Opportunity med stø kurs mot Meridiani Planum

Av Erik Tronstad

Opportunity, Spirits tvillingkjøretøy, ligger på rett kurs mot landingsområdet i Meridiani Planum på Mars. Banen er så riktig at man ikke behøvde å utføre en planlagt banejustering i går, torsdag 22. januar 2004. Opportunity skal lande førstkommende søndag, 25. januar 2004, klokken 05.54 norsk tid. Mars er da 198,7 millioner kilometer borte, så signalene fra Opportunity bruker omtrent 11 minutter på å nå Jorden. Signalene fra landingsøyeblikket vil følgelig bli mottatt her nede klokken 06.05 norsk tid.

Opportunity skal lande på omtrent diametralt motsatt side av Mars, i forhold til Spirit. Denne kartprojeksjonen viser hele Mars brettet ut, ikke bare den ene halvkulen. «GC» er forkortelse for «Gusev Crater», Spirits landingssted. «MP» er forkortelse for «Meridiani Planum», der Opportunity skal ned. (NASA/JPL)

Også for Spirit var banen mot slutten så nøyaktig at man kunne sløyfe banejusteringer de siste åtte døgn før landing. Spirit traff atmosfæren på Mars mindre enn 200 m fra det planlagte inntrengningspunktet. Da hadde romfartøyet tilbakelagt omtrent 500 millioner kilometer fra Jorden.

Bak en slik fantastisk navigasjonsnøyaktighet ligger et svært nitid og detaljert arbeid. Og man må ta hensyn til selv de minste krefter som virker på romfartøyet på dets ferd gjennom rommet.

Trykket fra solstrålingen og trykket fra varmeutstråling fra romfartøyet gir skyvekraftpåvirkninger som er mindre enn én milliarddel av tyngdens akselerasjon ved jordoverflaten. Likevel er det faktorer man tar i betraktning i baneberegninger. Om man ikke kjente kreftene som virker på romfartøyet med en slik nøyaktighet, ville posisjonsusikkerheten i løpet av bare ti døgn ha økt med 3,7 km.

En annen faktor som inngår, er for eksempel hvordan flytende materiale inni Jorden beveger seg og hvordan platetektoniske bevegelser på jordoverflaten påvirker Jordens massefordeling. Man må også kjenne Jordens rotasjonstid om sin egen akse med en usikkerhet på mindre enn 0,0002 sekunder.

Ved hjelp av signaler sendt og mottatt via antenner i NASAs Deep Space Network (DSN) beregner man romfartøyets hastighet og posisjon. Avstand og hastighet langs synslinjen mellom Jorden og romfartøyet beregnes direkte ut fra radiosignaler og frekvensforskyvninger av dem. Romfartøyets bevegelser på tvers av synslinjen (i retning nord-syd eller «opp-ned» på himmelen og i retning øst-vest eller «venstre-høyre» på himmelen) skjer ved hjelp av kvasarer.

Mange kvasarer er sterke og konsentrerte radiokilder. Samtidig er de så langt borte fra oss at de kan betraktes som å ha en helt fast posisjon på himmelen. Deres bevegelser på tvers av synsretningen er knapt målbar. Posisjonene til kvasarer kan bestemmes med en usikkerhet på bare noen milliarddels grader. Ved å sammenlikne posisjonen til et romfartøy med slike kvasarer, kan romfartøyets bevegelser på tvers av synslinjen beregnes med svært stor nøyaktighet.

De tre DSN-stasjonene ligger fordelt rundt Jorden med omtrent 120° forskjell i lengdegrad. Om den nøyaktige posisjonen til en av disse antennene er feil med bare 5 cm, gir det en posisjonsfeil på nesten 500 m for et romfartøy som er 150 millioner kilometer borte.

Det hjelper imidlertid ikke så mye å kjenne faktorer om Jorden og romfartøyet med stor nøyaktighet, dersom det er stor usikkerhet i Mars' kjente posisjon. Den posisjonen er kjent med en usikkerhet på bare noen hundre meter. En så stor posisjonsnøyaktighet skyldes blant annet Mars Global Surveyor og 2001 Mars Odyssey. Begge de to er i godt kjente Mars-baner og man har radiokontakt med dem. Det gjør at Mars' posisjon og bevegelse er svært godt kjent.

Landingsfasen for Opportunity blir i hovedsak helt identisk med den Spirit fulgte. Du kan lese om den i Slik skal Spirit lande på Mars (eRomfart 2004-001). Erfaringene man gjorde under Spirits ferd gjennom Mars-atmosfæren har ført til noen justeringer i Opportunitys landingsfase. I  Spirit: En uke fra landing til kjøring (eRomfart 2004-003) kan du lese om ytterligere momenter omkring Spirits landing og hvordan romfartøyets posisjon på Mars bestemmes. De samme momentene gjelder for Opportunity.

Etter landing vil det ta omtrent én uke før Opportunity kan kjøre fra landingsplattformen og ned på Mars-overflaten, noe det står mer om i Spirit: En uke fra landing til kjøring (eRomfart 2004-003). En kollisjonspute som lå i veien der Spirit opprinnelig var planlagt kjørt ned fra sin landingsplattform, gjorde at det tok 11 døgn fra Spirit landet og til det kjørte ned på Mars-overflaten (se Småproblemer for Spirit (eRomfart 2004-011), Spirit har reist seg (eRomfart 2004-012) og Spirits hjuloppheng fullt utfoldet (eRomfart 2004-013)).

Problemet med Spirits kollisjonsputer fører til endringer for Opportunity. Hver av vinsjene som trekker inn de tomme kollisjonsputene etter landing, kan gjøre 40 omdreininger. For hver omdreining trekkes det inn omtrent 13 cm med festesnor til en kollisjonspute. Jo flere omdreininger som gjøres, jo mer unna vei kommer en kollisjonspute. Ulempen er at puten trekkes mer under landingsplattformen. Det øker høyden mellom nedkjøringsrampen og overflaten.

Mens vinsjen under bunnplaten på Spirit var programmert til å gjøre 30 omdreininger, var vinsjene til sideplatene programmert til 37 omdreininger. (Før landing er hvert kjøretøy omsluttet av fire plater, som folder seg ut etter landing.)

Vinsjen under Opportunitys bunnplate vil bli programmert til å gjøre flere omdreininger enn på Spirit, muligens fem flere.

Du finner bilde og en liten omtale av Opportunitys landingssted i NASA har valgt landingssteder for Mars-kjøretøyer (eRomfart 2003-075).