Phoenix skal se om forholdene på Mars tillater liv

Av Erik Tronstad

Tegning av Phoenix etter landing på Mars' nordlige halvkule. (NASA)

Phoenix er USAs neste Mars-prosjekt. Et hovedformål med Phoenix er å finne ut om forholdene på Mars-overflaten kan tillate liv å eksistere der. Phoenix skal imidlertid ikke gjøre noe forsøk på å lete etter tegn til fortidig eller nåtidig liv på Mars.

Phoenix montert på toppen av Delta 2-bæreraketten med halve nyttelastdekselet (bak) på plass. Varmeskjoldet er øverst og peker oppover. (NASA)

Det ubemannede romfartøyet skal lande langt nord på Mars og grave i jordsmonnet der. Observasjoner fra tidligere Mars-romfartøyer tyder på at det er betydelige mengder med vannis i overflaten i de områdene.

I motsetning til kjøretøyene Opportunity og Spirit har Phoenix ingen mulighet for å bevege seg omkring på Mars-overflaten. Phoenix er et stasjonært landingsfartøy som må stå i ro på det stedet det lander, slik tilfellet var med de to Viking-landerne i 1976. Med seg har imidlertid Phoenix helt andre instrumenter enn de som Opportunity og Spirit er utstyrt med. Dermed kan Phoenix gjøre flere typer og mer avanserte analyser av Mars-materialet enn de to nevnte kjøretøyene kan.

Instrumentene i Opportunity og Spirit er i hovedsak rettet mot geologiske undersøkelser. Instrumentene i Phoenix er mer rettet mot å se om egenskapene til jordsmonnet på Mars er av en slik art at det tillater liv slik vi kjenner det å eksistere og mot å undersøke vær og klima.

Oppskytingen av Phoenix skal skje med en Delta 2-bærerakett fra oppskytingskompleks 17A ved Cape Canaveral Air Force Station i Florida, USA.

Oppskytingsvinduet for Phoenix åpner 3. august 2007 og varer til og med 24. august 2007. Planen var opprinnelig å skyte opp Phoenix alt 3. august. Den dagen har man to oppskytingsmuligheter, den ene klokken 11.35.18, den andre klokken 12.11.24, begge norsk sommertid.

Dårlig værvarsel for området rundt Kennedy-romsenteret og Cape Canaveral Air Force Station i Florida gjorde at man 30. juli ikke fullførte fylling av drivstoff på bærerakettens andre trinn. Dermed måtte oppskytingen utsettes i ett døgn.

I skrivende stund er planlagt oppskytingsdato 4. august. Den dagen har man to oppskytingsmuligheter, den ene klokken 11.26.34, den andre klokken 12.02.59, begge norsk sommertid. Oppskytingen må skje på sekundet til et av de oppgitte tidspunktene.

Om Phoenix blir skutt opp i løpet av de 15 første døgnene av oppskytingsvinduet, kommer romfartøyet til å lande på Mars 25. mai 2008. Hvis oppskytingen skjer i løpet av de siste syv døgnene av oppskytingsvinduet, skjer landingen på Mars 5. juni 2008.

En endelig beslutning om hvor på Mars Phoenix skal lande, er ennå ikke tatt. Det mest aktuelle landingsstedet er i øyeblikket et sted i Vastitas Borealis ved 68° N og 233° Ø. Dette er et arktisk sletteområde på Mars.

I utgangspunktet skal Phoenix være i virksomhet i 90 døgn på Mars. I løpet av denne tiden kommer temperaturen til å variere mellom -73 °C og -33 °C nær overflaten på landingsstedet.

Romfartøyet

Phoenix under bygging hos Lockheed Martin høsten 2006. (NASA/JPL/UA/Lockheed Martin)

Hovedstrukturen i landeren ble bygd til Mars Surveyor 2001, en lander planlagt skutt opp i 2001. Det prosjektet ble skrinlagt etter at Mars Polar Lander gikk tapt i 1999. (Se Ingen livstegn fra Mars Polar Lander (Kortnytt 1999-124), Var Mars Polar Lander dømt til å mislykkes? Og visste NASA dette? (Kortnytt 2000-051) og Mars 2001-landeren utsatt til 2003 (Kortnytt 2000-058).) Også flere av komponentene til mange av instrumentene i Phoenix ble bygd for Mars Surveyor 2001. Alt utstyr som Phoenix har arvet fra Mars Surveyor 2001, har gjennomgått nye og mer omfattende prøver. Om nødvendig er utstyret endret for å innfri anbefalingene som kom da man undersøkte årsakene til at Mars Polar Lander gikk tapt.

På en måte er Phoenix-prosjektet etablert på «ruinene» av Mars Polar Lander og Mars Surveyor 2001. Føniks (engelsk Phoenix) var hos de gamle egyptere en fugl som var et symbol på oppstandelse eller en ny begynnelse. (Se mer om dette i Phoenix blir første Scout (eRomfart 2003-136).)

Under ferden til Mars ligger Phoenix sammenfoldet og innkapslet mellom et varmeskjold og et ryggskall. Til ryggskallet er det montert en enhet eller trinn med elektronikk, kom­mu­ni­ka­sjons­ut­styr og sol­celle­pa­neler. Eneste formål med dette trinnet, som vi kan kalle frakttrinnet, er å bringe Phoenix til Mars. Rett før Phoenix braser inn i Mars-atmosfæren, blir dette trinnet koblet fra. Etter det har trinnet ingen flere oppgaver.

Phoenix er innkapslet i varmeskjoldet (øverst) og ryggskallet (nederst). Romfartøyet er fotografert under forberedelsene til oppskytingen. (NASA)

Hovedkomponentene til Phoenix under ferden fra Jorden til Mars. (NASA/Erik Tronstad)

Rundt bunnen av dekket eller hovedkroppen til Phoenix er det tolv bremsemotorer. Hver har en skyvekraft på maksimalt 293 N. Motorene startes omtrent 30 sekunder før Phoenix lander på Mars. Fra da av avfyres de i mange korte støt, opptil 10 avfyringer per sekund, både for å bremse ned landeren før møtet med overflaten og for å kontrollere landerens stilling. Kontroll av romfartøyets stilling innebærer å sørge for at det ikke vipper opp eller ned til noen kant og ikke roterer, men holder seg horisontalt og parallelt med planetoverflaten frem til landing.

Bremsemotorene sørger for at hastigheten langs bakken i landingsøyeblikket er mindre enn 1,4 m/s (5 km/h). Hastigheten i vertikal retning skal være mindre enn 1 m/s (3,6 km/h).

Midt på bildet ses dysen til en av de tolv bremsemotorene. (NASA)

Phoenix er for stor til at man kan bruke kollisjonsputer til å ta støtet mot overflaten, slik man gjorde med Mars Pathfinder, Spirit og Opportunity.

Åtte mindre motorer brukes under overfarten til Mars, mens Phoenix ligger innkapslet mellom varmeskjoldet og ryggskjoldet. Alle disse motorene er montert på selve landeren, men stikker ut gjennom åpninger i ryggskallet.

Fire av disse motorene har hver en skyvekraft på 15,6 N og skal brukes til de seks planlagte banejusteringene. De andre fire har hver en skyvekraft på 4,4 N og skal brukes til stillingskontroll underveis til Mars. Da sørger de blant annet for at sol­celle­pa­nelene er vendt mot Solen og at varmeskjoldet vender i fartsretningen og mot Mars-atmosfæren rett før romfartøyet raser inn der.

Modell i full skala av Phoenix. På bildet prøves de tolv bremsemotorene, men der vann strømmer ut av dysene, ikke eksosgasser. (NASA)

Når Phoenix har landet, blir det stående i ro på tre landingsbein. Dekket eller plattformen oppå de tre beina har en diameter på 1,5 m. Etter landingen blir to sol­celle­pa­neler foldet ut. Hvert sol­celle­pa­nel er en nær sirkulær tikant med et areal på 2,1 m². En mast med et stereokamera på og en mast med instrumenter for meteorologiske observasjoner blir så reist opp på toppen av plattformen.

Høyden fra bakken og til toppen av meteorologimasten er 2,2 m, muligens litt mindre, avhengig av hvor mye landingsbeina trykkes inn i sammenstøtet med overflaten. Avstanden mellom ytterkantene av de to sol­celle­pa­nelene er 5,52 m.

Noe av det viktigste utstyret Phoenix har er en 2,35 m lang robotarm. Med den skal Phoenix hente opp prøver fra overflaten og fordele dem til ulike analyseinstrumenter.

I forgrunnen ses robotarmen på Phoenix. På dekket er masten med stereokameraet til venstre, meteorologimasten lenger til høyre. (NASA)

«Hjernen» i Phoenix er en RAD6000 mikroprosessor, en variant av PowerPC-brikken som en gang ble brukt i mange Macintosh-maskiner. RAD6000-prosessoren kan kjøre med en av tre hastigheter: 5 millioner, 10 millioner eller 20 millioner klokkesykluser per sekund. Prosessoren har tilgang til et arbeidsminne på over 75 MB, pluss et lagerminne. Tallene er ikke særlig imponerende i dag. Men dette er spesialbrikker produsert for å tåle de ekstreme forholdene i rommet og den ødeleggende partikkelstrålingen der. Komponenter fra en datamaskin som brukes her på Jorden, ville ikke fungert pålitelig underveis til og på Mars.

All kommunikasjon mellom Phoenix og Jorden etter landingen på Mars må skje via romfartøyer i Mars-bane, i praksis NASAs Mars Odyssey og Mars Reconnaissance Orbiter. Også ESAs Mars Express har nødvendig utstyr for å kunne formidle data mellom Phoenix og Jorden.

Sammenbygging av Phoenix hos Lockheed Martin i september 2006. Øverst til venstre og nede til høyre ses de to sol­celle­pa­nelene. (NASA/JPL/UA/Lockheed Martin)

Underveis til Mars kommuniserer Phoenix med bakken via utstyr i og antenner på frakttrinnet. Etter at frakttrinnet kobles fra noen minutter før ankomst Mars, sender en UHF-spiralantenne på ryggskallet korte statusdata tilbake til Jorden. Like etter at ryggskallet er koblet fra, trer en UHF-antenne på selve Phoenix-landeren i funksjon. Resten av landingsfasen sender denne antennen statussignaler tilbake til Jorden.

På toppen av dekket har Phoenix to UHF-antenner, den nevnte spiralantennen og en monopolantenne. I månedene etter landing skal de to brukes til å kommunisere med Jorden via de to nevnte romfartøyene i Mars-bane.

Landeren kan kommunisere med romfartøyene i Mars-bane med hastigheter på 8000 bit/s, 32 000 bit/s og 128 000 bit/s. De to laveste hastighetene skal brukes når Phoenix skal motta kommandoer fra Jorden fra romfartøy i Mars-bane.

En liten videoplate med 250 000 navn fra 70 land er montert på toppen av dekket. På platen er det også prosa, musikk og annen kunst relatert til Mars.

Ved oppskyting veier Phoenix og frakttrinnet som brukes underveis til Mars 670 kg. I dette inngår varmeskjold, ryggskall, drivstoff til banejusteringer og fallskjerm til bruk under landingen på Mars. Selve Phoenix-landeren veier 350 kg, hvorav 55 kg er vitenskapelig utstyr.

Utprøving av sol­celle­pa­nelene på frakttrinnet som skal brukes under ferden fra Jorden til Mars. Frakttrinnet er montert til enden av Phoenix' ryggskall. (NASA)

Prisen for prosjektet er 420 millioner amerikanske dollar, inkludert utvikling, vitenskapelige instrumenter, oppskyting og drift av romfartøyet i dets levetid.

Vitenskapelige instrumenter

Phoenix bringer med seg syv vitenskapelige instrumenter. Tre av dem består av flere delinstrumenter.

En tekniker betrakter Phoenix' robotarm. Ytterst på armen graveskuffen, lenger opp kameraet. (NASA/JPL/UA/Lockheed Martin)

• Robotarmen. Armen er laget av aluminium og titan og er 2,35 m lang. Den ene enden av armen er montert til dekket på Phoenix. Midt på armen er et albueledd. I motsatt ende av armen er en skuffe med blader på og en motorisert raspe for å knuse og bryte opp frosset jordsmonn. Robotarmen kan beveges som armen på en gravemaskin med fire typer bevegelser: opp og ned; sidelengs; frem og tilbake og i en roterende bevegelse.
  Armen har lang nok rekkevidde til å kunne grave ned til omtrent 50 cm under overflaten. Isen som forventes å være i jordsmonnet på landingsstedet, kan imidlertid tenkes å ligge nærmere opp til overflaten enn dette. Når armen kommer i kontakt med jordsmonn med vannis, vil den motoriserte raspen bli brukt til å ta prøver.
  Små grøfter skal graves med armen og analyseres med instrumenter på den. Prøver som tas av overflatelagene, vil dessuten bli levert til flere instrumenter på dekket av Phoenix for detaljerte analyser.
• Kamera på robotarmen. Kameraet er montert på robotarmen like over skuffen i enden av den. Det skal ta nærbilder i farger av jordsmonnet på landingsstedet, av vegger og bunner i grøfter som graves og av prøver av jordsmonn og is før og etter at de er tatt opp i graveskuffen.
  Data fra kameraet om overflatestrukturen i jordsmonnet vil bli brukt til å velge hvilke prøver som skal tas opp for analyser av andre instrumenter. I veggene på grøftene skal forskerne se etter mulige lagdelinger, som kan skyldes endringer i klimaet på Mars.
  Kameraet har innebygde lyskilder, i form av dioder som sender ut henholdsvis rødt, grønt og blått lys. De skal brukes til å lyse opp områder som skal fotograferes og gjør det mulig å ta fargebilder av dem.
  En innebygd motor kan brukes til å fokusere objektivet på kameraet. Dette er første gang at et interplanetarisk romfartøy har med et kamera der objektivet kan fokuseres. Alle tidligere kameraer har hatt fast fokuspunkt.
  Objektivet kan fokuseres fra en nærgrense på 11 mm og til uendelig. Ved nærgrensen har kameraet en oppløsning på 0,023 mm (23 mikron) per bildepunkt. Dermed kan det avbilde detaljer med en utstrekning som er mindre enn tykkelsen på et hårstrå fra et menneske.

Kameraet på robotarmen på Phoenix, med to grupper lysdioder. Den ene gruppen har 36 røde, 18  grønne og 18 blå dioder, den andre har 16 røde, 8 grønne og 8 blå dioder. (NASA)

• Stereokamera. Enheten består av to kameraer i en mast på toppen av Phoenix. Avstanden mellom kameraene er omtrent den samme som mellom øynene på et menneske. Kameraene kan dermed gi stereobilder av omgivelsene. Bildene skal blant annet brukes til å bestemme hvor robotarmen skal grave og til støtte under bruken av armen.
  Foran hvert kamera kan det plasseres ett av 12 filtere. Kameraene kan dermed ta både fargebilder og bilder på bestemte bølgelengder i synlig og infrarødt lys som er nyttige for å fremheve geologiske og atmosfæriske egenskaper. Hvert kamera har en CCD-brikke på 1024 x 1024 bildepunkter.
  Fra sitt utsiktspunkt to meter over bakken kan kameraene dreies i alle retninger. De vil «se» omgivelsene med samme kvalitet som et menneskelig øye. Når robotarmen leverer prøver med jordsmonn og is til instrumentene på dekket av Phoenix, vil stereokameraet kunne se ned og inspisere prøvene.

Stereokameraet som skal gi oss fargebilder av omgivelsene rundt Phoenix på Mars. (NASA)

• Instrument for oppvarming av prøver og gassanalyser av dem (Thermal and Evolved-Gas Analyzer). Instrumentet skal analysere stoffer som omgjøres til gassform ved at de varmes opp. I instrumentet er et måleverktøy, kalt kalorimeter. Det måler hvor mye energi som kreves for å øke temperaturen på en prøve med konstant hastighet. Slik kan man finne hvilken temperatur overgangen fra fast stoff til flytende form og fra flytende form til gass skjer ved. Det sier noe om hvilke stoffer og mineraler som er til stede i en prøve. Gassene som dannes føres til et massespektrometer. Det kan bestemme hvilke kjemikalier som er til stede og hvilken sammensetning de har.
  Åtte små ovner inngår i instrumentet. Hver ovn kan brukes bare én gang. En ovn er omtrent 1 cm lang og 2 mm i diameter.
  En analyse starter med at en prøve tømmes ned i en ovn fra robotarmen. Ovnen stenges når en lysdetektor ser at den er full. Prøven varmes langsomt opp til temperaturer på opptil 1000 °C. Under oppvarmingen drives vann og andre flyktige stoffer ut av prøven i form av gasser. Gassene ledes ut til massespektrometeret.
  En av prøvene som skal analyseres, er et spesielt materiale som landeren har med fra Jorden. Materialet er preparert slik at det skal være mest mulig fritt for karbon. Dette tjener som et kontrolleksperiment når instrumentet analyserer prøver fra Mars. Formålet er å se hvor godt eksperimentet kan eliminere karbon som er med fra Jorden. Karbon som påvises i Mars-prøver kan være uunngåelige spor av karbon fra Jorden, dersom målingene ikke er høyere enn karbonmengden som måles fra denne kontrollprøven.
  Massespektromenteret i instrumentet skal altså analysere gasser som avgis fra prøvene som varmes opp. Spektrometeret skal også analysere gasser fra Mars-atmosfæren for å få detaljerte data om stoffene der.

Teknikere arbeider med å montere vitenskapelig utstyr på toppen av dekket til Phoenix. (NASA/JPL/UA/Lockheed Martin)

• Instrument for jordanalyse (Microscopy, Electrochemistry and Conductivity Analyzer). Instrumentet skal bruke fire verktøy til å analysere jordprøver på landingsstedet. Det vil gi omtrent tilsvarende resultater som en gartner eller bonde ville få fra en jordanalyse, pluss flere andre. Tre av verktøyene skal analysere prøver som leveres dem av robotarmen. To av verktøyene er mikroskoper, det tredje et slags kjemisk laboratorium i miniatyr. Det fjerde verktøyet er på robotarmen.
  Det første verktøyet er et lite kjemisk laboratorium med fire «begere» på størrelse med en tekopp. Hvert kan brukes bare én gang. Verktøyene skal brukes til å analysere løsbare kjemikalier i jordsmonnet. Det skjer ved å blande vann med prøven, slik at den får en suppeliknende konsistens. Verktøyet sørger for å holde prøven varm nok til at den forblir i flytende form under hele analysen.
  På innsiden av hvert beger er 26 sensorer, for det meste elektroder bak membraner med ulik grad av gjennomtrengelighet. Noen sensorer vil gi data om surheten (pH-verdien) i prøven, det vil si i hvilken grad den er sur eller alkalisk. pH-verdien er en viktig faktor som sier noe om hvilke typer kjemiske reaksjoner som kan foregå i jordsmonnet. Kanskje kan den for eksempel si noe om hvilke typer mikrober som kunne eksistere i et slikt jordsmonn. Dette er første gang pH-verdien til jordsmonn på Mars skal måles.
  Det andre og tredje verktøyet er henholdsvis et optisk mikroskop og et atommikroskop. Robotarmen leverer prøver til et hjul som roterer og holder prøvene opp foran de to mikroskopene etter tur. Langs ytterkanten av hjulet er stoffer med forskjellige typer overflater, som for eksempel magneter og klebrig silikon. Slik gir verktøyet data om hvordan partikler i en prøve reagerer med ulike typer overflater, i tillegg til data om størrelsene, formene og fargene til partiklene.
  De største partiklene det optiske mikroskopet kan betrakte, er omtrent én millimeter lange. De minste det kan se er 500 ganger mindre, det vil si har en diameter på 0,002 mm eller 2 mikron. Atommikroskopet kan se partikler som er ytterligere 20 ganger mindre, det vil si har en diameter på 0,0001 mm eller 100 nm. Diameteren på et menneskelig hårstrå er til sammenlikning omtrent 0,01 mm. Det er første gang et romfartøy har med mikroskoper som kan se så små detaljer som disse to mikroskopene.
  Det optiske mikroskopet får fargedata om en prøve ved å belyse den med en hvilken som helst kombinasjon av inntil fire forskjellige lyskilder. Lyset kommer fra 12 dioder som sender ut lys i de røde, grønne, blå og ultrafiolette delene av spekteret.
  Atommikroskopet bygger opp et bilde av en partikkel ved å berøre partikkelen med en meget skarp spiss i enden av en fjær. Fjæren er koblet til en strekkspenningsmåler. Den måler hvor mye fjæren strekker seg eller presses sammen. Ved å flytte den skarpe spissen over ulike deler av en partikkel, bygges det gradvis opp et bilde av partikkelens overflate.
  Formene og størrelsene på partikler i jordsmonnet gir data om noen av prosessene partiklene har gjennomlevd i omgivelsene på Mars. Ruller en partikkel bortover overflaten, slipes kantene på den til en rundere form. Gjentatte perioder med frysing og tining fører til oppsprekking og skarpe kanter. Leirmineraler som dannes mens de lenge er i kontakt med flytende vann, får karakteristiske plateliknende former.
  Det fjerde verktøyet skal måle hvordan varme og elektrisitet ledes gjennom jordsmonnet. Verktøyet har en slags elektronisk «gaffel» med fire tagger. Gaffelen stikkes inn i jordsmonnet på forskjellige stadier i gravingen av en grøft med robotarmen.
  Når gaffelen står inn i jordsmonnet, kan for eksempel en av taggene varmes opp. Så kan man måle hvordan temperaturen øker i nabotaggen. Slik fås data om hvordan jordsmonnet mellom taggene leder varme. Tilsvarende kan man måle hvordan den oppvarmede taggen avkjøles, når varmen slås av. En liten isbit i jordsmonnet kan gi store utslag i hvordan jordsmonnet leder varme.
  På tilsvarende måte kan den elektriske ledningsevnen til jordsmonnet mellom to tagger måles. Jordsmonnets ledningsevne er en følsom indikator på om det er fukt i jordsmonnet. Fukt kan forekomme i flere former mellom is og flytende form. For eksempel kan fukt opptre som «varm» is og vannfilmer.
  Når gaffelen holdes opp i luften, kan den måle luftfuktigheten. Små temperaturvariasjoner mellom taggene kan dessuten brukes til å måle vindhastigheten.
• Meteorologiske instrumenter. I værstasjonen inngår en 1,14 m høy mast med sensorer i tre høyder. De skal måle hvordan temperaturen varierer i forskjellige høyder nær overflaten.
  Fra toppen av masten henger et lite rør som påvirkes av vind. Stereokameraet skal ta bilder av røret for å bestemme vindretning og vindhastighet. Toppen av masten er det høyeste punktet på Phoenix.
  I de meteorologiske instrumentene inngår også en lidar. Den sender korte laserpulser rett oppover i atmosfæren over Phoenix. Støv og ispartikler som svever i atmosfæren over laserstrålene, reflekterer laserlyset i alle retninger, også rett ned mot Phoenix. Et lite teleskop i lidaren måler hvor mye lys som reflekteres nedover. Analyser av styrken på og tidsforsinkelsene i de reflekterte laserpulsene gir data om størrelsene på partiklene og hvor høyt i atmosfæren de er. Over tid gir slike observasjoner data om hvordan skyer og støvskyer dannes og beveger seg.

Plasseringen av vitenskapelige instrumenter på toppen av dekket til Phoenix. A) Instrument for jordanalyse. B) Instrument for oppvarming av prøver og gassanalyser av dem. C) Robotarmen. D) Graveskuffe og kamera i enden av robotarmen. E) Meteorologimast. F) Stereokamera. G) Meteorologisk utstyr med lidar. (NASA/JPL/UA/Lockheed Martin/Erik Tronstad)

• Nedstigningskamera. Kameraet er montert i ytterkanten av dekket på Phoenix. Mot slutten av landingsfasen, rett før Phoenix lander, skal det ta ett eneste bilde av landskapet under Phoenix. Bildet vil ha en oppløsning som er bedre enn høyoppløsningskameraet på Mars Reconnaissance Orbiter kan gi. Det vil gjøre det lettere å sammenholde bilder tatt fra Mars Reconnaissance Orbiter med bilder som Phoenix' eget stereokamera senere skal ta av omgivelsene.
  Kameraet er bygd for å ta flere bilder, noe som også var meningen. Under utprøvingen av utstyret på Phoenix oppdaget man at en komponent som håndterer data et annet sted i Phoenix, kunne miste en del viktige tekniske data om det mottar bilder i en kritisk fase av nedstigningen. Dermed ble det bestemt at nedstigningskameraet skal ta bare ett bilde.
  Nedstigningskameraet veier 480 g og har et synsfelt på 75,3°. Eksponeringstiden på bildet som skal tas er 0,004 s (4/1000 s). Med en såpass lang eksponeringstid kan bildet bli uskarpt fordi bremsemotorene får hele romfartøyet til å vibrere.
  En liten mikrofon er montert til nedstigningskameraet. Mikrofonen kan fange inn lyder rundt romfartøyet mens kameraet tar bildet sitt. Man har ingen planer om å bruke kameraet til å ta bilder eller mikrofonen til å registrere lyder etter landingen.

Nedstigningskameraet til Phoenix med mikrofonen. (NASA/Erik Tronstad)

Tegning av Phoenix med plasseringen av de vitenskapelige instrumentene. (NASA/Erik Tronstad)

Vitenskapelige formål

En viktig grunn til at forskerne ønsker å lande Phoenix så langt nord på Mars, er observasjoner som viser at det er store mengder vannis i de øverste delene av jordsmonnet der. Se nærmere omtale av disse observasjonene i artiklene 2001 Mars Odyssey påviser store mengder vannis på Mars (eRomfart 2002-059) og Nye kart over fordelingen av vannis på Mars (eRomfart 2003-131).

Til sammen skal de vitenskapelige instrumentene gi de dataene forskerne ønsker fra Phoenix. I hovedsak er det tre vitenskapelige formål med Phoenix-prosjektet:

Teknikere forbereder utprøving av Phoenix innkapslet i ryggskall og varmeskjold i et vakuumkammer. (NASA/JPL/UA/Lockheed Martin)

• Studere vannets historie på Mars i alle dets faser. Regnet over en tidsskala på milliarder av år kan isen i Phoenix' landingsområde være en del av en gammel sjø på Mars' nordlige halvkule. Allerede har man flere indisier på at det har vært flytende vann en gang i planetens historie. Terrenget på den nordlige halvkulen er dessuten lavt og nokså slett, sett i forhold til den sydlige halvkulen på Mars. Mye av det vannet som kan ha vært flytende da Mars hadde en tykkere atmosfære, kan nå være is under overflaten.
  Bakken i de arktiske delene av Mars «puster» hver sol (hvert Mars-døgn) og med årstidene. Om sommeren omgjøres daglig små mengder med is til vanndamp. Om vinteren omgjøres daglig små mengder med vanndamp i atmosfæren til frost på bakken. Slik endres ismengden i bakken med døgnlige variasjoner og årstidsvariasjoner.
• Finne ut om jordsmonnet på Mars kan understøtte levende organismer. Her må det med en gang (igjen) understrekes at Phoenix ikke er utstyrt for å lete etter fortidig eller nåtidig liv på Mars. Phoenix skal imidlertid se om jordsmonnet på Mars har egenskaper som gjør det mulig for liv å eksistere der.
  Liv slik vi i dag kjenner det krever at det finnes molekyler som inneholder karbon og oksygen. Slike molekyler kalles for organiske forbindelser, enten de har en biologisk opprinnelse (kommer fra levende organismer) eller ikke. Organiske forbindelser omfatter de kjemiske byggesteinene som liv trenger, samt kjemiske komponenter som kan fungere som en energikilde («mat») for levende organismer.
  Instrumentene i Phoenix er så følsomme at de vil kunne registrere selv svært små mengder av slike stoffer og bestemme hva slags stoffer det er. Viking 1 og 2 er de eneste romfartøyene som tidligere har landet på Mars med liknende instrumenter. De fant ingen spor av organiske forbindelser i jordsmonnet på Mars.
  Phoenix skal også se etter andre mulige råstoffer som liv trenger. Romfartøyet skal undersøke hvor salte og hvor sure eller alkaliske omgivelsene er i ulike dyp nedover i den øverste delen av Mars-overflaten. Videre skal det se etter andre typer kjemiske forbindelser, som sulfater (svovelforbindelser), som kan fungere som en energikilde for mikrober.
• Undersøke værforholdene i polområdene på Mars. Phoenix skal måle temperaturen ved bakkenivå og i tre andre høyder opptil vel to meter over bakken. Lufttrykk, luftfuktighet og atmosfærens sammensetning skal måles. Lidaren skal måle mengdene av, høydene over bakken og bevegelsene til skyer og støv i atmosfæren over Phoenix.

Phoenix skal pakkes sammen og klargjøres for montering på toppen av Delta 2-bæreraketten. (NASA)

Landingsstedet

Det planlagte landingsstedet til Phoenix (oppe til venstre) sett i forhold til landingsstedene til USAs tidligere, vellykkede Mars-landere. Fargekodingen angir høyder over et gjennomsnittsnivå på Mars. Hvitt er høyestliggende områder, blått lavestliggende. (NASA)

Det mest aktuelle landingsstedet blant flere kandidater ligger ved 68,35° N og 233,0° Ø på Mars. Kartlegging av høydevariasjoner med laserhøydemåleren til nå «avdøde» Mars Global Surveyor tyder på at det der er en bred, grunn dal. Dalen er om lag 50 km lang og bare 250 m dyp.

Observasjoner i infrarødt fra Mars Odyssey og høyoppløsningsbilder tatt fra Mars Reconnaissance Orbiter tyder på at det er forholdsvis lite stein i området.

Slik ser overflaten ut i det planlagte landingsområdet for Phoenix. (NASA)

Opprinnelig var det et annet sted som var førstekandidat som landingssted for Phoenix. Observasjoner med Mars Odyssey og Mars Reconnaissance Orbiter viste imidlertid at det i området var mange klynger med steiner, mange av dem større enn 35-45 cm. Så hyppige forekomster av så store steiner var en uakseptabel høy risiko for Phoenix. Derfor ble det landingsstedet droppet.

Når det er vinter på Mars' nordlige halvkule, er landingsområdet dekket med frost av karbondioksid. Phoenix skal lande når det er sent på våren der. Frosten skal da være borte, Solen står høyt på himmelen, kommer tidlig opp om morgenen og går sent ned om kvelden. Det gir lange dager med mye sollys til sol­celle­pa­nelene.

Ferdplanen

Om lag 1,5 timer etter oppskytingsstart er Phoenix og frakttrinnet koblet fra Delta 2-bærerakettens øverste trinn og på vei mot Mars. Sol­celle­pa­nelene på frakttrinnet foldes ut og antenne for kommunikasjon med Jorden kommer ut. Først nå kan bakkestasjoner få kontakt med romfartøyet. Til da har de mottatt telemetrisignaler fra ulike trinn i bæreraketten.

Overføringsfasen til Mars varer i om lag 9,5 måneder, frem til tre timer før landing på Mars-overflaten. Underveis er det planlagt seks banejusteringer, om nødvendig. Den første kommer seks døgn etter oppskyting, den siste 22 timer før ankomst Mars.

Den røde, stiplede kurven viser banen til Phoenix fra Jorden til Mars. J1 angir Jordens posisjon idet Phoenix skytes opp, J2 Jordens posisjon idet Phoenix ankommer Mars. Firkantene markert med sifrene 1 til 6 angir de planlagte banejusteringene. Den siste (6) kommer få timer før ankomst Mars, så den firkanten angir i praksis også Mars' posisjon når Phoenix lander der. (NASA/Erik Tronstad)

Rundt syv minutter før Phoenix kommer inn i Mars-atmosfæren, frakobles frakttrinnet med sol­celle­pa­neler og annet utstyr brukt under overfarten fra Jorden. Fra da og til omtrent 15 minutter etter at Phoenix har landet, får systemene om bord strøm fra batterier i landeren.

Når Phoenix treffer atmosfæren i omtrent 125 km høyde, har romfartøyet en hastighet på 5,6 km/s (vel 20 000 km/h), og det er litt over syv minutter til landing.

Det meste av hastighetsreduksjonen skjer med varmeskjoldet ned gjennom atmosfæren i løpet av de neste tre minuttene. I den fasen oppleves den kraftigste retardasjonen, på 9,3 g.

Fallskjermen foldes ut når Phoenix er knapt 13 km over bakken, omtrent 3 minutter og 23 sekunder før landing. Varmeskjoldet kobles fra 3 minutter og 8 sekunder før landing. Høyde og hastighet er da henholdsvis 11 km og 119 m/s (430 km/h). Bare 10 sekunder senere foldes de tre landingsbeina ut.

Når det er vel to minutter til landing, starter en radar på undersiden av Phoenix. Fra da av måler den hele tiden avstanden ned til bakken.

Phoenix sett fra undersiden etter at romfartøyet er plassert sammenfoldet under ryggskallet. To av landingsbeina ses klart, mannen på bildet holder hånden sin ved det tredje landingsbeinet. Den grå sekskanten midt under Phoenix er radaren som skal brukes til høydemålinger i sluttfasen. Rundt radaren er et bredt, svart belte, som markerer ytterkanten til underdekket. I ytterkanten av dette ses seks par med røde «sirkler». Det er dysene til de 12 bremsemotorene som skal få Phoenix trygt ned det siste stykket til en myklanding. (NASA)

Knapt 900 meter over bakken er hastigheten redusert til 55 m/s (200 km/h). Da kobles fallskjermen og ryggskallet fra landeren. Små bremsemotorer på Phoenix vil begynne å fungere tre sekunder etter at ryggskallet er koblet fra og 30 sekunder før landing.

Bremsemotorene avfyres i mange korte pulser, istedenfor å brenne kontinuerlig og med variabel skyvekraft. Motorene skal både regulere Phoenix' stilling og bremse ned hastigheten. Idet sensorer i landingsbeina registrerer kontakt med bakken, slås bremsemotorene av.

Bremsemotorene til Phoenix kontrollerer romfartøyet de siste metrene ned mot landing på Mars. (NASA)

Deretter venter Phoenix i 15 minutter på at støv som ble virvlet opp under landingen, skal dale ned og komme til ro på overflaten. Så foldes de to sol­celle­pa­nelene ut. Ved å vente med å folde ut sol­celle­pa­nelene, håper man å unngå at det avsettes mye støv på dem. Om det innenfor området til sol­celle­pa­nelene ligger steiner som er mer enn 50 cm høye, kan det gi problemer for utfoldingen av panelene.

Når sol­celle­pa­nelene er foldet ut og leverer strøm, strekkes meteorologimasten og kameramasten seg ut oppover. Stereokameraet kan deretter ta de første bildene av landingsstedet.

Idet Phoenix lander er det ettermiddag på landingsstedet. Ett Mars-døgn, som kalles en sol, er på 24 timer, 39 minutter og 35,244 sekunder, det vil si knapt 40 minutter lenger enn et døgn på Jorden. Den solen Phoenix lander på, blir sol 0 for landeren. For de to Mars-kjøretøyene Spirit og Opportunity betegnet man landingssolen som sol 1.

I løpet av de neste solene foretas en omfattende statuskontroll og utprøving av alle systemene i Phoenix. Tekniske data fra landingsfasen sendes tilbake til Jorden, slik at det blir ledig lagringsplass i dataminnet om bord.

Deretter vil de vitenskapelige undersøkelsene av landingsstedet starte. Robotarmen trer i funksjon, graver grøfter, undersøker dem med egne instrumenter og leverer jordprøver til noen av de andre instrumentene på landerens dekk. Hvor ulike prøver skal tas fra, kommer til å bli nøye planlagt av forskerne i prosjektet.

Phoenix skal i utgangspunktet fungere i 90 soler på Mars. Alle prøver som skal tas og analyseres, må gjøres i løpet av denne perioden.

Om sol­celle­pa­nelene leverer nok strøm og andre systemer fortsetter å fungere tilfredsstillende, kan prosjektet bli forlenget med en måned eller to. Det vil da være sent på sommeren eller tidlig på høsten på landingsstedet.

Hvor lenge sol­celle­pa­nelene kan levere nok energi, avhenger blant annet av om Phoenix lander slik at romfartøyet heller mot syd og av hvor raskt støv avsettes på sol­celle­pa­nelene.

Phoenix kommer ikke til å få en levetid på mange ganger de planlagte 90 solene, slik tilfellet har vært med Spirit og Opportunity. Prosjektstaben regner med at etter omtrent 150 soler vil sol­celle­pa­nelene ikke lenger levere nok strøm til varmeelementene som holder Phoenix og systemene om bord varme nok til at de kan fungere. Dagene på landingsstedet er da for korte, Solen for lavt på himmelen og sol­celle­pa­nelene dekket av såpass mye støv at de produserer for lite elektrisk energi. I løpet av ytterligere noen måneder kommer dessuten både landingsstedet og Phoenix til å være dekket av karbondioksidfrost.

Solen står så vidt over horisonten på landingsstedet der Phoenix er kommet ned. Landeren og noen av hovedkomponentene er tegnet i silhuett. (NASA)