcionamento do navio. A Pathfinder imediatamente estabeleceu vários recordes. A estação se tornou o primeiro dispositivo espacial que pousou em um planeta sem primeiro entrar em órbita; lançou um pára-quedas em velocidade supersônica; usou air bags semelhantes aos usados em carros, mas maiores em tamanho, para reduzir os efeitos do choque de pouso. A atmosfera festiva que reinou na NASA após o pouso bem-sucedido do Pathfinder foi rapidamente estragada pelos problemas que surgiram na operação da estação. O tecido do air bag, emaranhado na plataforma de lançamento, impediu que o robô Sojourner de controle remoto entregue a Marte, equipado com instrumentos para análise espectral de amostras de solo marciano, começasse a se mover. Os especialistas da NASA conseguiram limpar o caminho, mas descobriu-se que o mau funcionamento no modem principal do robô levou à perda da capacidade de controlar remotamente o dispositivo. No entanto, desta vez a NASA estava no topo, o rover foi trazido à superfície do planeta e começou a transmitir imagens para a Terra." Os resultados da primeira análise de teste do ar marciano eram aguardados ansiosamente na Terra. E aqui vem a boa notícia. "Sojourner" mostrou quase cem por cento de concentração de dióxido de carbono, como realmente está na atmosfera deste planeta. Foi possível começar a estudar a composição química das rochas de Marte. Para determinar a composição das rochas marcianas, decidiu-se usar raios-X penetrantes. O equipamento para isso, seus criadores - cientistas alemães, russos e americanos chamados APXS (espectrômetro de raios-X de prótons alfa). "O coração do espectrômetro APX", escreve Yu.A. Shukoliukov no Soros Educational Journal, "foi criado por um grupo de pesquisadores russos liderados por V. Radchenko no Instituto de Reatores Atômicos em Dimitrovgrad, perto de Ulyanovsk. É feito de o elemento químico artificial transurânio cúrio, mais precisamente, de um isótopo deste elemento - cúrio-244. A quantidade total de cúrio-244 nele é tal que a fonte emite quase 2 bilhões de partículas alfa a cada segundo, cada uma com uma energia de cerca de 6 milhões de elétron-volts. Voando através da substância em estudo, muitas das partículas alfa eliminam facilmente os elétrons das camadas K ou L internas dos átomos. Os elétrons saltam para os lugares vagos de níveis de energia mais altos de outras camadas de elétrons. A energia é liberada na forma de quanta gama de raios X característicos. Cada elemento químico com suas próprias camadas eletrônicas tem seu próprio espectro de radiação - um conjunto de quanta de energia específica. Para registrar esses quanta, é utilizado um detector - um analisador de energia de 256 canais. Cada canal nele conta apenas "seus" quanta de uma certa energia. O conjunto do número contado de quanta com diferentes energias é o espectro de raios X da rocha marciana. Não é fácil decifrar, pois é o resultado da superposição dos espectros de diferentes elementos presentes na amostra. Para interpretação, são preparados padrões de diferentes composições químicas previamente conhecidas e seus espectros de raios X são comparados com o espectro da rocha analisada. De acordo com a composição do padrão, cujo espectro está mais próximo do espectro da amostra em estudo, o conteúdo dos elementos na amostra é julgado. Os cálculos são feitos em computadores usando programas especiais. O analisador de raios X registrou os espectros. Ele poderia fazer isso apenas em temperaturas abaixo de 30 graus Celsius negativos. Em uma temperatura mais alta, o analisador não é mais capaz de distinguir bem entre quanta de diferentes energias. Claro, era possível resfriar o detector com um refrigerador em miniatura. Mas no final eles agiram de forma diferente. Para economizar energia elétrica preciosa em Marte, eles decidiram aproveitar o fato de o próprio planeta se tornar uma enorme geladeira à noite com temperatura de até 80 graus negativos. O rover também carregava um detector de prótons e outro instrumento que usa dispersão de partículas alfa de Rutherford. A informação recebida de três detectores é então enviada para uma unidade eletrônica de três canais capaz de armazená-la e prepará-la para transmissão à Terra. Para este bloco foi necessário um contêiner de 7x8x6,5 centímetros. Ao mesmo tempo, o próprio espectrômetro APX tem dimensões que cabem facilmente em uma xícara de chá. Um laboratório inteiro pesando apenas 570 gramas. Assim, movendo-se de um ponto para outro, "Sojourner" usando o espectrômetro APX repetidamente analisou a poeira marrom-avermelhada de um planeta distante sob as rodas. As medições foram feitas em seis locais, distantes uns dos outros. Mas em todos os lugares a composição química era quase a mesma. Mas os pesquisadores tiveram uma surpresa. Em 6 de julho de 1997, Sojourner enfiou seu nariz eletrônico sensível, um instrumento de composição química giratório, em uma rocha bastante grande. Para surpresa dos exploradores de Marte, essa rocha, apelidada de Barnacle Bill, acabou tendo uma composição química completamente diferente do que se esperava de todos os estudos anteriores de Marte. Pela primeira vez na história da ciência, análises de rochas marcianas deram um resultado sensacional - não existem apenas rochas máficas em Marte. Acredita-se que os pedaços de rocha na área de pouso do Pathfinder poderiam ter sido trazidos para lá por correntes de água de rios que outrora corriam pelo planeta, de uma colina ao sul, possivelmente representando a antiga crosta marciana. Sua antiguidade é evidenciada pela abundância de crateras de meteoritos. Novos dados obtidos na expedição Pathfinder derrubaram ideias anteriores sobre Marte. Descobriu-se que a crosta do planeta "vermelho" é quimicamente semelhante à crosta da Terra. É possível que processos estivessem acontecendo em Marte, em muitos aspectos semelhantes às manifestações geológicas na Terra. As características químicas e petrológicas dos meteoritos marcianos são bastante consistentes com essas ideias. Autor: Musskiy S.A.
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