Toen NASA's Mars Pathfinder in 1997 landde, het had vijf camera's:twee op een mast die uit de lander omhoog kwam, en drie op NASA's eerste rover, Bijwoner.

Vanaf dat moment, cameratechnologie heeft een enorme sprong gemaakt. Fotosensoren die werden verbeterd door het ruimteprogramma zijn commercieel alomtegenwoordig geworden. Camera's zijn kleiner geworden, verbeterd in kwaliteit en worden nu in elke mobiele telefoon en laptop meegenomen.

Diezelfde evolutie is teruggekeerd naar de ruimte. NASA's Mars 2020-missie zal meer "ogen" hebben dan welke rover dan ook:een totaal van 23, om weidse panorama's te maken, obstakels blootleggen, bestudeer de atmosfeer, en wetenschappelijke instrumenten helpen. Ze zullen dramatische uitzichten bieden tijdens de afdaling van de rover naar Mars en de eerste zijn die beelden vastlegt van een parachute die zich opent op een andere planeet. Er zal zelfs een camera in het lichaam van de rover zitten, die monsters zal bestuderen terwijl ze worden opgeslagen en op het oppervlak worden achtergelaten voor verzameling door een toekomstige missie.

Een momentopname van enkele Mars 2020-camera's

• Verbeterde technische camera's:kleur, hogere resolutie en bredere gezichtsvelden dan de technische camera's van Curiosity.
• Mastcam-Z:een verbeterde versie van Curiosity's MASTCAM met een 3:1 zoomlens.
• SuperCam Remote Micro-Imager (RMI):De remote imager met de hoogste resolutie heeft kleur, een verandering ten opzichte van de imager die met Curiosity's ChemCam vloog.
• CacheCam:zal kijken hoe gesteentemonsters in het lichaam van de rover worden afgezet.
• binnenkomst, afdalings- en landingscamera's:zes camera's registreren de invoer, daal- en landingsproces, het leveren van de eerste video van een parachute opening op een andere planeet.
• Lander Vision System Camera:zal computervisie gebruiken om de landing te begeleiden, met behulp van een nieuwe technologie genaamd terrein relatieve navigatie.
• SkyCam:een reeks weerinstrumenten omvat een camera aan de hemel voor het bestuderen van wolken en de atmosfeer.

Al deze camera's zullen worden ingebouwd terwijl de Mars 2020-rover wordt gebouwd in het Jet Propulsion Laboratory van NASA in Pasadena, Californië. Ze vertegenwoordigen een gestage vooruitgang sinds Pathfinder:na die missie, de Spirit en Opportunity rovers zijn ontworpen met elk 10 camera's, ook op hun landers; De Curiosity-rover van Mars Science Laboratory heeft er 17.

"Cameratechnologie wordt steeds beter, " zei Justin Maki van JPL, Beeldvormingswetenschapper van Mars 2020 en plaatsvervangend hoofdonderzoeker van het Mastcam-Z-instrument. "Elke opeenvolgende missie is in staat om deze verbeteringen te gebruiken, met betere prestaties en lagere kosten."

Dat voordeel vertegenwoordigt een volledige cirkel van ontwikkeling, van NASA naar de particuliere sector en terug. In 1980, JPL ontwikkelde actieve-pixelsensoren die minder stroom verbruikten dan eerdere digitale cameratechnologie. Deze sensoren werden later op de markt gebracht door de Photobit Corporation, opgericht door voormalig JPL-onderzoeker Eric Fossum, nu aan het Dartmouth College, Hannover, New Hampshire.

20/20 Visie

De camera's op 2020 zullen meer kleur en 3D-beeldvorming bevatten dan op Curiosity, zei Jim Bell van de Arizona State University, Tempé, hoofdonderzoeker voor de Mastcam-Z van 2020. De "Z" staat voor "zoom, " die zal worden toegevoegd aan een verbeterde versie van Curiosity's high-definition Mastcam, de belangrijkste ogen van de rover.

De stereoscopische camera's van Mastcam-Z kunnen meer 3D-beelden ondersteunen, die ideaal zijn voor het onderzoeken van geologische kenmerken en het verkennen van potentiële monsters van grote afstanden. Functies zoals erosie en bodemstructuren kunnen worden gezien over de lengte van een voetbalveld. Het is belangrijk om dit soort details te documenteren:ze kunnen geologische aanwijzingen onthullen en dienen als 'veldnotities' om monsters in een context te plaatsen voor toekomstige wetenschappers.

"Het routinematig gebruik van 3D-afbeeldingen met een hoge resolutie kan grote voordelen opleveren, "Zei Bell. "Ze zijn nuttig voor zowel wetenschappelijke doelen op lange afstand als in de buurt van het veld."

Eindelijk, in kleur

De geest, Opportunity- en Curiosity-rovers zijn allemaal ontworpen met technische camera's voor het plannen van ritten (Navcams) en het vermijden van gevaren (Hazcams). Deze produceerden 1-megapixel beelden in zwart-wit.

Op de nieuwe rover, de technische camera's zijn geüpgraded om een ​​hoge resolutie te verkrijgen, Kleurenfoto's van 20 megapixels.

Hun lenzen zullen ook een breder gezichtsveld hebben. Dat is cruciaal voor de missie van 2020, die zal proberen de tijd die wordt besteed aan het doen van wetenschap en het verzamelen van monsters te maximaliseren.

"Onze vorige Navcams maakten meerdere foto's en plakten ze aan elkaar, " zei Colin McKinney van JPL, product delivery manager voor de nieuwe engineering camera's. "Met het bredere gezichtsveld, we krijgen hetzelfde perspectief in één keer."

Dat betekent minder tijd besteed aan pannen, foto's maken en naaien. De camera's zijn ook in staat om bewegingsonscherpte te verminderen, zodat ze foto's kunnen maken terwijl de rover in beweging is.

Een datalink naar Mars

Er is een uitdaging bij al deze upgrades:het betekent dat er meer gegevens door de ruimte moeten worden gestraald.

"De beperkende factor in de meeste beeldvormingssystemen is de telecommunicatieverbinding, "Zei Maki. "Camera's kunnen veel meer gegevens verzamelen dan er naar de aarde kunnen worden teruggestuurd."

Om dat probleem aan te pakken, rover-camera's zijn in de loop van de tijd "slimmer" geworden, vooral wat betreft compressie.

Over geest en kansen, de compressie is gedaan met behulp van de boordcomputer; op nieuwsgierigheid, veel ervan werd gedaan met behulp van elektronica die in de camera was ingebouwd. Dat zorgt voor meer 3D-beeldvorming, kleur, en zelfs high-speed video.

NASA is ook beter geworden in het gebruik van ruimtevaartuigen in een baan als datarelais. Dat concept werd ontwikkeld voor rover-missies met Spirit en Opportunity. Het idee om relais te gebruiken begon als een experiment met NASA's Mars Odyssey-orbiter, zei Bel.

"We verwachtten dat we die missie zouden doen op slechts tientallen megabits per dag op Mars, of sol, ' zei hij. 'Toen we die eerste Odyssey-overvlucht kregen, en we hadden ongeveer 100 megabits per sol, we beseften dat het een heel nieuw balspel was."

NASA is van plan om bestaande ruimtevaartuigen te gebruiken die al in een baan om Mars zijn - de Mars Reconnaissance Orbiter, MAVEN, en de Trace Gas Orbiter van de European Space Agency - als relais voor de Mars 2020-missie, die de camera's gedurende de eerste twee jaar van de rover zal ondersteunen.