Sonda MAVEN mogła zostać utracona na orbicie Marsa

MAVEN milknie po rutynowej przerwie w łączności

Kiedy należąca do NASA sonda Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) znalazła się za Czerwoną Planetą 6 grudnia 2025 roku, powinna była się ponownie pojawić i nawiązać kontakt z Ziemią. Zespoły naziemne w Deep Space Network nie usłyszały nic. Kontrolerzy lotu twierdzą, że telemetria do 4 grudnia wyglądała normalnie, ale niewielki fragment danych śledzenia z 6 grudnia sugeruje, że po wyłonieniu się sonda wirowała nienaturalnie szybko, a jej orbita może już nie zgadzać się z przewidywaniami. Od tego czasu zespoły NASA pracują nad zdiagnozowaniem problemu i odzyskaniem orbitera, jednak okno na aktywne rozwiązywanie problemów zacieśnia się, gdyż Mars zbliża się do koniunkcji słonecznej 9 stycznia 2026 roku.

Co konkretnie się wydarzyło

MAVEN operuje na wysoce eliptycznej orbicie o okresie orbitalnym wynoszącym około 3,5–3,6 godziny, zbliżając się na odległość kilkuset kilometrów i oddalając na kilka tysięcy kilometrów. Orbita ta rutynowo wyprowadza sondę poza linię widzenia, gdy ta przelatuje za Marsem; takie przerwy są spodziewane i zaplanowane. Tym razem jednak Deep Space Network nie odzyskał oczekiwanej telemetrii po powrocie MAVEN zza planety. Kontrolerzy poinformowali w zeszłym tygodniu, że choć misja nie posiadała telemetrii od 4 grudnia, udało się odzyskać częściowe dane śledzenia z 6 grudnia, a wstępna analiza wskazuje, że sonda mogła wirować i prawdopodobnie doświadczyła zakłócenia trajektorii podczas ponownego wyłaniania się.

Zespół operacyjny NASA opisał sytuację jako dochodzenie w sprawie anomalii; inżynierowie badają, czy usterka wynika z awarii systemu kontroli orientacji, zdarzenia związanego z napędem, problemu z zasilaniem lub kombinacji tych czynników. Niekontrolowane wirowanie skomplikowałoby odbiór komend i prawdopodobnie uniemożliwiłoby utrzymanie anteny o dużym zysku skierowanej w stronę Ziemi. Agencja nie potwierdziła głównej przyczyny i kontynuuje prace nad problemem, ostrzegając jednocześnie, że koniunkcja słoneczna ograniczy możliwości ratunkowe na kilka tygodni.

Misja MAVEN i jej wartość naukowa

Wystrzelona w listopadzie 2013 roku i przybyła na Marsa we wrześniu 2014 roku, sonda MAVEN została zaprojektowana specjalnie do badania sposobu, w jaki Mars traci swoją atmosferę w przestrzeń kosmiczną. Jej instrumenty — magnetometry, detektory cząstek, spektrometr ultrafioletowy oraz spektrometry mas — zmapowały, jak wiatr słoneczny i światło słoneczne napędzają ucieczkę wodoru, tlenu i innych pierwiastków z górnych warstw atmosfery. Prace te stanowią podstawę naszej wiedzy o tym, jak Mars przekształcił się z wilgotniejszego, cieplejszego świata w swoim pierwszym miliardzie lat w mroźną planetę o rzadkiej atmosferze, którą widzimy dzisiaj.

Przez ponad dekadę na orbicie MAVEN rejestrowała ucieczkę atmosferyczną podczas pełnego cyklu słonecznego, śledziła wpływ burz pyłowych i sezonowego nagrzewania na tempo tej ucieczki oraz dostarczała obserwacji w ultrafiolecie, które uzupełniają dane z teleskopów kosmicznych i naziemnych. Te zbiory danych były kluczowe dla ostatnich badań łączących obrazy w ultrafiolecie z teleskopu Hubble'a z pomiarami in-situ sondy MAVEN w celu ilościowego określenia utraty wodoru i deuteru — izotopowego „odcisku palca” mówiącego o tym, ile wody Mars oddał w przestrzeń kosmiczną. Utrata dostępu do nowych pomiarów MAVEN stworzyłaby lukę w długoterminowym monitoringu, którą trudno byłoby szybko wypełnić.

Co zespoły ratunkowe mogą, a czego nie mogą teraz zrobić

Zespoły zajmujące się sondami kosmicznymi mają standardowy zestaw procedur: jeśli statek przestaje odpowiadać, szukają sygnału nośnego, analizują częściowe dane śledzenia i efekt Dopplera, próbują wysyłać zachowawcze komendy ratunkowe i starają się nakłonić jednostkę do wejścia w znany tryb bezpieczny, aby możliwe było wznowienie telemetrii o wyższej przepustowości. W przypadku MAVEN sytuację komplikują dwa czynniki. Po pierwsze, jeśli sonda wiruje, traci precyzyjne nakierowanie anteny, a odbiór telemetrii o niskiej mocy lub przesyłanie komend staje się przerywane lub niemożliwe. Po drugie, Mars zbliża się do koniunkcji słonecznej — ustawienia, w którym Słońce znajduje się niemal dokładnie między Ziemią a Marsem — a operatorzy misji rutynowo unikają wysyłania komend w tym okresie, ponieważ szum radiowy Słońca może uszkodzić sygnały i polecenia. Koniunkcja zaczyna dławić rutynowe próby odzyskania łączności, aż do bezpiecznego wznowienia komunikacji po połowie stycznia.

NASA nie wyklucza ponownego kontaktu, a historycznie istniały precedensy odzyskiwania sond po długich okresach milczenia. Inżynierowie ostrzegają jednak, że stopień wirowania, ewentualne zmiany orbity oraz uszkodzenia krytycznych podsystemów zdecydują o tym, czy odzyskanie sondy będzie możliwe. Jeśli uda się nakłonić MAVEN do wejścia w tryb bezpieczny skierowany ku Słońcu za pomocą automatycznej logiki ochrony przed błędami lub krótkiego, udanego połączenia, misja może przetrwać; jeśli jednak zawiodły kluczowe elementy systemu kontroli orientacji lub sonda nieoczekiwanie zużyła paliwo, perspektywy stają się mroczne.

Konsekwencje operacyjne i programowe

MAVEN to nie tylko orbiter naukowy: to operacyjny zwornik. Marsjańska flota pojazdów kosmicznych — łazików, lądowników i orbiterów — polega na sieci satelitów przekaźnikowych, aby efektywnie przesyłać na Ziemię duże pakiety danych naukowych. Pozostałe amerykańskie orbitery NASA, Mars Reconnaissance Orbiter i Mars Odyssey, są starsze, a ich zasoby są ograniczone; niektóre publiczne materiały sugerowały zróżnicowane szacunki dotyczące ich pozostałej żywotności i rezerw paliwa. Europejskie i inne międzynarodowe orbitery zapewniają częściowe możliwości przekaźnikowe, ale geometria orbit i ograniczenia prędkości przesyłu danych oznaczają, że żaden pojedynczy zastępca nie będzie idealny. Plany wykorzystania nowych małych orbiterów lub wystrzelenia dedykowanych satelitów komunikacyjnych są dyskutowane od lat, ale ich realizacja wymaga czasu i budżetu.

Istnieją również programowe skutki uboczne. MAVEN miała zapewniać obserwacje kontekstowe i tandemowe dla nadchodzących misji oraz misji przybywających w późniejszej części tej dekady. ESCAPADE, mniejsza konstelacja orbiterów Marsa, której przybycie zaplanowano na około 2027 rok, skorzystałaby na skoordynowanych kampaniach obserwacyjnych. Jeśli MAVEN zostanie utracona, naukowcy stracą długofalowy zbiór danych służący do kalibracji modeli atmosferycznych, a planiści misji będą musieli przemyśleć strategie przekaźnikowe dla kampanii o wysokiej przepustowości oraz wsparcia misji powrotu próbek w latach 30. XXI wieku.

Możliwe przyczyny i niepewność publiczna

Obserwatorzy wysunęli kilka prawdopodobnych przyczyn: awarie sprzętowe kół reakcyjnych lub jednostek inercyjnych, anomalia silnika lub paliwa, która zmieniła orientację lub orbitę, błędy typu single-event upset wywołane cząstkami słonecznymi lub błąd oprogramowania, który pozostawił sondę w niekontrolowanym stanie. Niektóre media spekulowały na temat koronalnych wyrzutów masy lub innych zjawisk pogody kosmicznej; zespoły misji twierdzą, że rozważają pogodę kosmiczną jako jedną z wielu możliwości, ale publicznie nie wskazały żadnej głównej przyczyny.

Publiczne oświadczenia na temat paliwa i pozostałej żywotności MAVEN różnią się w zależności od źródeł i dokumentów, co pogłębiło dezorientację. NASA i partnerzy projektu wcześniej charakteryzowali MAVEN jako misję o znacznej użyteczności sięgającej lat 30. XXI wieku, jednak różne dokumenty budżetowe i operacyjne podają odmienne daty końcowe. Dla odzyskania sondy liczy się nie tylko to, ile paliwa pozostało, ale czy podsystemy kontroli orientacji, zasilania i komunikacji są nienaruszone oraz czy sonda może bezpiecznie odbierać i wykonywać komendy.

Dlaczego ma to znaczenie wykraczające poza jedną sondę

W wymiarze praktycznym utrata długowiecznego orbitera naukowego jest ciosem dla prowadzonych badań oraz dla odporności komunikacji z jednostkami na powierzchni. Z naukowego punktu widzenia ciągły zapis ucieczki atmosferycznej prowadzony przez MAVEN jest unikalny. Badania łączące teledetekcję w ultrafiolecie z teleskopu Hubble'a z danymi in-situ o cząstkach i polach z MAVEN pozwoliły naukowcom zbudować rozciągnięty w czasie obraz tego, jak wodór — oraz cięższy izotop, deuter — uciekają z Marsa. Ten zapis izotopowy ma kluczowe znaczenie dla szacunków dotyczących ilości wody, jaką niegdyś posiadała planeta, oraz dla modeli zdatności planety do zamieszkania i ewolucji klimatu. Trwała luka w tych pomiarach utrudniłaby wysiłki zmierzające do umieszczenia Marsa w kontekście Ziemi i Wenus jako porównywalnych planet typu ziemskiego.

Na razie sytuacja pozostaje rozwojowa. Inżynierowie będą kontynuować prace ratunkowe tam, gdzie to możliwe, ale w większości wstrzymają aktywne wysyłanie komend podczas koniunkcji słonecznej; po wyjaśnieniu się geometrii Słońce-Mars-Ziemia nadchodzące tygodnie będą decydujące. Jeśli MAVEN odpowie na wezwanie, misja może zostać wznowiona i przez lata nadal wnosić wkład w naukę o Marsie. Jeśli nie, naukowcy i planiści misji będą musieli przyspieszyć realizację planów awaryjnych, aby zachować ciągłość krytycznych obserwacji i infrastruktury komunikacyjnej na Marsie.

Źródła

• Blog misji NASA MAVEN (NASA Goddard / zespół MAVEN)
• Laboratory for Atmospheric and Space Physics (University of Colorado Boulder) — operacje MAVEN
• Boston University Center for Space Physics — badania Hubble + MAVEN nad ucieczką wodoru/deuteru (badania Science Advances)
• Kosmiczny Teleskop Hubble'a / Space Telescope Science Institute (obserwacje w ultrafiolecie)
• Lockheed Martin (producent sondy)