ESA's tweelingrover Rosalind Franklin op aarde heeft 1,7 meter diep in de grond geboord en monsters gehaald - veel dieper dan enige andere Marsrover ooit heeft geprobeerd.

De succesvolle verzameling van grond van een harde steen en de levering ervan aan het laboratorium in de rover markeert een veelbelovende mijlpaal voor de ExoMars 2022-missie.

"Het langverwachte succes van de ExoMars-oefening op aarde zou een primeur zijn in de verkenning van Mars, " zegt David Parker, ESA's directeur van menselijke en robotverkenning. De diepste boor die tot nu toe op de Rode Planeet is gegraven, is 7 cm.

De Rosalind Franklin rover is ontworpen om diep genoeg te boren, tot twee meter, om toegang te krijgen tot goed bewaard organisch materiaal van vier miljard jaar geleden, toen de omstandigheden op het oppervlak van Mars meer leken op die op de jonge aarde.

de replica, ook bekend als het grondtestmodel, is volledig representatief voor de rover die op Mars gaat landen. De eerste monsters zijn verzameld als onderdeel van een reeks tests in de Mars Terrain Simulator op het ALTEC-terrein in Turijn, Italië. De boor is ontwikkeld door Leonardo, terwijl Thales Alenia Space de hoofdaannemer is voor ExoMars 2022.

Boorbewerkingen

De tweelingbroer van Rosalind Franklin heeft in een put geboord die gevuld is met een verscheidenheid aan rotsen en grondlagen. Het eerste monster werd genomen uit een blok gecementeerde klei van gemiddelde hardheid.

Het boren vond plaats op een speciaal platform dat zeven graden gekanteld was om het verzamelen van een monster in een niet-verticale positie te simuleren. De boor verwierf het monster in de vorm van een korrel met een diameter van ongeveer 1 cm en een lengte van 2 cm.

De boor van Rosalind Franklin houdt het monster vast met een sluiter die voorkomt dat het eruit valt tijdens het ophalen. Eenmaal gevangen, de boor brengt het monster naar de oppervlakte en levert het af aan het laboratorium in de rover.

Met de boor volledig ingetrokken, de steen valt in een la aan de voorkant van de rover, die vervolgens het monster terugtrekt en in een breekstation deponeert. Het resulterende poeder wordt gedistribueerd naar ovens en containers die zijn ontworpen om de wetenschappelijke analyse op Mars uit te voeren.

"De betrouwbare verwerving van diepe monsters is de sleutel voor het belangrijkste wetenschappelijke doel van ExoMars:het onderzoeken van de chemische samenstelling - en mogelijke tekenen van leven - van bodem die niet is blootgesteld aan schadelijke ioniserende straling, ", zegt ExoMars-projectwetenschapper Jorge Vago.

Een unieke oefening voor Mars

De ExoMars-boor is een verzameling mechanismen die afhankelijk zijn van een geautomatiseerde choreografie van gereedschappen en montagestaven. "Het ontwerp en de constructie van de boor zijn zo complex geweest dat deze eerste diepe boring een buitengewone prestatie is voor het team, " zegt Pietro Baglioni, ExoMars rover teamleider.

Rosalind Franklins boor werkt op rotatie. Een reeks gereedschappen en verlengstangen zijn aangebracht om een ​​'boorstring' te vormen en kunnen de volledige lengte van 2 m bereiken als ze allemaal zijn aangesloten.

De boor kan de grond doordringen met 60 omwentelingen per minuut, afhankelijk van de consistentie van de grond. Het graven in vaste zand- of kleimaterialen kan tussen de 0,3 en 30 mm per minuut duren.

De boor heeft ook een positioner met twee vrijheidsgraden waarmee het monster onder de juiste hoek in het rover-laboratorium kan worden afgevoerd.

No easy feat

"Drilling hard stones to a depth of two meters on a mobile wheeled platform with less than 100 watts of power is a complex task, " explains Andrea Merlo, ExoMars Rover functional engineer from Thales Alenia Space.

Doing it on Earth is even more difficult because the Ground Test Model must be offloaded to recreate the weaker martian gravity level—Mars gravity is about one-third of Earth's. The model hangs from the ceiling on a dedicated gravity compensation device.

Since the twin rover consists of models that are beyond their nominal lifetime, the team had to tune some parameters during the deep drilling test. "This already gives engineers a hint on how the system could degrade on Mars, " adds Andrea.

Tests to roving on Mars

The Ground Test Model has successfully completed a number of tests to move to and to identify targets while acquiring images and data. These dry runs to rehearse the rover operations on Mars started in June 2021.

The rover has demonstrated that it can follow precise trajectories and survey the environment on and below the surface with its instruments, including cameras, spectrometers and a sub-surface sounding radar and neutron detector.

parallel, the real Rosalind Franklin rover is being prepared for its flight to Mars in nearly a year's time—the launch window for ExoMars opens on 20 September 2022.