Proverna Apollo 11 tog tillbaka till jorden från månen var mänsklighetens första från en annan himlakropp. NASA:s kommande Mars 2020 Perseverance roveruppdrag kommer att samla in de första proverna från en annan planet (den röda) för att återvända till jorden genom efterföljande uppdrag. I stället för astronauter, Perseverance rover kommer att förlita sig på de mest komplexa, kapabel och renaste mekanism som någonsin skickats ut i rymden, Exempel Caching System.

De sista 39 av de 43 provrören i hjärtat av provsystemet laddades, tillsammans med förvaringsenheten som ska hålla dem, ombord på NASA:s Perseverance-rover den 20 maj på Kennedy Space Center i Florida. (De andra fyra rören hade redan laddats på olika platser i Sample Caching-systemet.) Integreringen av de sista rören markerar ytterligare ett viktigt steg i förberedelserna inför öppningen av roverns lanseringsperiod den 17 juli.

"Medan du inte kan låta bli att förundras över vad som uppnåddes på Apollons dagar, de hade en sak för dem som vi inte har:stövlar på marken, sade Adam Steltzner, chefsingenjör för roveruppdraget Mars 2020 Perseverance vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien. "För att vi ska samla de första proverna av Mars för att återvända till jorden, i stället för två astronauter har vi tre robotar som måste arbeta med precisionen av en schweizisk klocka."

Medan många människor tänker på Perseverance-rovern som en robot, det är faktiskt besläktat med en samling robotar som arbetar tillsammans. Ligger på framsidan av Perseverance rover, själva provcachesystemet består av tre robotar, den mest synliga är roverns 7 fot långa (2 meter långa) robotarm. Fastskruvad på framsidan av roverns chassi, den femledade armen bär ett stort torn som inkluderar en roterande slagborr för att samla kärnprover av Mars-sten och regolit (bruten sten och damm).

Den andra roboten ser ut som ett litet flygande tefat inbyggt i roverns framsida. Kallas bitkarusellen, den här apparaten är den ultimata mellanhanden för alla Mars-provtransaktioner:Den kommer att tillhandahålla borrkronor och tomma provrör till borren och kommer senare att flytta de provfyllda rören in i roverchassit för bedömning och bearbetning.

Den tredje roboten i Sample Caching System är den 1,6 fot långa (0,5 meter långa) provhanteringsarmen (känd av teamet som "T. rex-armen"). Ligger i magen på rover, den tar vid där bitkarusellen slutar, flytta provrör mellan lagrings- och dokumentationsstationer samt bitkarusellen.

Klockliknande precision

Alla dessa robotar måste köras med klockliknande precision. Men där den typiska schweiziska kronometern har färre än 400 delar, Sample Caching System har fler än 3, 000.

"Det låter mycket, men du börjar inse behovet av komplexitet när du tänker på att Sample Caching System har till uppgift att autonomt borra i Mars berg, att dra ut intakta kärnprover och sedan försegla dem hermetiskt i hypersterila kärl som är väsentligen fria från organiskt material med ursprung från jorden som kan komma i vägen för framtida analyser, ", sa Steltzner. "När det gäller teknik, det är det mest komplicerade, mest sofistikerade mekanism som vi någonsin har byggt, testad och redo för rymdfärd."

Uppdragets mål är att samla ett dussin eller fler prover. Så hur fungerar denna tre-robot, labyrintisk samling av motorer i en ångbåtstam, planetväxellådor, kodare och andra enheter arbetar noggrant tillsammans för att ta dem?

"Väsentligen, efter att vår slagborr har tagit ett kärnprov, den kommer att vända och docka med en av de fyra dockningskonerna i bitkarusellen, ", sa Steltzner. "Då roterar bitkarusellen den Mars-fyllda borrkronan och ett provrör ner i rovern till en plats där vår provhanteringsarm kan ta tag i den. Den armen drar ut det fyllda provröret ur borrkronan och tar det för att avbildas av en kamera inuti Sample Caching System."

Efter att provröret har avbildats, den lilla robotarmen flyttar den till volymbedömningsstationen, där en ramstång trycks ner i provet för att mäta dess storlek. "Då går vi tillbaka och tar en annan bild, sade Steltzner. Efter det, vi tar upp en tätning – en liten plugg – för toppen av provröret och går tillbaka för att ta ännu en bild."

Nästa, Sample Caching System placerar röret i förseglingsstationen, där en mekanism hermetiskt tätar röret med locket. "Då tar vi ut röret, " tillade Steltzner, "och vi lämnar tillbaka den till förvaring där den först började."

Att få systemet designat och tillverkat, sedan integreras i Perseverance har varit en sju år lång strävan. Och arbetet är inte gjort. Som med allt annat på rover, det finns två versioner av Sample Caching System:en teknisk testmodell som kommer att stanna här på jorden och flygmodellen som kommer att resa till Mars.

"Den ingenjörsmodell är identisk på alla möjliga sätt med flygmodellen, och det är vårt jobb att försöka bryta det, sa Kelly Palm, Sample Caching System integrationsingenjör och Mars 2020 testledare vid JPL. "Vi gör det för att vi hellre ser att saker slits ut eller går sönder på jorden än på Mars. Så vi testade den tekniska testmodellen för att informera om vår användning av dess flygtvilling på Mars."

För detta ändamål, teamet använder olika stenar för att simulera terrängtyper. De borrar dem från olika vinklar för att förutse alla tänkbara situationer som rover kan vara i där forskarteamet kanske vill samla ett prov.

"Då och då, Jag måste ta en minut och fundera över vad vi gör, " sa Palm. "För några år sedan gick jag på college. Nu håller jag på med systemet som ska ansvara för att samla in de första proverna från en annan planet för att återvända till jorden. Det är ganska häftigt."

Perseverance är en robotforskare som väger cirka 2, 260 pund (1, 025 kg). Roverns astrobiologiuppdrag kommer att söka efter tecken på tidigare mikrobiellt liv. Det kommer att karakterisera planetens klimat och geologi, samla in prover för framtida återkomst till jorden, och bana väg för mänsklig utforskning av den röda planeten. Oavsett vilken dag Perseverance lyfter under sin 17 juli-aug. 11 lanseringsperiod, den kommer att landa vid Mars Jezero-krater den 18 februari, 2021.