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STORIA DELLA TECNOLOGIA, DELLA TECNOLOGIA, DEGLI OGGETTI INTORNO A NOI
Laboratorio spaziale Mars Pathfinder. Storia dell'invenzione e della produzione
Elenco / La storia della tecnologia, della tecnologia, degli oggetti che ci circondano Anche antichi astrologi e astronomi erano affascinati da uno strano pianeta, sembrava minacciosamente rosso, così diverso da tutti gli altri pianeti del sistema solare. L'interesse crebbe molte volte quando, nel 1877, D.V. Schiaparelli ha "scoperto" "canali" artificiali su Marte. Tuttavia, l'interesse degli scienziati Marte ha causato una ragione completamente diversa. Ritengono che la comprensione dei modelli di evoluzione del guscio solido e dell'interno profondo di Marte, lo studio della composizione e della storia dell'atmosfera e dell'idrosfera sia la chiave per decifrare le leggi dello sviluppo e non solo della Terra, ma anche un passo verso comprendere la storia dell'intero sistema solare. La prima stazione automatica andò su Marte nell'autunno del 1962. Quello era il "Mars-1" sovietico. Ma non è riuscita a raggiungere il pianeta "rosso". Dal 1965 al 1969, le stazioni americane Mariner-4, Mariner-6, Mariner-7 hanno trasmesso più di duecento immagini del pianeta "rosso".
La strada per la superficie di Marte è stata costruita solo nel 1971. Ma due dispositivi lo hanno fatto contemporaneamente. In primo luogo, la stazione automatica sovietica "Mars-2" consegnò una capsula sulla superficie di Marte e il veicolo di discesa della successiva stazione sovietica - "Mars-3" - fece il primo atterraggio morbido. Allo stesso tempo, i satelliti naturali di Marte, Phobos e Deimos, acquisirono controparti artificiali: entrambe le stazioni sovietiche, insieme alla navicella spaziale americana Mariner-9 che arrivò su Marte, divennero i suoi primi satelliti artificiali. Hanno permesso alle persone di vedere Marte da vicino per la prima volta. Le successive quattro stazioni automatiche sovietiche, lanciate nel 1973, perfezionarono i dati ricevuti dalle orbite e il veicolo di discesa di una di esse, Marsa-6, sondava per la prima volta l'atmosfera del pianeta dall'interno. Pertanto, la fase successiva dell'esplorazione di Marte è stata preparata dagli sforzi congiunti dei due paesi: l'Unione Sovietica e gli Stati Uniti. Presto due sonde vichinghe americane atterrarono su Marte. Hanno trasmesso alla Terra fotografie a colori dell'area circostante e hanno analizzato il suolo marziano, determinandone la composizione chimica. In totale, Viking 1 e Viking 2 hanno inviato più di cinquantamila immagini sulla Terra. Ma la cosa principale nel loro programma era la ricerca della vita. Gli esploratori automatizzati hanno cercato di trovare materia organica su Marte. Quindi è stato possibile analizzare solo la polvere che ricopre la superficie del pianeta, per determinare più o meno accuratamente il contenuto di ferro, magnesio, calcio, alluminio, potassio, zolfo e cloro in essa. Nonostante il fatto che le stazioni distassero 6500 chilometri l'una dall'altra, i risultati dell'analisi coincidono. Si è concluso che questa polvere, che probabilmente copre l'intera superficie del pianeta, è il prodotto degli agenti atmosferici, della distruzione e della macinazione delle rocce mafiche (di base) di Marte. Per ottenere risultati migliori è stato necessario sfondare lo strato di polvere marziana e determinare la composizione chimica delle rocce nascoste sotto di esso. Per questo, gli scienziati dell'Istituto di ricerca spaziale dell'Accademia delle scienze russa sotto la guida di R.Z. Sagdeev, Istituto di Geochimica e Chimica Analitica dell'Accademia Russa delle Scienze sotto la direzione di V.L. Barsukov e molte altre istituzioni e organizzazioni hanno creato penetratori (dalla parola inglese "penetrare" - penetrare). Si tratta di proiettili speciali, non esplosivi, all'interno dei quali sono presenti dispositivi per l'analisi chimica. Nei penetratori sono stati installati strumenti per l'analisi chimica delle rocce marziane. Avrebbe dovuto consegnare i penetratori al bersaglio tramite stazioni interplanetarie automatiche e farli cadere da una certa altezza in modo che penetrassero a diversi metri di profondità. Ma, prima di far cadere i penetratori su Marte, si decise di usarli per studiare il suo satellite Phobos. Tuttavia, nel 1989, i sovietici Phobos-1 e Phobos-2 furono persi nello spazio. Nel 1996, il Mars 96 russo si è schiantato sulla Terra dopo il lancio. Nel frattempo, scienziati e designer tedeschi, russi e americani, guidati da E. Ryder del Max-Planck-Institute of Chemistry tedesco, a quel tempo sono riusciti a creare un vero miracolo della tecnologia per l'analisi chimica a una distanza di decine di milioni di chilometri dalla Terra. Sono stati questi analizzatori ad essere installati sulla nave perduta "Mars-96". Di conseguenza, l'analizzatore è stato installato sulla stazione automatica interplanetaria americana Mars Pathfinder, che si stava preparando al lancio su Marte. Questo volo ha aperto possibilità prima inaccessibili. In effetti, le rocce marziane nelle spedizioni vichinghe furono analizzate utilizzando strumenti montati su un'asta metallica. Era possibile fare un'analisi solo in senso letterale a distanza. I penetratori, sebbene possano penetrare attraverso lo strato di polvere nel substrato roccioso, sono in grado di effettuare analisi solo in alcuni punti limitati del pianeta. Il rover americano Sojourner avrebbe dovuto partecipare alla spedizione Pathfinder. Su una macchina a sei ruote lunga poco più di 50 centimetri e alta 30 centimetri, sono state installate una batteria solare, un laboratorio per la determinazione della composizione chimica delle rocce marziane e tre telecamere. Il rover avrebbe dovuto girare intorno alla superficie marziana e, a comando, fermarsi per le misure necessarie. Ciò significa che è diventato possibile studiare la composizione delle rocce su una vasta area, in aree appositamente selezionate. Va notato che il progetto è relativamente economico - 266 milioni di dollari - rispetto, ad esempio, al costo del prossimo volo dell'apparato americano su Saturno - 1,48 miliardi di dollari. Il 4 luglio 1997, il laboratorio spaziale americano "Mars Pathfinder" è atterrato sulla superficie di Marte. In quasi sette mesi di volo, il Pathfinder ha percorso 78,6 milioni di chilometri nello spazio. Il 4 luglio 1997, la stazione è entrata nell'atmosfera del pianeta ad un'altitudine di 130 chilometri direttamente dalla traiettoria di volo ad una velocità di 7,4 chilometri al secondo. Dal surriscaldamento (dovuto alla resistenza dell'aria marziana), la stazione era protetta da uno scudo termoisolante. Un paracadute si aprì a nove chilometri dalla superficie del pianeta e lo scudo cadde. 10,1 secondi prima dell'atterraggio, a un'altitudine di 335 metri, gli air bag sono stati gonfiati attorno al lander - ammortizzatori del sistema di atterraggio morbido. A un'altitudine di 100 metri, i motori della polvere da sparo hanno sparato, il che ha rallentato la caduta e ha portato via i paracadute dal lander. Dopo 4 secondi, il modulo è caduto a terra a una velocità di circa 21 metri al secondo, è salito di 15 metri e, dopo aver effettuato 16 salti, si è bloccato. Il guscio d'aria è stato sgonfiato e tirato verso l'apparato. Il laboratorio ha aperto i pannelli solari, ha alzato la telecamera all'altezza della crescita umana e ha rilasciato un rover in miniatura.
"Come punto di atterraggio della stazione è stata scelta una pianura", scrive Ilya Vinogradov sul quotidiano Kommersant, "che porta il nome del dio greco della guerra Ares. È molto favorevole per il funzionamento dei pannelli solari che assicurano il funzionamento del Pathfinder stabilì immediatamente diversi record. La stazione divenne il primo spazio un dispositivo che atterrò su un pianeta senza prima entrare in orbita; rilasciò un paracadute a velocità supersonica; utilizzò air bag simili a quelli usati nelle automobili, ma di dimensioni maggiori, per ridurre gli effetti dello shock da atterraggio. L'atmosfera festosa che regnava nella NASA dopo l'atterraggio di successo del Pathfinder è stata rapidamente rovinata dai problemi sorti nel funzionamento della stazione. Il tessuto dell'airbag, impigliato nella piattaforma di lancio, ha impedito al robot telecomandato Sojourner consegnato su Marte, dotato di strumenti per l'analisi spettrale di campioni di suolo marziano, di iniziare a muoversi. Gli specialisti della NASA sono riusciti a liberare il percorso, ma poi si è scoperto che i malfunzionamenti nel modem principale del robot hanno portato alla perdita della capacità di controllare a distanza il dispositivo. Tuttavia, questa volta la NASA era in cima, il rover è stato portato sulla superficie del pianeta e ha iniziato a trasmettere immagini alla Terra". I risultati della prima analisi di prova dell'aria marziana erano attesi con impazienza sulla Terra. Ed ecco che arriva la buona notizia. "Sojourner" ha mostrato una concentrazione di anidride carbonica quasi al cento per cento, come è effettivamente nell'atmosfera di questo pianeta. È stato possibile iniziare a studiare la composizione chimica delle rocce di Marte. Per determinare la composizione delle rocce marziane, si è deciso di utilizzare i raggi X penetranti. L'attrezzatura per questo, i suoi creatori: scienziati tedeschi, russi e americani chiamati APXS (spettrometro a raggi X alfa-protone). "Il cuore dello spettrometro APX", scrive Yu.A. Shukoliukov sul Soros Educational Journal, "è stato creato da un gruppo di ricercatori russi guidati da V. Radchenko presso l'Istituto dei reattori atomici a Dimitrovgrad vicino a Ulyanovsk. È composto da il transuranio elemento chimico artificiale curio, più precisamente, da un isotopo di questo elemento - curio 244. La quantità totale di curio-244 in esso contenuto è tale che la sorgente emette quasi 2 miliardi di particelle alfa ogni secondo, ciascuna con un'energia di circa 6 milioni di elettronvolt. Volando attraverso la sostanza in esame, molte delle particelle alfa espellono facilmente gli elettroni dai gusci interni degli atomi K o L. Gli elettroni saltano nei luoghi lasciati liberi da livelli di energia più elevati da altri gusci di elettroni. L'energia viene rilasciata sotto forma di quanti gamma di raggi X caratteristici. Ogni elemento chimico con i propri gusci di elettroni ha il proprio spettro di radiazione, un insieme di quanti di energia specifici. Per registrare questi quanti, viene utilizzato un rivelatore: un analizzatore di energia a 256 canali. Ogni canale al suo interno conta solo i "suoi" quanti di una certa energia. L'insieme del numero contato di quanti con diverse energie è lo spettro dei raggi X della roccia marziana. Non è facile da decifrare, perché è il risultato della sovrapposizione degli spettri dei diversi elementi presenti nel campione. Per l'interpretazione, vengono preparati standard di diversa composizione chimica precedentemente nota e i loro spettri di raggi X vengono confrontati con lo spettro della roccia analizzata. In base alla composizione dello standard, il cui spettro è più vicino allo spettro del campione in studio, viene giudicato il contenuto degli elementi nel campione. I calcoli vengono eseguiti su computer utilizzando programmi speciali. L'analizzatore di raggi X ha registrato gli spettri. Poteva farlo solo a temperature inferiori a meno 30 gradi Celsius. A una temperatura più alta, l'analizzatore non è più in grado di distinguere bene tra quanti di energie diverse. Naturalmente, è stato possibile raffreddare il rivelatore con un frigorifero di bordo in miniatura. Ma alla fine hanno agito diversamente. Per risparmiare preziosa energia elettrica su Marte, hanno deciso di sfruttare il fatto che il pianeta stesso di notte diventa un enorme frigorifero con una temperatura fino a meno 80 gradi. Il rover trasportava anche un rilevatore di protoni e un altro strumento che utilizza lo scattering di particelle alfa di Rutherford. Le informazioni ricevute da tre rivelatori vengono quindi inviate a un'unità elettronica a tre canali in grado di memorizzarle e prepararle per la trasmissione a Terra. Per questo blocco era necessario un contenitore di 7x8x6,5 centimetri. Allo stesso tempo, lo stesso spettrometro APX ha dimensioni tali da poter stare facilmente in una tazza da tè. Un intero laboratorio che pesa solo 570 grammi. Quindi, spostandosi da un punto all'altro, "Sojourner" usando lo spettrometro APX ha analizzato ancora e ancora la polvere bruno-rossastra di un pianeta lontano che giace sotto le ruote. Le misurazioni sono state effettuate in sei località, distanti l'una dall'altra. Ma ovunque la composizione chimica era quasi la stessa. Ma i ricercatori avevano una sorpresa. Il 6 luglio 1997, Sojourner ha infilato il suo sensibile naso elettronico, uno strumento di composizione chimica montato girevole, in una roccia abbastanza grande. Con grande sorpresa degli esploratori di Marte, questa roccia, soprannominata Barnacle Bill, si rivelò avere una composizione chimica completamente diversa da quella che ci si aspettava da tutti i precedenti studi su Marte. Per la prima volta nella storia della scienza, le analisi del substrato roccioso marziano hanno prodotto un risultato sensazionale: non ci sono solo rocce mafiche su Marte. Si ritiene che pezzi di roccia nell'area di atterraggio di Pathfinder possano essere stati portati lì da corsi d'acqua provenienti da fiumi che un tempo scorrevano attraverso il pianeta, da una collina situata a sud, forse rappresentante l'antica crosta marziana. La sua antichità è testimoniata dall'abbondanza di crateri di meteoriti su di esso. I nuovi dati ottenuti nella spedizione Pathfinder hanno ribaltato le idee precedenti su Marte. Si è scoperto che la crosta del pianeta "rosso" è chimicamente simile alla crosta terrestre. È possibile che su Marte fossero in corso processi, per molti aspetti simili alle manifestazioni geologiche sulla Terra. Le caratteristiche chimiche e petrologiche dei meteoriti marziani sono abbastanza coerenti con tali idee. Autore: Musskiy SA
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