Bevetésre kész a világ legdrágább robotkarja

Egy focipályányi gurulás után megállt, és élesben próbálgatja robotkarját a Curiosity Mars-járó. A műveletek célja még mindig elsősorban a működés tesztelése, de néhány tudományos eredmény már eközben is születhet. A robotkaron lévő műszerblokk önmagában akkora, mint az 1997-es Mars-járó.

A Gale-kráterben landolt rover eddig tökéletesen üzemel. Az egyetlen probléma, hogy egyik meteorológiai műszere a leszállás során megsérült, ettől azonban még teljes értékű küldetést végezhet.

Noha az elmúlt héten a robotkar a várakozásoknak megfelelően üzemelt, a vizsgálatokat szeptember 6-án meg kellett szakítani, mivel váratlanul magas hőmérsékletet mutattak az érzékelők a karban. A jelenség pontos okáról a NASA nem adott ki tájékoztatást - de később a probléma megoldódott, és folytatták a karral végzett műveleteket.

A robotkar legfontosabb feladata a mintavétel lesz a megcélzott kőzetekből. Az így nyert porított anyagot a saját belsejébe épített minilaboratóriumoknak adja tovább részletes vizsgálatra. Emellett egyes műszereket képes a célkőzet közelébe tartani, így pontosabb mérések végezhetők.

Az eddigi legnagyobb robotkar a Marson

A Curiosity robotkarját négy éven át fejlesztették, ez a bolygón dolgozó eddigi legnagyobb ilyen eszköz. Balra fent a robotkar előkészítése látható, még a földi laboratóriumban (NASA).

A robotkart és a hozzá kapcsolódó felszereléseket mintavevő- és kezelő rendszernek nevezik (angolul Sample Acquisition, Processing, and Handling, SA/SPaH). A rendszer segítségével mind szilárd kődarabokból, mind pedig a felszínt borító laza törmeléktakaróból lehet mintát venni, és azt a megfelelő vizsgálóeszközhöz juttatni.

A robotkar a Curiosity 12 műszeréből 5-öt tartalmaz, amelyek ujjakhoz hasonlóan találhatók a kar végén, és egy 60 centiméter átmérőjű "kézfejet" alkotnak. Ez a műszeregyüttes tehát önmagában közel akkora, mint a Marson sikeresen üzemelő első rover, a Sojourner.

A robotkar "kézfejének" képe, amelyet a rover árbocán lévő kamera készített szeptember 5-én, a küldetés 30. marsi napján. A képen középen a MAHLI kamera látható (kör alakú, rózsaszín forma), amelyet vékony por borít (NASA)

A robotkar végén helyezték el a MAHLI kamerát a kőzetek közelről történő megörökítésére. Itt található az APXS (Alpha Particle X-Ray Spectrometer) a kémiai összetétel meghatározására. A három további berendezés a vizsgálandó felület megtisztítására (Dust Removal Tool, DRT), a fúrásos mintavételre, valamint az így nyert anyag előkészítésére és továbbítására szolgáló (Collection and Handling for In situ Martian Rock Analysis, CHIMRA) egység.

Jó, ha erős kar

Noha csak néhány grammnyi mintát vesz, és oszt majd el a mini-laboratóriumok között a robotkar, nagy mérete és szilárd mechanikai szerkezete több előnnyel is jár. Egyrészt sok műszert tud a "kézfején" tartani és mozgatni. Legalább ennyire fontos, hogy szilárdan képes tartani a fúróberendezést, miközben az esetleg igen kemény kőzetben dolgozik. A nagy szilárdságú kőzetekbe történő fúrás során segíti a munkát, hogy a robotkar látszólag mozdulatlan helyzetben is erőt fejt ki ekkor, és a megfelelő irányba nyomja a végén lévő fúróberendezést.

A rover cserélhető fúrófejekkel bír (ha egyes példányok esetleg eltörnek, vagy beleszorulnak a kőzetbe). A fúró 32 Hz fordulatszámmal tud maximálisan pörögni. A művelet, majd a minta-előkészítés során az anyagminta közel 150 mikrométeres vagy még kisebb darabokra törik szét. Az így nyert por a megfigyelőtálcán is vizsgálható, illetve 45-130 köbmilliméternyi mennyiség juttatható a minilaboratórium adott nyílásába. Ez tehát viszonylag szerény mennyiséget, még egy kockacukornál is kisebb térfogatú mintát jelent.

A robotkar végén lévő "kézfejen" elhelyezett műszerek. Az egész szerkezet 60 centiméter átmérőjű (NASA)

Mit ér el a robotkar?

A robotkar a rover előtti területen dolgozhat, ahol egy 80 centiméter átmérőjű és 1 méter magas, henger alakú, képzeletbeli térfogatban képes megközelíteni az egyes objektumokat. Ennek a munkatérnek az átmérője tehát kisebb a robotkar maximális 2,2 méteres hosszánál, így úgy tűnhet, hogy nincs kihasználva a robotkar teljes hossza. Azonban a különféle alakú sziklákon lévő pontok eléréséhez szükséges a hosszú és sok helyen ízesülő, tehát elfordulni képes kar. Könnyen előállhat olyan helyzet, hogy a rover csak egyik irányból képes egy sziklát megközelíteni, de a hosszú és ízesülő robotkarral a szikla különféle oldalairól is végezhető vizsgálat.

Animáció a robotkar működéséről (NASA)

Mindezek felett a robotkar akár a felszín (esetünkben a rover kerekének aljával egybeeső sík alatt) 20 centiméter mélyen lévő pozíciót is elérhet. A tervek között szerepel ugyanis a regolit törmelékanyagának elemzése. A korábbi tapasztalatok és elméleti közelítések alapján egyaránt a néhány centiméter mélyen lévő, tehát a légkörrel gyengébb kapcsolatot mutató rétegek az igazán érdekesek.

Csúszdán utazik a minta

A fúrás alatt vagy a regolitba történt "kanalazás" során nyert anyag egyszerű továbbító szerkezet révén jut el a minilaboratóriumokba. A fúrófej visszahúzása után a keletkezett vagy kiemelt törmelék egy mintagyűjtő mélyedésbe kerül. Innen részben gravitációs úton (tehát lejtős irányban egyszerű csúszással) jut tovább. Emellett rezgetéssel segítik a haladását, ha esetleg valahol megakadna.

A célpont kiválasztásában a lézer indukálta spektrométer is segít. Ezzel több érdekes kőzetet is meg lehet lőni, és összetételüket megközelítőleg megállapítani. A művelet segítségével kiválasztható a legperspektivikusabb terület, amelynél a sok időt és energiát igénylő mintavételt már valóban érdemes végrehajtani. Maga a mintavétel a kőzet felszíne alól maximálisan 5 centiméter mélyről történik, a cél ugyanis főleg az üde állapotú anyag vizsgálata, amely magáról az eredeti kőzetről ad információt - míg a felszíni rétegek a mállás révén átalakultak.

A fúró szerkezete (NASA)

A robotkar összetett szerkezet, ezért a fejlesztés során sok hibalehetőséggel számoltak a mérnökök. A földi kísérletek alatt többek között figyeltek arra is, hogy ha a minta szemcséi összeragadnak, azok együtt ne akadjanak fent a továbbítás során. Ez ellen széles és "akadálymentes", tehát sima falú mintatovábbító folyosó szolgál. Emellett úgy helyezték el a rendszer elemeit, hogy a kamerák révén végig lehessen követni a minta útját - esetleges baj alkalmával azonosítani lehessen annak okát.

A robotkar technikai jellemzői:

• 5 szabadságfok (5 "csukló") a nehezen hozzáférhető helyek elérésére
• maximálisan 2,2 méter hossz
• 67 kilogramm tömeg a műszerek nélkül
• 5 darab detektor, összesen 37 kilogramm tömeggel
• elektromos kábelek és hozzájuk kapcsolva 920 jeltovábbító a robotkar belsejében
• üzemképesség +50 és -110 Celsius-fok közötti hőmérsékleten

A Curiosity rover eddig 109 métert tett meg az utólag Bradburyról, az idén elhunyt híres science-fiction íróról elnevezett leszállóhelyétől. Ez körülbelül negyede az első nagy tudományos célpontig, a Glenelg pontig terjedő távolságnak. A robotkar múlt héten kezdődött tesztelése alapján a rendszer képes az összes tervezett feladat végrehajtására. Az első éles mintavételre csak a Glenelg ponton kerül sor.

A robotkar tesztelése a Földön (NASA)

Milyen tudományos kérdések megválaszolásában segíthet a robotkar?

A Curiosity működésének általános célja az esetleges élet számára fontos egykori felszíni és felszínhez közeli viszonyok rekonstruálása. Ehhez az egykori környezet jellemzőit próbálják megbecsülni a kivált ásványok és bennük lévő izotópok alapján - elemzésükkel ugyanis nemcsak az adott kőzeteket és ásványokat létrehozó folyamatok állapíthatók meg, de következtetni lehet az ősi hőmérsékletre, a vizek kémhatására, sótartalmára is. Több tényező vizsgálata alapján próbálják majd összerakni az egykori környezeti állapotokkal kapcsolatos képet.

Fontos lesz a különböző víztartalmú ásványok azonosítása, a bennük megkötött H₂O-mennyiség megbecslése - ilyenek már a Gale-kráter központi üledékes hegyének alján lévő ásványok esetében előfordulhatnak. Kiemelt cél emellett a szerves molekulák keresése, és ha találhatóak ilyenek a vizsgált anyagokban, azok pontos összetételének megállapítása. Utóbbi témakörben nem várható könnyű eredmény, a bolygó felszíni agresszív kemikáliái és az ultraibolya sugárzás ugyanis könnyen lebontják a szerves összetevőket.