Myšlenka konstrukce přistávacího modulu na planetě Mars, který by na jejím povrchu doplňoval výzkumnou misi z oběžné dráhy kolem planety, vznikla v kruzích Evropské kosmické agentury ESA někdy v druhé polovině 90. let minulého století. V srpnu 1996 publikoval vědecký časopis Science článek, ve kterém se informovalo o nálezu domnělé fosílie bakterií v meteoritu, který na Zemi přilétl z Marsu. O rok později se podařilo organizaci NASA dopravit na povrch Marsu sondu Mars Pathfinder za pouhých 265 mil. USD, jejíž součástí bylo i vozítko Sojourner. Tato mise přivedla Prof. Colina Pillingera z katedry planetárních a kosmických věd na Open University v Milton Keynes ve Velké Británii na myšlenku uskutečnění levné výsadkové robotické mise na povrch Marsu, která by se mohla na místě po známkách života porozhlédnout. V té době se organizace ESA rozhodla využít startovní okno v roce 2003 k vypuštění levného orbiteru na dráze kolem Marsu za zhruba 160 mil. USD. V návrhu ESA se uvažovalo i o možnosti přistávacího modulu o hmotnosti kolem 60 kg. Byl zde ale problém s financemi. ESA již na vývoj a konstrukci takového modulu peníze neměla, a tak bylo nutné hledat na jeho realizaci sponzory. C. Pillinger se tedy dal do přesvědčování potenciálních akademických a průmyslových partnerů, kteří by investovali do realizace přistávacího modulu. Název modulu - Beagle 2 byl inspirován jménem lodi, na které Charles Darwin uskutečnil svou výzkumnou cestu, inspirující ho k vytvoření své evoluční teorie. Cena modulu se v té době odhadovala na 25 mil. GBP. V polovině roku 1999 se mu podařilo získat od britské vlády podporu ve výši 5 mil. GBP a pak do konce roku 1999 další příspěvky v celkové výši 15 mil. GBP. Mezi tím na vývoji přistávacího modulu, jehož peripetie jsou popsány v New Scientist (20. 3. 2004) s. 28, začaly pracovat tři partneři: University of Leicester převzala zodpovědnost za přístrojové vybavení modulu Beagle 2, evropská aerokosmická společnost EADS Astrium se zaměřila na počítačové vybavení modulu, komunikační systém a systém dodávky elektrické energie. Konečně britská firma Martin-Baker, specializující se na letecká vystřelovací křesla, začala s návrhem a vývojem přistávacího systému modulu. Hlavní organizační problém vývoje modulu však spočíval v tom, že tito partneři neuzavřeli dohodu o tom, kdo bude mít úplnou zodpovědnost za vývoj celého modulu. Tento nedostatek se projevil již při návrhu projektu přistávacího systému. Na první pohled se zdálo být jednoduché převzít systém, který se osvědčil u mise Mars Pathfinder: padák nejprve zbrzdí sestup, pak se nafouknou amortizátory (airbagy), které zajistí měkký dopad modulu na povrch planety. Firma Martin-Baker tedy kontaktovala americkou firmu ILC Dover ze státu Delaware, která vyrobila amortizátory pro Pathfinder a která též vyráběla amortizátory pro americké sondy MER s vozítky Spirit a Opportunity, s žádostí o posouzení projektu amortizátorů pro Beagle 2. Ovšem inženýrům z ILC Dover se návrh uskutečnění přistání kolegů od Martin-Baker moc nezamlouval. Hlavním parametrem míry účinnosti ochranného působení amortizátorů při přistání modulu je jejich hmotnost. Ta totiž rozhoduje o dalších parametrech amortizátorů jako je jejich rozměr, objem a počet ochranných vrstev. Ve srovnání s projekty ILC Dover byl návrh firmy Martin-Baker příliš optimistický. Například hmotnost amortizátorů použitých pro přistání sondy MER-A s roverem Spirit o přistávací hmotnosti 539 kg (tj. hmotnost přistávací plošiny s amortizátory a rover) činila 120 kg. Pro Beagle 2 o hmotnosti 69 kg návrh uvažoval tři amortizátory o celkové hmotnosti 15 kg a Američanům se zdálo, že z bezpečnostních důvodů by mohly být hmotnější. I přes kritiku od ILC Dover však firma Martin-Baker ve vývoji svých amortizátorů pokračovala. Každý amortizátor obsahoval vnitřní měchýř s plynem, obalený dvěma ochrannými vrstvami, chránícími měchýř před průrazem. Pro srovnání airbagy pro rovery NASA měly 6 vrstev. S postupem doby však firma Martin-Baker začala vidět, že vývoj amortizátorů není tak jednoduchý, jak se z počátku zdálo a začal se prodražovat. Jelikož nebyla naděje na zaplacení zvyšujících se nákladů, rozhodla se firma Martin-Baker v polovině roku 2001 z projektu přistávacího systému modulu Beagle 2 zcela odstoupit. Toto rozhodnutí přišlo ve zcela kritické době, kdy čas už začal konstruktéry tlačit. Nakonec se podařilo přesvědčit společnost Astrium, aby se stala hlavním kontraktorem s plnou zodpovědností za celý projekt modulu Beagle a též převzala i konstrukci přistávacího systému. Při přezkoumávání projektu přistávacího systému zjistili inženýři společnosti Astrium závažné nedostatky v návrhu celého systému. Jeden z nedostatků spočíval v tom, že nafouknuté amortizátory byly značně netěsné. To by nebyl závažný problém, pokud by k nafouknutí amortizátorů došlo v poslední minutě před dopadem, jako tomu bylo jak u Pathfinderu, tak u sond MER-A a B. U těchto sond dával povel k nafouknutí výškoměr v několika metrech nad povrchem Marsu. Ovšem pro Beagle 2 se v původním konstrukčním návrhu s výškoměrem nepočítalo a předpokládalo se, že k nafouknutí amortizátoru dojde ještě ve značné výšce nad povrchem. Konstruktéři tedy neměli na vybranou a byli nuceni výškoměr do sondy ještě zabudovat. Ovšem sonda v této fázi vývoje již byla kompletně vyplněná přístroji. Jedinou možností bylo umístění výškoměru do ochranné vrstvy pěnového materiálu na vnitřní straně stěn modulu, která měla ještě dodatečně chránit přístroje sondy v okamžiku přistání. Ve vrstvě pěnového materiálu tedy byla vyříznuta dutina a do ní byl umístěn výškoměr. V okamžiku přistání již jeho činnost skončila a tak nezáleželo na tom, zda se při přistání rozbije. V prosinci 2001 byl tedy výškoměr přidán k přístrojové výbavě modulu Beagle 2.

Ovšem problémy s amortizátory pokračovaly a tak stále komplikovaly vývoj přistávacího modulu. Počátkem roku 2002 se při rutinních zkouškách ukázalo, že amortizátory neochrání modul až do přistávací rychlosti 30 m/s. Při této rychlosti dopadu se amortizátory prostě roztrhly. Jelikož již nebyl čas předělávat amortizátory, inženýři ze společnosti Astrium navrhli snížení rychlosti dopadu. Jelikož z hmotnostních důvodů nebylo možné zvětšit plochu současného padáku, bylo nutné vyrobit a vyzkoušet zcela nový padák. Nový padák s plochou asi o 50% větší byl vyroben z lehkého materiálu na bázi vláken nylonu a kevlaru. S pomocí firmy Lindstrand Ballons and Analyticon byl navržen tvar padáku, podobný padákům používaným při misích Apollo. Během několika měsíců byl navržen, vyroben a vyzkoušen. Dokonce se jej podařilo vtěsnat do objemu, který byl v konstrukci modulu pro padák určen. Přesto nebyl všem problémům s padákem konec. Před startem sondy bylo třeba celý přistávací modul včetně padáku sterilizovat tak, aby Mars nebyl kontaminován životem ze Země. Padák byl tedy na 48 hodin vystaven gama záření; je to vyzkoušený proces, který zaručuje, že všechny živé formy na bázi uhlíku jsou zničeny. Nevýhoda tohoto procesu je ovšem ta, že by organická vlákna padáku též na bázi uhlíku mohla být poškozena. Konstruktéři se uklidnili, když zjistili, že záložní exemplář padáku stejného typu byl po sterilizaci nepoškozen.

Při montáži sondy se vyskytly další problémy s amortizátory. V červenci 2002 bylo zřejmé, že ať skládají se jak chtějí, do předpokládaného prostoru se je nepodařilo vtěsnat. Inženýři tedy začali uvažovat o tom, jak modifikovat ochranný kryt modulu. Ten se skládá ze spodní části s tepelným štítem, absorbujícím tepelnou energii vznikající snižováním její kinetické energie při atmosférickém brždění sondy a, a z horní části, chránící hlavní padákový systém. Obě části ochranného krytu jsou spojeny distanční vložkou (spacer). Aby se tedy zvětšil prostor pro amortizátory, bylo rozhodnuto vložit mezi obě části ochranného krytu tlustší distanční vložku. Distanční vložka obsahuje i biologické těsnění, zabraňující kontaminaci sondy po sterilizaci.

Přes všechny popsané potíže se společnosti Astrium podařilo zkompletovat přistávací modul v únoru 2003, takže byl připraven ke startu v červnu 2003. Ovšem překonání zmíněných problémů způsobilo, že cena přistávacího modulu nakonec vzrostla o 40 mil. GBP a zatím není jasné, jak se tato částka zaplatí.

Sonda Mars Express tedy odstartovala podle plánu a modul Beagle 2 byl uvolněn do atmosféry Marsu 19. 12. 2003. Ale od té doby se již řídícímu středisku neozval. Není samozřejmě vyloučeno, že modul havaroval proto, že se na Marsu vyskytly podmínky, se kterými se při návrhu přistávacího modulu nepočítalo. Příkladem může být menší hustota atmosféry, která byla zjištěna při přistání roverů Sprit a Opportunity, a proto padákový systém nepracoval správně. Mohlo dojít i k tomu, že čidla sondy nezjistila dostatečný odpor, a tak k otevření padáku došlo příliš pozdě. Jinak ke ztrátě sondy mohlo dojít kdykoliv mezi oddělením modulu Beagle 2 od sondy Mars Express dne 19. 12. až do okamžiku plánovaného přistání dne 25. 12. 2003.

Dne 4. 2. ustanovili britský ministr pro vědu Lord Sainsbury a generální ředitel ESA J.-J. Dordain vyšetřovací komisi pro zjištění příčin selhání modulu Beagle 2, který byl 6. 2. prohlášen za ztracený. Vyšetřovací komise spolupracovala s NASA pro získání detailních fotografií místa plánovaného přistání modulu Beagle 2 pomocí kamer sondy Mars Global Surveyor ve snaze získat nějaké stopy po modulu na povrchu Marsu. Na fotografii předpokládané zóny přistání byl objeven impaktní kráter o průměru asi 1 km. Kdyby modul Beagle 2 dopadl zrovna na svah kráteru, musel by několikrát poskočit, než by došlo k jeho zastavení a amortizátory by to nemusely vydržet. Nadto přistání uvnitř kráteru by mohlo zkomplikovat situaci modulu, neboť stěny kráteru by mohly jednak zastínit sluneční baterie a dále blokovat směrové spojení s modulem. Dále komise probírala možné příčiny neúspěchu mise s řadou manažerů, vědců a inženýrů, kteří se na realizaci přistávacího modulu Beagle 2 podíleli. I když nebyla identifikována konkrétní příčina neúspěchu mise, komise dala ve své zprávě jasně najevo, že odpověď na otázku, proč došlo ke ztrátě přistávacího modulu, je třeba hledat ještě na Zemi, při konstrukci modulu. Celý projekt byl nedostatečně financován, a tak není vyloučeno, že nebyly všechny potenciální problémy návrhu konstrukce sondy vyřešeny a řádně odzkoušeny ještě před jejím startem. Přesná příčina ztráty sondy tedy asi nebude nikdy přesně známa.

Komise odevzdala svou zprávu ministerstvu pro vědu a organizaci ESA již 21. 4. a zpráva byla akceptována. Jelikož nešlo o veřejné vyšetřování a jelikož se zpráva dotýká některých citlivých záležitostí mezi členskými státy organizace ESA a dále i obchodních vztahů mezi firmami, které se na projektu podílely, bylo rozhodnuto, že zpráva nebude zveřejněna. Přesto dne 24. 5. uveřejnila komise alespoň plné znění svých 19 doporučení, které shrnují obecná pravidla, která by měla být vodítkem pro organizaci, financování a technickou realizaci budoucích přistávacích modulů organizace ESA. Doporučení komise, zveřejněná na internetové adrese: http://www.esa.int/esaCP/SEMLKAHHZTD_index_0.html, lze rozdělit do tří skupin:

• Plánování a řízení budoucích misí, odhad přínosu a rizik připravovaných projektů. Zde se zdůrazňuje, že vývoj orbitální a přistávací části budoucích misí by měl být pojat jako jeden celek. Celá mise by pak měla být řízena organizací, která k tomu má jak dostatečnou kapacitu, tak i prostředky. Organizace ESA by pak měla mít celkový přehled o stavu projektu. Projekt by neměl být zahájen bez zabezpečeného financování. Financování by mělo být nikoliv na základě pevných, předem stanovených cen, ale kontraktor by měl mít finanční rezervy pro pokrytí nepředvídatelných okolností či rizik. I když se to ve zprávě přímo neříká, někteří pozorovatelé si myslí, že v tomto smyslu zpráva nepřímo kritizuje prof. Pillingera. Ovšem z uvedené historie projektu Beagle 2 je vidět, že sama organizace ESA brala zpočátku modul Beagle 2 jen jako jistý “přívažek” sondy Mars Express.
• Technické problémy, které mohly vést ke ztrátě modulu Beagle. Jde zejména o vědeckou a technickou specifikaci mise, vývoj a zkoušky amortizátorů.
• Technické otázky budoucích misí. Budoucí mise by měly být navrženy tak, aby byla zajištěna alespoň minimální telemetrie přenášející informace o stavu sondy během vstupu do planetární atmosféry a o kritických etapách během jejího přistání. Komunikační systém by měl zajišťovat i přímé řízení sondy bez zprostředkování řídícím počítačem sondy, což by dovolilo účinnější řešení havarijních situací. Jestliže se při misi použijí pyrotechnické systémy, je třeba provést adekvátní testy sondy na odolnost vůči mechanickým šokům. Všechny části sondy, které se při přistání od ní oddělují, musí mít dostatečně odlišné balistické koeficienty, aby byla vyloučena kolize se sondou po jejich oddělení. Při vývoji amortizátorů a přistávacích padáků pro budoucí planetární mise ESA by se mělo využít zkušeností USA a Ruska.

V každém případě panuje v kruzích organizace ESA názor, že by se mise přistávacího modulu Beagle 2 mohla zopakovat již v roce 2007. Ostatně o tom hovořil i prof. Pillinger při veřejném vystoupení před Royal Society v Londýně dne 23. 3. 2004. Rok 2007 je ostatně poslední možností pro realizaci druhé mise modulu Beagle 2, neboť na rok 2009 je plánováno vysazení dvou velkých roverů na povrch Marsu, které pravděpodobně ponesou přístroje podobné jako Beagle 2. Kromě toho zopakování mise by mohlo přispět při přípravách programu Aurora organizace ESA, který počítá s komplexním programem průzkumu této planety (viz např. ESA Bulletin č. 115 (2003), s. 34), který by měl být zahájen misí ExoMars v roce 2009, počítající s vysazením autonomního roveru o hmotnosti 200 kg schopným několik měsíců pracovat na povrchu planety a hledat tam známky života. Poté by v roce 2011 měla startovat další mise s cílem dopravit na Zemi vzorky marsovských hornin. Dále by měly následovat stále komplexnější robotické mise, které by mohly někdy po roce 2030 vyvrcholit pilotovaným letem k Marsu a přistáním kosmonautů na jeho povrchu. Z toho je tedy zřejmé, že úspěšné přistání druhého modulu Beagle 2 na Marsu by sloužilo i jako dobrá průprava pro let roverů v roce 2009.

Z řady problémů, které vznikly při vývoji a přepracovávání modulu Beagle 2, a které jsou probírány ve zprávě vyšetřující komise, si konstruktéři, navrhující druhý modul, vzali poučení. Jednou z důležitých modifikací, přímo zmiňovanou v doporučeních komise, je to, že modul sebou ponese vysílač, monitorující jednotlivé fáze přistání a jejich přenos na Zemi. Takový vysílač nebyl do původního modulu z váhových omezení zařazen. S další změnou se počítá při konstrukci amortizátorů, které nebudou po povrchu Marsu poskakovat, což sníží i šok, působící na přistávací modul. Anténa pro spojení se Zemí nebude uvnitř modulu, ale bude umístěna na jeho vnějšku, aby bylo spojení ještě před tím, než se modul po přistání rozevře. Nebude se tak muset čekat, až dojde k rozevření modulu a teprve pak bude anténa použitelná, jak se to plánovalo při první misi.

Rozhodnutí o realizaci opakované mise Beagle 2 však bude zcela jistě ovlivněno tím, najde-li k tomu organizace ESA finanční prostředky.

Lubor Lejček

Foto: Profesor Colin Pillinger u modelu přistávacího modulu Beagle 2

Publikováno v časopise Letectví a Kosmonautika 80 (2004) č. 7, s. 688 – 691.