Klart for Europas første fremstøt mot Mars

Av Erik Tronstad

Hovedtrekkene i prosjektet med Mars Express og Beagle 2. Fra Jorden frakter Mars Express med seg Beagle 2. Innkapslet i et varmeskjold farer sistnevnte ned i Mars-atmosfæren, der en fallskjerm folder seg ut og reduserer nedstigningshastigheten, før instrumentplattformen lander på Mars. (Astrium)

På Bajkonur-kosmodromen står nå en Sojuz/Fregat-bærerakett klar med Europas første ubemannede romfartøy til Mars. Mars Express, som er bygd av ESA, skal inn i bane rundt Mars. Mars Express har med seg landingsfartøyet Beagle 2, som er bygd av Storbritannia. Oppskytingen av de to skal skje klokken 19.45 norsk sommertid i kveld, mandag 2. juni 2003.

Sojuz/Fregat-bæreraketten med Mars Express/Beagle 2 på toppen fraktes ut til opp­skyt­ings­platt­formen ved Bajkonur-kosmodromen. Dette skjedde 29. mai 2003. (ESA/STARSEM-S. Corvaja)

Oppskytingsvinduet for Mars Express/Beagle 2 åpnet 23. mai 2003, og varer i omkring fire uker. Rett før Mars Express skulle sendes fra Toulouse i Frankrike og til Bajkonur-kosmodromen, oppdaget man en feil i en elektronisk komponent om bord. Komponenten måtte byttes, men satt meget kjelkete plassert. Først utsatte man oppskytingen fra 23. mai til 6. juni. Utskiftingen av komponenten gikk raskere enn planlagt, slik at oppskytingen kunne skyves frem til i dag.

Mars Express under sammenmontering. (ESA/J.-L. Atteleyn)

Mars Express/Beagle 2 skal være fremme ved Mars i desember 2003. Mars Express skal plasseres i Mars-bane 25. desember 2003. De første 440 døgnene skal banen være på 259 km x 11 560 km, med en inklinasjon på 86° og en omløpstid på 7,5 timer. Etter 440 døgn skal banen være på 298 km x 10 107 km, med en inklinasjon på 86° og en omløpstid på 6,7 timer. Punktet i banen som er nærmest planeten, vil forflytte seg i forhold til Mars-overflaten. Dermed vil instrumentene om bord etter hvert kunne observere hele planetens overflate, fra forskjellige vinkler.

Beagle 2 vil bli skilt fra Mars Express 5-6 døgn før romfartøyet er fremme ved Mars. Uten å gå inn i Mars-bane vil Beagle 2 fare direkte inn i Mars-atmosfæren og lande i Isidis Planitia.

Om bord i Mars Express er syv instrumenter bygd av forskningsgrupper over hele Europa, med bidrag fra Japan, Kina, Russland og USA.

Målsettingen for Mars Express er å ha romfartøyet i drift i minst ett Mars-år, som tilsvarer 687 jorddøgn eller knapt 1,9 jordiske år. I løpet av denne tiden skal Mars Express blant annet gjøre følgende:

Med Mars i bakgrunnen ses her Mars Express, med Beagle 2 innkapslet på toppen av romfartøyets kropp. (ESA/J-L Atteleyn)

• Ta bilder av hele Mars-overflaten med en oppløsning på 10 m. Utvalgte områder skal dekkes med en oppløsning på 2 m. På bilder med 2 m oppløsning forventer man så vidt å kunne se Beagle 2.
• Kartlegge overflatens mineral­sam­men­set­ning med en oppløsning på 100 m.
• Kartlegge atmosfærens sammensetning og bestemme de globale sir­ku­la­sjons­mønst­re­ne i den. Blant annet håper man å bestemme fordelingen av ozon og vanndamp, og hvordan de varierer med årstidene. Videre skal man måle trykk og temperatur for karbondioksid (CO₂), som utgjør 95 % av Mars-atmosfæren, i forskjellige høyder. Dessuten vil man se etter mindre bestanddeler, som vann, karbonmonoksid (CO), metan (CH₄) og formaldehyd.
• Kartlegge strukturen under overflaten ned til dyp på noen kilometer. Det skal skje ved at lavfrekvent radiostråling sendes ut fra en 40 m lang antenne. Disse radiostrålene vil bli reflektert fra hver overflate de møter. Mesteparten av radiostrålingen vil bli reflektert fra Mars-overflaten. En betydelig andel av strålingen vil imidlertid trenge ned i overflaten og bli reflektert fra grenseflater mellom sjikt av forskjellige materialer, som for eksempel vannis. Slik håper forskerne for eksempel å kunne måle tykkelsen på sandavsetninger i områder med sanddyner eller finne ut om det er lag av sedimenter, som ligger over andre materialer.
• Kartlegge hvilke virkninger atmosfæren har på overflaten.
• Observere vekselvirkningen mellom solvinden og atmosfæren.
• Kartlegge Mars' gravitasjonsfelt og variasjoner i det.

Når landingsromfartøyet er kalt Beagle 2, skulle man tro det har eksistert noe som hette Beagle 1. Så er ikke tilfelle. Dog har det eksistert et fartøy som bare hette Beagle, nærmere bestemt et britisk krigsskip. I 1831 startet det på en 5 år lang jordomseiling. Om bord på den turen var Charles Darwin med som naturforsker. De studier av planteliv, dyreliv og geologi som Darwin gjorde på ferden, dannet grunnlaget for hans teori om artenes opprinnelse og utvikling. Beagle 2 er oppkalt nettopp etter dette skipet. En grunn til navnevalget er at man med Beagle 2 har ambisiøse planer om å lete etter tegn til tidligere eller nåværende liv på Mars.

Innkapslet i et varmeskjold kommer Beagle 2 til å rase inn i Mars-atmosfæren med en hastighet på over 20 000 km/h. Når hastigheten er bremset ned til 1600 km/h, vil en fallskjerm bli foldet ut, for å bremse ned hastigheten enda mer. Til slutt vil «ballonger» bli fylt med gass og ta imot landingsstøtet mot overflaten.

Beagle 2 liggende på Mars-overflaten. Til høyre er robotarmen PAW. (ESA)

Som nevnt skal Beagle 2 lande i Isidis Planitia, ved 10,6° N og 270° V, innenfor en ellipse som er 300 km lang og 150 km bred. Det er et flatt sedimentbasseng, der man håper det kan være spor av liv, om noe slikt har eksistert på Mars.

Etter at Beagle 2 er kommet til ro på overflaten, vil gassballongene bli koblet fra og utvendige deksler vil åpne seg. Deretter vil sol­celle­pa­nelene bli foldet ut, en robotarm vil strekke seg ut og kameraene på den vil begynne å ta bilder av landingsstedet.

Robotarmen har på engelsk fått betegnelsen Payload Adjustable Workbench, forkortet PAW. Det engelske ordet «paw» betyr «labb» eller «pote». Formodentlig er forkortelsen PAW valgt først, deretter har man funnet en passende betegnelse å la det være forkortelse for.

Til PAW er det montert flere instrumenter: Et par stereokameraer, et mikroskop, en lyskilde, to spektromentre, en slags bore-/slipemaskin og en «moldvarp». Ved hjelp av de to stereokameraene vil det bli tatt panoramabilder av landingsstedet. Kameraene vil også bli brukt til å ta nærbilder av steiner, for å finne steiner som er egnet til nærmere analyser. Når forskerne har funnet en interessant stein, som er innen rekkevidde, vil PAW bli dreid slik at bore-/slipemaskinen vender mot steinen. Maskinen vil slipe bort det øverste laget av steinen.

Med Mars Pathfinder i 1997 erfarte man at når det ble gjort analyser av steiner, fikk man ofte bare resultater fra det ytterste laget på en stein. Dette laget har i flere millioner, ja milliarder, av år vært utsatt for påvirkninger av Mars-atmosfæren. Følgelig har det endret seg og de egenskapene det opprinnelig hadde. Av den grunn er man oppsatt på å få fjernet det ytterste laget på en stein, og komme inn til dypere lag, som man forventer er slik de opprinnelig var.

Etter at en del av steinoverflaten er fjernet, slik at underliggende lag stikker frem, vil PAW igjen bli rotert. Nå vil mikroskopet og/eller spektrometrene etter tur bli plassert inntil det eksponerte området, slik at det kan analyseres og observeres. Med mikroskopet kan man studere detaljer med en utstrekning på ned til noen få tusendels millimeter.

Instrumentene på robotarmen PAW, før montering av utvendige deksler. (All rights reserved Beagle 2)

Når man finner en stein som ser spesielt interessant ut, kan man få boret ut en del av den. Materialet fraktes til en beholder for gassanalyse inn i Beagle 2.

«Moldvarpen» vil kunne krype opptil flere meter bortover overflaten, med en hastighet på omtrent 10 cm/minutt. Fremme ved en stein kan moldvarpen grave seg ned under den og hente inn prøver der. Alternativt kan PAW plassere moldvarpen slik at den vertikalt kan bore seg opptil 1 m ned under overflaten, og hente inn prøver derfra.

Beagle 2 har en forventet levetid på Mars-overflaten på 180 Mars-døgn. (Ett Mars-døgn er vel 24 timer og 37 minutter, det vil si litt lenger enn ett jordisk døgn.) I løpet av denne tiden er målsettingen at Beagle 2 skal gjøre følgende:

• Kartlegge geologien, mineral­sam­men­set­ningen og den kjemiske sammensetningen på landingsstedet
• Lete etter tegn til eller spor etter liv
• Observere været og klimaet

På hvert omløp vil Mars Express bruke noe av tiden på å observere Mars og noe tid på å overføre dataene til Jorden. Siden data ikke kan overføres samtidig med at de samles inn, har Mars Express en hukommelse på 12 Gbit for datalagring. Romfartøyet har en egen antenne, for mottak av data fra Beagle 2, for videresending av dem til Jorden. Der vil de bli mottatt ved ESAs nye bakkestasjon nord for Perth i Australia (se ESA innvier ny bakkestasjon i Australia (eRomfart 2003-048)). Daglig vil det bli overført 0,5-5 Gbit med data fra Mars Express og Beagle 2. Kommunikasjon med Jorden foregår med en antenne med 1,6 m diameter.

Uten drivstoff veier Mars Express 113 kg og Beagle 2 veier 60 kg. Inkludert drivstoff til Mars Express er totalvekten 1120 kg.

Om en knapp uke, nærmere bestemt 8. juni 2003, skal USA skyte opp det første av to Mars-kjøretøyer. Neste kjøretøy følger etter 25. juni 2003. Begge skal lande på Mars i januar 2004.