science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Hoe de Mars-verkenningsrovers werken

Deze illustratie toont NASA's Mars Opportunity Rover, de tweede van de twee Mars Exploration Rovers die in 2004 op de Rode Planeet landde om te zoeken naar tekenen van vorig leven. NASA/JPL-Caltech

Het lijkt eenvoudig genoeg:als we een man naar de maan kunnen schieten voor een rondje golf, waarom moeten we robots naar Mars sturen?

Mars, ten slotte, is de planeet die het meest op de aarde lijkt -- dat wil zeggen, als de aarde een gemiddelde temperatuur van min 81 graden F (min 63 graden C) had en ogenschijnlijk levenloos was [bron:Mars Exploration]. Nog altijd, zijn geologische patronen lijken op een verscheidenheid aan plaatsen die we kennen op aarde, uit de oudheid, door overstromingen geteisterde en geërodeerde landen van de staat Washington tot de woestijnen van Death Valley en de permafrost van Antarctica.

Natuurlijk, dat betekent niet dat een bemande missie naar Mars verwant is aan een vakantie naar Californië. Rovers hebben ruimteprogramma's toegestaan ​​om niet alleen het oppervlak van Mars te verkennen, maar ook om enkele van de problemen op te lossen die zouden ontstaan ​​als we op een dag vrouwen of mannen naar de planeet zouden sturen.

Het sturen van een rover is niet zo eenvoudig als het sturen van een kinderwagen met een walkie-talkie aan het dak genageld. We zullen zowel de technologie als de instrumenten verkennen die worden gebruikt op de Mars Exploration Rovers, terwijl ze ook kijken naar hoe ze communiceren met de aarde. En de technologie stelt niet teleur; de rover Nieuwsgierigheid, gelanceerd in 2011, heeft instrumenten erop die echt in een sciencefictionfilm thuishoren. (Tip:lasers.)

Tot dusver, er zijn meer dan 40 pogingen gedaan om contact te maken met Mars. De eerste vijf missies vonden plaats van 1960 tot 1962, door de voormalige Sovjet-Unie. Alle missies waren flyby's van de planeet, wat betekent dat schepen in de baan van Mars werden gelanceerd om beelden terug te sturen. Die missies waren allemaal mislukkingen; ofwel heeft het ruimtevaartuig de planeet niet gehaald of het ruimtevaartuig is tijdens de reis uit elkaar gevallen. De eerste succesvolle missie was de reis van 1964 met de Mariner 4, een Amerikaans vaartuig dat 21 afbeeldingen van de planeet terugstuurde.

Vanaf toen, de Verenigde Staten, de voormalige Sovjet-Unie, Japan en de European Space Agency hebben allemaal missies naar Mars gelanceerd. Op de volgende pagina's, we zullen niet alleen de rovers zelf verkennen, maar ook enkele van de ontdekkingen die ze hebben gedaan. Laten we naar de volgende pagina gaan om te zien waarom, precies, we sturen in de eerste plaats rovers.

Inhoud
  1. Waarom Rovers sturen?
  2. Mars-verkenningsachtergrond
  3. Geest en kansen
  4. Wat gaat er in en op de Rover
  5. Mars naar de aarde, Kun je me lezen?
  6. Een dag uit het leven van een Rover
  7. Mars Science Laboratory en de Curiosity Rover

Waarom Rovers sturen?

Die zes jongens zijn ongeveer net zo dichtbij als we zijn om mensen naar Mars te sturen. De zeskoppige bemanning van de 520 dagen durende Mars500-missie onderging de slopende simulatie van een vlucht naar de rode planeet. Foto met dank aan ESA/IBMP - Oleg Voloshin

Dus als we zo geavanceerd en fantasierijk zijn dat we extreem gecompliceerde robots naar Mars kunnen bouwen, waarom kunnen we Terry de Astronaut niet gewoon sturen? De belangrijkste reden is waarschijnlijk ook de meest voor de hand liggende:Terry zou het waarschijnlijk gewoon niet halen.

Dat is, slechts ongeveer een derde van de tot dusver gelanceerde missies was "succesvol, " wat betekent dat ze intact een reis naar Mars hebben gemaakt. Hoewel het gemakkelijk is om optimistisch te zijn over de bijna een derde van de rovers die ons waardevolle informatie hebben verstrekt, het is niet zo eenvoudig om zo'n trackrecord te cheerleaden als Terry the Astronaut in beeld is. Weinigen van ons genieten van de kans om elke drie dagen op het werk te overlijden.

Kosten, natuurlijk, is een andere factor. terwijl nieuwsgierigheid, de meest recente rover die deel uitmaakt van NASA's Mars Science Laboratory-missie, maar liefst $ 2,47 miljard kosten om te bouwen, NASA hoefde nog steeds geen rekening te houden met vervelende dingen zoals iemand zuurstof laten ademen [bron:Space.com]. Of terugkeer van Mars, wat dat betreft. Onthoud dat de rovers voor altijd op Mars kunnen blijven als we klaar met ze zijn. maar de reis van Terry de Astronaut is meer een vakantie dan een verhuizing. En dat betekent eten, brandstof, afvalverwerking en een overvloed aan andere kosten -- twee keer.

Naast logistiek en kosten zijn er alle grote onbekenden over hoe het menselijk systeem zou kunnen reageren op een atmosfeer als Mars. Omdat Mars geen magnetisch veld heeft, mensen zouden maar liefst doses kosmische straling ontvangen - geen probleem op aarde, waar het magnetische veld van de planeet werkt om het te blokkeren. een 1, Een reis van 000 dagen naar Mars heeft het potentieel om te resulteren in een kans van 40 procent dat de astronaut kanker krijgt na terugkeer naar de aarde - niet noodzakelijk iets waar veel mensen naar op zoek zijn bij een sollicitatiegesprek [bron:NASA Science]. Onthoud, te, dat als Terry de Astronaut ook Terry de Vrouw is, ze loopt nog meer risico:borsten en vrouwelijke voortplantingsorganen hebben bijna het dubbele risico op kanker [bron:NASA Science].

Dus zonder dat Terry de Astronaut zich aanmeldt voor enorme doses kankerverwekkende stralen, we blijven achter met robotverkenners. Ga naar de volgende pagina om meer te weten te komen over enkele missies naar Mars.

Mars-verkenningsachtergrond

NASA's Viking Project werd de allereerste Amerikaanse missie om een ​​ruimtevaartuig met succes op het oppervlak van Mars te laten landen. Deze opname toont een testversie van een Viking-lander in de originele "Mars Yard", gebouwd in het Jet Propulsion Laboratory van NASA in 1975. Foto met dank aan NASA/JPL-Caltech/University of Arizona

Het meest aanlokkelijke aan Mars-exploratie is de belofte om water te vinden - of bewijs uit het verleden van water. "Water is de sleutel, want bijna overal waar we water op aarde vinden, vinden we leven, NASA's website wijst erop. "Als Mars ooit vloeibaar water had, of nog steeds vandaag, het is dwingend om te vragen of er zich microscopisch kleine levensvormen op het oppervlak hebben kunnen ontwikkelen."

De eerste missies naar Mars waren: langsvliegen ; dat betekent dat ze gewoon rond schepen cirkelden die foto's van de planeet terugstuurden. De eerste was Mariner 3 in 1962; echter, de eerste succesvolle baan en foto's kwamen in 1965 van Mariner 4. Toen de flybys eindigden in 1969, de volgende reeks missies werden aangeduid als orbiters . NASA ontwierp dit ruimtevaartuig voor een langere baan rond Mars, foto's verzamelen. Zeeman 9, in 1972, was de eerste die foto's maakte van het hele oppervlak van Mars.

Orbital missies zijn voortgezet, inclusief de lancering in 2005 van de Mars Reconnaissance Orbiter. De orbiter kon objecten zien zo klein als een bord, terwijl ze ook sirenes dragen om ondergronds water te vinden. Misschien wel het belangrijkste, het wordt nog steeds gebruikt als een cruciaal communicatiemiddel om informatie terug te sturen naar de missiecontrole.

Maar laten we nu naar de voorgangers van de rovers gaan. Viking 1 en 2, die halverwege de jaren '70 werd gelanceerd, beiden hadden landers die naar het oppervlak van Mars is afgedaald. Zij waren de eersten die ontdekten dat Mars zelfsteriliserend was, wat betekent dat de combinatie van ultraviolette straling met de droge grond en de oxiderende aard van de bodemchemie de vorming van organismen verhindert.

Als we denken aan modernere machines die op Mars landen, we beginnen meestal met de Pathfinder-missie van 1995. De Pathfinder bestond uit een lander, uitgerust met een parachute om de atmosfeer van Mars binnen te gaan, en de Sojourner-rover. De apparatuur leverde duizenden afbeeldingen op, evenals 15 chemische analyses van bodem- en weergegevens.

In 2003, het Mars Exploration Rover-missieteam lanceerde Spirit en Opportunity, waarvan er één nog steeds de planeet doorkruiste aan het einde van 2011. Laten we naar de volgende pagina kruipen om meer te weten te komen over die rovers, hun technologie en ontdekkingen.

Geest en kansen

Geest en kansen, het blijkt, zijn niet alleen woorden die we gebruiken om ons beter te voelen als we depressief zijn. In 2003, NASA lanceerde de vrolijk genaamde Spirit en Opportunity rovers, die begon aan een missie van veel grotere mobiliteit en afstand dan Pathfinder.

Beide rovers delen een paar opmerkelijke kenmerken. Ze kunnen zowel stroom opwekken uit zonnepanelen als opslaan in interne batterijen. Voor het geval er kleine groene mannetjes in de buurt zijn, de rovers kunnen kleurenfoto's met een hoge resolutie maken of vergrotende camera's gebruiken voor aardgebonden wetenschappers om objecten te onderzoeken. Meerdere spectrometers op de arm van de rovers gebruiken allerlei trucs om de samenstelling van rotsen te bepalen, inclusief bijhouden hoeveel warmte een object afgeeft en alfadeeltjes erop afvuren. Spirit en Opportunity waren ook uitgerust met een geïnstalleerde boor (Rock Abrasion Tool) om in het oppervlak van de planeet te boren.

Het lichaam van de rover heet de warme elektronische doos ( WEB ). Een uitrustingsdek zit bovenop de rover, waar de mast (of periscoopoog) en camera's. De met goud geverfde wanden van het lichaam van de rover zijn ontworpen om temperaturen van minus 140 graden F (minus 96 graden C) te weerstaan. In het WEB van de rover bevinden zich lithium-ionbatterijen, radio's en elektronische dingen zoals spectrometers, die allemaal warmte nodig hebben om te functioneren. Het brein van de rover is een computer die vergelijkbaar is met een high-end, krachtige laptop maar met speciale geheugenfuncties die niet kapot gaan door straling en afsluitingen. De computers controleren ook voortdurend de temperatuur om een ​​"gezonde" rover te garanderen.

Wat Spirit en Opportunity vonden, was een eerbetoon aan de technologie waarmee ze Mars konden verkennen. Binnen een paar maanden na de landing, de Opportunity ontdekte sporen van zout water, wat de mogelijkheid openlaat dat er ooit leven (en fossiele aanwijzingen) op de planeet hebben bestaan. Spirit struikelde over rotsen die wezen op een eerdere, onstuimige Mars die werd gekenmerkt door inslagen, explosief vulkanisme en ondergronds water [bron:NASA Mars].

We gaan enkele functies en verkenningen van recentere rovers leren, maar laten we eerst langzaam naar de volgende pagina gaan en kijken naar een deel van de apparatuur en wetenschap die Spirit en Opportunity hebben.

Blijf Rovin'

Ten eerste, moet worden opgemerkt dat hoewel Spirit sinds 2010 geen berichten heeft verzonden, Opportunity klokte nog steeds werkuren in vanaf Mars en stuurde in 2011 informatie terug naar de aarde. zoals elke aardbewoner, Opportunity scouts plaatsen om te schuilen voor de winter om de meeste zonne-energie op te slaan in de batterijen.

Wat gaat er in en op de Rover

Dit diagram toont alle gadgets en gadgets waarmee Spirit en Opportunity zijn uitgerust. Afbeelding met dank aan NASA

Alleen maar zeggen dat Spirit en Opportunity camera's hebben en een paar mooie radioapparatuur, is echt niet genoeg. Met een gewicht van 384 pond (170 kilogram) elk - en een totaal van $ 850 miljoen om te bouwen - kun je maar beter geloven dat de apparatuur niet alleen je vertrouwde MacBook is, vastgelijmd aan een AM/FM-radio.

Allereerst, een panoramische camera is op elke rover gemonteerd om een ​​grotere geologische context te bieden. Gelegen op de mast ongeveer 1,5 meter van de grond, de camera maakt niet alleen kleurenfoto's, maar heeft ook 14 verschillende filters die rots- en bodemdoelen kunnen identificeren om ze van dichterbij te bekijken.

EEN miniatuur thermische emissie spectrometer identificeert mineralen op de site met een beetje hulp van infrarode golflengten. Het wordt gebruikt om onderscheidende patronen te vinden die waterbeweging kunnen laten zien. Op de rover-arm is een Moessbauer-spectrometer , die direct op monsters wordt geplaatst om ijzerhoudende mineralen te vinden, een ander hulpmiddel om te helpen bepalen hoe water de bodem en het gesteente heeft beïnvloed.

Om de samenstelling van gesteenten te bepalen, een Alfadeeltjesröntgenspectrometer wordt gebruikt -- dezelfde soort die wordt aangetroffen in geologische laboratoria, waarmee wetenschappers de oorsprong en veranderingen in de monsters kunnen bepalen. De microscopische beeldvormingstool kan rotsformatie en variaties nauwkeurig onderzoeken.

Mars naar de aarde, Kun je me lezen?

Maar hoe komen we in godsnaam te weten over deze verbazingwekkende ontdekkingen die Spirit en Opportunity doen? We zullen, het is niet bepaald de radio-opstelling van je oudoom. Hoewel er ook een low-power en low-speed UHF-radio is met een magere datasnelheid, het wordt voornamelijk gebruikt als back-up, en bij de aanlegsteiger.

In het algemeen, de orbiters communiceren slechts ongeveer drie uur aan informatie rechtstreeks naar de aarde. De rest wordt daadwerkelijk onderschept en naar de in een baan om de aarde draaiende Mars Odyssey en Mars Global Surveyor gestuurd. die naar de aarde zenden -- en vice versa. De orbiter beweegt in ongeveer 16 minuten van horizon naar horizon; 10 van die minuten kunnen worden gebruikt voor communicatie met de rovers [bron:NASA]. Als we zouden raden, ongeveer 10 megabyte aan dagelijkse gegevens kan naar de aarde worden verzonden. Dit is vooral handig omdat orbiters in nauwer contact staan ​​met beide rovers, en hebben een veel langer venster om met de aarde te communiceren dan beide rovers.

De rovers gebruiken elk twee antennes voor communicatie:a high-gain antenne die zichzelf kan sturen om informatie naar een antenne op aarde te sturen, en een low-gain antenne die informatie uit elke richting kan ontvangen en verzenden met een lagere snelheid dan de high-gain antenne. Al deze communicatie vindt plaats op de Deep Space-netwerk ( DSN ), een internationaal netwerk van antennes met communicatiefaciliteiten in de Mojave-woestijn van Californië, Madrid, Spanje, en Canberra, Australië.

Ga naar de volgende pagina om meer te weten te komen over wat een rover op een normale dag doet.

merkwaardig sterk

De Curiosity Rover waarin het Mars Science Laboratory is gevestigd, is ongeveer twee keer zo groot als Spirit and Opportunity. Ongeveer 3 meter lang en 2 meter hoog, de rover weegt ongeveer 2, 000 pond (900 kilogram), en is ontworpen met een "rocker" -ophanging die het voertuig over rotsachtig Marsterrein balanceert.

Een dag uit het leven van een Rover

Een kaart van de reizen van Opportunity op Sol 2756, of 2, 756 dagen nadat het op Mars was geland. Afbeelding met dank aan NASA/JPL/Cornell/Universiteit van Arizona

Hoewel de rovers niet elke ochtend op een klok slaan, ze sturen wel afbeeldingen, samen met instrument- en statusgegevens, terug naar hun aardse bazen.

Extrapoleren van de gegevens, de wetenschappers sturen commando's naar de rover tijdens de drie uur durende directe communicatie met de high-gain antenne. De rover is dan 20 uur alleen, het uitvoeren van opdrachten en het verzenden van beeldgegevens naar de twee bovengrondse satellieten. De commandanten van de rover kunnen hem vertellen om naar een nieuwe rots te gaan, een steen slijpen, analyseer een rots, foto's maken of andere gegevens verzamelen met andere instrumenten.

De rover en de wetenschappers herhalen dit patroon misschien wel 90 dagen. Op dat punt, de kracht van de rover begint af te nemen. Ook, Mars en aarde zullen steeds verder van elkaar verwijderd raken, communicatie moeilijker maken. Eventueel, de rover zal niet genoeg kracht hebben om te communiceren, zal te ver weg zijn of mechanisch defect raken, en de missie zal voorbij zijn

Onze missie, echter, is nog lang niet voorbij. Laten we een uitstapje maken naar de volgende pagina waar we alles te weten komen over de nieuwste toevoeging aan het Mars-verkenningsavontuur.

Mars Science Laboratory en de Curiosity Rover

Hier geïllustreerd is een van de nieuwste leden van de bemanning op Mars:Curiosity. Afbeelding met dank aan NASA/JPL-Caltech

In november 2011 NASA lanceerde het Mars Science Laboratory, die is ontworpen om bodem en gesteente te bestuderen voor organische verbindingen of omstandigheden die ons kunnen helpen begrijpen of Mars in staat is - of ooit was - om de "bewoonbaarheid" van het leven op de planeet te ondersteunen. Het Mars Science Laboratory is eigenlijk een functie van de rover Curiosity, waarin de wetenschappelijke instrumenten zijn ondergebracht die monsters zullen verzamelen en analyseren.

In 2004, NASA selecteerde een paar verschillende voorstellen voor onderzoeken en apparatuur om in het laboratorium op te nemen. Samen met de Verenigde Staten en Canada, Spanje en Rusland hebben ook instrumenten op de missie. Spanje bestudeert de Rover Milieubewakingsstation , ontworpen om de atmosfeer en ultraviolette stralen te onderzoeken. Rusland leverde de Dynamisch Albedo van Neutronen-instrument , die waterstof meet onder het oppervlak van de planeet, water of ijs aangeeft.

Een suite van instrumenten genaamd Monsteranalyse bij Mars zal monsters analyseren. (Creatieve naamgeving is over het algemeen geen prioriteit bij wetenschappelijke missies.) Nadat de arm van de rover de monsters heeft opgeschept, een gaschromatograaf, een massaspectrometer en een laserspectrometer zullen koolstofhoudende verbindingen en isotopenverhoudingen meten, die de geschiedenis van water op Mars aangeven. Een Alpha Particle X-ray Spectrometer meet de hoeveelheid verschillende elementen.

Aan boord van het laboratorium vind je ook de volgende handige instrumenten:

  • Een Röntgenfoto diffractie- en fluorescentie-indicator om mineralen in monsters te detecteren
  • EEN Mars Handlens Imager die beelden kan nemen van monsters die kleiner zijn dan de breedte van een mensenhaar, wat handig is voor details en om moeilijk bereikbare foto's te maken
  • EEN Mastcamera krijgt kleur, panoramische foto's van de omgeving, evenals het opnemen van voorbeeldafbeeldingen. (Een aparte Afdalingscamera zal high-definition video vastleggen net voor de landing.)
  • EEN Stralingsbeoordelingsdetector straling zal meten zodat we kunnen zien of Terry de Astronaut ooit veilig Mars kan bezoeken -- of dat daar enig ander leven kan bestaan, wat dat betreft.

Maar laten we eerlijk zijn:het coolste deel van het Mars Science Laboratory is waarschijnlijk de ChemCam , die "laserpulsen gebruikt om dunne lagen materiaal van Marsrotsen of bodemdoelen tot 7 meter (23 voet) afstand te verdampen" [bron:Mars Science Lab Fact]. Het zal bepalen welke atomen reageren op de straal, terwijl een telescoop laat zien wat de laser verlicht. Ze zullen de wetenschappers helpen bepalen waar ze de rover precies naartoe willen laten reizen, of ophalen. Verder dan dat, het is gewoon supercool om lasers op robots te hebben.

Als je nog steeds door het land dwaalt in de hoop meer te weten te komen over onze naaste planetaire buur, navigeer naar de volgende pagina voor veel meer informatie over hoe onverschrokken Marsrovers werken.

Veel meer informatie

gerelateerde artikelen

  • Uit elkaar geplaatst:Mars Quiz
  • Hoe Mars werkt
  • Hoe de Mars Curiosity Rover werkt
  • Hoe Mars Odyssey werkt
  • Hoe NASA werkt
  • Hoe Lunar Rovers werken
  • Zal de mens de komende 50 jaar in de ruimte leven?
  • Hoe Terraforming Mars zal werken

Meer geweldige links

  • Waar is nieuwsgierigheid?
  • Update:Geest en kansen

bronnen

  • Kouter, Dauna. "Een Mars Rover genaamd 'Nieuwsgierigheid'." NASA Science. 30 okt. 2009. (16 december, 2011) http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2009/30oct_curiosity/
  • NASA Jet Propulsion Laboratory. "Mars Onderzoek Robots." 2011. (16 december, 2011) http://marsrover.nasa.gov/home/index.html
  • NASA Jet Propulsion Laboratory. "Mars Rover-informatieblad." (16 december, 2011) http://marsrover.nasa.gov/newsroom/
  • NASA Mars-verkenningsprogramma. "Historisch logboek." 2011. (16 december, 2011) http://mars.jpl.nasa.gov/programmissions/missions/log/
  • NASA Mars-verkenningsprogramma. "Overzicht van het Mars-verkenningsprogramma. 2011. (16 december, 2011) http://mars.jpl.nasa.gov/programmissions/overview/
  • NASA-wetenschap. "Kunnen mensen naar Mars gaan?" 17 februari 2004. (16 december, 2011) http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2004/17feb_radiation/
  • klein, Charles W. "Verslag van de Rode Planeet." National Geographic. juli 2005. (16 december, 2011) http://ngm.nationalgeographic.com/ngm/0507/feature3/
  • Svitak, Amy. "Kosten van NASA's volgende Mars Rover bereikt bijna $ 2,5 miljard." Space.com. 3 februari 2011. (16 december, 2011) http://www.space.com/10762-nasa-mars-rover-overbudget.html