Op 25 november moet de nieuwe troef van NASA gelanceerd worden in het onderzoek naar de planeet Mars: de Mars Laboratory Rover, ofwel Curiosity. Het is niet zo maar een rover: hij is zo groot als een Mini Cooper en hij wordt met een jetpack aan een kabel op Mars gezet. Het is de meest spectaculaire landing op Mars ooit. Het is ook een vrij dure missie, 2,3 miljard dollar. Mars Science Laboratory is dan ook een vlaggeschip-missie. In tegenstelling tot de Spirit en Opportunity rovers en NASA kon het niet veroorloven om twee van deze rovers naar Mars te brengen.
(Ik heb deze video al eens eerder gepost, maar het blijft een mooi filmpje. Ik zag op Youtube dat Doug Ellison (van unmannedspaceflight.com) er aan gewerkt heeft en daarbij alles er aan gedaan heeft om de video zo waargetrouw mogelijk te maken.)
Waar voorgaande rovers op zoek gingen naar water en daarvoor ruimschoots aanwijzingen vonden, gaat Curiosity op zoek naar microbiologisch leven: dood of levend. Daar brengt Curiosity een laboratorium voor mee met allerlei instrumenten aan boord en een robotarm die monsters bij het laboratorium kan brengen. Overdag rijdt de rover rond en 's nachts worden de monsters onderzocht in het lab. Op de robotarm zit een boor dat gebruikt wordt om poedervormige monsters te halen uit rotsen.
Het laboratorium
Ik ben ooit afgestudeerd op een laboratorium-opleiding (HLO Delft, tegenwoordig in Rotterdam, opleiding Analytische Proces- en Laboratorium Instrumentatie als je het weten wilt). Ik werk al weer 14 jaar in de IT, maar nog steeds vind ik het reuze interessant wat Curiosity met zich mee draagt aan analyseapparatuur. Curiosity is niet de eerste lander met een laboratorium op Mars. In 2008 ervaarde NASA hoe moeilijk het is om bodemmonsters van de Martiaanse noordpool in een het lab van de Mars Phoenix-lander te krijgen. En al in 1976 hadden de twee Viking landers een gas chromatograaf en een massa spectrometer aan boord. Waar ze toen geen rekening mee gehouden hadden, was dat perchloraat hun onderzoek naar leven in de war zou schoppen. Dat is tenminste wat we nu denken dat er toen mis gegaan is.
Het lab van Curiosity doet niet onder voor wat je normaal in een lab op Aarde tegen kunt komen. Monsters van de boor op de robotarm worden in een van de 74 monstercupjes gebracht en daarna in een oven tot op 1000 graden Celsius verhit. Daarna wordt het monster geleid naar het eerste analyseinstrument, de gas chromatograaf. Om kort te gaan: het monster gaat erin en organische moleculen komen er gescheiden uit. Daarna worden deze stoffen geleid door een massaspectrometer. Dit is een instrument dat het binnenkomende monster ioniseert en dan verdeeld op basis van massa. Aan de hand van de gas chromatograaf en de massa spectrometer kunnen wetenschappers bepalen welke stoffen in een monster zaten. Sporen van leven kunnen er makkelijk mee gevonden worden.
Dan is er de Tunable Laser Spectrometer. Dit instrument zal precieze isotoop ratio's voor koolstof- en zuurstof-atomen in een monster bepalen. Al deze instrumenten zijn onderdeel van het Sample Analysis on Mars (SAM) onderdeel dat alles bij elkaar 38 kilogram weegt, wat echt veel minder is dan soortgelijke instrumenten in laboratoria op Aarde. Er kunnen zowel bodem- als atmosfeermonsters mee geanalyseerd worden.
Een ander instrument in de rover, genaamd Chemin, is een
röntgendifractie en -fluorescentie instrument waarmee monsters die
gemaakt zijn door de boor onderzocht kunnen worden. Mineralen reageren specifiek op röntgenstraling. Op basis daarvan kunnen verschillende mineralen gedetecteerd worden.
Zap!
Soms kan de rover met zijn boor niet bij een rots komen. Geen probleem, Curiosity heeft een instrument genaamd ChemCam, dat bestaat uit een laser dat een punt op de rots tot op 7 meter afstand kan doen verdampen. Daarvoor verhit de laser de rots plaatselijk tot 30.000 graden. De rots zendt daarbij licht uit, wat ChemCam gaat onderzoeken met een spectrometer. ChemCam is niet zo geschikt voor het onderzoek van organische bestanddelen. Er is nog niet eerder een dergelijk instrument geweest in planetair onderzoek. ChemCam staat op de mast op de rover, boven de stereocamera's.
Camera's
De stereocamera's staan op de mast van Curiosity, bijna twee meter boven het oppervlak. Als je de plaatjes van Curiosity ziet, dan zie je dat de verschillende grootten openingen hebben. De ene camera is namelijk een kleinhoek-camera, de andere een middenhoek camera. De twee camera's kunnen beelden van HD kwaliteit (1600x1200) opnemen in kleur. Ze kunnen ook in infrarood licht kijken en er kunnen filters toegepast worden. Er is 8 gigabyte aan flash geheugen waarop de beelden kunnen worden opgeslagen in RAW formaat, maar de beelden kunnen ook als jpeg worden opgeslagen. Nieuw is dat er ook video mee opgenomen kan worden van HD kwaliteit (720p).
Curiosity heeft voor en achter ook camera's die door de computer gebruikt gaan worden om te kijken of de rover niet ergens in of tegenaan rijdt. Er is ook een camera die tijdens de landing foto's neemt.
De robotarm en de boor
Op de robotarm zit, net als bij Spirit en Opportunity, een draaiend platform met diverse instrumenten. Zo zit er een microscoop op. Curiosity's voorgangers hadden ook een microscoop, maar dat was eerder te vergelijken met een loupe. Curiosity's Mars Hand Lens Imager kan details zien die kleiner dan de breedte van menselijke haar zijn. Net als op eerdere rovers heeft Curiosity ook een Alpha Particle X-Ray Spectrometer, waarmee het voorkomen van elementen in de bodem kan worden onderzocht.
De boor kan door hard vulkanisch gesteente of zacht gesteente boren. Het doel van het boren is om het gesteente om te zetten tot poeder, dat dan geanalyseerd kan worden in het lab. Mocht de boor vast komen te zitten in de rots, dan heet Curiosity de mogelijkheid om hem uit de rots te hameren. Er zijn extra bitjes aanwezig, mocht een boor opgebruikt zijn.
Andere instrumenten
Curiosity heeft een weerstation aan boord, de Rover Environmental Monitoring System. Dit station meet temperatuur, wind en luchtvochtigheid.
Tenslotte is er nog een stralingsmeter aan boord, de Radiation Assessment Detector. Dit instrument gaat meten hoeveel straling er op het oppervlak komt. Niet onbelangrijk als we ooit op het Mars-oppervlak willen lopen.
Energie
Het zal je misschien opgevallen zijn dat Curiosity geen zonnepanelen heeft, zoals de Spirit en Opportunity rovers. In plaats daarvan heeft Curiosity een radio isotoopgenerator (RTG). Dit is een generator die werkt dankzij het verval van plutonium-238. Bij dit verval wordt warmte geproduceerd, wat omgezet wordt tot beweging door een gas de laten expanderen. Deze energiebron levert 2,5 kilowatt per dag op. Ter vergelijking: Spirit en Opportunity konden maximaal 0,6 kilowatt per dag leveren. Er is dus een hoop meer energie voor beweging, experimenten en electronica. Curiosity hoeft het dus in de winter, als de zon lager staat, ook niet zuiniger aan te doen. Hij is er niet afhankelijk van. De missieduur van Curiosity is gesteld op 2 jaar, maar met de RTG kan Curiosity nog vele jaren voort.
Computer
De computer aan boord draait op een 200 Mhz RAD750 processor van IBM met VxWorks (6.0?) als operating system. Je zult misschien verbaasd zijn dat een processor op een NASA rover maar 200 Mhz is. Waarom niet de meest recente multicore processor? Dat heeft te maken met stralingsgevoeligheid en de energie die het kost om de processor te draaien. Stralingsgeharde chips lopen vaak flink achter op de laatste trends in de wereld van de thuiscomputer.
Bovendien wil NASA zuinig zijn met energie. Liever nog een paar keer extra gebruik maken van de laser spectrometer of ChemCam dan die paar Mhz-en meer. De processor is wel sneller dan die van Spirit en Opportunity, wat Curiosity gaat helpen om sneller zijn weg te vinden. Geschat wordt dat Curiosity 30 meter per uur kan rijden. Ter vergelijking: Opportunity heeft een snelheidsrecord van 177,5 meter op een dag neergezet. De intelligentie van de software van Curiosity staat dan ook op de jarenlange ervaringen met de voorlopers.
Waar gaat Curiosity landen?
Curiosity gaat landen in de Gale krater. Het lijkt erop alsof er ooit water in deze krater gestaan heeft en de kraterberg in het midden van de krater biedt de mogelijkheid om, al klimmend, de geologie van Mars laag voor laag te onderzoeken. Aan de bodem van de kraterberg denkt men het meest interessante materiaal te vinden. Dankzij de hoge resolutie foto's die de Mars Reconnaissance Orbiter tegenwoordig levert, heeft men al een route uitgestippeld voor de komende 2 jaar.
Een toelichting op de landingsplaats wordt gegeven in dit filmpje:
Na Curiosity
Later in dit decennium hadden NASA en ESA nieuwe rovers van het caliber van Curiosity gepland, maar qua budgetten loopt dat allemaal niet zo goed. De Mars Astrobiology Explorer/Cacher (MAX-C), die in 2018 gelanceerd had moeten worden, is geschrapt. ESA werkt nog aan een ExoMars missie die in 2018 gelanceerd moet worden. NASA zou een Atlas-V raket voor deze missie leveren, maar inmiddels heeft zij aangegeven dat in het huidige budget niet te kunnen.
Maar voor het zover is, laten we eerst genieten van de Curiosity. Als alles lukt, wordt het een grandioze missie.
Bronnen: NASA, de NASA MSL Science Corner, Wikipedia, SETI talks op Youtube (1, 2),
(Ik heb deze video al eens eerder gepost, maar het blijft een mooi filmpje. Ik zag op Youtube dat Doug Ellison (van unmannedspaceflight.com) er aan gewerkt heeft en daarbij alles er aan gedaan heeft om de video zo waargetrouw mogelijk te maken.)
Waar voorgaande rovers op zoek gingen naar water en daarvoor ruimschoots aanwijzingen vonden, gaat Curiosity op zoek naar microbiologisch leven: dood of levend. Daar brengt Curiosity een laboratorium voor mee met allerlei instrumenten aan boord en een robotarm die monsters bij het laboratorium kan brengen. Overdag rijdt de rover rond en 's nachts worden de monsters onderzocht in het lab. Op de robotarm zit een boor dat gebruikt wordt om poedervormige monsters te halen uit rotsen.
Het laboratorium
Ik ben ooit afgestudeerd op een laboratorium-opleiding (HLO Delft, tegenwoordig in Rotterdam, opleiding Analytische Proces- en Laboratorium Instrumentatie als je het weten wilt). Ik werk al weer 14 jaar in de IT, maar nog steeds vind ik het reuze interessant wat Curiosity met zich mee draagt aan analyseapparatuur. Curiosity is niet de eerste lander met een laboratorium op Mars. In 2008 ervaarde NASA hoe moeilijk het is om bodemmonsters van de Martiaanse noordpool in een het lab van de Mars Phoenix-lander te krijgen. En al in 1976 hadden de twee Viking landers een gas chromatograaf en een massa spectrometer aan boord. Waar ze toen geen rekening mee gehouden hadden, was dat perchloraat hun onderzoek naar leven in de war zou schoppen. Dat is tenminste wat we nu denken dat er toen mis gegaan is.
Het lab van Curiosity doet niet onder voor wat je normaal in een lab op Aarde tegen kunt komen. Monsters van de boor op de robotarm worden in een van de 74 monstercupjes gebracht en daarna in een oven tot op 1000 graden Celsius verhit. Daarna wordt het monster geleid naar het eerste analyseinstrument, de gas chromatograaf. Om kort te gaan: het monster gaat erin en organische moleculen komen er gescheiden uit. Daarna worden deze stoffen geleid door een massaspectrometer. Dit is een instrument dat het binnenkomende monster ioniseert en dan verdeeld op basis van massa. Aan de hand van de gas chromatograaf en de massa spectrometer kunnen wetenschappers bepalen welke stoffen in een monster zaten. Sporen van leven kunnen er makkelijk mee gevonden worden.
Dan is er de Tunable Laser Spectrometer. Dit instrument zal precieze isotoop ratio's voor koolstof- en zuurstof-atomen in een monster bepalen. Al deze instrumenten zijn onderdeel van het Sample Analysis on Mars (SAM) onderdeel dat alles bij elkaar 38 kilogram weegt, wat echt veel minder is dan soortgelijke instrumenten in laboratoria op Aarde. Er kunnen zowel bodem- als atmosfeermonsters mee geanalyseerd worden.
 |
| Het Sample Analysis at Mars onderdeel. Aan de kant die naar de camera toe gericht is, is de Tunable Laser Spectrometer. Linksboven zit de gas chromatograaf. De goudkleurige trommel hoort er geloof ik ook bij. Daar zou de 30 meter lange buis in opgerold zitten waardoor het monster moet om gescheiden te worden. |
Zap!
Soms kan de rover met zijn boor niet bij een rots komen. Geen probleem, Curiosity heeft een instrument genaamd ChemCam, dat bestaat uit een laser dat een punt op de rots tot op 7 meter afstand kan doen verdampen. Daarvoor verhit de laser de rots plaatselijk tot 30.000 graden. De rots zendt daarbij licht uit, wat ChemCam gaat onderzoeken met een spectrometer. ChemCam is niet zo geschikt voor het onderzoek van organische bestanddelen. Er is nog niet eerder een dergelijk instrument geweest in planetair onderzoek. ChemCam staat op de mast op de rover, boven de stereocamera's.
 |
| Curiosity met de MastCam en daarbovenop de ChemCam (de ronde spiegel in de witte behuizing). Aan de mast zijn ook witte uitsteeksels te zien. Dat is het door Spanje geleverde weerstation. |
Camera's
De stereocamera's staan op de mast van Curiosity, bijna twee meter boven het oppervlak. Als je de plaatjes van Curiosity ziet, dan zie je dat de verschillende grootten openingen hebben. De ene camera is namelijk een kleinhoek-camera, de andere een middenhoek camera. De twee camera's kunnen beelden van HD kwaliteit (1600x1200) opnemen in kleur. Ze kunnen ook in infrarood licht kijken en er kunnen filters toegepast worden. Er is 8 gigabyte aan flash geheugen waarop de beelden kunnen worden opgeslagen in RAW formaat, maar de beelden kunnen ook als jpeg worden opgeslagen. Nieuw is dat er ook video mee opgenomen kan worden van HD kwaliteit (720p).
Curiosity heeft voor en achter ook camera's die door de computer gebruikt gaan worden om te kijken of de rover niet ergens in of tegenaan rijdt. Er is ook een camera die tijdens de landing foto's neemt.
De robotarm en de boor
Op de robotarm zit, net als bij Spirit en Opportunity, een draaiend platform met diverse instrumenten. Zo zit er een microscoop op. Curiosity's voorgangers hadden ook een microscoop, maar dat was eerder te vergelijken met een loupe. Curiosity's Mars Hand Lens Imager kan details zien die kleiner dan de breedte van menselijke haar zijn. Net als op eerdere rovers heeft Curiosity ook een Alpha Particle X-Ray Spectrometer, waarmee het voorkomen van elementen in de bodem kan worden onderzocht.
 |
| Technici in de cleanroom testen Curiosity's robotarm. |
De boor kan door hard vulkanisch gesteente of zacht gesteente boren. Het doel van het boren is om het gesteente om te zetten tot poeder, dat dan geanalyseerd kan worden in het lab. Mocht de boor vast komen te zitten in de rots, dan heet Curiosity de mogelijkheid om hem uit de rots te hameren. Er zijn extra bitjes aanwezig, mocht een boor opgebruikt zijn.
Andere instrumenten
Curiosity heeft een weerstation aan boord, de Rover Environmental Monitoring System. Dit station meet temperatuur, wind en luchtvochtigheid.
Tenslotte is er nog een stralingsmeter aan boord, de Radiation Assessment Detector. Dit instrument gaat meten hoeveel straling er op het oppervlak komt. Niet onbelangrijk als we ooit op het Mars-oppervlak willen lopen.
Energie
Het zal je misschien opgevallen zijn dat Curiosity geen zonnepanelen heeft, zoals de Spirit en Opportunity rovers. In plaats daarvan heeft Curiosity een radio isotoopgenerator (RTG). Dit is een generator die werkt dankzij het verval van plutonium-238. Bij dit verval wordt warmte geproduceerd, wat omgezet wordt tot beweging door een gas de laten expanderen. Deze energiebron levert 2,5 kilowatt per dag op. Ter vergelijking: Spirit en Opportunity konden maximaal 0,6 kilowatt per dag leveren. Er is dus een hoop meer energie voor beweging, experimenten en electronica. Curiosity hoeft het dus in de winter, als de zon lager staat, ook niet zuiniger aan te doen. Hij is er niet afhankelijk van. De missieduur van Curiosity is gesteld op 2 jaar, maar met de RTG kan Curiosity nog vele jaren voort.
Computer
De computer aan boord draait op een 200 Mhz RAD750 processor van IBM met VxWorks (6.0?) als operating system. Je zult misschien verbaasd zijn dat een processor op een NASA rover maar 200 Mhz is. Waarom niet de meest recente multicore processor? Dat heeft te maken met stralingsgevoeligheid en de energie die het kost om de processor te draaien. Stralingsgeharde chips lopen vaak flink achter op de laatste trends in de wereld van de thuiscomputer.
Bovendien wil NASA zuinig zijn met energie. Liever nog een paar keer extra gebruik maken van de laser spectrometer of ChemCam dan die paar Mhz-en meer. De processor is wel sneller dan die van Spirit en Opportunity, wat Curiosity gaat helpen om sneller zijn weg te vinden. Geschat wordt dat Curiosity 30 meter per uur kan rijden. Ter vergelijking: Opportunity heeft een snelheidsrecord van 177,5 meter op een dag neergezet. De intelligentie van de software van Curiosity staat dan ook op de jarenlange ervaringen met de voorlopers.
Waar gaat Curiosity landen?
Curiosity gaat landen in de Gale krater. Het lijkt erop alsof er ooit water in deze krater gestaan heeft en de kraterberg in het midden van de krater biedt de mogelijkheid om, al klimmend, de geologie van Mars laag voor laag te onderzoeken. Aan de bodem van de kraterberg denkt men het meest interessante materiaal te vinden. Dankzij de hoge resolutie foto's die de Mars Reconnaissance Orbiter tegenwoordig levert, heeft men al een route uitgestippeld voor de komende 2 jaar.
 |
| De gewaagde landing van Curiosity aan een jetpack. Nog nooit eerder gedaan, maar technici zweren dat ze het uitentreuren getest hebben. |
Na Curiosity
Later in dit decennium hadden NASA en ESA nieuwe rovers van het caliber van Curiosity gepland, maar qua budgetten loopt dat allemaal niet zo goed. De Mars Astrobiology Explorer/Cacher (MAX-C), die in 2018 gelanceerd had moeten worden, is geschrapt. ESA werkt nog aan een ExoMars missie die in 2018 gelanceerd moet worden. NASA zou een Atlas-V raket voor deze missie leveren, maar inmiddels heeft zij aangegeven dat in het huidige budget niet te kunnen.
Maar voor het zover is, laten we eerst genieten van de Curiosity. Als alles lukt, wordt het een grandioze missie.
Bronnen: NASA, de NASA MSL Science Corner, Wikipedia, SETI talks op Youtube (1, 2),
Geen opmerkingen:
Een reactie posten