Martie 2020 / Perseveranță
Organizare | NASA |
---|---|
Constructor | Laboratorul de propulsie cu jet |
Domeniu | Colectarea probelor de sol marțian |
Tipul misiunii | Astromobil |
stare | Misiune în desfășurare |
Lansa | 30 iulie 2020 |
Lansator | Atlas V 541 |
Durata de viață | 24 luni (misiune primară) |
Site | Site-ul web JPL |
Liturghie la lansare |
~ 3.650 kg, inclusiv 1.025 kg pentru rover (perseverență) |
---|---|
Sursa de energie |
Podea de croaziera: Astromobile panouri solare : MMRTG |
Energie electrică |
Etapa de croazieră: 1080-2500 wați Astromobil: 100 wați |
Aterizare | 18 februarie 2021la 20:44 UT |
---|---|
Locație | Craterul Jezero |
MastCam-Z | Camere foto |
---|---|
SuperCam | Mai multe spectrometre asociate cu un laser și o cameră + un microfon |
RIMFAX | Radar |
PIXL | Spectrometru / microscop de fluorescență cu raze X 2D |
SHERLOC | Spectrometru / microscop Raman 2D |
MEDA | Stație meteorologică |
MOXIE | Demonstrator de tehnologie ISRU |
MHS (ingeniozitate) | Elicopter de recunoaștere |
Martie 2020 este o misiune spațială deexplorare a Martedezvoltată deJPL, înființareaagenției spațiale SUA(NASA). Misiunea este de a implementa perseverența roverului(rover)pe suprafața lui Marte pentru a studia suprafața acestuia și a colecta probe de pe suprafața lui Marte. Martie 2020 este prima dintr-o serie de trei misiuni al căror obiectiv final este de aaduce aceste probe înapoi pe Pământpentru analiză.
De când misiunile marțiene anterioare ale NASA au confirmat că apa lichidă a curgut pe suprafața planetei în trecut, oamenii de știință au dedus că organismele vii s-ar fi putut dezvolta în această perioadă. Perseverența Roverul trebuie să caute terenuri care ar fi păstrat dovezi ale acestei vieți trecute. Întoarcerea acestor eșantioane pe Pământ, o întreprindere complexă, riscantă și costisitoare, este considerată un proiect prioritar de către comunitatea științifică.
Pentru a-și îndeplini obiectivele, roverul trebuie să ia în jur de patruzeci de miezuri de sol și roci de pe site-urile selectate folosind instrumente de la bord. Rezultatul acestor probe trebuie depus de rover în locații marcate cu atenție, în așteptarea de a fi readus pe Pământ de o viitoare misiune studiată în comun de NASA și Agenția Spațială Europeană . Conform programului elaborat de cele două agenții, revenirea pe Pământ este programată pentru 2031, sub rezerva finanțării sale. Scopul final este de a putea efectua pe Pământ o analiză detaliată a probelor de sol marțian și, în special, de a identifica posibile forme antice de viață. Într-adevăr, capacitățile instrumentelor terestre, spre deosebire de cele de la bordul navelor spațiale, nu sunt limitate de constrângerile de masă .
Marte 2020 sonda spațială și Perseverența Rover folosi arhitectura Mars Science Laboratory si sa Curiozitatea Rover , care a fost explorarea de atunci2012suprafața lui Marte. Perseverența este o mașină de peste o tonă care are o gamă largă de instrumente științifice (camere de luat vederi, spectrometre de diferite tipuri) care sunt utilizate pentru a identifica cele mai interesante situri, pentru a oferi contextul eșantionării efectuate (caracteristici geologice, condiții climatice. condiții pentru antrenament) și efectuați o primă analiză chimică: acestea sunt spectrometrul de fluorescență cu raze X PIXL , spectrometrul SHERLOC Raman , spectrometrul de imagine SuperCam și camera Mastcam-Z. Roverul poartă, de asemenea, o stație meteorologică (MEDA) și un radar destinat sondării straturilor de suprafață ale solului (RIMFAX). Două experimente trebuie să testeze tehnologiile de teren înainte de implementarea lor operațională în viitoarele misiuni: MOXIE produce oxigen din atmosfera marțiană ( ISRU ) și MHS (Ingenuity) , un elicopter mic de mai puțin de două kilograme, va testa capacitățile unui vehicul aerian în foarte subțire. atmosfera de pe Marte.
Martie 2020 decolează pe 30 iulie 2020, profitând de fereastra de lansare către Marte, care se deschide la fiecare 24-28 de luni. Roverul aterizează pe 18 februarie2021în craterul Jezero . Acest sit, locul unui vechi lac permanent care păstrează urmele mai multor delte fluviale, a fost păstrat deoarece ar putea constitui un loc favorabil apariției vieții și pentru că prezintă o mare diversitate geologică. Costul misiunii în martie 2020 este estimat la 2,5 miliarde de dolari, inclusiv lansarea și desfășurarea operațiunilor în timpul misiunii principale, care va dura doi ani de pe Pământ.
Mars 2020 sonda spatiala dezvoltat de NASA si care transporta marțian astromobile perserverance este lansată la 30 iulie 2020 de către un Atlas V rachetă . După o lungă fază de tranzit, a intrat în atmosfera marțiană cu viteză mare pe 18 februarie 2021. Datorită tehnicilor puse în aplicare pentru prima dată, a realizat o aterizare de înaltă precizie pe terenul accidentat al craterului Jezero . După o fază de acceptare a solului a echipamentelor și instrumentelor științifice, precum și o fază de experimentare a elicopterului de bord Ingenuity mic , rover-ul se va deplasa la locurile selectate de echipa științifică. În timpul misiunii sale principale de 18 luni, care ar trebui extinsă, el va colecta mai multe miezuri de sol în diferite situri alese pentru caracteristicile lor geologice.
Specialiștii în mecanică spațială NASA au stabilit limitele ferestrei de lansare Marte 2020 către planeta Marte: aceasta depinde de poziția respectivă a acestei planete în raport cu Pământul. Sonda spațială trebuie lansată între17 iulie si 11 august 2020. Înainte și după această perioadă, lansatorul nu mai are suficientă putere pentru a permite sondei spațiale să ajungă pe Marte. Fereastra se deschide în fiecare zi la o oră diferită timp de 30 până la 120 de minute. În această perioadă lansarea poate avea loc o dată la cinci minute. În urma mai multor probleme întâmpinate în iunie în timpul instalării și testării lansatorului Atlas V (în special o anomalie pe un senzor al circuitului de alimentare cu combustibil), prima încercare de lansare a fost amânată la 30 iulie, în timp ce inginerii NASA împing înapoi închiderea fereastra de lansare setată inițial pentru 11 august până pe 15 august.
Sonda spațială decolează pe 30 iulie 2020 la 11:50 UTC din complexul de lansare 41 de la baza Cape Canaveral . Este plasat pe orbită de un lansator Atlas V 541, una dintre cele mai puternice versiuni ale acestei rachete, care a fost deja implementată pentru sonda spațială dublă Mars Science Laboratory . La 50-60 de minute după decolare, sonda spațială s-a separat de a doua etapă Centaur , când viteza sa de evacuare din câmpul gravitațional al Pământului a atins 3,8 km / s . În drum spre Marte, Pământul își interpune umbra între sonda spațială și Soare. Temperatura unuia dintre echipamentele sondei spațiale (circuitul de răcire cu freon al sistemului de producere a energiei), care nu mai este încălzit de Soare, scade temporar sub valoarea minimă stabilită empiric. La fel ca în toate situațiile anormale, sonda spațială trece automat la modul de supraviețuire și își reduce activitatea în timp ce așteaptă instrucțiuni de la sol. Situația este repede restabilită și Marte 2020 își începe tranzitul către Marte.
După separarea sa de lansator, sonda spațială începe o fază de croazieră, care durează aproximativ șapte luni, timp în care se apropie de Marte doar datorită vitezei dobândite. La lansare, Marte se află la aproximativ 105 milioane de kilometri distanță, dar sonda spațială va parcurge 472 de milioane de kilometri, deoarece traiectoria sa, constrânsă de mecanica spațială, trebuie să descrie o orbită parțială în jurul Soarelui. În timpul tranzitului către Marte, rolul activ este jucat de etapa de croazieră a sondei spațiale:
Traiectoria din martie 2020 cu indicarea manevrelor ( TCM ) efectuate în această fază.
Animație care arată progresul tranzitului Marte 2020 între Pământ și Marte.
Aterizarea pe Marte se împarte în cinci faze:
Obiectivul fazei de abordare este ca sonda spațială să ajungă la punctul de intrare intenționat în atmosfera marțiană la ora programată. În acest scop, se efectuează o corecție finală a traiectoriei ( TCM -6), dacă este necesar, cu 9 ore înainte de reintrarea atmosferică după analiza poziției și a vectorului de viteză al sondei. Eroarea de poziționare la intrarea în atmosferă trebuie să fie mai mică de 2 km și viteza trebuie să difere cu mai puțin de 1,5 m / s față de cea așteptată. Cu zece minute înainte de a intra în atmosfera marțiană, sonda spațială eliberează acum etapa inutilă de croazieră. Rotația sondei spațiale este anulată. Cu cinci minute înainte de reintrarea atmosferică, sunt scoase două greutăți de 75 kg pentru a deplasa baricentrul până în acel punct situat în axa sondei: dezechilibrul astfel generat face posibilă menținerea unui unghi de atac diferit de zero , care generează el însuși un ridica . Atmosfera marțiană, care este mult mai puțin densă decât Pământul, încetinește sonda spațială mai puțin eficient. Ridicarea va face posibilă prelungirea coborârii și astfel va crește timpul disponibil pentru sonda spațială pentru a reduce viteza acesteia înainte de a ajunge la sol. Martie 2020 intră în atmosferă cu o viteză de 12.000 km / h. În următoarele opt minute, martie 2020 trebuie să anuleze această viteză și să obțină o aterizare de înaltă precizie.
Reintrarea atmosferică controlatăÎn timpul reintrării atmosferice controlate, frânarea atmosferică reduce foarte mult viteza sondei spațiale. Roverul este încapsulat între două scuturi termice adiacente care îl protejează de căldură: temperatura scutului frontal atinge un vârf de 1450 ° C, dar corpul sondei spațiale rămâne la o temperatură normală. În această fază, Marte 2020 își adaptează continuu unghiul de atac folosind patru motoare mici pentru rachete , situate pe scutul termic din spate și care emit jeturi de gaz. Datorită tracțiunii acestor motoare, traiectoria sondei spațiale descrie S jucând pe înclinația laterală, ceea ce îi permite să extindă faza de coborâre. Pe de altă parte, aceste motoare rachete sunt utilizate pentru a corecta abaterile de la traiectoria planificată prin ajustarea unghiului de atac. Aceasta, menținută în mod normal la 18 °, este ajustată pentru a compensa diferențele generate de perturbările atmosferice și de comportamentul aerodinamic al vehiculului de intrare. Când viteza mașinii a scăzut sub 900 de metri pe secundă, unghiul de atac este redus la 0 prin ejectarea a 6 greutăți de 25 kg care înlocuiesc baricentrul în axa sondei. Obiectivul este de a limita oscilațiile create de desfășurarea parașutei. Ieșirea este declanșată atunci când viteza a scăzut sub 450 de metri pe secundă (aproape Mach 2).
Coborâre cu parașutaParașuta cu diametrul de 21,5 m este un factor de scară, o moștenire a parașutei dezvoltată pentru programul Viking . Caracteristicile sale generale sunt apropiate de cele ale lui Mars Science Laboratory, dar au fost consolidate deoarece Marte 2020 este mai greu. În timpul coborârii sale sub o parașută care durează între 50 și 90 de secunde, viteza Marte 2020 este redusă la 100 m / s ( 360 km / h ) și aproximativ 95% din energia cinetică care a rămas înainte de deschiderea sa a fost disipată. Ecranul termic frontal este evacuat de îndată ce viteza scade sub Mach 0,8, ceea ce eliberează antena radar Doppler de la etapa de coborâre, care poate furniza apoi o primă estimare a altitudinii și vitezei folosind reflexiile emisiilor sale pe solul marțian. În această fază, sonda trebuie să limiteze rotația capsulei sub parașută, un fenomen dificil de modelat și periculos care rezultă din oscilații la viteza supersonică; motoarele de control al orientării barei de protecție spate sunt utilizate pentru a contracara aceste mișcări.
Sonda spațială Marte 2020 implementează două noi tehnici care fac posibilă realizarea unei aterizări cu precizie sporită prin reducerea cu 50% a dimensiunii elipsei în care ar trebui să aterizeze ambarcațiunea. Această precizie a făcut posibilă accesibilitatea unei serii de site-uri de interes pentru specialiștii de pe Marte, dar handicapată de un relief mai accidentat (roci și alte obstacole). De asemenea, face posibilă reducerea distanței pe care trebuie să o parcurgă roverul pentru a ajunge la porțiunile de teren de interes științific. Prima inovație se referă la metodele de deschidere a parașutei. Acesta din urmă nu mai este deschis doar atunci când viteza a fost readusă sub un anumit prag, dar această operațiune se efectuează luând în considerare și abaterea sondei spațiale de la traiectoria planificată. Această traiectorie este calculată din citirile radio efectuate chiar înainte de intrarea în atmosfera marțiană, care permit determinarea abaterii cu o precizie de 1 până la 2 km . Această cunoaștere a traiectoriei crește la 2-3 km în prima fază a coborârii. Dacă traiectoria urmată până atunci ajunge să depășească punctul de aterizare țintă, parașuta se deschide mai devreme și, dacă nu, se deschide mai târziu. Cea de-a doua noutate se bazează pe analiza fotografiilor solului situate sub nava spațială, care sunt realizate imediat ce scutul termic frontal este eliberat și în timp ce martie 2020 este situat la o altitudine de 4,2 km . Aceste imagini, a căror rezoluție spațială atinge 6 metri, sunt comparate cu fotografii din aceeași zonă făcute anterior de sateliți care orbitează Marte și stocate în memoria sondei spațiale. Când software-ul de recunoaștere optică a identificat cincisprezece puncte remarcabile pe aceste fotografii (cratere, stânci sau roci mari), consideră că poziția sondei spațiale este cunoscută cu precizie. Apoi decide în ce măsură în timpul fazei cu propulsie finală ar trebui utilizate motoarele rachete pentru a modifica locul de aterizare. Toate aceste operațiuni au loc în 10 secunde, în timp ce nava spațială continuă să coboare sub parașuta sa. Acest sistem inteligent de viziune reduce probabilitatea aterizării cu succes de la 85 la 99%.
Coborâre retro-propulsatăCoborârea cu propulsie din spate are două obiective: aducerea sondei la o altitudine de 18,6 m cu o viteză verticală reziduală de 0,75 m / s și o viteză orizontală zero, modificând în același timp traiectoria sondei, astfel încât roverul să nu aterizați în același loc cu scutul sau parașuta din spate. La începutul acestei faze, scutul din spate și parașuta atașată acestuia sunt eliberate prin declanșarea încărcărilor pirotehnice. Etapa de coborâre cade o secundă în cădere liberă pentru a se îndepărta suficient, apoi cele 8 motoare își măresc forța pentru a atinge, la o altitudine de 100 de metri, pentru a reduce viteza verticală la 20 m / s și pentru a anula viteza orizontală. În același timp, sonda este separată cu 300 de metri de calea urmată de scut și parașută. Coborârea continuă vertical pentru a avea o măsurare precisă a altitudinii și pentru a corecta o estimare anterioară care poate fi eronată cu 50 de metri datorită reliefului și a deplasării parțial orizontale a sondei. De la o altitudine de 50 de metri, viteza verticală este redusă la 0,75 m / s când se atinge altitudinea de 21 de metri. Apoi, sonda planează practic. Dacă nava spațială se îndreaptă către un loc considerat periculos, își poate folosi sistemul de retro-propulsie pentru a ateriza până la o distanță de 300 de metri de locul de aterizare inițial.
AterizareÎn timp ce etapa de coborâre este la 21 de metri deasupra solului, cu viteză orizontală zero și o viteză verticală constantă descendentă limitată la 0,75 m / s, un sistem pirotehnic separă roverul Perseverență de etapa de coborâre. roverul coboară suspendat la capătul a 3 cabluri de 7,50 metri lungime care își exercită tracțiunea în apropierea baricentrului etapei de coborâre pentru a evita deranjarea echilibrului acestuia. Roțile roverului sunt desfășurate. Un cordon ombilical conectează, de asemenea, roverul, al cărui computer controlează progresul operației și etapa de coborâre. La șapte secunde după începerea acestei secvențe, cablurile sunt complet desfăcute.
Fotografie făcută de skycrane în timp ce depune perseverență pe solul marțian.
Prima fotografie color a suprafeței Marte făcută de Perseverență după aterizare.
Fotografie a punții superioare a rover-ului făcută de camera Mastcam-Z dotată cu zoom.
În cele 2 secunde care urmează, mișcările cauzate de întreruperea derulării cablurilor sunt amortizate. Totul este apoi gata pentru a intra în contact cu solul. Acest lucru este detectat atunci când tensiunea pe cabluri scade. Motoarele reacționează imediat prin reducerea considerabilă a forței de forță exercitate până acolo pentru a menține o viteză constantă de coborâre. Computerul de bord studiază pe o perioadă de o secundă evoluția comportamentului etapei de coborâre (valoarea forței motorului și variația acestuia) și deduce că rover-ul este așezat corect pe sol. Când se confirmă contactul cu solul, se dă ordinul de a tăia liniile la rover. Apoi, etapa de coborâre, acum controlată de propriul procesor, începe o manevră care o îndepărtează de zona de aterizare: forța motoarelor este crescută pentru o anumită perioadă de timp, astfel încât etapa de coborâre să reia de acolo. Altitudinea se schimbă apoi orientarea sa cu 45 ° și apoi crește forța motoarelor sale până la 100% și menține acest mod de funcționare până când combustibilul se epuizează. În toate cazurile, se așteaptă ca etapa de coborâre să se prăbușească la cel puțin 150 de metri de locul de aterizare al roverului. La rândul său, roverul își determină poziția imediat ce ajunge pe sol cu o precizie de 40 de metri față de trei kilometri pentru predecesorul său Curiosity . Roverul Perseverance aterizează pe 18 februarie 2021 la 20:44 GMT (21:44 ora franceză) după ce a parcurs 472 milioane de kilometri de Pământ în 203 de zile. Informația ajunge pe Pământ 11 minute mai târziu.
Misiunea primară are o durată de doi ani marțieni de la aterizare (687 zile terestre. 1 zi marțiană (1 sol) = 24 ore 39 minute terestre) care va fi, fără îndoială, extinsă, deoarece durata sa nu permite atingerea tuturor obiectivelor. Fluxul de lucru planificat constă din trei faze:
Prima fază după aterizare, care a avut loc pe 18 februarie 2021, constă în desfășurarea echipamentului rover-ului care se afla în poziția pliată pentru a-i proteja, sau din motive de spațiu, apoi pentru a verifica acest echipament. . Această fază trebuie să dureze 60 de zile marțiene (sol).
În primele 30 de zile, toate sistemele rover-ului și instrumentele acestuia vor fi verificate și funcționarea lor va fi testată. Următoarele operațiuni sunt planificate:
Următoarele 30 de zile sunt rezervate pentru operațiuni legate în principal de pregătirea testelor elicopterului de ingeniozitate. Printre activitățile planificate în această perioadă se numără:
Elicopterul marțian de la ingeniozitate este montat sub rover. Odată ce acesta din urmă se află pe suprafața lui Marte, elicopterul este desfășurat și apoi plasat pe sol. După o fază de verificare de zece zile, treizeci de zile sunt dedicate testării capacităților sale. În acest scop, rover-ul este plasat la o distanță sigură (50 până la 100 de metri), apoi elicopterul se ridică vertical la o înălțime de 3 metri înainte de a sta în zbor timp de 30 de secunde. Sunt planificate alte patru zboruri de câteva sute de metri. Durata lor poate ajunge la 90 de secunde. Primul zbor a avut loc pe 19 aprilie 2021. Odată ce faza de experimentare a fost finalizată, elicopterul a trebuit să fie abandonat în loc, dar misiunea sa a fost extinsă în urma succeselor obținute.
Faza III: Operațiuni la suprafațăMisiunea primară începe odată cu finalizarea perioadei de punere în funcțiune. În această perioadă, roverul trebuie să poată lua 20 de miezuri de sol. Se preconizează că va parcurge aproximativ cincisprezece kilometri. Pentru a-și îndeplini obiectivele, rover-ul călătorește pentru a găsi roci formate într-un mediu apos sau modificate prin acțiunea apei și pentru a preleva probe. Sunt vizate în special rocile care probabil au păstrat urme chimice ale vieții timp de câteva miliarde de ani. Alte eșantioane sunt prelevate din roci vulcanice sau de natură care să permită identificarea modificărilor care au avut loc pe parcursul timpului asupra mediului sitului. Când a fost selectată o piatră, se ia un miez de 5 cm adâncime, se sfărâmă și o probă de 15 grame este depozitată într-un tub sigilat ermetic. Tubul este depozitat la bordul roverului. Echipa de proiect de pe Pământ definește locul (locurile) în care urmează să fie depozitate cele 43 de eprubete. Coordonatele diferitelor depozite sunt citite de orbitarii marțieni cu o precizie de aproximativ 1 metru.
Programarea operațiunilorRoverul este doar parțial autonom și cursul operațiunilor trebuie stabilit zilnic de echipe de tehnicieni și oameni de știință de pe Pământ. Schimburile dintre rover și Pământ trebuie să țină cont de constrângeri importante: comunicarea directă necesită ca suprafața lui Marte să fie întoarsă spre Pământ, comunicarea prin orbitari presupune că locul de aterizare este survolat de acesta. În cele din urmă, perioadele zilei de pe Pământ în care sprijinul (tehnicieni și oameni de știință) este activ nu coincid cu zilele marțiene. Fluxul de schimburi este în general după cum urmează:
Pentru a se pregăti pentru operațiunile zilei, echipa de la sol trebuie să înceapă prin analiza datelor transmise cu o zi înainte la sfârșitul zilei de către rover. Datorită acestora, ea se asigură că roverul funcționează normal, studiază progresul și rezultatele obținute și programează instrucțiunile pentru ziua următoare, ținând cont de obiectivele științifice stabilite și de constrângerile formulate de ingineri. Noile instrucțiuni sunt codificate și apoi transmise direct rover-ului. La începutul operațiunilor pe Marte, echipajul de la sol trăiește în timp marțian pentru a optimiza succesiunea operațiunilor: datele sunt analizate și noile instrucțiuni sunt transmise în timpul nopții marțiene. Acest mod de funcționare impune o schimbare de 40 de minute în orele de veghe datorită lungimii zilei marțiene. Acest ritm obositor se menține doar în primele 90 de zile.
Marte este planeta din sistemul solar care are caracteristicile cele mai apropiate de cele ale Pământului . Prin urmare, a fost destinația preferată pentru misiunile de explorare a sistemului solar de la începutul erei spațiale . Nava a lansat spre această destinație și- au căutat să identifice principalele caracteristici fizice ale planetei și de a reconstrui istoria sa. Conduse în principal de agenția spațială americană , NASA , aceste misiuni au reușit să demonstreze în ultimii douăzeci de ani prezența apei pe suprafața lui Marte, precum și, în trecut, a apei în stare lichidă. Existența moleculelor organice, elemente constitutive necesare formării vieții, a fost mai recent dovedită folosind mini-laboratorul rover-ului Curiosity al misiunii MSL . Martie 2020 este prima dintre cele trei misiuni care aduc înapoi pe Pământ mostre de sol marțian . Datorită instrumentelor puternice disponibile în laboratoarele terestre, scopul este de a reconstrui istoria planetei într-un mod mai precis și de a identifica orice urme ale vieții trecute printr-o analiză aprofundată la scară moleculară și atomică.
Explorarea planetei Marte deține un loc deosebit de important în cadrul programelor științifice de explorare spațială a sistemului solar . Marte este în primul rând o destinație din apropiere, ceea ce face relativ ușoară trimiterea navelor spațiale acolo. Mai mult, spre deosebire de celelalte planete ale Sistemului Solar și deși este acum probabil sterilă, Marte a experimentat fără îndoială în trecut condiții destul de similare cu cele care domnesc pe Pământ, care au fost capabile, dar acest lucru rămâne de confirmat, permit apariția vieții .
Științific, explorarea Marte îndeplinește trei obiective:
Răspunsurile la aceste trei întrebări sunt de natură să ne ajute să ne înțelegem propria planetă.
Din motive de fezabilitate tehnică și de cost, nu a fost implementat niciun proiect de explorare de către un echipaj de astronauți până în anii 2010. De asemenea, de la începutul erei spațiale , explorarea lui Marte a fost încredințată misiunilor robotice și va rămâne, fără îndoială, în următorii douăzeci de ani. Aceste misiuni ne-au permis treptat să cunoaștem mai bine această planetă fără a oferi răspunsuri definitive la principalele întrebări științifice. Navele spațiale care ne-au avansat cel mai mult în cunoștințele noastre sunt orbitele (sondele spațiale plasate pe orbita din jurul lui Marte) capabile, datorită instrumentelor din ce în ce mai sofisticate, să colecteze date pe suprafața întregii planete. Atmosfera sa, precum și într-o oarecare măsură subsolul .
Descoperirea sterilității lui MarteDe spațiu sonde au fost lansate pe Marte , aproape de la începutul erei spațiale. Primul care a ajuns pe această planetă cu instrumentație operațională, Mariner 4 (1965), a zdrobit speculațiile asupra prezenței vieții asemănătoare Pământului confirmând absența unei atmosfere dense și, prin urmare, a apei. Lichid la suprafață, precum și absența unui magnet câmp care poate proteja organismele vii complexe de radiația solară ( ultravioletă ) și galactică ( razele cosmice ). Sondele spațiale Viking care au aterizat pe suprafața planetei în 1975 au efectuat analize ale probelor de sol fără a putea descoperi indicii despre o viață prezentă sau trecută. Instrumentele demonstrează natura foarte oxidantă a solului marțian, care nu permite bacteriilor să crească. Aceste rezultate dezamăgitoare duc la o pauză de 20 de ani în programul de explorare condus aproape exclusiv de agenția spațială americană, NASA .
În căutarea apeiMisiune | Lansa | Apă? | Habitabilitate? | Viata? |
---|---|---|---|---|
Mars Global Surveyor | 1996 | X | ||
Marte Pathfinder | 1996 | X | ||
2001 Odiseea din martie | 2001 | X | ||
March Express | 2003 | X | ||
MER ( Spirit și oportunitate ) | 2003 | X | ||
Orbiterul de recunoaștere al Marte | 2005 | X | ||
Phoenix | 2007 | X | X | |
MSL ( Curiosity ) | 2011 | X | X | X |
MAVEN | 2013 | X | X | X |
ExoMars Trace Gas Orbiter | 2016 | X | X | |
InSight | 2018 | X | X | |
Martie 2020 | 2020 | X | X | |
Rosalind Franklin | 2022 | X | X |
Sonda spațială Mars Global Surveyor a NASA (1996) reaprinde interesul pentru Marte descoperind depozite sedimentare de pe orbita sa, care arată că Marte a cunoscut o perioadă fierbinte în care apa a fost lichidă la suprafața sa. Anii 2000 au fost ani de mare succes. Instrumentele orbitatorului european Mars Express ( 2003 ) permit confirmarea prezenței unor cantități mari de apă stocată sub formă de gheață la nivelul capacelor polare, detectarea prezenței urmelor de metan care au apărut recent în atmosfera planeta, a cărei origine ar putea fi fie biologică, fie vulcanică, și descoperă în cele din urmă sedimente argiloase care ar putea apărea doar în prezența apei care a rămas lichidă și slab acidă pe perioade lungi, deci favorabile vieții. Mars Reconnaissance Orbiter ( 2006 ), echipat cu camere deosebit de puternice, rafinează toate aceste descoperiri prin efectuarea unui inventar sistematic al terenurilor care reflectă prezența apei: sunt detectate peste 100.000 de depozite sedimentare (argile, carbonați ), însă acestea nu reprezintă doar 1% din suprafața lui Marte. Orbiterul detectează, de asemenea, prezența apei la latitudini relativ mici, confirmând că atmosfera marțiană păstrează urmele unei schimbări recente a înclinării axei planetei.
Misiuni de explorare a suprafețelorTrenul de aterizare (fix) și rovere mobile, capabile să ruleze pe podea, jucând un tot mai important în explorarea planetei Marte de la începutul anilor 2000: rolul lor principal este de a valida deducerile de teren luate din observațiile Orbiter. Rover-urile MER de 174 kg ( 2003 ) sunt primele care efectuează lucrări geologice , dar cu o gamă de instrumente limitate de constrângeri de greutate. Landerul static Phoenix ( 2008 ) cu ambiții relativ modeste apare în regiunea Polului nord marțian. El confirmă prezența gheții de apă pe suprafața planetei, dar descoperă că solul conține o proporție semnificativă de perclorați care nu sunt foarte favorabili vieții.
Obiectivul principal al NASA - detectarea prezenței apei și a acțiunii sale trecute sau prezente la suprafață - realizat practic acum, strategia de explorare se referă la căutarea moleculelor prebiotice esențiale pentru apariția vieții sau a moleculelor produse de formele de viață identificabile de semnătura lor izotopică. Acest obiectiv este încredințat roverului greu Curiosity (aproximativ 1 tonă) al misiunii Mars Science Laboratory (MSL). Acesta este echipat cu mini-laboratoare capabile să analizeze probele de sol la scară atomică și moleculară. A aterizat în 2012 în craterul Gale lângă un zăcământ promițător de lut pe care l-a atins în 2019. Primele rezultate indică faptul că solul lui Marte conține molecule organice complexe, un indice important, însă în cantități foarte mici. Cu toate acestea, nu este detectată nicio biosemnătură , indicele direct al prezenței vieții prezente sau trecute, dar acest rezultat ar putea fi explicat prin acțiunea razelor cosmice care în timp au rupt moleculele complexe prezente în straturile de suprafață ale solului. Alte rezultate, care necesită o muncă complexă pe Pământ, sunt încă așteptate în 2020.
Întoarcerea probelor marțiene pe Pământ ca obiectivComunitatea științifică internațională a considerat de câteva decenii că doar o analiză a probelor de sol marțian aduse înapoi pe Pământ poate rezolva problema prezenței vieții trecute sau prezente pe Marte:
Luată în considerare încă din anii 1980, o misiune de readucere a probelor de sol marțian a făcut obiectul a zeci de studii care, totuși, nu au avut niciodată succes. Costul său (până la 10 miliarde de dolari SUA) îl plasează în aceeași categorie ca cele mai complexe misiuni spațiale desfășurate până acum în sistemul solar și riscul este deosebit de important: secvență complexă de operații, primele tehnologice (go - Pământ-Marte retur, aterizare foarte precisă, decolare din solul marțian). Dar, în 2013, misiunea Mars Science Laboratory a ridicat o barieră importantă prin validarea unei tehnici de aterizare de precizie care face posibilă trecerea la următoarea fază a explorării lui Marte. Conform scenariului dezvoltat de NASA pentru a aduce probele înapoi pe Pământ, trebuie să fie legate trei misiuni separate: prima identifică site-urile potrivite apoi colectează și stochează nucleele din solul marțian, a doua aduce probele înapoi pe orbita marțiană, iar ultima aduce înapoi acestea pe Pământ. Martie 2020 este responsabil pentru realizarea primului pas al acestei misiuni.
Datele colectate de diferitele misiuni spațiale au făcut posibilă reconstituirea unei mari părți a istoriei lui Marte, dar multe întrebări rămân fără răspuns:
Raportul Decennial Planetary Science scris în 2011 de reprezentanți ai comunității științifice și publicat de Consiliul Național de Cercetare al Statelor Unite stabilește obiective științifice prioritare pentru explorarea spațiului pentru următorul deceniu. Raportul pune întoarcerea pe Pământ a unui eșantion de sol marțian. El recomandă agenției spațiale americane , NASA , să lanseze înainte de 2022 misiunea care realizează prima etapă a acestui program, adică misiunea de colectare a probelor, atâta timp cât costul acestuia poate fi menținut sub valoarea de 2,5 miliarde de dolari. La acea vreme, NASA a început o colaborare cu Agenția Spațială Europeană pentru a aduce probe înapoi pe Pământ. Prima misiune a acestui proiect, realizată de NASA, se numește Mars Astrobiology Explorer-Cacher (MAX-C). Arhitectura acestei misiuni se bazează pe cea a lui Mars Science Laboratory, care urmează să fie lansată de NASA.
În 2011, NASA, din motive bugetare, a decis să anuleze proiectul MAX-C. Misiunea de a returna probele marțiene este amânată la nesfârșit.
Dar după aterizarea cu succes a rover-ului Curiosity (misiunea Mars Science Laboratory ) dinAugust 2012, președintele Statelor Unite Obama decide să includă în bugetul NASA realizarea unui nou rover pe Marte. Contrar abordării obișnuite, această decizie este luată fără ca vreun obiectiv științific să fi fost stabilit pentru viitoarea misiune. Acest proiect a fost lansat publicului de NASA pe4 decembrie 2012, în timpul unui congres al Uniunii Geofizice Americane de la San Francisco : roverul, care folosește arhitectura MSL / Curiosity, inclusiv sistemul de reintrare și aterizare atmosferică, urmează să fie lansat pe Marte în 2020. Sarcina utilă a rover-ului trebuie să fie diferită de cea a Curiozității. Datorită reutilizării componentelor MSL, agenția spațială se așteaptă la un cost de 1,5 miliarde de dolari, față de 1,5 miliarde de dolari pentru MSL.
În ianuarie 2013, la cererea NASA, se înființează un comitet din comunitatea științifică ( Echipa de definire a științei sau SDT) pentru a defini obiectivele viitoarei misiuni. Raportul de peste 150 de pagini realizat la începutiulie 2013stabilește ca obiectiv principal colectarea probelor marțiene și stocarea lor pe suprafața planetei în timp ce așteaptă o misiune care să le readucă pe Pământ. Prin urmare, el lansează proiectul amânat în mod regulat pentru returnarea probelor de sol marțian pe Pământ, fără însă să planifice și să finanțeze această returnare. Celelalte recomandări din document sunt următoarele:
Acest raport recomandă, de asemenea, modificarea sistemului de telecomunicații utilizat de rover-ul Curiosity, astfel încât să își poată transmite datele direct pe Pământ în cazul în care releul furnizat în prezent în UHF de orbitatorii marțieni nu mai este operațional în anii 2020. Modificarea numită DTE ( Direct -to-Earth ) constă în înlocuirea antenei cu câștig mare cu o antenă mai mare și în înlocuirea amplificatorului de curent cu un tub de undă călător mai puternic. Dar această opțiune nu este reținută. Pentru instrumente, raportul propune două configurații ale sarcinii utile a unei mase totale echivalente și capabile să îndeplinească obiectivele stabilite pentru misiune. Cele mai complexe trei instrumente din MSL - SAM, ChemCam și CheMin - nu sunt incluse. Ele sunt parțial înlocuite cu instrumente noi, mai eficiente (cum ar fi SuperCam în loc de ChemCam):
Două configurații de sarcină utilă propuse de raportul 2013Funcționalitate | Configurare 1 (albastru) | Cost | Configurare 2 (portocaliu) | Cost |
---|---|---|---|---|
Context (imagine) | Mastcam sau derivat | Cale | Mastcam sau derivat | Cale |
Context (mineralogie) | UCIS sau derivat | Cale | miniTES sau derivat | Cale |
Chimia elementelor | APXS sau derivat | Scăzut | μXRF sau derivat | Scăzut |
Imagistica la scară mică | MAHLI sau derivat | Cale | ||
MMI sau derivat | Cale | |||
Mineralogie la scară mică | Raman verde sau derivat | Ridicat | ||
Detectarea materialelor organice | Deep-UV sau derivat | Ridicat | ||
Echipamente în sprijinul activității științifice | Aceasta include sistemul de colectare și stocare a probelor, precum și instrumentele de pregătire a suprafeței de rocă (perie etc.) | |||
Cost minim de configurare | ~ 90 milioane USD | ~ 90 milioane USD | ||
Instrumente opționale | GPR | Cale | GPR | Cale |
Contribuție la programul locuit | ISRU | ISRU | ||
Modificări tehnologice | TRN și Range Trigger | |||
Cost total | ~ 105 milioane USD | ~ 105 milioane USD |
Raportul scris de echipa Science Definition atribuie cinci obiective misiunii din martie 2020:
Selecția instrumentelor de la bord este stabilită de NASA în iulie 2014. Lansatorul Atlas V 541 care a plasat sonda spațială Mars Science Laboratory pe orbită este, de asemenea, selectat pentru lansarea din martie 2020.
În Mai 2018, Oficialii NASA, după o fază de evaluare, decid că Mars 2020 va îmbarca pe o bază experimentală micul elicopter Mars Helicopter Scout (MHS) de 1,8 kg responsabil pentru testarea utilizării zborurilor de recunoaștere optică. Acest experiment ar trebui să dureze în jur de treizeci de zile. Managerul științific al misiunii se opune fără succes acestei decizii, deoarece consideră că aceste teste vor interfera cu cursul foarte tensionat al operațiunilor terestre. Costul acestui experiment, estimat la 55 de milioane de dolari, nu este acoperit de proiectul din martie 2020.
Proiectarea generală a sondei spațiale este fixată și validată de iulie 2016(faza B). Specificațiile detaliate și construcția din martie 2020 (faza C) pot începe. Parașuta care trebuie să încetinească sonda spațială în timpul coborârii sale spre solul lui Marte este testată folosind o lovitură efectuată de o rachetă sonoră Black Brant efectuată în octombrie 2017. Asamblarea etapei de coborâre începe în martie 2018 în incinta Laboratorul de propulsie cu jet din Pasadena (California). În timpul testelor efectuate în primul trimestru al anului 2017 pe structura scutului termic al unui model de testare, a fost detectată o fractură. Cu toate acestea, acest incident nu pune sub semnul întrebării designul scutului (neschimbat de la Mars Science Laboratory) și nu modifică data lansării. Al treilea test efectuat cu o rachetă sonoră Black Brant în octombrie 2018 validează o versiune întărită a parașutei de la Mars Science Laboratory care va fi folosită pentru martie 2020. Parașuta a rezistat la o tracțiune de 37 de tone (cu 85% mai mult decât se aștepta) la viteza supersonică.
Primele teste electrice și computerizate ale diferitelor componente ale sondei spațiale încep în martie 2019 în camera curată numărul 1 din centrul JPL. Testele elicopterului NHS într-o cameră de vid cu diametrul de 7,62 metri, care reproduce mediul Marte - compoziția și presiunea atmosferei și temperatura scăzând la -90 ° C - au fost finalizate cu succes în același timp. Sistemul de implementare la sol a lui Marte al elicopterului este testat la Lockheed Martin. O primă asamblare a tuturor elementelor sondei spațiale este efectuată în aprilie pentru a identifica posibilele erori de dimensionare. Ansamblul este apoi utilizat în luna mai pentru a efectua teste într-o cameră de vid și pentru a efectua teste acustice simulând faza de lansare. În iunie, catargul pe care sunt atașați camera Mastcam-Z și senzorii SuperCam și stația meteo sunt asamblate cu roverul, apoi este rândul roților și al brațului. Partea internă a instrumentului SuperCam este instalată în corpul rover-ului la începutul lunii iulie. Funcționarea brațului este testată în aceeași lună. În august, ultima componentă majoră a roverului, sistemul carusel care furnizează burghiele, este la rândul său pusă în funcțiune.
Roverul este așezat pe un platan rotativ pentru a-i determina centrul de greutate. La sfârșitul acestor măsurători, nouă mase cu o masă totală de 20 de kilograme sunt fixate în diferite puncte ale roverului pentru a-l echilibra perfect. Procedura de separare pentru etapa de coborâre și rover a fost testată în octombrie. Aceasta este în esență pentru a vă asigura că dispozitivele pirotehnice funcționează fără a provoca daune. În octombrie, rover-ul este mutat din sala de asamblare în cea destinată testării funcționării acestuia. În conformitate cu o procedură standard, un studiu privind riscurile asociate prezenței plutoniului la bord este făcut public. Conform acestui fapt, în cel mai pesimist scenariu (dispersia plutoniului în afara ecranării sale după distrugerea lansatorului imediat după lansare, a cărei probabilitate este evaluată la 1 din 960), doza maximă de radioactivitate suferită de o persoană prezentă pe punctul de tragere este considerat a fi slab și echivalent cu 8 luni de radioactivitate naturală.
În decembrie 2019, rover-ul a făcut primele rotiri ale roții. Vehiculul de reintrare dezvoltat de Lockheed Martin a fost transferat în aceeași lună la baza de lansare Cape Canaveral din Florida. La jumătatea lunii februarie 2020, roverul este la rândul său transportat de la sediul Laboratorului de propulsie cu jet din California, unde a fost asamblat, la Cape Canaveral pentru a fi testat, asamblat cu etapa de croazieră și vehiculul de intrare și pregătit înainte de lansare. .
Costul misiunii din martie 2020 este estimat inițial în 2012 între 1,3 și 1,7 miliarde de dolari. Odată finalizată faza de proiectare, aceasta este înghețată la 2,44 miliarde de dolari și rămâne stabilă în perioada 2014-2016. Acest cost include 576 milioane dolari pentru operațiunile de lansare și achiziția lansatorului Atlas V , precum și 456 milioane dolari pentru desfășurarea operațiunilor în timpul misiunii primare de doi ani. Această ultimă cifră încorporează rezerve pentru a face față depășirilor în faza de dezvoltare. Câteva dificultăți întâmpinate în faza de dezvoltare, în special în dezvoltarea instrumentelor PIXL, SHERLOC și a sistemului de gestionare a eșantioanelor, au dus la o creștere a costului misiunii de 359,3 milioane. Această creștere este parțial compensată de o reducere a costurilor de management în faza operațională estimată la 84 de milioane de dolari. Costul total al proiectului este estimat în aprilie 2020 la 2.725,8 milioane. Dezvoltarea micului elicopter Mars Helicopter Scout (MHS - Ingenuity) a costat, la rândul său, 80 de milioane de dolari, la care trebuie adăugate 5 milioane de cheltuieli pentru implementarea sa pe Marte.
Locul de aterizare Marte 2020 este, la fel ca în cazul Curiozității , selectat prin consultare cu comunitatea internațională a specialiștilor Marte. Site-ul selectat trebuie să fi văzut apă circulând în trecut și, în plus, să îndeplinească următoarele criterii:
Inițial, 28 de locuri de aterizare pe Marte sunt propuse și clasificate în Mai 2014. Zece site-uri sunt selectate în timpul unei a doua sesiuni de lucru care are loc înaugust 2015. În ordinea clasamentului lor (începând cu cel mai bine cotat), acestea sunt: craterul Jezero (18,50 N, 77,40 E), Columbia Hills ( craterul Goussev , 14,40 S, 175,60 E), Syrtis Major Planum (17,80 N, 77,10 E ), Craterul Eberswalde (23.00 S, 327.00 E), bazinul Melas (12.20 S, 290.00 E), Nili Fossae (21, 00 N, 74.50 E), Carbonatul Nili Fossae (21.90 N, 74.50 E), Mawrth Vallis (24.00 N , 341,10 E), craterul Holden (26,40 S, 325,10 E) și craterul McLaughlin (21,90 N, 337,80 E).
În februarie 2017o a doua sesiune de lucru a redus numărul de site-uri la trei: Jezero Crater , Syrtis Major Planum și Columbia Hills . Primele două au rating mult peste al treilea. Jezero crater este în final selectatnoiembrie 2018.
← Beagle 2 (2003) ← Rosalind Franklin (2023?) Curiosity (2012) → ← Perseverență (2021) Deep Space 2 (1999) → InSight (2018) → ↓ Tianwen-1 rover (2021) 2 martie (1971) → ← 3 martie (1971) 6 martie (1973) → Polar Lander (1999) ↓ ↑ Oportunitate (2004) ← Phoenix (2008) Schiaparelli EDM (2016) → ← Sojourner (1997) Spirit (2004) ↑ Viking 1 (1976) → Viking 2 (1976) →Martie 2020 urmează să exploreze craterul Jezero , odată cu amplasarea unui lac permanent și care păstrează urmele mai multor delte fluviale. Site-ul este selectat de comunitatea științifică dintre șaizeci de candidați. Craterul ( 18,4 ° N, 77,7 ° E ) este situat în regiunea Nili Fossae . Se așază, ca și craterul Gale explorat de roverul Curiosity, la granița dintre câmpia care acoperă emisfera nordică a planetei și platourile înalte și deseori accidentate care acoperă emisfera sudică. Craterul Jezero este situat la marginea de nord-vest a bazinului Isidis Planitia, ultimul episod pe Marte al marelui bombardament și care datează de peste 3,9 miliarde de ani. Șocul impactului se află la originea rețelei de defecte Nili Fossae situată la vest de craterul Jezero. Acesta din urmă este format dintr-un impact posterior. Ulterior, două rețele de râuri alimentate de precipitații înzăpezite drenează regiunea, deversând apa în craterul Jezero. Apoi se formează un lac cu o adâncime de cel puțin 250 de metri în crater. O breșă în marginea de nord-est a craterului a permis curgerea apei către exterior. Agestrului este vizibil pe harta google .
Conform observațiilor făcute de instrumentele orbiterului Mars Reconnaissance Orbiter , terenurile situate în acest crater cu diametrul de 45 de kilometri conțin cinci tipuri diferite de roci, inclusiv argile și carbonați . Situl, foarte promițător din cauza acestei diversități geologice, constituie un teren de aterizare dificil, deoarece există numeroase roci la est, stânci la vest și depresiuni umplute cu dune de nisip în diferite locații. Dar îmbunătățirile aduse de NASA în tehnicile de ghidare în timpul coborârii roverului la sol, au dus la o reducere a dimensiunii elipsei de aterizare cu 50% față de misiunea Curiosity din 2012. și permit acum accesul la acest tip de sit.
Sonda spațială Mars 2020 folosește arhitectura navei spațiale din misiunea Mars Science Laboratory . La fel ca acesta și la fel ca sondele spațiale care au aterizat pe Marte care l-au precedat, este alcătuit din patru elemente principale (a se vedea diagrama 1 ):
Componenta principală | Referință diagramă |
Subcomponentă | Masă (kg) | Observație |
---|---|---|---|---|
Etajul de croazieră | 1 | - | 539 kg | inclusiv 70 kg de combustibil |
Vehicul de reintrare și etapa de coborâre |
5 | Scut termic frontal | 440 kg | - |
2 | Scut spate | 575 kg | - | |
3 | Etapa coborârii | 1.070 kg | inclusiv 400 kg de combustibil | |
- | Total | 2.400 kg | ||
Astromobil | 4 | - | 1.025 kg | - |
Sonda spațială Marte 2020 | - | Masa totală | ~ 3.650 kg | - |
Caracteristicile Marte 2020, altele decât instrumentele științifice și sistemul de colectare și stocare a probelor de sol din Marte, diferă foarte puțin de cele ale Laboratorului științific Marte . Acestea sunt destinate în principal îmbunătățirii preciziei aterizării și reducerii riscurilor asociate acestei faze:
Utilizarea panourilor solare în locul generatorului termoelectric cu mai multe misiuni radioizotopice (MMRTG) utilizat de MSL a fost luată în considerare, dar exclusă.
Etapa de croazieră este similară cu cea a MSL. Este o structură cilindrică din aluminiu cu diametrul de 4 metri și înălțimea redusă, cu o masă de 539 kg, care acoperă restul sondei și susține partea opusă adaptorului, făcând posibilă îmbinarea MSL cu lansatorul său. Rolul său este de a susține tranzitul sondei spațiale între orbita Pământului și suburbiile lui Marte. Pe măsură ce Marte se apropie, etapa de croazieră, care își îndeplinește misiunea și constituie acum o masă penalizatoare, este eliberată înainte ca vehiculul de reintrare să înceapă reintrarea atmosferică . Etapa de croazieră își folosește sistemul de propulsie pentru a efectua corecțiile de 5 până la 6 direcții necesare pentru ca sonda să fie aproape de planeta Marte, cu viteza și poziția care îi permit să efectueze o aterizare de precizie. în timpul tranzitului de 8-9 luni între Pământ și Marte, acesta asigură monitorizarea și întreținerea echipamentului întregii sonde.
Traversarea atmosfera Marte la o viteză inițială de până la 6 kilometri De pe secundă determină o încălzire a părților exterioare ale sondei atingând o temperatură de 2100 ° C . Pentru a proteja roverul în această fază, acesta este încapsulat într-un vehicul de reintrare. Acesta este alcătuit dintr-un scut termic frontal, conceput pentru a rezista la căldura ridicată la care este supusă această parte a sondei și un scut spate, care conține în mod special parașuta. Vehiculul de reintrare are forma unui con de sferă cu unghi de jumătate de 70 ° moștenit din programul Viking, care este utilizat pe toate vehiculele NASA trimise ulterior pe suprafața lui Marte. Pe de altă parte, sonda inovează cu motoare de rachetă care fac posibilă controlul activ și nu mai pasiv orientarea vehiculului de reintrare până la desfășurarea parașutei pentru a corecta abaterile de la traiectoria nominală și a permite o aterizare de precizie. Scutul încapsulează etapa de coborâre și rover și este integral cu etapa de croazieră în timpul tranzitului Pământ-Marte.
Etapa de coborâre ( skycrane ) este responsabilă pentru ultima fază a coborârii și depune ușor roverul pe solul marțian. Odată ce această misiune este finalizată, ea recâștigă înălțimea și se va prăbuși la câteva sute de metri de rover. Pentru a-și îndeplini misiunea, etapa de coborâre include:
Etapa de croazieră pentru Marte 2020 este similară cu cea a Laboratorului științific Marte (în imaginea de aici).
Vedere de jos a etapei de coborâre fără scutul termic frontal.
Martie 2020 complet asamblat este pregătit pentru teste acustice.
Perseverenta Roverul se bazeaza pe Curiozitatea , dar are mai multe diferențe care se referă la instrumentele de la bord, brațul (mai masive), prezența unui spațiu de depozitare pentru probe martian, iar roțile modificate pentru a lua în considerare problemele întâmpinate de Curiozitate . Aceste modificări au ca rezultat o masă semnificativ mai mare (1.025 kilograme față de 899 kg ) și un șasiu prelungit cu 3 centimetri. Roverul are 3 metri lungime (fără braț), 2,7 metri lățime și 2,2 metri înălțime.
Suspensie și roțiRoverul trebuie să călătorească pe teren accidentat presărat cu roci, uneori cu pante abrupte și sol a cărui consistență, uneori nisipoasă, poate duce la blocarea vehiculului și la pierderea acestuia, așa cum a fost cazul Spirit . Roverul Marte 2020, la fel ca predecesorul său Curiosity, se poate aventura pe pante de 45 ° fără să se răstoarne (dar este planificat să evite pante de peste 30 °). Poate urca stânci sau traversa găuri mai mari decât diametrul roților sale (52,5 cm ). Pentru a obține acest lucru, folosește o suspensie , numită rocker-bogie , dezvoltată de NASA pentru roverii MER: aceasta limitează înclinația corpului roverului atunci când traversează un obstacol care ridică doar unul pe ambele părți. Aceste suspensii constau din tuburi de titan. Fiecare dintre cele 6 roți, cu diametrul de 52,5 cm , este formată dintr-un cilindru gol din aluminiu cu 48 de caneluri practic drepte pe suprafața sa exterioară (comparativ cu 24 pentru Curiosity) pentru o mai bună aderență pe teren moale sau pe roci cu față. Pentru a evita problemele întâmpinate de rover-ul Curiosity (perforarea roților), banda de rulare este de două ori mai groasă. Roțile sunt echipate fiecare cu un motor individual. Fiecare dintre cele 4 roți de capăt are un motor care acționează asupra direcției, care permite roverului să pivoteze în poziție. O rotație a roții mișcă roverul înainte cu 1,65 metri. Viteza maximă pe teren plat este de 4,2 centimetri pe secundă sau 152 de metri pe oră. La această viteză, motoarele care oferă propulsie consumă 200 de wați.
Producere de energieRoverul are nevoie de energie pentru a-și opera echipamentele și instrumentele, pentru a comunica cu Pământul și pentru a-și menține organele sensibile într-un interval de temperatură acceptabil. Această energie este furnizată de un generator termoelectric radioizotopic (sau GTR), MMRTG dezvoltat de DoE și produs de Boeing . Acesta utilizează 4,8 kg de dioxid de plutoniu PUO 2îmbogățit în plutoniu 238 generând o putere inițială de aproximativ 2000 W termic nominal transformat în 120 W electric de termocupluri pe bază de materiale termoelectrice , și anume PbTe / TAGS . Roverul are 2,7 kWh / zi . Această putere este independentă de intensitatea radiației primite de la Soare și, prin urmare, nu va necesita oprirea misiunii în timpul iernii marțiene. Marte 2020 are o autonomie nominală de un an marțian, sau aproape doi ani de pe Pământ, dar sursa sa de energie ar trebui să furnizeze în continuare 100 W de electricitate după 14 ani de funcționare a Pământului. Electricitatea este stocată în două baterii reîncărcabile litiu-ion, fiecare cu o capacitate de 42 Ah . Un sistem de radiatoare cuprinzând aproape cincizeci de metri de tuburi în care circulă un fluid de transfer de căldură face posibilă respingerea excesului de căldură. MMRTG este instalat în partea din spate a roverului de unde iese pentru a permite sistemului de răcire să fie în contact cu atmosfera marțiană. Are un diametru de 64 de centimetri pentru o lungime de 66 de centimetri și masa sa este de 45 de kilograme.
Radiatorul la care urmează să fie atașat MMRTG este vizibil pe acest grund din spatele roverului.
MMRTG al rover-ului din martie 2020.
Pentru a transmite datele științifice colectate, datele de navigație și datele de telemetrie cu privire la funcționarea sa, precum și pentru a primi instrucțiunile dezvoltate de echipa de pe Pământ, roverul are trei antene care oferă o mare flexibilitate operațională, permițând în același timp rezolvarea unei defecțiuni a unuia dintre sisteme . Aceste antene, care sunt atașate la spatele punții superioare a roverului, sunt:
Roverul are două computere identice și redundante, numite RCE ( Rover Compute Element ), care controlează funcționarea acestuia. Doar unul dintre cele două calculatoare este activ în orice moment. Celălalt computer este activat dacă există o problemă cu computerul activ. Fiecare computer este conectat la diferite echipamente printr-o rețea care respectă standardele industriei aerospațiale, adică satisfacerea nevoilor de fiabilitate ale avioanelor și navelor spațiale. Ambele computere sunt „întărite radio” pentru a rezista razelor cosmice . Amândoi folosesc un microprocesor RAD750 tactat la 200 MHz . Fiecare computer are 256 de kiloocteți de EEPROM , 256 de megaocteți de memorie DRAM și 2 gigaocteți de memorie flash . Computerul îndeplinește mai multe funcții datorită diferiților senzori:
Roverul Mars 2020 are un braț ( Robot Arm RA) atașat la partea din față a șasiului și care transportă la capătul său un set de instrumente utilizate pentru analiza probelor de sol și rocă in situ : SHERLOC combină o cameră (WATSON), un laser și un spectrometru ultraviolet pentru a determina componentele minerale și organice în timp ce PIXL, care combină o cameră și un spectrometru de fluorescență cu raze X, determină elementele chimice prezente. Brațul poartă, de asemenea, un set de instrumente pentru colectarea miezurilor de la sol: GDRT (Gaseous Dust Removal Tool ) pentru curățarea suprafeței, un senzor de contact și un burghiu. Brațul este atașat la partea din față a roverului și are o lungime de 2,1 metri. Uneltele situate la capătul brațului pot fi poziționate cu fața către zona de analizat, fără ca roverul să se miște, datorită mai multor articulații motorizate care oferă 5 grade de libertate .
La fel ca brațul Curiosity, brațul Perseveranță este proiectat să funcționeze în ciuda unei amplitudini termice care atinge 100 ° C și care afectează în special geometria brațului și măsurătorile efectuate de senzorii de forță . Sistemul de forare și recuperare a miezului solului este mult mai sofisticat decât burghiul Curiosity, iar brațul trebuie să susțină o masă de echipamente și instrumente crescute cu 50% (40 de kilograme) fără a-și crește propria greutate. În timp ce pentru curiozitate senzorii de forță sunt folosiți doar pentru a evita depășirea rezistenței echipamentului, cei de perseverență fac posibilă modularea presiunii exercitate de burghiu și sunt de asemenea folosiți pentru a efectua schimbările burghiului .
Sistemul marțian de colectare și stocare a probelor reprezintă mai mult de jumătate din masa utilă a rover-ului . Este un ansamblu mecanic extrem de complex format din trei roboți. Proiectarea sa a necesitat o dezvoltare îndelungată pentru a garanta fiabilitatea și pentru a limita contaminarea probelor prelevate. Rolul său este de a fora până la 43 de miezuri de la sol (rocă sau regolit ) diametrul unui creion (13 milimetri) și jumătate din lungimea acestuia (60 milimetri). Acestea sunt depozitate în tuburi care sunt sigilate după umplere și depozitate într-o locație sub partea frontală a roverului. Tuburile vor fi apoi depuse într-un loc identificat cu precizie pentru a putea fi colectate printr-o misiune de returnare a probelor marțiene care rămâne de finanțat (începutul anului 2020). Pentru colectarea probelor, solul este analizat mai întâi folosind instrumentele SHERLOC (spectrometru și cameră), WATSON (cameră cu mărire mare) și PIXL (spectrometru cu raze X atașat la capătul brațului articulat. Un recipient mic care conține azot face posibil acest lucru să producă un jet de gaz pentru a expulza praful și particulele înainte de a efectua o analiză folosind instrumentele SHERLOC și PIXL. Burghiu va căuta un burghiu adaptat tipului de sol de pe un carusel mobil. Acest echipament este găzduit în partea din față a roverului și face parte dintr-un ansamblu complex numit Adaptive Caching Assembly (ACA). Bitul este gol și un braț lung de 0,5 metri ( Sample Handling Assembly sau SHA) cu 3 grade de libertate plasează în el un tub care va fi umplut de miezul solului în momentul găuririi. Burghiul poate funcționa în două moduri: rotație sau rotație / percuție. Forajul permite obținerea unui eșantion de sol lung de 6 centimetri și 1,3 centimetru în diametru, a cărui masă este de aproximativ 10 până la 15 grame. Burghiul este apoi plasat înapoi pe sistemul carusel. Brațul SHA intervine apoi pentru a efectua operațiunile finale de depozitare. Extrage tubul care conține eșantionul de sol din burghiul gol și îl mută către echipamentul responsabil pentru operațiunile finale. Aceasta măsoară volumul eșantionului, face o imagine a acestuia, instalează un dop destinat să limiteze mișcarea eșantionului în tub, apoi sigilează tubul și îl stochează în sistemul de depozitare final. La sfârșitul misiunii, acest braț va fi responsabil pentru așezarea tuburilor pe sol pentru a constitui depozitul recuperat ulterior de misiunea aducându-i înapoi pe Pământ. Sistemul include, de asemenea, șase tuburi martor care conțin probe de pământ sterilizate precum tuburile goale și care sunt expuse atmosferei lui Marte înainte de a fi sigilate.
Sistemul de colectare și stocare a probelor marțiene |
La fel ca toate mașinile trimise pe solul lui Marte, sonda spațială Marte 2020 este curățată înainte de lansarea microorganismelor care ar putea contamina planeta și astfel să compromită studiul științific al acesteia. Acest obiectiv de protecție planetară este îndeplinit prin diferite măsuri: asamblarea navei spațiale într- o cameră curată , care limitează cantitatea de particule în suspensie în atmosferă, curățarea regulată a suprafețelor și podelelor cu produse bactericide, sterilizarea termică a anumitor componente care sunt uzate până la temperaturi de 200 ° C, purtarea de costume de protecție de către cei responsabili de asamblarea sondei spațiale etc. Obiectivul stabilit este ca toate componentele care ajung la solul lui Marte să nu conțină mai mult de 300.000 de spori bacterieni și că roverul în sine nu conține mai mult de 41.000 de spori. Pe de altă parte, traiectoria inițială a sondei spațiale nu vizează Marte, astfel încât a doua etapă a lansatorului care urmează o traiectorie paralelă să nu se prăbușească în solul marțian. În plus, locul de aterizare ales nu trebuie să conțină rezervoare de gheață de apă la o adâncime mai mică de 5 metri pentru a evita propagarea bacteriilor transportate.
O constrângere suplimentară apare din faptul că probele de sol marțian trebuie aduse înapoi pe Pământ pentru analize științifice aprofundate și căutarea urmelor vieții trecute. Componentele implicate în colectarea și depozitarea probelor sunt supuse unei sterilizări suplimentare. Mecanismele implicate direct în depozitare sunt izolate din exterior printr-un capac care se desprinde numai atunci când rover-ul a ajuns pe Marte. Tuburile de control sunt utilizate pentru a măsura mediul înconjurător al acestui echipament, inclusiv urmele de contaminare înainte de lansare. Starea de sterilizare a diferitelor componente implicate este documentată în detaliu.
Instrumentarea științifică este parțial diferită de cea a Laboratorului științific Marte . Instrumentele de la bord ar trebui să permită măsurători mai precise în mai multe domenii:
Comunitatea științifică și NASA au pariat că o misiune de returnare a probelor marțiene va fi în cele din urmă programată și bugetată: au ales să păstreze, nu instrumentele capabile să efectueze cele mai aprofundate analize, ci cele capabile să identifice în cel mai eficient mod cele mai interesante porțiuni de sol pentru analize ulterioare pe Pământ. În timp ce Curiosity transporta două laboratoare (SAM și CheMin) care permit analiza la fața locului, roverul din martie 2020 nu poartă niciunul: mini-laboratorul CODEX, deși foarte promițător, nu a fost selectat. Jumătate din sarcina utilă este rezervată pentru sistemul de colectare și stocare a probelor. Restul sarcinii utile include șase instrumente științifice și două experimente tehnologice. Unele dintre instrumente au fost selectate pentru a permite identificarea rapidă a compoziției solului (informații care pot necesita mai mult de o lună pentru curiozitate). Aceasta este pentru a obține într-un timp relativ scurt (constrângerile de timp sunt viața roverului, timpul necesar pentru a călători dintr-o zonă în alta și sosirea misiunii încărcate pentru a aduce probele înapoi pe Pământ) 43 bine alese miezuri de sol:
Instrument | Tipul instrumentului | Obiective | Principalele caracteristici | Manager / Laborator / Țară | Masa | puterea de consum |
Ieșirea volumelor |
---|---|---|---|---|---|---|---|
Mastcam-Z | Cameră color (fotografii și videoclipuri) cu zoom | Realizarea de imagini tridimensionale și videoclipuri ale solului și cerului | 1600 × 1200 pixeli Rezoluție spațială: 150 microni la 7,4 mm în funcție de distanță |
Jim Bell | 4 kg | 17,4 wați | 148 megabiți / zi |
MEDA | Stație meteorologică | Măsurarea temperaturilor, presiunii atmosferice, umidității, radiației, dimensiunii și cantității de praf, vânt, radiații infraroșii infraroșii | Jose A. Rodriguez Manfredi | 5,5 kg | 17 wați | 11 megaocteți / zi | |
PIXL | Spectrometru cu raze X. | Compoziția chimică a rocilor cu rezoluție mare | 1600 × 1200 pixeli Rezoluție spațială: 150 microni la 7,4 mm în funcție de distanță |
Jose A. Rodriguez Manfredi | 6,5 kg | 25 wați | 16 megabiți / zi |
RIMFAX | Radar | Structura geologică a subsolului | Până la 10 metri adâncime Rezoluție verticală: 15 până la 30 de centimetri |
Svein-Erik Hamran | 3 kg | 5-10 wați | 5-10 kilobyți / sit studiat |
SHERLOC | Spectrometru, laser și cameră (fundal) | Detectarea mineralelor, moleculelor organice și semnăturilor microorganismelor cu rezoluție ridicată | Rezoluție: laser de 50 microni, cameră de 30 microni Câmp vizual: cameră de 2,3 × 1,5 cm Spectrometru de 7 × 7 mm |
Luther beegle | 4,7 kg | 49 wați | 80 megabiți (brut) / zi |
SuperCam | Spectrometru, laser și cameră (fundal) | Compoziția chimică (atomică și moleculară) a rocilor și solurilor | Spectroscopie LIBS (domeniu 7 metri) Spectroscopie Raman și luminescență Spectrometru cu infraroșu |
Roger Wiens | 10,6 kg | 17,9 wați | 15,2 megabiți / zi |
MOXIE | Echipament ISRU | Producția de oxigen din atmosfera marțiană (prototip) | Producție de 10 grame pe oră | Michael Hecht | 17,1 kg | 300 wați |
Sonda spațială transportă 23 de camere utilizate pentru navigație, lucrări științifice și întreținere. Roverul poartă 19 camere: nouă color pentru inginerie, trei inclusiv două color pentru a filma coborârea în atmosferă și faza de aterizare și pentru a obține o aterizare de precizie, cele două camere color cu zoom al instrumentului Mastcam -Z, camera color RMI a instrumentului SuperCam , cele două camere color ale instrumentului SHERLOC, camera albă și neagră a instrumentului PIXL și camera alb-negru a instrumentului MEDA). Scutul din spate poartă trei camere color pentru a filma desfășurarea parașutei. Etapa de coborâre poartă o cameră color întoarsă spre sol, care filmează roverul văzut de sus. Elicopterul Ingenuity poartă o cameră color care oferă imagini ale suprafeței și o cameră alb-negru pentru navigație.
Utilizare | Nume | Numărul de camere | Culoare / alb-negru | Pixeli | O altă caracteristică | Locație |
---|---|---|---|---|---|---|
Camere de inginerie (9 instalate pe rover) | ||||||
Camera utilizată pentru navigație | Navcam | 2 | Culoare | 20 megapixeli | În vârful catargului. | |
Camera de detectare a obstacolelor | Hazcam | 6 | Culoare | 20 megapixeli | Lentila ochiului de pământ | 4 în față 2 în spate. |
Cameră sistem de stocare a probelor | CacgeCam | 1 | Culoare | 20 megapixeli | În sistemul de stocare a probelor | |
Camere folosite în timpul fazei de aterizare (7) | ||||||
Camere de supraveghere a parașutelor | PUC | 3 | Culoare | 1,3 megapixeli | Scut termic spate. | |
Camera de urmărire a coborârii îndreptată spre sol | DDC | 1 | Culoare | 3,1 megapixeli | Etapa coborârii | |
Camera astromobilă arăta spre zenit | RUC | 1 | Culoare | 1,3 megapixeli | Pe puntea superioară a roverului | |
Camera astromobilă arăta spre sol | RDC | 1 | Culoare | 1,3 megapixeli | Sub roverul din colțul din stânga din față | |
Camera de sistem de aterizare de precizie (LVS) | LCAM | 1 | Alb-negru | 1,3 megapixeli | Sub roverul din colțul din dreapta față | |
Camere științifice (7 instalate pe rover) | ||||||
Camere Mastcam-Z | ZCAM | 2 | Culoare | 2 megapixeli | Zoom, stereo | În stânga și în dreapta vârfului catargului. |
Camera Supercam | RMI | 1 | Culoare | 4 megapixeli | Cap de catarg. | |
Camere SHERLOC | WATSON și ACI | 2 | Culoare și alb-negru | 2 megapixeli | La capătul brațului. | |
Cameră PIXL | MCC | 1 | Alb și negru și culoare (parțială) | 43 megapixeli | La capătul brațului. | |
Camera MEDA | SkyCam | 1 | B&W | ~ 1 megapixeli | Lentila ochiului de pământ | Pe puntea roverului. |
Camera principală este Mastcam-Z . Aceasta este o versiune îmbunătățită a camerei care echipează Curiosity deoarece include un zoom care permite o mărire x 3, abandonată în timpul dezvoltării pentru predecesorul său. Camera foto face imagini color panoramice , tridimensionale și, datorită zoomului, poate face fotografii detaliate. Acesta include două obiective separate la 24,2 centimetri distanță, care permit fotografii stereo și sunt atașate la vârful unui catarg înalt de doi metri. Senzorul CCD , identic cu cel din curiozitate, are 2 megapixeli (1600 x 1200). Setul are o masă de 4 kilograme și consumă 17,4 wați. Conducătorul științific al instrumentului este Jim Bell de la Universitatea din Arizona . Instrumentul este dezvoltat de Malin Space Science Systems .
Obiectivul zoom este de 28-100 mm (unghi larg spre teleobiectiv moderat), iar deschiderea este între f / 8 până la f / 10 (teleobiectiv). Câmpul vizual este de 23 ° x 18 ° (unghi larg) și 6 ° x 5 ° (teleobiectiv). Puterea de rezoluție a camerei este de aproximativ 1 milimetru în zona accesibilă de brațul de telecomandă al roverului și de câțiva centimetri la o distanță de 100 de metri. Este echipat cu 11 filtre înguste în banda spectrală între 400 și 1000 nanometri, care permit determinarea dacă materialele fotografiate au fost modificate sau erodate și care oferă informații importante despre compoziția rocilor . O pereche de filtre face posibilă realizarea de imagini ale Soarelui.
Camera poate filma filme la o viteză de 4 cadre pe secundă. Această frecvență poate fi mărită prin scăderea definiției. Această funcție face posibilă observarea unor fenomene precum vârtejuri de praf , mișcarea norilor, fenomene astronomice, dar și cursul operațiunilor efectuate de rover, cum ar fi mișcările, colectarea probelor sau stocarea acestora.
Diagrama unei camere Mascam-z
Ținte utilizate pentru calibrarea camerei Mastcam-z
SuperCam este o versiune mult îmbunătățită a franco-american ChemCam instrument de la bordul roverului Curiosity. Folosește un laser și trei spectrometre pentru a analiza de la distanță compoziția elementară și minerală a rocilor vizate. Laserul pulsat trage roca pentru a fi analizată provocând vaporizarea stratului său superficial și generând o plasmă . Optica de 110 mm utilizată pentru a viza ținta cu laserul, un telescop de tip Schmidt-Cassegrain, face posibilă colectarea imaginii returnate a scânteii de plasmă și transmiterea acesteia prin fibră optică la spectrometre. Instrumentul a fost proiectat și produs în comun de către LANL american și CNES francez. Instrumentul este capabil să efectueze patru tipuri de măsurare:
Alte două dispozitive furnizează date care completează datele colectate:
SuperCam are o masă totală de 10,6 kg distribuită între modulul optic adăpostit în catarg (5,6 kg ), spectrometrele adăpostite în corpul roverului (4,8 kg ) și țintele utilizate pentru calibrarea instrumentului (0,2 kg ). Instrumentul în funcțiune consumă 17,9 wați. Acesta generează un volum mediu de date de 4,2 megați pe zi. Instrumentul este dezvoltat de Laboratorul Național din Los Alamos, care furnizează spectrometrele și institutul de cercetare în astrofizică și planetologie (IRAP) al Universității Paul Sabatier din Toulouse din Franța, care livrează partea optică, precum și laserul (furnizat de Thales ) sub supravegherea agenției spațiale franceze ( CNES ). Managerul științific este Roger Wiens din Los Alamos și adjunctul său Sylvestre Maurice de la IRAP.
(RIMFAX Imager Radar pentru Mars Exploration Subsurface ) radar dezvoltat de un institut de cercetare norvegian. Acesta face posibilă finalizarea analizelor efectuate de SuperCam, care nu poate studia decât suprafața rocilor. RIMFAX poate analiza straturile geologice îngropate la o adâncime de 500 de metri cu o rezoluție verticală între 15 și 30 de centimetri. Acesta constă dintr-un radar care transmite în frecvențe modificabile (între 150 și 1200 megahertz) pentru a ține seama de natura terenului. Instrumentul analizează undele reflectate de straturile superficiale ale suprafeței (până la 10 metri adâncime), care pot detecta prezența gheții, stâncii, nisipului și apei lichide. Aceste sondaje sunt efectuate pe măsură ce roverul avansează la fiecare 10 centimetri. Instrumentul permite determinarea grosimii regolitului , detectarea diferitelor straturi superficiale ale solului situate sub suprafață și asociate cu structurile care ies din acesta, asocierea unei secțiuni stratigrafice cu probele prelevate.
Fiecare sondaj produce 5-10 kilobyți de date. Instrumentul este compus dintr-o antenă fixată sub RTG și o cutie electronică plasată în corpul roverului chiar în spate. Masa sa este de 3 kilograme și consumă între 5 și 10 wați în funcțiune. Managerul științific al RIMFAX este cercetătorul norvegian Svein-Erik Hamran, care este, de asemenea, unul dintre cei doi manageri științifici ai radarului WISDOM de la bordul roverului ExoMars al Agenției Spațiale Europene, care urmează să aterizeze pe Marte în același timp cu Marte 2020 .
PIXL ( Instrumentul Planetar pentru Litochimie cu Raze X ) este un spectrometru cu fluorescență cu raze X care determină elementele chimice prezente într-o probă de rocă la scara unui bob de sare (0,1 milimetri sau 100 microni) și datorită unei camere asociază acest lucru compoziție cu textura fină a stâncii. Instrumentul este montat la capătul brațului roverului. Principiul de funcționare se bazează pe emisia de radiații X care este focalizată de o optică formată din milioane de fibre optice, astfel încât să lovească proba care urmează să fie analizată pe o rază redusă la 100 microni (0,1 milimetri). Spectrul de X fotonilor returnate de către țintă ( fluorescență ) este asigurată de un detector de drift siliciu (SDD). Pentru a putea asocia analiza spectrală efectuată cu o textură dată și localizată a rocii, o cameră co-aliniată ia o imagine (26 × 36 milimetri) a țintei cu o rezoluție spațială de 50 microni . Un mic proiector de tip LED proiectează o grilă vizibilă pe imaginile realizate pentru a oferi un cadru de referință. Pentru a efectua analiza unei roci, capul instrumentului este poziționat de brațul roverului la 2 centimetri de ținta sa. Senzorul este poziționat deasupra țintei datorită a 6 mufe mici care îi permit să fie mișcat încet cu mare precizie. Se obține un spectru în 5 până la 10 secunde. În 10 până la 20 de minute, instrumentul analizează sute de particule de mărimea unui bob de nisip. PIXL poate măsura cele 16 elemente chimice detectate în mod obișnuit de acest tip de instrument, dar și V , Co , Cu , Ga , As , Rb , Sr , Y , Zr și Ce . Poate detecta un element prezent până la 10 părți pe milion.
PIXL trimite aproximativ 16 megabiți de date pentru fiecare scanare. Instrumentul are o masă totală de aproximativ 7 kilograme, dintre care 4,3 kg pentru senzorul montat la capătul brațului, 2,6 kg pentru electronica instalată în corpul roverului și 0,15 kg pentru țintele utilizate pentru calibrarea PIXL. Setul consumă 25 de wați când este funcționat. Managerul științific al instrumentului este Abigail Allwood de la Jet Propulsion Laboratory . Dezvoltarea instrumentului se realizează și sub supravegherea acestei unități NASA.
SHERLOC ( Scanare locuibil Medii cu Raman si luminiscență pentru Organics și Chemicals ) spectrometru este un instrument situat la capătul brațului roverului, ce oferă imagini la scară mică și folosește un laser cu ultraviolete pentru determinarea mineralogiei și compoziției organice a solului marțian pentru a determina dacă acestea au fost modificate de un mediu apos și dacă conțin dovezi ale vieții microbiene trecute. Este primul spectrometru Raman care lucrează pe suprafața lui Marte. Instrumentul implementează două tipuri de efecte. Pe de o parte, fluorescența care face posibilă identificarea formelor condensate de carbon și a compușilor aromatici prezenți la un nivel de o parte per milion cu o rezoluție spațială de 100 microni. Pe de altă parte, împrăștierea Raman permite identificarea și clasificarea compușilor aromatici și alifatici prezenți cu o concentrație între 1% și 1 parte la 10.000 cu o rezoluție spațială de 100 microni. Răspândirea Raman permite, de asemenea, identificarea și clasificarea mineralelor rezultate din chimia apoasă în boabe a căror dimensiune poate coborî până la 20 microni. Instrumentul utilizează un laser care emite un fascicul larg de 50 microni în ultraviolet (248,6 nanometri) și o cameră cu o rezoluție spațială de 30 microni. Un sistem de focalizare automată face posibilă poziționarea capului instrumentului la distanța adecvată de eșantionul care urmează să fie analizat fără a fi nevoie să mișcați brațul. Camera poate fi folosită și pentru a studia pereții găurii de foraj. O oglindă pivotantă mișcă punctul de impact al laserului și astfel analizează sistematic o regiune de 0,7 × 0,7 centimetri. Camera oferă contextului un câmp vizual de 2,3 × 1,5 centimetri.
Instrumentul SHERLOC include, de asemenea, camera WATSON, care poate realiza imagini cu distanță mică până la infinit, care este utilizată atât pentru verificări tehnice, cât și în scopuri științifice. WATSON derivă din camera MAHLI instalată pe brațul rover-ului Curiosity. În partea din față a rover-ului Perseverance este atașată o țintă pentru a calibra atât camera, cât și funcționarea spectrometrului folosind șase probe, inclusiv roci. Ținta include, de asemenea, șase probe de țesut ( vectran , dacron , teflon etc.) care vor fi utilizate pentru a efectua operațiuni de calibrare și pentru a măsura rezistența în timp a costumelor spațiale viitoare . Masa totală a instrumentului este de 4,7 kilograme distribuite între senzorul situat la capătul brațului (3,11 kg ) și electronica situată în corpul roverului (1,61 kg ). Spectrometrul consumă 48,8 wați când funcționează, inclusiv 32,2 wați la detector. Ofițerul științific este Luther Beegle de la Jet Propulsion Laboratory .
La fel ca Curiosity, Marte 2020 are o stație meteo dezvoltată de aceeași echipă spaniolă numită MEDA ( Mars Environmental Dynamics Analyzer ). Este echipat cu senzori care măsoară șase parametri atmosferici - temperatura solului, temperatura aerului, presiunea, umiditatea, direcția și viteza vântului și radiația în diferite benzi spectrale în ultraviolet, vizibil și infraroșu - precum și proprietățile optice ale prafului, caracteristicile prafului. Ansamblul format din senzori și electronice asociate reprezintă o masă de 5,5 kilograme și consumă până la 17 wați. Senzorii sunt localizați în diferite locuri pe rover:
Unul dintre cei doi senzori de vânt WS (viteză, direcție) atașați catargului.
La periferie și în partea de sus a acestei cutii fixate pe puntea rover-ului sunt 16 fotodiode care măsoară praful prezent în atmosferă (senzor RDS). În centrul casetei optica camerei SkyCam. Tubul negru din stânga cutiei este portul pentru senzorul de presiune PS.
De asemenea, rover-ul câștigă experiența demonstrativă a tehnologiei MOXIE ( Mars OXygen ISRU Experiment ). Acest echipament experimental de tip ISRU (adică utilizarea resurselor in situ ) testează producția de oxigen din dioxid de carbon prezent în atmosfera marțiană. Acest tip de echipament, a cărui primă fază operațională a fost realizată cu succes marți, 20 aprilie 2021 prin producerea a aproape 5 grame de oxigen, a permis pentru prima dată transformarea unei resurse naturale în altă parte decât pe Pământ. Experiența deschide calea pentru viitoarele misiuni marțiene, robotice sau pilotate, care își vor umple rezervele de oxidanți din substanțele disponibile la nivel local înainte de a decola pe Pământ. Oxigenul astfel recuperat ar putea fi folosit și pentru a acumula rezerve care pot fi folosite de viitorii astronauți. Cu toate acestea, multe provocări tehnologice majore trebuie încă rezolvate pentru a stoca oxigenul produs în cantitate suficientă (sub formă comprimată sau lichidă?).
Dispozitivul trebuie, de asemenea, să permită determinarea dimensiunii și morfologiei particulelor de praf suspendate în atmosfera marțiană.
Oxigenul este produs de Moxie prin captarea dioxidului de carbon (CO 2 ) atmosfera de pe Marte , apoi de rupere aceasta molecula pentru a produce oxigen (O 2 ) , pe de o parte și de monoxid de carbon (CO) , pe de altă parte. Atmosfera marțiană este aspirată în instrument, filtrată și apoi comprimată la o presiune de 1 bar . Molecula de dioxid de carbon este „spartă” în modulul SOXE ( Solid OXide Electrolyzer ) electrolitic . Temperatura este ridicată la 800 ° C . Pentru a produce oxigen, MOXIE trebuie să funcționeze timp de 2 ore consumând o putere electrică de 300 wați. Produce 10 grame de oxigen pe oră. Liderul științific al experimentului este Michael Hecht de la Massachusetts Institute of Technology .
Principalele componente ale MOXIE.
Instrumentul MOXIE este instalat în rover.
Roverul poartă un mic elicopter experimental MHS ( Mars Helicopter Scout ), numit Ingeniozitate , care este primul aparat de zbor folosit pe o altă planetă. Nu joacă niciun rol în atingerea obiectivelor științifice ale misiunii. Acesta este un demonstrator tehnologic care ar trebui să permită verificarea potențialului acestui tip de vehicul într-un mediu care nu este foarte favorabil funcționării unei mașini zburătoare datorită atmosferei extrem de subțiri (ridicarea redusă), îndepărtarea lui Marte care nu permite controlul de către un teleoperator și temperaturi extreme.
Cu o greutate de aproximativ 1,8 kilograme, elicopterul va efectua mai multe zboruri de recunoaștere la începutul misiunii pentru a-și testa capacitățile și apoi a fi abandonat. Elicopterul este fixat sub rover înainte de a fi lansat pe solul lui Marte. Se mișcă în aer datorită celor două rotoare cu două palete care se rotesc în direcții opuse. Viteza lor de rotație este cuprinsă între 2.400 și 2.900 rotații pe minut, adică de 10 ori cea a unui elicopter pe Pământ, pentru a fi eficientă în atmosfera deosebit de rară a lui Marte (echivalentă cu atmosfera Pământului la o altitudine de 25 de kilometri). Fuzelajul elicopterului are diametrul unui baschet (13,6 x 19,5 cm). Rotorul este de 1,2 m de la un capăt la altul, iar înălțimea totală a elicopterului este de 0,8 m . Patru picioare lungime 0,384 m menține corpul elicopterului la 0,13 m deasupra solului.
Elicopterul marțian este alimentat de energie electrică furnizată de o baterie litiu-ion. Aceasta este reîncărcată de celulele solare care permit acumularea unei cantități suficiente de energie într-o zi pentru a efectua un zbor de 90 de secunde (puterea medie consumată în zbor: 350 wați). Rezistențele de încălzire mențin sistemele la o temperatură compatibilă cu constrângerile de funcționare.
Elicopterul poartă o cameră de navigație care oferă imagini alb-negru și o cameră color de înaltă rezoluție pentru a face fotografii ale terenului și astfel a îndeplini obiectivele atribuite acestuia. Având în vedere întârzierea schimburilor cu Pământul (16 minute pentru un schimb în cea mai favorabilă configurație Pământ-Marte), elicopterul zboară autonom de la instrucțiunile transmise înainte de zbor. Un sistem radio de la bord primește aceste comenzi și transmite imaginile și telemetria prin echipamentul radio al roverului.
Doar landerul InSight a reușit până acum să înregistreze sunete pe Marte. Două misiuni NASA echipate cu un sistem de înregistrare a sunetului au fost lansate în trecut: sonda spațială Mars Polar Lander lansată în 1999 a fost pierdută din cauza unei erori de proiectare cu puțin timp înainte de a ateriza pe Marte, în timp ce microfonul Phoenix , care aterizase pe unul dintre poli de pe Marte în 2008, nu a reușit niciodată să funcționeze.
Misiunea Marte 2020 are două microfoane:
Instrumentul, care nu face parte din sarcina utilă științifică, a fost finanțat de asociația The Planetary Society și este identic cu modelul lansat în 1999, deja sponsorizat de această asociație. În principal format dintr-un card electronic, cântărește în jur de 50 de grame.
Martie 2020 este primul pas în program pentru a aduce probele înapoi pe Pământ . A doua parte a acestui program, care constituie o provocare tehnică, nu este încă finanțată în 2020.
Potrivit scenariului detaliat în aprilie 2020, două sonde spațiale dezvoltate respectiv de NASA și Agenția Spațială Europeană urmează să fie lansate în 2026 cu scopul de a recupera probele de sol depuse pe Marte de astromobile Perseverance și de a le readuce pe Pământ în 2031 În 2018, faza de specificare a celor două misiuni începe la Agenția Spațială Europeană și la NASA. Airbus Defense and Space a fost selectat de ESA pentru dezvoltarea misiunii care i-a fost atribuită. Sunt eliberate fonduri pentru realizarea acestor studii, dar cele două agenții nu au bugetul pentru a le implementa.
Aceste două misiuni însărcinate cu restul programului sunt, pe de o parte, SRL, care trebuie să aducă probele pe sol marțian (rover SFR) și să le aducă înapoi pe o orbită marțiană (rachetă MAV) și, pe de altă parte, ERO orbitant marțian care trebuie să asigure sprijinul operațiunilor terestre (telecomunicații) de pe orbita marțiană, recuperează containerul care conține probele în urma unei întâlniri pe orbita marțiană apoi revine pe Pământ și eliberează în atmosferă capsula terestră care conține containerul. Acesta din urmă trebuie să aterizeze lin pe un teren selectat. Planificarea proiectului este unul dintre cele mai complexe aspecte ale acestor două misiuni:
Toate aceste constrângeri duc la o campanie 26-26-31: aceste trei cifre corespunzând respectiv la datele de lansare ale celor două mașini (2026) și la anul sosirii capsulei de probă pe Pământ (2031).
Misiunea Sample Retrieval Lander (SRL), dezvoltată de NASA, constă în aterizarea unei nave spațiale pe Marte, al cărei obiectiv final este de a readuce pe orbita marțiană un container cu probe de sol. Pentru a îndeplini acest obiectiv, sonda spațială transportă pe de o parte un mic rover numit SFR ( Sample Fetch Rover ) care va căuta tuburile care conțin probele de sol unde au fost depuse de roverul Perseverance de pe Marte 2020 și pe de altă parte AVM rachetă ( vehicul de ascensiune martie ) cu propulsor solid care trebuie să aducă înapoi probe de orbită joasă marțiană. Cursul acestei misiuni este următorul:
Landerul SRL aterizează pe solul lui Marte
Tuburile sunt încărcate în racheta MAV
Racheta MAV decolează de la sol pentru a atinge orbita joasă
Earth Return Orbiter (ERO), dezvoltat de Agenția Spațială Europeană, este o navă spațială care trebuie plasată pe o orbită joasă marțiană. Acesta servește ca releu de telecomunicații în timpul operațiunilor la sol ale SRL, apoi recuperează containerul adus pe orbită de racheta MAV. După ce a părăsit orbita marțiană, se întoarce pe Pământ. Ajuns lângă el în 2031, el a eliberat capsula care conțin probele de sol marțian care au ajuns să se odihnească ușor pe suprafața Pământului. Progresul detaliat al acestei misiuni este următorul:
Un mesaj ascuns a fost conceput de inginerii de la NASA. Sloganul Jet Propulsion Laboratory „ Dare Mighty Things ” și coordonatele geografice ale JET sunt reprezentate în cod binar pe baza parașutei.
Mai multe obiecte simbolice sunt prezente în rover, cum ar fi un cadran solar sau o placă cu un „ portret de familie ” al roverilor marțieni (De la Sojourner la perseverență).
Ca și în alte misiuni de explorare a sistemului solar NASA, roverul Perseverance poartă cipuri de siliciu pe care numele persoanelor care doresc să apară pe el au fost gravate folosind un fascicul de electroni . În cadrul operațiunii Trimiteți-vă numele ( trimiteți-vă numele ) 10.932.295 de persoane din toate țările și-au furnizat informațiile de contact (nume / prenume, țară, cod poștal) pe site-ul NASA și au reușit să tipărească un card de îmbarcare simbolică pentru Marte în numele lor. Cele trei așchii gravate sunt fixate pe o placă de aluminiu înșurubată pe arcada din spate a structurii roverului. Acestea sunt situate în câmpul vizual al camerelor cu catarg. Jetoanele conțin, de asemenea, cele 155 de texte ale finaliștilor care au concurat la botezul roverului.
Plăcuța pe care sunt fixate cele trei jetoane gravate cu numele participanților la operația Trimite-ți numele .
Carte de îmbarcare martie 2020.
NASA :
Filme filmate de camerele din martie 2020 în timpul coborârii pe solul marțian.
Animație care arată coborârea sondei spațiale pe solul lui Marte
Animație care prezintă instrumentele roverului Perseverență.
Animație care arată colecția unui eșantion de sol de pe Marte.
Video cu testele de desfășurare a elicopterului pe solul lui Marte.
Animație care arată zborul elicopterului.