Tacy naukowcy wysłali rakietę na Marsa za mniej niż kosztowało nakręcenie „Marsjanina”

5 listopada 2013 roku w kierunku Marsa wystartowała rakieta. Była to pierwsza indyjska misja międzyplanetarna, Mangalyaan, i straszne ryzyko. Tylko 40 procent misji wysłanych na Marsa przez największe organizacje kosmiczne – NASA, Rosję, Japonię czy Chiny – kiedykolwiek zakończyło się sukcesem. Żadna organizacja kosmiczna nie odniosła sukcesu przy pierwszej próbie. Co więcej, indyjska organizacja kosmiczna ISRO dysponowała bardzo skromnymi funduszami: podczas gdy sonda marsjańska NASA, Maven, kosztowała 651 milionów dolarów, budżet tej misji wynosił 74 miliony dolarów. Dla porównania, budżet filmu „Marsjanin” wyniósł 108 milionów dolarów. Aha, i ISRO wysłało swoją rakietę zaledwie 18 miesięcy od rozpoczęcia prac nad nią. Kilka miesięcy i kilka milionów kilometrów później orbiter przygotował się do wejścia w grawitację Marsa. To był moment krytyczny. Gdyby orbiter wszedł w grawitację Marsa pod złym kątem, nawet o jeden stopień, albo rozbiłby się o powierzchnię Marsa, albo przeleciał tuż obok niej, zagubiony w pustce kosmosu.

Zobacz więcej

Wracając na Ziemię, zespół naukowców i inżynierów czekał na sygnał z orbitera. Projektantka misji Ritu Karidhal pracowała 48 godzin bez przerwy, podsycana oczekiwaniem. Jako dziecko, Minal Rohit oglądała misje kosmiczne w telewizji. Teraz Minal czekała na wiadomości o orbiterze, który ona i jej kolega, Moumita Dutta, pomogli zaprojektować.

Gdy sygnał w końcu dotarł, pokój kontroli misji rozległ się w wiwatach. Jeśli pracujesz w takim pomieszczeniu, mówi zastępca dyrektora operacyjnego, Nandini Harinath, „nie musisz już oglądać filmów sensacyjnych, aby poczuć dreszczyk emocji w życiu. Czujesz go w swojej codziennej pracy.”

To nie był jedyny sukces misji. Zdjęcie naukowców świętujących w pomieszczeniu kontroli misji stało się viralem. Dziewczyny w Indiach i poza nimi zyskały nowych bohaterów: takich, którzy noszą sarees, wiążą kwiaty we włosach i wysyłają rakiety w kosmos.

Rakieta odleci. Nie będzie na nikogo czekać.

Kiedy Moumita Dutta była w dziewiątej klasie, studiowała światło i uznała je za fascynujące. Ta obsesja doprowadziła ją do studiów inżynierskich. W 2006 roku była we wschodnim mieście Kolkata w Indiach, kiedy przeczytała w gazecie, że Indie przygotowują się do rozpoczęcia swojej pierwszej misji na Księżyc. Była to szansa, aby nadrobić narodową szansę, którą Indie przegapiły pół wieku wcześniej. ISRO została założona w późnych latach 60-tych, w samym środku wyścigu na Księżyc. Jednak jako organizacja kosmiczna w nowo niepodległym kraju o niezwykle ograniczonych zasobach, agencja nigdy nie wzięła w nim udziału. Misja Indii na Księżyc w 2008 roku była długo przygotowywana, równie historyczna, co przełomowa. „Pomyślałem, że ludzie, którzy nad nią pracowali, mieli wielkie szczęście”. Moumita porzucił ofertę doktoratu za granicą i przeniósł się przez pół kraju, aby dołączyć do ISRO w jego misji na Księżyc.

Kiedy ISRO ogłosiło misję na Marsa w 2012 roku, jej głównym celem było zbudowanie zdolności do wejścia w grawitację Marsa, a gdy już tam się znajdzie, przeprowadzenie eksperymentów naukowych. Misja, zwłaszcza biorąc pod uwagę ograniczone zasoby kraju, musiałaby zostać zakończona w rekordowo krótkim czasie. Rakieta musiała zostać wystrzelona w momencie, gdy odległość między Ziemią a Marsem była najmniejsza, czyli w połowie 2013 roku: tylko 18 miesięcy na zaplanowanie, zbudowanie i przetestowanie wszystkiego na pokładzie. Orbiter musiał wejść na eliptyczną orbitę wokół Marsa zza planety, odcinając wszelką komunikację z Ziemią w najbardziej kluczowym etapie misji. Wymagałoby to opracowania w pełni autonomicznych zdolności, aby utrzymać jego funkcjonowanie. Na orbiterze można by umieścić 5 czujników do przeprowadzania eksperymentów naukowych. Zastrzeżenie: musiałyby one ważyć mniej niż 15 kilogramów, czyli 33 funty razem wzięte.

Moumita znała się na czujnikach. Teraz miała za zadanie zbudować i przetestować pierwszy w swoim rodzaju instrument naukowy do wykrywania metanu na Marsie.

Okazuje się, że czujnik, nad którym pracowała Moumita, nie mógł być bardziej na czasie. W 2014 r. łazik marsjański NASA, Curiosity, wykrył skokowy wzrost metanu w swoim najbliższym otoczeniu. Ponieważ obecność metanu może wskazywać, że albo życie, albo woda były kiedyś obecne na Marsie, było to ekscytujące odkrycie. Ale aby wyciągnąć sensowne wnioski, potrzebny jest instrument naukowy, który może wykryć nawet najmniejsze ilości metanu na całej powierzchni Marsa, i to przez wszystkie pory roku, przez miesiące i lata. Przeszukiwanie zebranych danych byłoby „jak poszukiwanie Boga”, jak to ujął Moumita, „oczywiście, Bóg w tym przypadku jest naszym celem naukowym.”

Wymagająca czułość tego zadania ukształtowała projekt czujnika metanu ISRO dla Marsa. Moumita pracował nad 12-14 ładunkami przed tą misją, ale to była inna bestia. „Budowaliśmy coś, co nigdy wcześniej nie zostało zbudowane, więc każdy dzień był nowym wyzwaniem” – mówi.

Moumita i jej koledzy doszli do wniosku, że ich najlepsza szansa na zarejestrowanie tych dokładnych pomiarów leży w wyborze filtra optycznego, który nigdy nie był używany w misjach międzyplanetarnych: etalonu. Był on niesprawdzony, ale wystarczająco czuły, by wykryć najmniejsze ilości metanu i obniżyłby wagę czujnika do poniżej 3 kg. Moumita wymyślił, opracował i przeprowadził testy etalonu. Było to tak krytyczne dla powodzenia tego eksperymentu, że prezes i dyrektorzy ISRO byli obecni podczas testów.

Pod okiem swoich szefów, zdenerwowana Moumita rozpoczęła jazdę próbną. „Umieściłam etalon w układzie testowym, tak bardzo chcąc zobaczyć, czy zapewni mi wydajność, której szukaliśmy” – mówi. Następnie włożyła maleńkie ogniwo metanowe pomiędzy etalon a równoległe wiązki światła w układzie. Sygnał z etalonu spadł. „Kiedy to zobaczyłam, pomyślałam „whoa!”. Wzruszyłem się. To, co zbudowaliśmy, mogło rzeczywiście wykryć metan. Wiedzieliśmy, że to zadziała!”

Czujnik poleciałby na Marsa i miałby dotyk Moumita. Pozostały tylko miesiące 18-godzinnych dni, aby upewnić się, że misja wystartuje zgodnie z absurdalnie optymistycznym harmonogramem. Dla Moumity presja czasu nie stanowiła problemu.

„Są długie godziny pracy”, mówi. „Ale kiedy pomyślę, że czujnik, nad którym pracuję, przyniesie korzyści moim rodakom, czuję, że było warto.”

„Kiedy fikcja zamieni się w rzeczywistość, nie będziesz wiedział.”

Indie to kraj sprzeczności. Są Indie, które rozwijają swoją gospodarkę, są też Indie z ekstremalnymi nierównościami dochodów. Jedne Indie pokazują swoim dziewczynkom, że mogą wyrosnąć na naukowców rakietowych, drugie nie zapewniają im prawa do edukacji i bezpieczeństwa. Podczas gdy jedne Indie podążają najkrótszą trajektorią do Marsa, drugie pozostają niedostępne drogą.

Dorastając w latach 80. w małym miasteczku Rajkot w Indiach, Minal Rohit oglądała w telewizji wystrzelenie satelity. To było tak ekscytujące, że pomyślała: „kaam karna hai toh aisa karna hai.”

Jeśli musisz pracować, wykonuj taką pracę.

Dla dziewcząt i kobiet kierujących się misją kultura Indii może być czasem klaustrofobiczna, a kariera może wydawać się aktem buntu. Rodzice Minal nigdy nie pozwolili, by ta kultura przeniknęła do ich domu. Kiedy zasugerowano jej, by nie kontynuowała edukacji – „Jak znalazłaby odpowiednią partię do małżeństwa?” – jej ojciec nie miał nic przeciwko temu. „Mój tata był nieugięty” – mówi. Powiedział: „sama znajdzie sobie partnera, jeśli go nie znajdzie, ale moja córka będzie studiować”. Mimo to inżynieria była w tamtym czasie w Rajkot nietypowym wyborem kariery, szczególnie dla kobiet, i Minal zdecydowała, że medycyna może być bardziej odpowiednia. Rodzice Minal przenieśli ją z gudżarackiej szkoły do szkoły z wykładowym językiem angielskim. Gdy nie zdała egzaminów wstępnych na medycynę, zachęcali ją, by zamiast tego spróbowała swoich sił w inżynierii.

O tym oczywiście marzyła jako dziecko.

Minal rozpoczęła swoją karierę w ISRO zapewniając dostęp do medycyny i edukacji w wiejskich Indiach za pomocą satelitów komunikacyjnych agencji, gdzie takie usługi zmieniają życie tysięcy ludzi. Miała szczęście mieć wsparcie swoich rodziców, a także męża. Ale jej zapał nie został zaspokojony. „Życie jest wygodne, więc muszę znaleźć sposób, aby w mojej pracy ciągle wychodzić poza swoją strefę komfortu” – mówi. W przeciwnym razie, „kiedy fikcja zamieni się w rzeczywistość, nie będziesz wiedział.”

Misja na Marsa była tak daleko poza strefą komfortu, jak tylko może być misja.

Niewykonalna linia czasu wymusiła innowacje. Zwykła misja jest jak bieg sztafetowy. Zespoły podsystemów, takie jak zespół optyków Moumita, budują swoje urządzenia i przekazują je zespołowi integracji systemów. Grupa ta zapewnia, że wszystkie podsystemy – optyka, elektronika, mechanika – harmonijnie współpracują ze sobą i spełniają kryteria wydajności. Następnie system jest przekazywany do integracji z modelem orbitera, modelem kwalifikacyjnym, który poddawany jest żmudnym testom. Orbiter, który w końcu, ostatecznie leci, jest repliką tego modelu.

„Pomyśl o tym jak o starszym synu i młodszym synu” – mówi Minal. „Młodszy syn dostaje całą uwagę, podczas gdy starszy musi przejść przez wszystkie trudności. Jeśli więc starszy syn przejdzie rygorystyczne testy, oznacza to, że młodszy z pewnością też je przejdzie. Generalnie, tylko wtedy, gdy model kwalifikacyjny jest gotowy, można myśleć o modelu lotu.”

Ale tak nie było w przypadku misji marsjańskiej, która nie miała luksusu czasu na przeprowadzenie wyścigu sztafetowego. To była raczej żonglerka. „Model kwalifikacyjny i model lotu były budowane równolegle,” mówi Minal.

Jej rola polegała na pomocy w zintegrowaniu komponentów czujnika metanu w precyzyjnie dostrojony instrument naukowy. Normalnie cała jej praca zostałaby wykonana w modelu kwalifikacyjnym, z marginesem błędu, który mógłby zostać skorygowany w ostatecznym modelu lotu. Ale ponieważ wszystko zostało nałożone na siebie, aby dotrzymać terminu, margines ten nie istniał.

„W kosmosie żaden błąd nie jest dopuszczalny” – mówi. „Nazywamy to zero defektów”. Kiedy więc na ostatnim etapie wszystkie instrumenty wchodziły do testów zarówno na modelach kwalifikacyjnych, jak i lotnych, Minal wspomina, „była ogromna presja. Żaden błąd nie był dopuszczalny, nawet pojedyncze połączenie przewodów. Powiedziałbym, że nawet cierpliwość, której nie zachowuję wobec własnego syna, została przetestowana w tej misji.”

Minal skrupulatnie opracował plany i procedury integracji podsystemów czujnika metanu. Zazwyczaj, gdy podsystemy trafiają na biurko Minala w celu ich zintegrowania, są już w pełni przetestowane i certyfikowane przez inżynierów podsystemów. W tej misji, wspomina Minal, „były one nadal testowane przez zespoły podsystemów. Musieliśmy więc zaufać ustnie, bez dokumentów czy certyfikatów, po prostu inżynier mówił: 'ok, przetestowałem to po swojemu, teraz ty to bierzesz’. To wszystko!” Dodaje, śmiejąc się, „Modliłam się do Boga, żeby kiedy nacisnę przycisk on, to się włączył, a nie coś wysadził!”

Nie było żadnych wybuchów. Orbiter mógł być przygotowany do tego, co się liczyło: startu w kosmos.

„Patrzyłem w ciemność i zastanawiałem się, co leży poza nią.”

Średnia odległość między Ziemią a Marsem wynosi 225 milionów kilometrów. Oznacza to, że sygnał z orbitera marsjańskiego potrzebuje 12 minut, aby dotrzeć do kontroli naziemnej. Dwanaście męczących minut, zanim potencjalnie zorientujesz się, że coś jest nie tak, i kolejne 12 niekończących się minut, zanim twoja komenda, aby to naprawić, dotrze do orbitera. Jeśli twój orbiter jest na skraju katastrofy, ten 24-minutowy zwrot będzie prawdopodobnie śmiertelny.

Dlatego właśnie orbiter na Marsie wymaga zdolności do w pełni autonomicznego działania. Z każdą misją kosmiczną, zespół naukowców ISRO buduje swoje możliwości. Misja na Księżyc w 2007 roku zbudowała ich zdolność do opuszczenia ziemskiej grawitacji. Misja na Marsa będzie musiała dodać do tego autonomiczny system oprogramowania, na tyle zaawansowany, aby zdiagnozować i samodzielnie naprawić każdy problem, jaki może wymyślić kosmos.

Projektantka misji Ritu Karidhal kierowała projektowaniem i rozwojem tego systemu. „To jest jak ludzki mózg. Odbiera sygnały z czujników, takich jak oczy, uszy, zakończenia nerwowe. Jeśli gdziekolwiek w twoim ciele pojawi się problem, twój mózg natychmiast reaguje. To właśnie musieliśmy zbudować od podstaw dla orbitera w ciągu dziesięciu miesięcy. Musieliśmy wziąć każdy element – czujniki, aktywatory, silniki – i zrozumieć, jak może się on zachowywać lub źle zachowywać.”

Kiedy Ritu po raz pierwszy zainteresowała się kosmosem, nie zdawała sobie sprawy, że będzie to tak techniczne zajęcie. Z drugiej strony, miała tylko trzy lata. „Kiedyś pytałam, dlaczego księżyc staje się coraz większy i mniejszy. Patrzyłam w ciemność i zastanawiałam się, co leży poza nią” – wspomina Ritu. „Myślałam, że nauka o kosmosie to tylko astronomia, oglądanie gwiazd. W rzeczywistości jest to bardzo techniczna praca.”

19 lat temu Ritu opuściła swoje rodzinne miasto Lucknow w Indiach i przeniosła się na drugi koniec kraju, aby zostać naukowcem. „Nie była to łatwa decyzja, ale moi rodzice zawsze mnie wspierali” – mówi.

W dniu startu w listopadzie 2013 roku te marzenia spotkały się z rzeczywistością, gdy Ritu wpatrywała się w monitory w pomieszczeniu kontroli misji. Jej autonomiczny system był przeznaczony do ostatecznego testu.

W pomieszczeniu znajdowała się również Nandini Harinath, zastępca dyrektora operacyjnego misji.

Nie było jednego konkretnego momentu, który spowodował zainteresowanie Nandini naukami ścisłymi. „Moja matka była nauczycielką matematyki, mój ojciec jest wielkim miłośnikiem fizyki. Myślę, że dla mnie nauka po prostu zawsze tam była” – mówi Nandini. Matematyka była tak częstym tematem rozmów w domu, że Nandini uważa, że zapoznała się z nią, zanim jeszcze nauczyła się mówić. Pamięta, jak wraz z ojcem studiowała konstelacje, aż mogła rozpoznać różne gwiazdy na nocnym niebie w Bangalore. „Oczywiście nie sądziłam, że kiedykolwiek dołączę do ISRO, ale 21 lat temu to się po prostu stało.”

W przypadku Mangalyaan, Nandini zajmowała się matematyką, aby określić trajektorię, która powinna zaprowadzić go na Marsa.

Podczas startu Nandini mówi: „Zawsze mam motyle w brzuchu”. Gdy orbiter wystartował, zespół musiał wykonać krytyczne operacje, aby mógł opuścić ziemską grawitację i udać się na Marsa. Jak opisuje je Nandini, „były one jednorazową sprawą. Robisz to dobrze, albo nie.” Orbiter podążał z góry ustaloną, przypominającą procę ścieżką, obracając się wokół Ziemi sześć do siedmiu razy, odpalając silniki przy każdym obrocie, aż w końcu uzyskał wystarczającą prędkość, by opuścić ziemską sferę wpływów pod dokładnie właściwym kątem w kierunku czerwonej planety. Pierwsza faza misji dobiegła końca.

Dziewięć miesięcy później orbiter będzie gotowy do wejścia w nowy świat: Mars.

W międzyczasie Nandini pracowała w kontroli misji, aby upewnić się, że sonda marsjańska podąża po trajektorii, którą pomogła obliczyć i zaprojektować. Jeśli kapsuła w ogóle zboczyła z zaplanowanej trajektorii, jej zespół był w stanie skierować ją z powrotem. Podczas gdy Nandini była testowana na misji na Marsa, jej córka zdawała końcowe egzaminy do szkoły średniej. Nandini wracała z pokoju kontroli misji o północy, budziła się o 4 rano, aby uczyć się razem z córką.

Ale 24 września 2014 roku nie było już okazji do poprawek: nadszedł czas, aby Mangalyaan poleciał sam, używając systemu, który Ritu pomogła zaprojektować. O 7 rano tego dnia orbiter wysłał sygnał potwierdzający, że sekwencer pokładowego systemu autonomii zaczął działać. Był gotowy do wejścia w grawitację Marsa. Orbiter zorientował się, używając aktywatorów i kół, aż znalazł się pod kątem z marginesem błędu wynoszącym jeden stopień.

Dwadzieścia jeden minut później, zgodnie z planem, silnik odpalił. Cztery minuty później sygnał ustał. Orbiter znalazł się za Marsem. Gdyby wszedł w grawitację Marsa pod odpowiednim kątem, wysłałby sygnał z powrotem na Ziemię. Jeśli nie, Mangalyaan nigdy więcej nie zostałby usłyszany.

„W każdej minucie,” wspomina Ritu, „śledziliśmy dane, aby spróbować obliczyć, czy wystąpiła jakaś anomalia.” Ale oczywiście nie było sposobu, aby zmienić samą misję. Przez następne 26 minut zespoły Ritu i Nandini czekały w całkowitej ciszy pokoju kontroli misji.

Wtedy, o 8 rano, sygnał dotarł na Ziemię. I świat ujrzał święto, nie tylko indyjskiej nauki, ale niesamowitych kobiet w jej centrum.

„Na całym świecie połowa wszystkich mózgów znajduje się u kobiet.”

Astrofizyczka Vera Rubin, która odkryła ciemną materię, słynnie napisała, że ma trzy podstawowe założenia dotyczące kobiet w nauce:

„Nie ma takiego problemu w nauce, który mógłby być rozwiązany przez mężczyznę, a którego nie mogłaby rozwiązać kobieta. Na całym świecie połowa wszystkich mózgów znajduje się w kobietach. Wszyscy potrzebujemy pozwolenia na uprawianie nauki, ale z powodów, które są głęboko zakorzenione w historii, to pozwolenie jest częściej udzielane mężczyznom niż kobietom.”

Nandini ze smutkiem zgadza się, że tak jest nadal w przypadku większości kobiet w jej kraju. „Może to wina naszej kultury” – mówi. „Nakłada ona na kobietę tak dużą presję, że nawet jeśli jest ambitna i ma talent, by zajść daleko, nie może tego zrobić, jeśli nie ma pełnego wsparcia w domu.”

Jednak kobiety z ISRO mogą mieć na to wpływ. Ci bohaterowie zawdzięczają swoje szanse przyzwoleniu i wsparciu, cichym lub nie, swoich rodziców. Zwoje indyjskiej agencji kosmicznej wskazują, że inni idą w ich ślady. Dziś, mówi Moumita, „liczba kobiet w naukach kosmicznych w ISRO gwałtownie wzrosła w ciągu ostatnich kilku lat. To pokazuje, że istnieje większe wsparcie dla kobiet podejmujących taką pracę.”

Indie, prawie jedna czwarta personelu technicznego ISRO to dziś kobiety. Przed nami jeszcze długa droga, ale misje kosmiczne są tak skomplikowane, że wszystkie ręce – wszystkie mózgi – muszą być na pokładzie. Jeśli sięgasz po gwiazdy, nie możesz budować szklanego sufitu między Ziemią a kosmosem.

To jest to, co napędza orbitery w kosmos i naukowców w świetle reflektorów. A potem cykl może być kontynuowany – bieg sztafetowy, którego czas nadszedł – gdy dziewczyny widzą sari w kontroli misji i uświadamiają sobie, że też mogą to zrobić.

„Jeśli masz prawdziwe życzenie, dotrzesz do niego, w ten lub inny sposób”, mówi Minal Rohit, której czujnik kontynuuje pomiar metanu na Marsie. „Zawsze powtarzam, trzymaj się celów krótkoterminowych, abyś mógł znaleźć motywację do ich realizacji. Następnie trzymaj gdzieś w mózgu cel główny, jasną deklarację tego, czego chcesz w życiu. One big dream, many small dreams.”

„Helping the common man is my big dream,” she says, „Mars was a small dream. Now I think: what next?”

The sky is not the limit.