De Mars 2020 rover Perseverance

De nieuwe Marsrover van de NASA gaat niet zo maar de rode planeet onderzoeken maar moet er ook voor zorgen dat er over een jaar of tien een stukje Mars naar de Aarde gehaald kan worden.

De nieuwe rover is Perseverance gedoopt en moet naar signalen van bewoonbare omgevingen op Mars gaan zoeken, terwijl hij op zoek gaat naar tekenen van microbiologisch leven. Perseverance zal ook een aantal monsters verzamelen die met een toekomstige missie terug gehaald kunnen worden naar de Aarde.

Perseverance is het pronkstuk van de Mars 2020-missie van de NASA die in juli of augustus 2020 gelanceerd moet worden vanaf de lanceerbasis Cape Canaveral in Florida. In die periode staan Mars en de Aarde gunstig ten opzichte van elkaar zodat er minder energie nodig is voor de interplanetaire reis. Perseverance moet op 18 februari 2021 op de rode planeet landen en minstens 1 jaar op Mars (687 aardse dagen) blijven functioneren.

De rover heeft de grootte van een compacte auto (exclusief de arm): ongeveer 3 meter lang, 2,7 meter breed en 2,3 meter hoog en weegt 1050 kilogram.

Een mix van oud en nieuw

Als de tekeningen en foto’s van de Perseverance rover je bekend voorkomen dat is dit omdat de marsrover grotendeels is gebaseerd op zijn voorganger, het Mars Science Laboratory (MSL), beter bekend als de Curiosity. Ongeveer 85% van de massa van de nieuwe rover is gebaseerd op hardware van de Curiosity.

Door gebruik te maken van bestaande hardware kon NASA de rover sneller ontwikkelen. Bovendien spaart het geld en wordt het risico gereduceerd dat er iets niet goed functioneert.

Net zoals de Curiosity heeft de Perseverance een rechthoekig ontwerp, zes wielen en een robotische arm, camera’s en instrumenten en is er een boor aan boord om monsters te nemen van gesteente. Maar de nieuwe rover heeft wel andere doelen die ook enkele andere instrumenten vereisen. Zo zijn er een röntgenspectrometer en een ultraviolette laser aan boord die op microbiologische schaal naar tekenen van leven in het verleden kunnen kijken. Ook is er een radar aan boord die in de ondergrond kan doordringen. Perseverance is hiermee de eerste marsrover die de ondergrond van de rode planeet tot op 10 meter diepte kan onderzoeken om zo lagen gesteente, water en ijs in kaart te brengen.

Perseverance bouwt hiermee voort op de successen die NASA behaalde met de Curiosity rover.

Deze upgrades zullen al in werking treden voordat de marsrover het oppervlak van de planeet raakt. Het Jet Propulsion Laboratory van de NASA, dat de missie ontwikkelt en beheert, ontwikkelde een nieuwe landingstechnologie die “terrain-relative navigation” wordt genoemd. Naarmate de Perseverance het oppervlak nadert zal het een computer gebruiken om het landschap te vergelijken met vooraf geladen terreinkaarten. Op deze manier kan tijdens de afdaling gekeken worden naar een veilige landingsplaats en kan er eventueel bijgestuurd worden.

Een verwante functie, “range trigger” genoemd, zal locatie en snelheid gebruiken om te bepalen wanneer de parachute van de Perseverance geopend moet worden. Op deze manier kan de landingsboog met meer dan de helft worden verkleind. Terrein relatieve navigatie maakt het mogelijk om naar plekken te gaan die voor de Curiosity te gevaarlijk werden gevonden. De “ranger trigger” maakt het mogelijk om dichterbij interessante gebieden te landen waardoor er tot wel een jaar bespaart kan worden op de reistijd van de rover aan het oppervlak.

Camera’s aan boord van de ruimtesonde zullen het laatste gedeelte van de reis filmen, waardoor het openen van de parachute en de langzame drift naar de rode planeet voor het eerst op film wordt vastgelegd. Die informatie zal naar de Aarde worden teruggestuurd. Het zal niet alleen leiden tot indrukwekkende beelden maar het levert ook wetenschappelijke informatie op over de atmosfeer van de planeet.

Verbeterd gezichtsvermogen

Perseverance zal bijna 5 maal meer camera’s aan boord hebben dan de allereerste Marsrover. Sojourner had slechts 5 camera’s aan boord. Spirit en Opportunity hadden er elk 10 en de Curiosity is uitgerust met 17 camera’s. De Perseverance rover heeft 23 camera’s aan boord. Enkele van die camera’s zullen meer kleuren en 3D-beelden kunnen maken dan de camera’s van de Curiosity. Ze heeft de Perseverance de Mastcam-Z aan boord. Dit is een verbeterde versie van de Mastcam van de Curiosity. De Z staat voor Zoom.

De technische camera’s voor het plannen van de ritten en het vermijden van de gevaren aan boord van de Spirit, opportunity en de Curiosity hadden allemaal een resolutie van 1 megapixel in zwart-wit. De technische camera’s aan boord van de Perseverance hebben een resolutie van 20 megapixel in kleur. Ze hebben ook een veel groter beeldveld en dat betekent dat er geen afbeeldingen op Aarde meer aan elkaar geplakt moeten worden maar dat er met een opname een compleet beeld wordt verkregen. De nieuwe camera’s hebben ook minder last van bewegingsonscherpte dus ze kunnen al rijdende foto’s maken.

Meer gedetailleerde foto’s betekent ook dat er veel meer data naar de Aarde gezonden wordt. De telecommunicatie met de Aarde is meestal de beperkende factor. De camera’s kunnen veel meer data verzamelen dan er naar de Aarde gezonden kan worden. Door gebruik te maken van slimmere camera’s kan de hoeveelheid data worden gereduceerd. Opportunity en Spirit deden de datacompressie met een eigen computer maar de Mars 2020 rover zal, net als de Curiosity, de data comprimeren met behulp van de elektronica in de camera.

Om de gegevens naar de Aarde terug te sturen zal er gebruik gemaakt worden van enkele al om Mars draaiende satellieten: de Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), Maven en de Trace Gas Orbiter (TGO) van de ESA. De Mars Odyssey Orbiter van de NASA was de eerste orbiter die werd ingezet om gegevens van Spirit en Opportunity door te sturen naar de Aarde.

De Perseverance rover is ook uitgerust met een microfoon dus we kunnen horen hoe het op Mars klinkt.

Landen op Mars

In februari 2017 werden er drie potentiële landingsplaatsen gekozen: Columbia Hills, de Jezero krater en het noordoosten van Syrtis.

Een van deze locaties was al eerder bezocht. In 2004 verkende de marsrover Spirit de Gusev krater en Columbia Hills. De rover vond dat bewijs voor water in het verleden, het was de enige plek in de enorme krater waar dit werd aangetroffen. Analyse van latere gegevens duidde erop dat de krater in het verleden mogelijk een groot ondiep meer had gehad.

De 45 kilometer grote Jezero krater is de bedding van een oud meer waar zich microbiologisch leven ontwikkeld zou kunnen hebben. De structuur van een rivierdelta duidt er op dat het zeker twee keer is gevuld en weer is leeggelopen. Bovendien heeft de Mars Reconnaissance Orbiter er mineralen aangetroffen die door water chemisch zijn veranderd.

Een oude vulkaan in het noordoosten van Syrtis kan hebben geleid tot hete bronnen en smeltend ijs. Dat zijn ideale condities voor vroeger microbiologisch leven. De rand van de vulkanen van Syrtis Major bestaat uit 4 miljard jaar oud gesteente en mineralen die in de vroege geschiedenis van Mars zijn veranderd.

In november 2018 maakte NASA de definitieve landingsplaats bekend: de Perseverance rover zal de Jezero krater gaan onderzoeken.

De landingsplek in de Jezero krater is een geologisch rijk gebied met landformaties die tot 3,6 miljard jaar oud zijn en die mogelijk potentieel belangrijke vragen over de evolutie van de planeet en astrobiologie kunnen beantwoorden.

Gesteente van Mars naar de Aarde

Anders dan eerdere marsrovers zal de Perseverance materiaal voorbereiden dat naar de Aarde gehaald kan worden. De rover zal proberen om minimaal 20, en mogelijk 30 tot 40, boorkernen te verzamelen. Deze boorkernen worden in buisjes verzegeld en op geselecteerde locaties achtergelaten worden zodat ze in de toekomst door een andere missie opgehaald kunnen worden. Dit zal op zijn vroegst in 2031 gaan gebeuren.

De Mars 2020 rover is de eerste stap in een potentiële meervoudige campagne om zorgvuldig geselecteerd en verzegelde monsters van gesteente en grond van Mars naar de Aarde te halen. Als de samples inderdaad de Aarde weten te bereiken dan staan wetenschappers met krachtige instrumenten klaar om ze te bestuderen. Dat kan op Aarde veel beter dan in een rover met de grootte van een kleine auto.

Het Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals (SHERLOC) laser instrument aan bord van de Perseverance zal het eerste instrument op Mars zijn dat met behulp van Raman en fluorescentiespectroscopie de planeet onderzoekt. Als ultraviolet licht over bepaalde koolstof gebaseerde chemicaliën schijnt dan gloeien deze op als materiaal onder een zwarte lamp. De gloed kan wetenschappers helpen bij het detecteren van chemicaliën die belangrijk zijn voor leven. SHERLOC zal de rosten fotograferen die worden onderzocht en de chemicaliën in kaart brengen die tijdens die opname worden gezien.

Deze tak van wetenschap heeft organische materialen en texturen nodig en die twee zaken zullen worden geleverd door de meteoriet die wordt meegenomen.

De rover zal een klein beetje van de Marsmeteoriet SaU008 (Sayh al Uhaymir) meenemen. Dit stukje zal gebruikt worden voor de kalibratie van SHERLOC. Eerdere rovers hadden ook kalibratiedoelen bij zich maar het is voor het eerst dat er gebruik gemaakt wordt van een heuse Marsmeteoriet (Overigens was er ook een meteoriet aan boord van de Mars Global Surveyor. Deze ruimtesonde is niet meer in gebruik maar draait nog steeds zijn rondjes om de rode planeet).

Eerste publicatie: 22 juli 2020
Bron: space.com/NASA