Čínská mise k Marsu Tianwen-1: Průběh přistání

Přílet sondy Tianwen-1 k Marsu

První Čínská mise k Marsu Tianwen-1 byla vypuštěna 23.7.2020 ve 04:41:15 UTC z kosmodromu Wenchang, ze kterého se vydala na sedmiměsíční cestu k rudé planetě. Mise se skládala z orbiteru a z přistávacího pouzdra, které mělo na povrch Marsu dopravit rover Zhurong. Den po startu 24.7.2020 byly zveřejněny i předběžné areocentrické souřadnice místa přistání roveru. Souřadnice 110.318° východní délky a 24.748° severní šířky odpovídaly výběru primárního přistávacího místa v jižní části Utopia Planitia. Tyto souřadnice spolu s informacemi, které zazněly při prezentaci mise Tianwen-1 na zasedání EPSC-DPS Joint Meeting 2019, které se konalo 15.20. září 2019 v Ženevě, daly i odhad pro velikost přistávací elipsy 100×40 km.

Po opuštění sféry vlivu Země 28.7.2021, kdy se sonda Tianwen-1 začala pohybovat po heliocentrické dráze, byly během její cesty k Marsu provedeny celkem čtyři plánované korekční manévry TCM (Trajectory Correction Maneuver) pro malé úpravy své dráhy a jedna větší změna dráhy, také plánovaná, označovaná jako DSM (Deep Space Maneuver). Ke změně trajektorie sonda TW-1 používala jednak hlavní motor o tahu 3 kN, a pomocné motory s celkovým tahem 480 N. Tyto pomocné motory se v podmínkách s nulovým g spouští vždy před zažehnutím hlavního motoru, aby se sondě dodalo malé zrychlení, a palivo pro hlavní motor tak kleslo na dno nádrže k hlavnímu ventilu.

Změna trajektorie DSM byla pro celou misi Tianwen-1 naprosto zásadní. Bez tohoto manévru by sonda minula Mars ve vzdálenosti 3 miliony kilometrů. Během manévru DSM pracoval hlavní motor sondy 480 s. TCM-4 byl provedený krátce před příletem sondy k Marsu. Sloužil k přesnému navedení na záchytovou dráhu s pericentrem ve výšce 408 km a sklonem 10,9° vzhledem k rovníku Marsu.

Sonda Tianwen-1 byla navedena na oběžnou dráhu kolem Marsu 10.2.2021. K iniciaci hlavního motoru došlo ve 11:52 UTC poblíž pericentra záchytové dráhy. Motor pracoval po dobu téměř 15 minut, během kterých se rychlost sondy snížila o 660 m/s. Sonda se tímto manévrem dostala na oběžnou dráhu s periodou 10 pozemských dnů. Na parkovací dráhu se sklonem k marsovskému rovníku 86,9° a s pericentrem ve výšce 265 km přešla sonda 15.2.2021 v 09:00 UTC poblíž apocentra záchytové dráhy. Několika dalšími zážehy hlavního motoru v okolí pericentra dráhy, bylo sníženo její apocentrum a perioda se zkrátila na 2 marsovské dny. Sonda tím byla umístěna na průzkumnou dráhu, ze které se upřesňovalo místo přistání pro rover Zhurong.

Přistání roveru Zhurong

V době plánování mise Tianwen-1 a i v době umístění sondy na oběžnou dráhu nebyly k dispozici snímky HiRISE přistávacího místa ve vysokém rozlišení ze sondy MRO. Nejpodrobnější snímky byly z CTX kamery opět z americké sondy MRO. Tyto snímky však mají rozlišení pouze 5m/pixel, což je nedostačující pro výběr oblasti, ve které se má rover pohybovat. Z těchto snímků jde špatně vyhodnotit hustota výskytu větších překážek, které by mohly znemožnit pohyb roveru.

Během následujících třech měsíců po umístění sondy Tianwen-1 na průzkumnou oběžnou dráhu bylo provedeno podrobné snímkování oblasti přistání kamerami MoRIC se středním rozlišením a HiRIC s vysokým rozlišením, které jsou umístěné na palubě sondy. Ze stereopárů těchto snímků pak byly vytvořeny elevační a terénní modely přistávací oblasti a jejich vyhodnocením se postupně upřesňovalo místo přistání. Finální přistávací elipsa se středem 109,921° východní délky a 25,119° severní šířky (její souřadnice jsou odhadnuté ze skutečného místa přistání a publikovaných odchylek místa přistání od jejího středu) měla rozměry 60×20 km.

Přípravy na přistání roveru Zhurong na povrchu Marsu začaly již 6.5.2021 kdy při průletu sondy pericentrem dráhy provedla v 18:17 UTC krátký motorický manévr, který způsobil zvýšení apocentra a mírné prodloužení oběžné doby. Tím se průlet sondy pericentrem dráhy vzhledem k povrchu Marsu začal pomalu posouvat západním směrem k areocentrické délce místa přistání.

Přistávací pouzdro s roverem Zhurong se oddělilo od mateřské sondy Tianwen-1 14. května 2021 ve 20:18:54. Za necelé tři hodiny ve 23:08:54 vstoupilo rychlostí 4,8 km/s do atmosféry ve výšce přibližně 125 km nad povrchem Marsu a začala tím EDL fáze přistání, která trvala 537 s. Po zahájení EDL udržovaly orientaci sondy a úhel náběhu −10° RCS motorky umístěné v horní a spodní části zadního krytu přistávacího pouzdra (fyzicky byly spodní RCS umístěné na přistávací plošině pod zadním krytem). Dynamický tlak atmosféry se začal projevovat v 68 s při rychlosti Mach 25 ve výšce 63 km a řídící systém sondy se přepnul do vztlakového režimu, který se změnil způsob používání RCS při udržování úhlu náběhu.

Přibližně 240 s od vstupu do atmosféry Marsu ve výšce 19 km se při rychlosti Mach 2,8 vyklopila na spodní části zadního krytu stabilizační klapka, která srovnala úhel náběhu na 0°. V té chvíli mělo přistávací pouzdro rychlost Mach 1,8, nacházelo se ve výšce 13 km a došlo k rozevření nadzvukového padáku. Po 20 s klesla rychlost na Mach 0,5. Byl odhozen tepelný štít, rozevřely se nohy přistávací plošiny a dva radary začaly skenovat povrch Marsu pod sondou. Jejich měření poskytlo data inerciálnímu navigačnímu systému pro korekci chyb v navádění sondy. Při rychlosti Mach 0,25 ve výšce 1,3 km byl odhozen zadní kryt s padákem a sekundu poté se spustil hlavní motor přistávací plošiny a byl proveden úhybný manévr pro vyhnutí se zadnímu krytu s padákem. Začala závěrečná, motorická fáze přistání, která trvala 90 s.

Během motorického brzdění byly získány první přehledové snímky pro antikolizní systém, který zajišťoval vyhnutí se překážkám na povrchu při přistání. Ve výšce 100 m přešla sonda do režimu vznášení a byly pořízeny podrobné snímky 30°×30°, ze kterých byl vytvořený 3D obraz povrchu pod sondou. Pomocí nich pak navigační systém vybral konečné místo pro přistání.

Ve výšce 20 m, přesně nad místem přistání, začal pomalý sestup. Sonda měla nulovou horizontální rychlost a k povrchu Marsu klesala rychlostí 1,5 m/s, která se dále snižovala až na 0,16 m/s v okamžiku dosednutí na povrch.

Souřadnice a přesnost přistání

Krátce po přistání roveru Zhurong na povrchu Marsu CNSA zveřejnila areocentické souřadnice místa přistání 109,6° východní délky a 25,1° severní šířky. Odhad těchto souřadnic byl proveden z dat, která získal navigační systém během přistání. Pořízením snímků místa přistání kamerou HiRIC na orbiteru Tianwen-1, snímkováním okolí kamerou NaTeCam roverem Zhurong v místě přistání a vyhodnocením snímků ze sestupové kamery přistávací plošiny byly souřadnice zpřesněny na 109,925° východní délky a 25,066° severní šířky2. Tyto souřadnice velice dobře odpovídají souřadnicím odečtených ze snímků HiRISE registrovaných na CTX mozaiku Murray Lab (109,9253°E, 25,0662°N).

Střed finální přistávací oblasti ležel 30 km severozápadně od původního předběžného místa přistání, jehož souřadnice byly zveřejněny v červenci 2020. To se však nacházelo na severovýchodním úpatí valu 620 m velkého kráteru a pro přistání bylo příliš rizikové. Vzhledem ke středu finální oblasti sonda přistála jihozápadně s odchylkou 3,1 km v podélném směru přistávací elipsy a s odchylkou 200 m v příčném směru, a tedy s celkovou odchylkou menší než 0,1° (~0,05° podle snímků HiRISE a CTX).

Čas přistání

Pokud vyjdeme z okamžiku zahájení EDL 14. května 2021 ve 23:08:54 UTC a z doby sestupu 537 s, dostaneme čas přistání 14. května 2021 ve 23:17:51 UTC. To koresponduje s udávaným časem přistání 23:18 UTC, který zveřejnila CSNA.

Rover Zhurong překonal 23. srpna 2021 ujetou vzdálenost 1 000 m. K této příležitosti čínská média přinesla snímek velkoplošné obrazovky z řídící místnosti roveru. Z údajů na této obrazovce lze zjistit, že 23.8.2021 v 11:51:20 CST pracoval rover na povrchu Marsu 100 dnů, 4 hodiny, 34 minut a 21 sekund. Z těchto údajů vychází čas přistání 14.05.2021 ve 23:16:59 UTC a tedy, že je rover na povrchu o 52 s déle než uvádí CNSA v tiskovém prohlášení.

Použité zdroje