Przystanek nauka - portal Uniwesytetu Śląskiego w Katowicach

Agnieszka Sikora: Wszystkie dzieci na całym świecie wiedzą, co to jest NASA. Ty pracujesz w centrum badawczym NASA Jet Propulsion Laboratory. Co to jest za instytucja i czym się tam zajmujesz?

Artur B. Chmielewski: Zacznę od tego, że często, gdy ludzie myślą o NASA, kojarzą ją z Centrum Lotów Kosmicznych im. L. Johnsona. Ale tak naprawę NASA ma wiele ośrodków badawczych i testowych. Kilka jest szczególnie ważnych, np. Centrum Lotów Kosmicznych im. R.H. Goddarda. To laboratorium projektowo-badawcze związane z badaniami przestrzeni kosmicznej. Kieruje wieloma projektami NASA – wśród tych najbardziej znanych są Kosmiczny Teleskop Hubble’a i Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Oczywiście Centrum Lotów Kosmicznych jest słynne, bo znajduje się tu Centrum Kontroli Misji, które koordynuje i monitoruje wszystkie załogowe loty kosmiczne ze Stanów Zjednoczonych, ponadto prowadzi treningi astronautów NASA. Ważnym ośrodkiem jest także Centrum Kosmiczne Johna F. Kennedy’ego znane z kosmodromu położonego na przylądku Canaveral na Florydzie, będącego miejscem startów załogowych statków kosmicznych. Jet Propulsion Laboratory znajduje się w Pasedenie w Kalifornii i jego głównym celem jest robotyczne poznawanie Układu Słonecznego, czyli opracowywanie i prowadzenie lotów bezzałogowych poza Ziemią. Jesteśmy znani z misji łazików marsjańskich, helikoptera marsjańskiego, Galileo na Jowisza czy Cassini- Huygens na Saturna. W tych misjach zajmowałem się zasilaniem i pracowałem nad generatorami nuklearnymi. Statki kosmiczne, które lecą poza Saturna, czyli daleko od Słońca, nie mogą używać paneli słonecznych. Przy misji Cassini pracowałem nad całym układem zasilania, zaś przy Galileo nad operacjami startowymi – trenowałem wszystkie komendy i instrukcje do statku kosmicznego, zajmowałem się też operacjami z Ziemi i nawigacją statkiem. Jeżeli chodzi o łaziki, pracowałem nad planowaniem misji. Zastanawialiśmy się, ile ich powinno być, ostatecznie na Marsa poleciały dwa bliźniacze łaziki – Spirit i Opportunity, chociaż początkowo miało być ich osiem. Następnie pracowałem przy łazikach Curiosity i Perseverance.

Agnieszka Sikora: Pracowałeś także przy projekcie Rosetta z ramienia NASA, czyli sondzie Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), której zadaniem było wejście na orbitę wokół jądra komety 67P/Czuriumow-Gierasimienko i osadzenie na jego powierzchni lądownika. Z jednej strony misja się udała, ale, jak wiadomo, zadanie nie do końca się powiodło. Co zawiodło?

Artur B. Chmielewski: Z misjami kosmicznymi jest jak z mistrzostwami świata w piłce nożnej. Drużyna wpierw przechodzi kwalifikacje do mistrzostw świata, potem gra w grupie, wychodzi z niej, przechodzi przez ćwierćfinały i półfinały, dochodzi do finału i w ostatnim meczu przegrywa w rzutach karnych. Można zapytać: Co zawiodło? Kto nie strzelił ostatniej bramki? Ale można też powiedzieć: Co za niesamowity sukces! Jeszcze nigdy tego nie zrobiliśmy! Ile emocji mieliśmy! Gdy coś zawiedzie, zawsze możemy się z tego dużo nauczyć, wyciągnąć wnioski, dowiedzieć, co możemy zrobić lepiej następnym razem. Rosetta była misją ESA, ja natomiast byłem dyrektorem misji z ramienia NASA, gdyż dorzuciliśmy do niej trzy instrumenty i anteny naziemne, a ponadto brali w niej udział również naukowcy związani z NASA. Muszę przyznać, że Europejczycy bardzo nam zaimponowali. Dlaczego? Gdy NASA przygotowuje jakąś misję, to zazwyczaj obowiązuje jeden schemat. Wpierw organizowana jest misja typu flyby i polega na przeleceniu koło danego ciała. Sonda ma wówczas ok. pół godziny, żeby zrobić zdjęcia powierzchni lub wykonać proste badania spektroskopijne. Taka misja jest najłatwiejsza, najszybsza, najtańsza, ale… to tylko pół godziny po np. 10 latach lotu. Następna misja obejmuje wejście na orbitę. Możemy wykonać lepsze zdjęcia powierzchni, a nawet całą mapę ciała. Trzecia misja to już lądowanie i jeśli mamy łazika, to w grę wchodzi pewna mobilność. A Rosetta zrobiła to wszystko w jednej misji. Poleciała tam, orbitowała wokół komety, a potem lądownik Philae wylądował. Niestety nie przytwierdził się do powierzchni, odbił się jak piłka i spadł pod skały – szukaliśmy go prawie przez rok. Dał nam jednak trochę danych i kilka zdjęć. Na samym końcu misji ESA posadziła jednak statek kosmiczny na powierzchni komety i to było spektakularne!

Lądowanie zależy od wielu czynników, ale są lądowania łatwiejsze i trudniejsze. Weźmy na przykład księżyc Marsa Fobos. Jest malutki, niektórzy uważają, że to asteroida, którą złapało przyciąganie Marsa. Jest na nim bardzo małe przyciąganie, dlatego można na jego powierzchnię opaść jak piórko. Nie ma też atmosfery. Gdy statek wchodzi w atmosferę z prędkością 10 km/s, musi mieć osłonę termiczną, wejść pod właściwym kątem, odpowiednio wcześniej wytracić szybkość, otworzyć spadochron i włączyć silniki wsteczne – wszystko to jest skomplikowane dla małego łazika, a co dopiero dla kapsuły z ludźmi.

Agnieszka Sikora: Wiemy, dlaczego badamy Marsa: chcemy szukać życia, ale też chcemy dowiedzieć się, czy możemy go skolonizować. Celem misji Rosetta było przeprowadzenie badań mających pomóc w poznaniu pochodzenia komet. Dlaczego badanie komet jest ważne?

Artur B. Chmielewski: Gdy patrzymy na Ziemię z kosmosu, to widzimy, że 2/3 planety pokrywają wody – oceany, morza, rzeki. Woda jest tym, co utrzymuje nasze życie. Większość ludzi nie zdaje sobie sprawy, że na początku, gdy nasza planeta się formowała, było na niej dużo wody. Potem jednak, gdy pył w wyniku grawitacji komasował się i ściskał, a przez to temperatura rosła, cała woda wyparowała. Teraz woda ponownie jest na Ziemi. Skąd ona się wzięła? Wiodące teorie mówią, że pojawiła się w wyniku ogromnego bombardowania Ziemi poprzez asteroidy i komety, które mają w sobie bardzo dużo wody. Badamy komety, żeby potwierdzić tę teorię, ale także poszukujemy wody na innych ciałach niebieskich, dlatego że życie, jakie znamy, potrzebuje wody.

Agnieszka Sikora: Jedna z teorii, głosi, że w zamierzchłej przeszłości woda w stanie ciekłym była również na Marsie – pokrywał go spory ocean. Podstawowym celem łazika Perseverance, który, jak wspomniałeś, został zbudowany w Jet Propulsion Laboratory, było i jest w dalszym ciągu badanie śladów życia mikrobiologicznego na Czerwonej Planecie. Jak technicznie wygląda poszukiwanie życia na Marsie?

Artur B. Chmielewski: Gdy przygotowuje się misję na Marsa, czy to z użyciem łazika, czy lądownika, to wpierw toczą się dyskusje z naukowcami. Jeżeli byłabyś kosmitą i leciała na Ziemię, musiałabyś zadecydować, gdzie wylądować, wybrać miejsce bezpieczne, ale też takie, dzięki któremu dowiedziałabyś się jak najwięcej o planecie. Jeżeli rozumiesz, co to jest woda, to byś nie wylądowała w oceanie, ale gdyby na Twojej planecie nie było wody, to pewnie wylądowałabyś na oceanie i utonęła.

Agnieszka Sikora: Na amerykańskich filmach pokazują, że kosmici zawsze lądują w USA (śmiech).

Artur B. Chmielewski: Tak, bo mówią po angielsku, więc jest im tam najlepiej (śmiech). A na serio, gdzie byś wylądowała? Tam, gdzie jest najłatwiej. Może na pustyni? Ale co byś się dowiedziała o Ziemi? Że jakieś podstawowe życie jest, zobaczyłabyś skorpiony, mrówki i może jakieś drobne roślinki. Inżynierowie chcą lądować w takich miejscach, ale z kolei naukowcy woleliby wylądować w dżungli nad Amazonką albo w Nowym Jorku. To z kolei byłoby bardzo trudne. Potrzeby naukowców i inżynierów trzeba pogodzić, są to w końcu misje naukowe i nauka jest najważniejsza, ale nic nie będzie z celów naukowych, jeżeli łazik rozbije się przy lądowaniu. Początkowo łaziki miały zadanie, żeby szukać wody, odpowiedzieć na pytanie, gdzie i czy w ogóle była woda. To było pytanie, które postawiono 20 lat temu. Dziś wiemy, że była i woda i atmosfera, a Mars ok. 3,8 miliarda lat temu wyglądał podobnie jak Ziemia. Zadaliśmy sobie drugie pytanie: skoro na Ziemi woda jest nośnikiem życia, dlaczego tam miałoby być inaczej? Dzięki łazikom znaleźliśmy dowody na istnienie wody, znaleźliśmy wodę w skałach, znaleźliśmy skały, które formują się pod wpływem wody – płynnej wody i to przez wiele milionów lat – znaleźliśmy warstwy osadowe, dzięki czemu dowiedzieliśmy się, jak poziom wody się zmieniał, byliśmy w stanie ocenić, ile deszczu padało, jakie występowały w nim związki chemiczne i kiedy Mars zaczął wysychać. Nie wiemy do tej pory, czy woda w stanie ciekłym wciąż występuje na Marsie, ale być może jest głęboko pod powierzchnią. Perseverance wylądował w bardzo ciekawym miejscu, w delcie rzeki, która kiedyś wpadała do wielkiego jeziora wypełniającego krater Jezero. Na Ziemi, gdy rzeka wpływa do takiego zbiornika, opada jej prędkość, a wszystkie składniki, które niesie ze sobą, glony, mikroorganizmy, zaczynają się osadzać. Badaliśmy podobne miejsca w różnych regionach na świecie, np. w Australii, gdzie w wyniku osadzania się materiału organicznego powstały kopce i skały. Dlatego naukowcy uznali, że w takim miejscu moglibyśmy znaleźć dowody życia.

Agnieszka Sikora: Żeby prowadzić takie badania, łazik musi być wyposażony w nowoczesne instrumenty naukowe. W przypadku Perseverance – ale także było to nowością w całej historii misji kosmicznych – miał towarzysza latającego. Mam na myśli helikopterek Ingenuity. Jego zadaniem było podjęcie próby pierwszego w historii napędzanego, kontrolowanego lotu na innej planecie. Plany były takie, że helikopter wykona kilka lotów, aby dane mogły pomóc w przyszłych eksploracjach Czerwonej Planety. Wykonał ich znacznie więcej, niż planowano. Niedawno zakończył swoją misję. Jak wiadomo, latanie na Marsie to nie to samo, co latanie na Ziemi. Jak możesz ocenić ten eksperyment?

Artur B. Chmielewski: To rzeczywiście był eksperyment technologiczny. Zakładaliśmy, że jest możliwe latanie na Marsie, ale trzeba pamiętać, że planeta ma bardzo rozrzedzoną atmosferę. Mieliśmy też mało danych na temat ilości pyłu w atmosferze. Sporo wiemy na temat powierzchni Marsa, ale bardzo mało wiedzieliśmy o jego atmosferze. Wszystko dlatego, że nie przeprowadza się pomiarów podczas lądowania, cała instrumentacja jest skierowana na bezpiecznie wylądowanie. Dlatego nie wiedzieliśmy, jaka jest temperatura powietrza, jak mocne są wiatry, w jakim kierunku wieją i czy się zmieniają w zależności od dnia i nocy. To była wiedza, którą zdobyliśmy dzięki Ingenuity i to bez instrumentacji naukowej. Żeby ocenić siłę wiatru, wzbijaliśmy helikopterek na wysokość kilku metrów i patrzyliśmy, jak się zachowuje. Na tej podstawie wykombinowaliśmy, jak silny jest wiatr lub jaka jest gęstość powietrza. W moim odczuciu to była zabawka technologiczna, chociaż wiele się dzięki niej dowiedzieliśmy i to było niesamowite. Teraz mam szczęście, że pracuję nad następnym helikopterem. Tym razem będzie już robił pomiary naukowe i jest znacznie większy. Będzie miał 4 metry długości, 6 wirników, wyposażony zostanie w kilka instrumentów naukowych i planujemy, że poleci na odległość nie paru, ale 400 kilometrów!

Agnieszka Sikora: Łazik Perseverance został wyposażony w specjalne pojemniki, do których miał zbierać próbki i pozostawiać je na Marsie. Idea była taka, że próbki zostały zebrane i dostarczone na Ziemię w ramach misji Mars Sample Return, a następnie zbadane w ziemskich laboratoriach. Projekt był prowadzony we współpracy z innymi agencjami, m.in. z Rosyjską Agencją Kosmiczną Roskosmos. Wojna w Ukrainie pokrzyżowała te plany. Jakie są losy tego projektu?

Artur B. Chmielewski: Perseverance został wyposażony w 30 tulejek, do których zbiera próbki z powierzchni Marsa i hermetycznie je zamyka. Dwie są puste, choć nie do końca – zostało w nich zamknięte powietrze marsjańskie – chcemy je zbadać i dowiedzieć się, jaki jest jego skład. Perseverance wkłada tulejki do specjalnego pojemnika, ale kilka rozrzuca na swojej trasie. Mają stanowić swoisty backup, gdyby pojemnik się zaciął i nie można było z niego wydostać próbek lub gdyby łazik stanął w trudno dostępnym miejscu. Planowaliśmy, że poślemy na Marsa małe helikopterki jak Ingenuity i one podejmą tulejki. Niestety, z przywiezieniem próbek na Ziemię są kłopoty. Ostatnio jest bardzo dużo dyskusji na ten temat w NASA. Misja Mars Sample Return miała tak przebiegać, że na Marsa poleci następny statek, który będzie wyposażony w rakietę. Idea była taka, aby Perseverance podjechał do statku, przeładował pojemnik z próbkami do rakiety, która miała polecieć na orbitę Marsa i tam pozostawić kanister, który orbitowałby dookoła planety. Następnie miał przylecieć kolejny statek ESA, znaleźć ładunek na orbicie, włożyć do statku i powrócić na Ziemię, a dokładnie wejść na orbitę ziemską, zrzucić pojemnik pod ochroną termiczną, który spadłby na spadochronie na pustynię w stanie Utah. Dużo etapów, ryzyko, że coś się nie powiedzie przeogromne, a do tego gigantyczne koszty. Przeszkodził nam też covid i wojna w Ukrainie – Rosjanie mieli nam dostarczyć rakietę i wspólnie z ESA zbudować łazika. To wszystko na razie pogrążyło tę misję. Dlatego podjęto decyzję, że na razie misja jest wstrzymana. Trzeba upewnić się, że to jest najprostszy sposób i nie ma innego, aby odzyskać próbki.

Agnieszka Sikora: NASA ma wiele projektów. Część z nich ostatecznie nie jest realizowana, ale na pewno bardzo ważny jest sam pomysł, jak można coś w nowatorski sposób rozwiązać. Przy tych projektach pracuje wielu młodych ludzi i są wśród nich osoby z Polski. Wiem, że ich wspierasz.

Artur B. Chmielewski: Rzeczywiście, chętnie przyjmujemy na praktyki czy staże studentów i doktorantów z Polski i robią tu furorę. Ciężko pracują, świetnie mówią po angielsku, mają bardzo dużą wiedzę i bardzo imponują inżynierom w NASA. Ja natomiast staram się, żeby mieli więcej wiary w siebie, więcej tzw. umiejętności miękkich, aby umieli rozmawiać ze sponsorami, byli bardziej otwarci i przebojowi. Tego się w Polsce nie uczy. Studenci z Polski myślą, że trzeba być cicho i pokazywać respekt. Tu na spotkaniach nikt nie wygłasza przemów, nikt nie dominuje, szukamy najmądrzejszych, najlepszych pomysłów, obojętnie, kim jesteś i z jakiego państwa przyjechałeś.

Agnieszka Sikora: Aby zarażać młodych ludzi miłością do nauki, powstają takie inicjatywy, jak Śląski Festiwal Nauki KATOWICE, na którym byłeś gościem w 2023 roku. Od jakiegoś czasu w przestrzeni publicznej toczy się dyskusja, na ile takie imprezy faktycznie wpływają na to, że dzieci i młodzież bardziej zainteresują się nauką i z tej zabawy coś wyniknie. Co sądzisz o takiej formie popularyzacji nauki?

Artur B. Chmielewski: Przede wszystkim dziękuję za zaproszenie na festiwal, bo to była impreza absolutnie światowej klasy. Wszystko było świetnie zorganizowane, do tego ponad 60 tys. osób – dzieci, młodzież, dorośli, naukowcy, dużo scen, dyskusje, książki – ja też podpisywałem swoje. Nie sądzę, że tu, w USA, jest impreza na tym poziomie. Kiedyś przeprowadzono badania, w których sprawdzano, co ma największy wpływ na ludzi, żeby zainteresowali się nauką, szczególnie przedmiotami ścisłymi. Stwierdzono, że najbardziej efektywnym sposobem zachęcenia kogoś do nauki są osobiste kontakty z ludźmi, którzy już pracują w danej dziedzinie. Oczywiście nie wiadomo, ile osób z tych tysięcy faktycznie w przyszłości wybierze taką ścieżkę kariery zawodowej, ale wy im to umożliwiliście. Nigdy się tego nie dowiecie, niestety, ale jestem pewien, że ten efekt macie. Dlatego jestem pełen uznania dla Uniwersytetu Śląskiego, dla wszystkich organizatorów. To jest genialna impreza.

Agnieszka Sikora: Przekażę te miłe słowa zespołowi. Mam nadzieję, że jeszcze kiedyś nas odwiedzisz. Bardzo dziękuję za rozmowę.

Rozmawiała Agnieszka Sikora

Wywiad został opublikowany w "Gazecie Uniwersyteckiej UŚ" [nr 8 (318) maj 2024]