Mars 'atmosfæriske tryk er mindre end 1% fra Jorden, så rumfartøjer kommer hårdt ned. Europa har forsøgt en Mars 'bløde landing siden 2003. Hvordan de planlægger at lykkes.
Mars set af vikingeskriveren. Billede via NASA / JPL / USGS
Af Andrew Coates, UCL
Europa har forsøgt at lande på Mars siden 2003, men ingen af forsøgene er gået nøjagtigt efter planen. For et par måneder siden styrtede landingsdemonstratoren ExoMars Schiaparelli ned på planetens overflade og mistede kontakten med sit moderskib. Opgaven var dog delvist vellykket, idet den leverede oplysninger, der gør det muligt for Europa og Rusland at lande sin ExoMars-rover på den røde planet i 2021.
Nu er europæiske forskningsministre endelig enige om at give missionen de udestående 400 mio. EUR, den har brug for for at kunne fortsætte. Der står meget på spil, da roveren er klar til unikt at bore under den barske martiske overflade for at søge efter tegn på fortid eller endda nutid. Med det bedste af menneskets bestræbelser må vi lære, prøve igen og ikke give op. Som leder af det internationale Panoramic Camera-team om rover, der blandt andet vil give overfladegeologiske og atmosfæriske problemer for missionen, er jeg en af mange forskere, der arbejder meget hårdt for at få det til at fungere. PanCam er et af ni avancerede instrumenter, der hjælper os med at analysere prøver under jorden.
Årsagen til at det er så svært at lande på Mars er, at atmosfæretrykket er lavt, mindre end 1% af Jordens overfladetryk. Dette betyder, at enhver sonde vil falde meget hurtigt til overfladen og skal være langsom. Hvad mere er, landingen skal ske autonomt, da lys rejsetiden fra Jorden er tre til 22 minutter. Denne forsinkelse transmission betyder, at vi ikke kan styre den hurtige proces fra Jorden. NASA og Rusland har haft deres egne problemer med landinger i fortiden, før de spektakulære succeser med de amerikanske missioner Viking, Pathfinder, Spirit, Opportunity, Phoenix og Curiosity.
Erfaringer
Europas første forsøg på at lande på Mars var med Beagle 2 1. juledag 2003. Indtil for nylig var det sidste, vi havde set af landmanden, den 19. december 2003 - afbildet kort efter adskillelse fra Mars Express-møderskabet. Mars Express selv var en enorm succes, og kom ind i kredsløb den 25. december det år og fungerede siden. Det har revolutioneret vores viden om Mars med stereobilleder, mineralkortlægning, undersøgelser af plasmaudslip fra planetens atmosfære og den første detektion af metan.
For nylig blev Beagle 2-landeren afbildet af NASAs Mars Reconnaissance Orbiter på overfladen - fristende tæt på succes, hvor kun en af de fire solcellepaneler blev uudstationeret. Desværre var kommunikationsantennen under det vitale panel, hvilket forhindrede kommunikation med Mars Express og Jorden. Beagle 2 fungerede sandsynligvis i mindst en dag eller to og måske har taget sit første panorama med vores stereokamera-system og dets pop-up-spejl.
Derefter den 19. oktober i år forsøgte Schiaparelli at lande. Ved hjælp af erfaringer fra Beagle blev der overført detaljerede data under nedstigningen efter adskillelse fra ExoMars Trace Gas Orbiter-møderskabet. De tidlige dele var succesrige - vi ved, at de varmebeskyttende fliser gjorde deres arbejde under indtræden i den tynde Mars-atmosfære, og at faldskærmen indsættes som planlagt.
Men så blev uventet spindebevægelse detekteret af ukendte årsager, faldskærmen blev skubbet ud tidligt, og de retro raketter blev fyret kort. Trods højdemåler og hastighedsmålinger blev styringscomputeren ombord forvirret (mættet) over en anden lang periode og troede, at Schiaparelli allerede havde nået overfladen. Desværre var fartøjet stadig 3,7 km højt, retroraketerne lukkede tidligt ned, og Schiaparelli faldt til overfladen - påvirket af over 300 km / t. Flere erfaringer, den hårde måde. Da controllerne nu ved nøjagtigt, hvad der gik galt, bruger de de transmitterede data til at bestemme hvorfor og finde ud af, hvordan man undgår, at det sker igen.
ExoMars-nærbillede af et stort navngivet krater nord i nærheden af Mars-ækvator. Billede via ESA / Roscosmos / ExoMars / CaSSIS / UniBE
I mellemtiden trådte Trace Gas Orbiter med succes i Mars bane. I sidste uge sendte det sine første utroligt lovende billeder og data fra sit første tætte Mars-møde. Dens sidste bane er en 400 km cirkulær bane, der skal opnås i marts 2018. Dette vil involvere en vanskelig, brændstoffri bremseproces kaldet "aerobraking" (som involverer at trække rumfartøjet gennem toppen af atmosfæren for at bruge friktionen fra gasmolekylerne for at bremse det).
Rumfartøjets mission er at finde ud af mere om de overraskende sporegasser, herunder metanen. Metan bør ikke være til stede i Mars 'atmosfære, da den brydes op af sollys i titusvis til hundreder af år, så der skal være en kilde til det der nu. De mulige indstillinger er begge spændende - det kan enten være geotermisk aktivitet eller mikrobiel livsform.
Søger efter livet
Roveren selv er juvelen i kronen på ExoMars-programmet, der er planlagt til lancering i 2020 og ankommer i 2021. Der er ligheder og forskelle med tidligere landingssystemer, som igen vil bruge erfaringer fra tidligere missioner.
Roveren har en unik bor, som vil samle prøver fra op til to meter (6,6 fod) under den barske martiske overflade. Dette er 40 gange dybere end noget andet planlagt - Curiosity rover kan kun bore fem centimeter (2 inches). Dette er nedenfor, hvor ultraviolet lys og anden stråling fra vores sol og galakse - som er skadelig for livet - kan nå ud. Det er den mest sandsynlige af enhver planlagt mission at endelig besvare spørgsmålet om, hvorvidt der var eller endda er, liv på Mars.
Mars rover bliver testet nær Paranal Observatory. Billede via ESO / G. Hudepohl
De mulige landingssteder er blevet indsnævret af tekniske begrænsninger, men fra en række muligheder er der nu tre tilbage - Oxia Planum, Mawrth Valles og Aram Dorsum. Ved de første to af disse viser data fra bane tegn på vandrige lerarter (phyllosilicater), og den sidste inkluderer en gammel kanal og sedimentære aflejringer - tegn på fortidens erosion. Indstillingerne indsnævres yderligere i de næste par måneder.
Missionen er en af de mest spændende i søgen efter liv ud over Jorden. Sammen med Jupiters måne Europa og Saturns satellit Enceladus er Mars et af de øverste placeringer at se på. Derudover er udviklingen inden for hardwareudvikling god, idet industrien og den akademiske verden skubber grænserne for teknologi, forfølger det internationale teamarbejde, der er nødvendigt for at opbygge og betjene missionen, og lære at arbejde i super-rene værelser for at undgå at forurene Mars med jordsporer.
Vi lærer af fortiden og planlægger fremtiden. Rumforskning er hård, især på Mars, og vi må aldrig give op. ExoMars rover-mission vil spille en central rolle internationalt i udforskningen af Mars, og ved hjælp af lektioner fra fortiden er vi klar til at finde svaret på et af menneskehedens vigtigste spørgsmål - er vi alene i universet? Vores rover finder måske bare svaret.