NASA’s Perseverance gaat speuren naar tekens van leven op Mars | Technisch Weekblad
Achtergrond
NASA's robotwagen Perseverance

NASA’s Perseverance gaat speuren naar tekens van leven op Mars

Govert Schilling | dinsdag 30 juni 2020
Robotica & AI, Astronomie & Ruimtevaart

Op zondag 30 juli om 13.50 uur* Nederlandse tijd gaat NASA’s nieuwste missie naar de planeet Mars van start. De robotwagen Perseverance (‘Volharding’) moet op 18 februari 2021 landen op de rode planeet, om gedurende minstens één Marsjaar (bijna twee aardse jaren) te zoeken naar sporen van leven, eventueel in een ver verleden. Daarnaast gaat Perseverance bodemmonsters verzamelen die in de toekomst teruggebracht kunnen worden naar de aarde voor gedetailleerd laboratoriumonderzoek. ‘Dit is onze eerste stap op weg naar de allereerste planetaire retourvlucht,’ aldus Lori Glaze, directeur van NASA’s divisie voor planeetonderzoek.

Vanwege de onderlinge stand van de planeten kunnen ruimtevluchten naar Mars slechts eens in de 26 maanden worden uitgevoerd. Deze zomer is dat zogeheten lanceervenster geopend van half juli tot begin augustus. Ook China en de Verenigde Arabische Emiraten sturen in deze periode ruimtesondes naar Mars (zie kader). De vlucht van de Europese Marsrover Rosalind Franklin is wegens technische problemen uitgesteld tot 2022.

Dat het Amerikaanse project ondanks de coronacrisis alle deadlines heeft gehaald, is volgens deputy project manager Matt Wallace van NASA’s Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena te danken aan het bijna bovenmenselijke doorzettingsvermogen van zijn team. ‘Wat dat betreft is de naam Perseverance zeer van toepassing,’ zegt hij. Op de lander is inmiddels een klein Covid-19-gedenkplaatje geschroefd, zo werd half juli op een NASA-persconferentie bekendgemaakt.

Radioactief opgewekt vermogen

Perseverance wordt gelanceerd met een 58 m hoge tweetraps Atlas V-541 raket van United Launch Alliance, vanaf Cape Canaveral. Na een reis van zeven maanden komt hij bij zijn reisdoel aan, waar hij op dezelfde manier zal landen als zijn voorganger Curiosity dat in 2012 deed, met behulp van een hitteschild, een 21,5 m grote parachute en een zogeheten sky crane (‘luchtkraan’). Die blijft met behulp van retroraketjes boven het Marsoppervlak zweven, en takelt de 1.025 kg zware Marswagen – qua afmetingen vergelijkbaar met een BMW Smart – naar het oppervlak. Tijdens de afdaling wordt volledig autonoom naar de meest geschikte landingsplaats gezocht, in het westelijk deel van de 50 km grote Marskrater Jezero, waar sporen van oude rivierdelta’s zijn gevonden.

Het ontwerp van de nieuwe Marsrover, die 3 x 2,7 x 2,2 m meet, is gebaseerd op dat van Curiosity. Perseverance heeft wel iets grotere en steviger wielen, en is uitgerust met een veel geavanceerder instrumentarium. Voor het eerst zijn ook twee microfoons aan boord. Een weerstation (MEDA) legt continu druk, temperatuur en windsnelheid en -richting vast; een bodempenetrerende radar (RIMFAX) kan tot op een diepte van 10 m de aanwezigheid van water of ijs detecteren. Zonnepanelen heeft de Marswagen niet; in een 45 kg zware thermo-elektrische generator wordt de warmte van het radioactief verval van 4,8 kg plutoniumdioxide omgezet in ca. 110 W aan elektrisch vermogen.

Helikopter op Mars

Uniek aan de nieuwe missie is dat er een kleine helikopter met een dubbele rotor aan boord is, Ingenuity geheten. Die moet in de eerste dertig dagen van de missie enkele testvluchtjes gaan uitvoeren in de ijle Marsatmosfeer (de luchtdruk is slechts 7 mbar). Elke vlucht duurt hooguit 1,5 tot 3 minuten, waarbij een hoogte van maximaal 10 m bereikt zal worden. Op basis van de opgedane ervaringen hoopt NASA in de toekomst vaker drones of helikopters in te zetten op Mars.

Perseverance is uitgerust met niet minder dan 23 camera’s. De meeste daarvan zijn relatief eenvoudige zwartwitcamera’s voor navigatiedoeleinden. Bovenop de 2 m hoge mast van de rover bevindt zich echter de 1,9-megapixel stereoscopische kleurenzoomcamera (28 - 100 mm brandpuntsafstand) Mastcam-Z, waarmee gedetailleerde 3D-foto’s, panoramabeelden en video-opnamen gemaakt kunnen worden. Volgens Jim Bell (Arziona State University) is de resolutie hoog genoeg om een vlieg te onderscheiden op 100 m afstand.

Onderzoek Marsmateriaal

Pal boven Mastcam-Z bevindt zich SuperCam, een combinatie van een camera, twee lasers en vier spectrometers. Daarmee kan op afstand onderzoek worden gedaan aan de scheikundige en mineralogische eigenschappen van Marsstenen. Deels gebeurt dat door heel precies het zichtbare en infrarode spectrum van gereflecteerd zonlicht te bestuderen; deels door spectroscopie te verrichten aan het plasma dat ontstaat wanner een klein beetje materiaal wordt verdampt met behulp van een 1064-nm Nd:YAG-laser (neodymium-doped yttrium aluminum garnet) – een techniek die bekend staat als laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS).

Twee instrumenten aan het uiteinde van de 2,1 m lange robotarm van de Marswagen, PIXL en SHERLOC/WATSON geheten, gebruiken respectievelijk röntgenstraling en ultraviolet licht om (van nabij) metingen te doen aan de atomaire en moleculaire eigenschappen van Marsmateriaal. ‘Op zeer gedetailleerde schaal leveren deze instrumenten informatie op over element-abundantie, structuur, geochemie en mineralogie, alsmede over de verdeling van organische [koolstofhoudende] verbindingen,’ zegt deputy project scientist Katie Stack Morgan (JPL). ‘Dat zijn precies dezelfde technieken die we gebruiken om in aardse gesteenten op zoek te gaan naar sporen van leven.’

Marsmonsters onderzoeken op aarde

Verreweg het meest complexe onderdeel van de nieuwe missie, aldus Wallace, is het unieke bemonsteringssysteem, dat zich eveneens aan het uiteinde van de robotarm bevindt. Hiermee moeten 43 bodemmonsters verzameld worden voor toekomstig onderzoek op aarde. ‘Het systeem bestaat uit talloze onderdelen die allemaal 100 procent betrouwbaar en autonoom moeten werken en bovendien uitzonderlijk steriel moeten zijn,’ zegt Wallace. Zorgvuldig geselecteerde boorkernen, ter grootte van een bordkrijtje, worden opgesloten in titanium capsules, die vervolgens in groepjes op verschillende plaatsen in de omgeving van de landingsplaats worden achtergelaten.

Pas over ruim tien jaar zullen wetenschappers de bodemmonsters in een aards laboratorium onder de microscoop kunnen leggen. Volgens Lori Glaze is het de bedoeling om in samenwerking met ESA twee nieuwe ruimtemissies naar Mars te ondernemen: één rover die de bodemmonsters vanaf het oppervlak lanceert in een baan om Mars, en één satelliet die ze in de ruimte oppikt en terugbrengt naar de aarde. ‘Dat klinkt heel ingewikkeld,’ zegt Glaze, ‘en dat is het ook. Maar het blijkt de meest efficiënte methode te zijn.’

De eerste lanceringen voor deze Mars Sample Return Mission kunnen op z’n vroegst plaatsvinden in 2026 of 2027. Pas in 2031 zullen de Marsmonsters dan op aarde arriveren. ‘Het is een langetermijnproject, maar we zijn vastbesloten om het voor elkaar te krijgen,’ aldus Glaze.

Over lange termijn gesproken: één experiment aan boord van Perseverance, MOXIE geheten, wordt beschouwd als een technologisch demonstratieproject voor toekomstige bemande reizen naar Mars. MOXIE gaat kooldioxide (CO2) uit de ijle Marsdampkring splitsen in koolmonoxide (CO) en zuurstof. Op die manier kan een paar gram zuurstof per uur geproduceerd worden. In de toekomst zou een sterk opgeschaalde versie van MOXIE maanden lang duizend maal zo veel zuurstof moeten produceren, om als brandstof te dienen voor de terugvlucht van een bemanning van vier tot zes astronauten.

Zo ver is het nog lang niet; voorlopig zijn alle ogen gericht op de nieuwe onbemand missie. ‘We kunnen niet wachten om Perseverance op weg te helpen naar Mars,’ aldus Katie Stack Morgan.

 

* Correctie op 01/07/2020: Eerder werd vermeld dat robotwagen Perseverance op maandag 20 juli om 15.15 uur Nederlandse tijd zou vertrekken. Dit is inmiddels uitgesteld naar zondag 30 juli om 13.50 uur Nederlandse tijd. 

 

Andere Marsvluchten

Op dinsdag 14 juli staat de lancering gepland van de ruimtesonde Hope (Al-Amal) van de Verenigde Arabische Emiraten – de eerste interplanetaire missie van dit land, dat in 2021 een halve eeuw onafhankelijkheid viert. Hope gaat niet op Mars landen, maar gaat onderzoek doen aan weer en klimaat vanuit een zeer wijde elliptische omloopbaan, met een laagste punt op 20.000 km en een omlooptijd van 55 uur.

De ruimtesonde weegt 1.350 kg en meet 2,4 x 2,9 m. Hij is uitgerust met een camera, een infraroodspectrometer en een ultravioletspectrometer. De bouw vond plaats onder leiding van het Mohammed bin Rashid Space Centre in Dubai, in samenwerking met drie Amerikaanse universiteiten.

Ergens in de tweede helft van juli gaat ook de Chinese Marsmissie Tianwen-1 op pad. De lancering gebeurt met een Lange Mars 5-raket. Tianwen-1, met een totaal gewicht van ca. 5 ton, is een complex project, bestaande uit een Marssatelliet, een lander en een 240 kg zwaar karretje. De landing op Mars vindt vermoedelijk pas in de loop van het voorjaar van 2021 plaats. Veel details zijn er tot op heden niet over vrijgegeven, maar het ontwerp van de lander en het Marswagentje is sterk gebaseerd op de succesvolle Chinese Chang’e-maanlanders, die ook kleine robotwagentjes aan boord hadden.

Zoals gemeld in TW van 27 maart 2020 is de lancering van de Europese Marswagen Rosalind Franklin, met behulp van een Russische Proton M-raket, uitgesteld tot september 2022, voornamelijk als gevolg van problemen met de parachutes. Die lijken inmiddels opgelost, maar pas dit najaar kunnen nieuwe stratosferische tests worden uitgevoerd, aldus wetenschappelijk projectleider Jorge Vago (ESTEC). Volgens Vago wordt van de gelegenheid gebruik gemaakt door upgrades uit te voeren aan software en elektronica, en door een van de spectrometers te vervangen door een reserve-exemplaar, dat iets beter presteert. Ook de scharnieren van de zonnepanelen van Rosalind Franklin worden verstevigd.

Marssonde Hope, illustratie: Mohammed bin Rashid Space Centre

Ontvang de nieuwsbrief, binnenkort 2 keer per week

Meld je nu aan!

Gratis proefabonnement TW

Bestel nu 2 gratis proefnummers TW