To Mars-kjøretøyer klare for oppskyting

Av Erik Tronstad

Amerikanske forskere håper at denne scenen skal bli virkelighet i januar 2004. Et av de to kjøretøyene, som skal sendes til Mars, kjører her mot en stein (til høyre). Der skal kjøretøyet bruke instrumenter på en bevegelig arm til å analysere steinen. (NASA)

De to identiske kjøretøyene er bygd av NASA, og er nå ved Kennedy-romsenteret i Florida, USA. Det vil si, det ene kjøretøyet er alt i toppen på en Delta 2-bærerakett, på opp­skyt­ings­platt­form 17A ved Cape Canaveral. Det skal skytes opp klokken 20.05.55 norsk sommertid i dag, søndag 8. juni 2003. Dagens værrapport fra Kennedy-romsenteret sier imidlertid at det er 60 % sjanse for at oppskytingen må utsettes.

Teknikere ved Kennedy-romsenteret undersøker detaljer på sol­celle­pa­nelet til det ene Mars-kjøretøyet. (NASA)

Oppskytingen av det første kjøretøyet var opprinnelig planlagt til 30. mai 2003. Tekniske problemer med kjøretøyet førte til en drøy ukes utsettelse. Kjørtetøy nummer to skal skytes opp klokken 06.38.16 norsk sommertid onsdag 25. juni 2003, fra opp­skyt­ings­platt­form 17B. Også der skal en Delta 2-bærerakett brukes.

For begge oppskytingene er det to daglige, men korte, oppskytingsvinduer. De kommer noen minutter tidligere for hver dag.

Det første kjøretøyet må skytes opp innen 24. juni 2003, det andre innen 15. juli 2003. Dessuten må det være minst 10 døgn mellom de to oppskytingene. Årsaken til det siste er en del bakkeutstyr som bare forefinnes i ett eksemplar, og som må flyttes over fra den ene opp­skyt­ings­platt­formen til den andre, mellom oppskytingene.

Sol­celle­pa­nelene til det ene kjøretøyet dominerer dette bildet. Litt til høyre for midten nede ses de to fremhjulene. Den lange, hvite gjenstanden omtrent midt på bildet er stangen med blant andre panoramakameraene. Stangen ligger her svingt ned. (NASA)

Uansett når oppskytingene skjer innenfor de oppgitte datointervallene, ligger dato og klokkeslett for landing på Mars fast. Kjøretøyet som først skytes opp, skal lande på Mars klokken 05.11 norsk tid søndag 4. januar 2004. Lokalt på landingsstedet skjer landingen omtrent klokken 14 Mars-tid. Det andre skal lande klokken 05.56 norsk tid søndag 25. januar 2004. Lokalt er det omtrent klokken 13.15 Mars-tid.

Landingssted for det første kjøretøyet er det 150 km store Gusev-krateret, som ligger på omtrent 15° S og 185° V på Mars. Kjøretøy nummer to skal lande i sletteområdet Maridiani Planum, på omtrent 2° S og 6° V. De to landingsstedene ligger på nær motsatt side av Mars, i forhold til hverandre. Du finner bilder av begge i NASA har valgt landingssteder for Mars-kjøretøyer (eRomfart 2003-075).

Over 100 forskere og ingeniører har brukt over to år på å plukke ut de to landingsstedene, blant 155 kandidater. Først og fremst måtte de tilfredsstille en del tekniske sikkerhetskrav. Stedene måtte ligge nær ekvator og ligge så lavt på Mars at landingsfartøyene måtte passere gjennom mest mulig atmosfære, for å få størst mulig aerodynamisk nedbremsing. De måtte ikke være for kuperte, slik at ikke landingsfartøyene landet på et for skrått sted. De måtte ikke inneholde for mye steiner, for å unngå at landingsfartøyene til slutt endte opp på en stein. Videre måtte det ikke være for mye støv på dem, for å unngå at støv skapte problemer for kjøretøyene. Dessuten måtte de selvsagt tilfredsstille en del vitenskapelige krav. Det viktigste var at stedene med stor sannsynlighet tidligere har hatt flytende vann.

Et av kjøretøyene gjennomgår de siste prøvene ved Kennedy-romsenteret, før det skal foldes sammen for oppskyting. (NASA)

Gusev-krateret er oppkalt etter den russiske astronomen Matvei Gusev, som arbeidet på 1800-tallet. Krateret ligger i overgangsområdet mellom Mars' gamle høylandsområder i syd og de jevnere slettene i nord. Fra sydøst kommer det en 900 km lang dal inn mot krateret. Forskerne mener det er sannsynlig at denne dalen for lenge siden er erodert ut av vann. Antakelig skar vannet seg gjennom kraterkanten på Gusev-krateret og fylte opp mye av krateret. Slik ble det dannet en kraterinnsjø. Selv om innsjøen for lengst er borte, kan bunnen i krateret inneholde sedimenter avsatt av vannet. Dette er blant de tingene man gjerne vil undersøke med kjøretøyet som skal lande der.

En uvanlig mineral­sam­men­set­ning er det som gjør Meridiani Planum, det andre landingsstedet, interessant. Observasjoner med et infrarødt spektrometer i 2001 Mars Odyssey, som nå går i bane rundt Mars, har vist at Meridiani Planum er rik på et jernoksidmineral som heter hematitt. Grå hematitt forekommer også på Jorden, hvor det vanligvis - dog ikke alltid - dannes der det er flytende vann. Ved å gjøre analyser av steiner på stedet med et kjøretøy, håper forskerne å få svar på om det virkelig har vært flytende vann i dette området.

Hovedformåler med begge kjørtetøyene er nemlig å lete etter spor av fortidig flytende vann på Mars. I dag vet vi at Mars en en helt tørr planet, i den forstand at vann ikke forekommer i flytende form. Atmosfæretrykket ved Mars-overflaten er bare 1/100 av lufttrykket ved jordoverflaten. Vann kan rett og slett ikke eksistere i flytende form ved et så lavt trykk, som det Mars har. Der kan vann bare forekomme enten som is eller i gassform.

Flere ting tyder på at Mars én eller flere ganger i fortiden, muligens for så mye som for flere milliarder år siden, hadde flytende vann. Noen geologiske strukturer likner svært meget på strukturer vi har her på Jorden, og som her er laget av flytende vann. Fjernmålinger fra Mars-bane viser at det flere steder på planeten er mineraler av typer som også finnes på Jorden. Typisk for akkurat disse mineralene på Jorden er at de som regel dannes der det er flytende vann.

Liv slik vi kjenner det fra vår egen planet, er avhengig av vann. Om man får sikre beviser for at det har vært flytende vann på Mars, er et nærliggende spørsmål om det også har oppstått liv der. Et annet hovedformål med de to kjøretøyene er derfor å lete etter eventuelle spor av fortidig eller nåtidig liv på planeten.

Strektegning av hovedkomponentene i hvert av de to romfartøyene som NASA i løpet av de kommende ukene skal sende til Mars. (NASA/Erik Tronstad)

I denne omgang er det bare de to kjøretøyene NASA skal sende til Mars. Det følger ikke med noen moderfartøyer, som skal inn i Mars-bane. Under overfarten til Mars ligger hvert kjøretøy sammenfoldet inne i en kapsel, som består av et todelt skjold eller skall. Den ene delen er et varmeskjold, den andre kan vi kalle ryggskallet. Kapselen er montert til en utstyrsseksjon. Utstyrsseksjonen har drivstofftanker, motorer for stillings- og banejusteringer, kom­mu­ni­ka­sjons­ut­styr og sol­celle­pa­neler for energiforsyning underveis til Mars. Diameteren på utstyrsseksjonen og kapselen er 2,65 m. Samlet høyde for de to er 1,6 m, mens total vekt er 1062 kg. Av dette veier kjøretøyet 174 kg, øvrig landingsutstyr 365 kg, ryggskall og fallskjerm 198 kg, varmeskjoldet 90 kg, utstyrsseksjonen 183 kg og det er med 53 kg drivstoff.

Hver av de to Delta 2-bærerakettene har ni påmonterte faststoffmotorer. De ni faststoffmotorene til bæreraketten som skal benyttes på den andre oppskytingen, er noe større og kraftigere enn de som brukes til den første. Årsaken er at Mars står litt mer ugunstig til i forhold til Jorden, når det andre kjøretøyet skytes opp.

Tegning av Delta 2-bæreraketten med det ene Mars-kjøretøyet under oppskyting. (NASA)

Knapt fem minutter etter starten fra Cape Canaveral deles nyttelastdekselet i to deler, som faller fra. Midt på bildet ser vi varmeskjoldet, mens bærerakettens andre trinns motor brenner. (NASA)

Ved begge oppskytingene vil seks av de ni faststoffmotorene starte på opp­skyt­ings­platt­formen. De tre siste vil bli tent når de seks første er utbrent. De utbrukte hjelpemotorene vil bli koblet fra tre i gangen, noe som skjer mellom ett og tre minutter etter oppskytingsstart.

Første trinns hovemotor skal brenne i knapt 4,5 minutter. I løpet av de neste 20 sekundene vil første trinn bli koblet fra, andre trinn starte og dekselet rundt nyttelasten, på toppen av raketten, vil dele seg i to og falle av. Omtrent 10 minutter etter oppskytingsstart på den første oppskytingen vil andre trinns motor starte. På dette tidspunkt er Delta 2s andre og tredje trinn i en sirkulær bane i om lag 167 km høyde.

Mindre enn 10 minutter senere på den første oppskytingen vil motoren starte igjen og brenne i to-tre minutter. Andre trinn kobles fra, tredje trinn starter, brenner i 87 sekunder og sender hele kombinasjonen ut av jordbane og i retning Mars. Mellom 34 og 39 minutter etter starten fra Florida kobles det tredje trinnet fra. Først da eksponeres antenner på utstyrsseksjonen og kan benyttes til kommunikasjon direkte mellom utstyrsseksjonen og bakken.

Sol­celle­pa­nelene på det ene kjøretøyet er foldet opp og sammen. Den runde strukturen i bakgrunnen oppe til høyre, med flere gullfoliedekkede komponenter, er utstyrsseksjonen. Her ser vi seksjonen fra den siden som vil vende mot kapselen med kjøretøyet. (NASA)

Midt på bildet ses den gullfoliebelagte undersiden til ett av sol­celle­pa­nelene til det ene Mars-kjøretøyet. Det er her ferdig sammenfoldet. Rundt kjøretøyet er man i ferd med å folde sammen komponentene til landingsplattformen, som kjøretøyet lander på. (NASA)

Både kjøretøy og landingsplattform er foldet helt sammen. Utenpå ser vi her en av «kollisjonsputene», som skal fylles med gass sekunder før landing på Mars, og dempe landingsstøtet. (NASA)

Kapselen med det sammenfoldede kjøretøyet og det tilkoblede utstyrsseksjonen er nå i den konfigurasjonen som skal fly ut til Mars. Sol­celle­pa­neler på utstyrsseksjonen gir strøm til datamaskin og kom­mu­ni­ka­sjons­ut­styr i seksjonen. Dette kom­mu­ni­ka­sjons­ut­styret skal brukes til å ta imot kommandoer fra bakken og sende tilstandsdata tilbake.

Landing på Mars vil skje direkte fra banen fra Jorden og til Mars. Kapselen med kjøretøyet og den tilkoblede utstyrsseksjonen skal ikke først inn i Mars-bane.

Omtrent 70 minutter før kapsel og utstyrsseksjon treffer Mars-atmosfæren, snus hele romfartøyet. Dermed vender varmeskjoldet i fartsretningen. Fra da av og til kjøretøyet er nede på overflaten og folder ut sol­celle­pa­nelene sine, kommer all strømforsyning fra fem batterier om bord.

Om lag 15 minutter før inntredenen i Mars-atmosfæren vil utstyrsseksjonen bli koblet fra. Den har utspilt sin rolle og raser ned i Mars-atmosfæren. Deler av den antas å overleve ferden gjennom atmosfæren og kræsjer på Mars-overflaten.

Kapselen raser inn i Mars-atmosfæren med en hastighet på 5,4 km/s (19 400 km/h). Selv om Mars, som nevnt, har en langt tynnere atmosfære enn Jorden, vil varmeskjoldet bli betydelig oppvarmet. Temperaturen på yttersiden av det vil komme opp i nesten 1450 °C. Rundt fire minutter etter inntreden i atmosfæren vil hastigheten være redusert til 0,43 km/s (1550 km/h). Kapselen er da omtrent 8500 m over bakken. Fallskjermen foldes ut og det er 1 minutt og 42 sekunder til landing. Varmeskjoldet kobles fra 20 sekunder senere.

Landingsplattformen med kjøretøyet senkes ned i en kabel 20 m under ryggskallet, som igjen er festet i fallskjermen. Slik fortsetter ferden nedover. Bare åtte sekunder før overflaten treffes, vil gassdyser raskt blåse opp flere «kollisjonsputer» eller gassballonger. Ytterligere to sekunder senere avfyres tre bremsemotorer på ryggskallet. Etter enda tre sekunder, når landingsplattformen med kjøretøyet henger i ro 15 m over bakken, kuttes kabelen opp til ryggskallet. Klyngen med gassballonger, som inneholder landingsplattformen med kjøretøyet, faller fritt ned til overflaten. Der vil den flere ganger sprette og rulle bortover overflaten, før den kommer til ro.

Første sprett kan gå helt opp til 15 m høyde. Man regner med at den kan komme til å sprette og rulle bortover overflaten i flere minutter. Mars Pathfinder, som landet på Mars i 1997, hadde et tilsvarende landingssystem. Det spratt 15 ganger, opp til 15 m høyde, og brukte 2,5 minutter på å komme til ro omtrent 1 km fra der overflaten først ble truffet.

Bilde av utstyrsseksjonen og kapselen etter sammenmontering. Øverst er utstyrsseksjonen, med sol­celle­pa­neler på toppen. Under er kapselen med det sammenfoldede kjøretøyet og landingsplattformen. (NASA)

USA har tidligere mistet kontakten med tre Mars-romfartøyer omtrent idet de skulle inn i bane rundt Mars eller inn i atmosfæren for å lande. Felles for de tre hendelsene er at man hver gang ikke hadde noen form for radiokontakt med romfartøyet idet noe kritisk skjedde. Når tiden kom da man forventet ny radiokontakt, var alt bare taust. Derfor hadde man i ettertid svært lite å holde seg til, når man skulle prøve å finne ut hva som sviktet.

Denne gangen skal man sørge for at om noe går galt, skal man i hvert fall få informasjon om når det skjedde. Under hele turen inn i og ned gjennom atmosfæren vil det bli sendt radiosignaler tilbake mot Jorden. Dette vil være enkle signaler uten noen data. Overføringen av disse signalene starter like før hele romfartøyet snus for å vende varmeskjoldet i fartsretningen, noe som altså skjer 70 minutter før Mars-atmosfæren treffes.

Til å begynne med sendes signalene fra en antenne på utstyrsseksjonen, senere fra etter i tur ryggskallet, landingsplattformen og kjøretøyet. Som nevnt dreier det seg om svært enkle signaler. For eksempel vil en endring i signalet si at utstyrsseksjonen er koblet fra, slik at man vet det har skjedd. Under ferden ned gjennom atmosfæren vil det bli brukt i alt 36 forskjellige signaler, hvert med en varighet på 10 sekunder. De sier at forskjellige steg eller hendelser i landingssekvensen er passert. Om noe på noe tidspunkt går galt, vil man i ettertid i hvert fall vite når svikten inntraff.

Siden begge landingene skjer om ettermiddagen, lokal tid på landingsstedet, tar det ikke så lang tid før solen går ned der. Før den første natten på Mars, vil muligens hvert av kjøretøyene folde ut sin direktivantenne, slik at den er klar til bruk den påfølgende morgen.

Etter landingen vil det ta noen Mars-døgn før kjøretøyet kjører ned fra landingsplattformen og ut på overflaten. Ett Mars-døgn, eller én sol, som det kalles, er på 24 timer, 39 minutter og 15 sekunder.

Strektegningen viser plasseringen av en del av utstyret på de to identiske Mars-kjøretøyene. De fire første tallene angir: 1) mikroskopkamera, 2) slipeverktøy, 3) Mössbauer-spektrometer og 4) alfa-/røntgenspektrometer. Alle disse fire instrumentene sitter på den bevegelige armen. Når kjøretøyet er i bevegelse, er armen foldet opp under kjøretøyet. Tallene videre angir: 5) fremre magnettavle, 6) sol­celle­pa­neler, 7) panoramakamera, 8) navigasjonskamera, 9) spektrometer følsomt for varmestråling (på baksiden), 10) UHF-antenne for overføring av data til romfartøyer i Mars-bane, 11) rundstråleantenne, 12) kalibrasjonsmål, 13) direktivantenne for kommunikasjon direkte med Jorden og 14) hjulopphengningssystem. (NASA/Erik Tronstad)

Før kjøretøyet begir seg ut på overflaten, vil det ha gjort nøye observasjoner av landingsstedet, med instrumentene der har. De to kjøretøyene er helt identiske og har syv vitenskapelige instrumenter:

• Et panoramakamera, montert på toppen av en stang som når opp til omtrent 1,3 m over overflaten. Panoramakameraet er egentlig to kameraer, montert litt til siden for hverandre. De kan ta stereobilder i farger av omgivelsene. Kameraene har tre ganger bedre oppløsning enn kameraet på landingsplattformen til Mars Pathfinder.
• Et lite spektrometer følsomt for varmestråling (Mini-Thermal Emission Spectrometer). Instrumentet registrerer varmestråling fra omgivelsene. Blant annet vil det bli brukt til å kartlegge mineral­sam­men­set­ningene av strukturer i landingsområdet. Det sitter på samme stang som panoramakameraet.
• Mikroskopkamera, som sitter på en bevegelig instrumentarm foran på kjøretøyet. Det er en blanding av et mikroskop og et kamera. Med dette vil man ta ekstreme nærbilder av steiner og støv.
• Mössbauer-spektrometer, som også sitter på den bevegelige armen. Spektrometeret skal med stor nøyaktighet kunne bestemme sammensetningen og mengden av jernholdige mineraler. Mineraler som inneholder jern, vil gi viktige data om forholdene i Mars' tidligere historie. Videre vil instrumentet kunne påvise eventuelle mineraler som er dannet under tilstedeværelse av vann. Funn av slike mineraler vil være en viktig indikator på at det har vært flytende vann på Mars.
• Alfa-/røntgenspektrometer, også det på den bevegelige armen. Dette vil gi andre typer informasjon om steiner og støv på overflaten, enn instrumentene nevnt ovenfor. Dataene fra det vil gi viktig, utfyllende informasjon om hvordan skorpen på Mars ble til, hvordan den har vært påvirket av atmosfæren og om virkningene av eventuelt vann på planeten.
• Et slags slipeverktøy (Rock Abrasion Tool), også på den bevegelige armen. Verktøyet har en slags dreieskive, som skal brukes til å slipe bort det øverste laget fra steiner som skal undersøkes. Det øverste laget på steiner er påvirket av atmosfæriske prosesser, og gjerne annerledes enn steinenes indre. Når dette verktøyet har gjort jobben sin, kan den bevegelige armen brukes til å plassere ett av de ovenfor nevnte instrumentene tett inntil den slipte flaten, for å studere egenskapene ved steinen. Formålet med verktøyet er altså det samme som med et tilsvarende redskap på Beagle 2 (se Klart for Europas første fremstøt mot Mars (eRomfart 2003-096)).
• Magnettavle med flere magneter. De vil samle inn støv fra atmosfæren for analyse med instrumentene på den bevegelige armen. For oss i Norden er det interessant å merke seg at disse magnetene er levert av forskere i Danmark.

Videre har hvert kjøretøy noen kalibrasjonsmål, som er påmontert utstyr med kjente egenskaper. De andre instrumentene vil observere kalibrasjonsmålene, slik at forskerne kan se hvordan instrumentene fungerer. Dette brukes til å justere observasjonene gjort av omgivelsene på Mars.

På den 1,3 m høye masten er det også to vidvinklede navigasjonskameraer, som offisielt ikke regnes som vitenskapelig utstyr. Observasjonene de gjør, brukes av datamaskinen i kjøretøyet til å analysere omgivelsene og se om det er noen hindere i veien, i den retningen kjøretøyet har tenkt seg. I så fall legger datamaskinen opp en kjørerute utenfor hindringen.

En slags parabolantenne på hvert kjøretøy gjør det mulig med direkte kommunikasjon med Jorden. Data vil også bli overført via de to romfartøyene USA har i Mars-bane, Mars Global Surveyor og 2001 Mars Odyssey. Om alt går bra med ESAs Mars Express og det kommer inn i Mars-bane, tar man sikte på også å gjøre forsøk med å overføre data via dette romfartøyet.

Hvert kjøretøy skal kunne kjøre opptil 100 m per døgn, til sammen omkring 1000 m. De forventes å være drift i minst 90 soler, litt over 90 jordiske døgn.

Til venstre et av de to kjøretøyene som nå skal til Mars. Til høyre er en modell i full størrelse av Sojourner, det lille kjøretøyet som Mars Pathfinder hadde med til Mars i 1997. (NASA)