Det verkar lätt nog:om vi kan spränga en man till månen för en golfrunda, varför har vi Mars-rovers ?
Mars är trots allt den planet som mest liknar jorden - det vill säga om jorden hade en medeltemperatur på minus 81 grader Fahrenheit (minus 63 grader Celsius), var till synes livlös och hade en tunn Mars-atmosfär [källa:Mars Exploration] . Ändå liknar dess geologiska mönster en mängd olika platser vi är bekanta med på jorden, från de uråldriga, översvämningsärrade och eroderade länderna i delstaten Washington till öknarna i Death Valley och permafrosten i Antarktis.
Naturligtvis betyder det inte att ett bemannat uppdrag till Mars är besläktat med en semester till Kalifornien. Rovers har tillåtit rymdprogram att inte bara utforska Mars yta utan också lösa några av de problem som skulle uppstå om vi en dag skulle skicka kvinnor eller män till planeten.
InnehållAtt skicka en rover på ett Mars-uppdrag är inte så lätt som att bara skicka en barnbil med en walkie-talkie spikad i taket. Vi kommer att utforska både tekniken och instrumenten som används på Mars Exploration Rovers, samtidigt som vi tittar på hur de kommunicerar med jorden.
Och tekniken gör ingen besviken; Rovern Curiosity, som lanserades 2011, har instrument på sig som verkligen hör hemma i en science-fiction-film. (Tips:lasrar.)
Hittills har vi försökt få kontakt med Mars 40 gånger. Det före detta Sovjetunionen ledde de första fem uppdragen, som ägde rum från 1960 till 1962. Alla uppdragen var planetens förbiflygningar, vilket innebär att fartyg skulle kretsa runt Mars för att skicka tillbaka bilder. Dessa uppdrag var alla misslyckanden; antingen nådde inte rymdfarkosten planeten eller så gick rymdfarkosten sönder under resan.
Det första framgångsrika uppdraget var 1964 års resa med Mariner 4, en amerikansk farkost som gav 21 bilder av planeten.
Sedan dess har USA, fd Sovjetunionen, Japan och Europeiska rymdorganisationen alla lanserat uppdrag till planeten Mars. I följande avsnitt kommer vi att utforska inte bara själva roversna utan också några av upptäckterna de gjorde.
Så om vi är så avancerade och fancy att vi kan bygga extremt komplicerade robotar till Mars, varför kan vi inte bara skicka astronauten Terry? Den viktigaste anledningen är förmodligen också den mest uppenbara:Terry skulle förmodligen bara inte klara sig där.
Det vill säga, bara ungefär en tredjedel av de uppdrag som har lanserats hittills har slutat med "framgång", vilket betyder att de har gjort en resa till Mars intakt. Även om det är lätt att vara optimistisk om de nästan en tredjedel av rovers som har försett oss med värdefull information, är det inte lika lätt att heja på ett sånt meritlista när Terry the Astronaut är med i bilden. Få av oss har chansen att dö var tredje dag på jobbet.
Kostnaden är naturligtvis en annan faktor. Medan Curiosity, den senaste rovern som är en del av NASA:s Mars Science Laboratory-uppdrag, kostade hela 2,47 miljarder dollar att bygga, behövde NASA fortfarande inte ta hänsyn till irriterande saker som att låta någon andas syre [källa:Space.com]. Eller återvänd från Mars, för den delen.
Tänk på att en Mars-rover stannar på planeten för alltid när vi är klara med dem, men Terry the Astronauts resa är mer en semester än en flytt. Och det betyder mat, bränsle, avfallshantering och en uppsjö av andra kostnader – två gånger.
Utöver logistik och kostnader finns alla de stora okända uppgifterna om hur det mänskliga systemet skulle kunna reagera på en atmosfär som Mars.
Eftersom Mars inte har något magnetfält, skulle människor få enorma doser av kosmisk strålning - inte ett problem på jorden, där planetens magnetfält arbetar för att blockera det. En 1 000-dagars resa till Mars har potential att resultera i en 40 procents chans att astronauten utvecklar cancer efter att ha återvänt till jorden - inte nödvändigtvis något som många människor letar efter när de intervjuar för ett jobb [källa:NASA Science].
Tänk också på att om Terry the Astronaut också är Terry the Woman, löper hon ännu större risk:Att ha bröst och kvinnliga reproduktionsorgan utgör nästan dubbelt så stor risk för cancer [källa:NASA Science]. Så utan att Astronauten Terry har registrerat sig för massiva doser av cancerframkallande strålar, har vi robotutforskare kvar.
Det mest lockande med Mars-utforskning är löftet om att hitta vatten - eller tidigare bevis på vatten. "Vatten är nyckeln eftersom nästan överallt där vi hittar vatten på jorden finner vi liv", påpekar NASA:s webbplats. "Om Mars en gång hade flytande vatten, eller fortfarande har i dag, är det tvingande att fråga sig om några mikroskopiska livsformer kunde ha utvecklats på dess yta."
De första uppdragen till Mars var förbiflygningar, vilket betyder att de helt enkelt kretsade runt fartyg som skickade tillbaka fotografier av planeten. Den första var Mariner 3 1962; dock kom den första framgångsrika omloppsbanan och fotografierna 1965 från Mariner 4.
När förbiflygningarna upphörde 1969, innebar nästa serie av uppdrag orbiters. NASA designade dessa rymdfarkoster för att på längre sikt kretsa runt Mars och samla in fotografier. Mariner 9, 1972, var den första som tog fotografier av hela Mars yta.
Orbiting-uppdrag har fortsatt, inklusive lanseringen 2005 av Mars Reconnaissance Orbiter. Orbitern kunde upptäcka föremål så små som en mattallrik, samtidigt som den bär ekolod för att hitta vatten under ytan. Det kanske viktigaste är att det fortfarande är ett avgörande kommunikationsverktyg för att förmedla information tillbaka till uppdragskontroll.
Men låt oss vandra över till rovers föregångare. Viking 1 och 2, som lanserades i mitten av 70-talet, hade båda landare som gick ner till Mars yta. De var de första som upptäckte att Mars var självsteriliserande, vilket betyder att kombinationen av ultraviolett strålning med den torra jorden och den oxiderande naturen hos markkemin förhindrar att organismer bildas.
När vi tänker på mer moderna maskiner som landar på Mars börjar vi vanligtvis med 1995 års Pathfinder-uppdrag. Pathfinder bestod av en landare, utrustad med en fallskärm för att komma in i Mars atmosfär, och Sojourner-rover. Utrustningen returnerade tusentals bilder, samt 15 kemiska analyser av jord- och väderdata.
År 2003 lanserade Mars Exploration Rover-uppdragsteamet Spirit and Opportunity, varav en fortfarande korsade planeten när 2011 slutade.
Ande och möjligheter, visar det sig, är inte bara ord vi använder för att få oss själva att må bättre när vi är deprimerade. År 2003 lanserade NASA de glatt namngivna Spirit and Opportunity rovers, som inledde ett uppdrag med mycket större rörlighet och avstånd än Pathfinder.
Båda rovers delar några anmärkningsvärda egenskaper. De kan både generera ström från solpaneler och lagra den i interna batterier. Ifall några små gröna män är i närheten, kan rovers ta högupplösta färgbilder eller slå ut förstoringskameror så att jordbundna forskare kan granska föremål.
Flera spektrometrar på rovrarnas arm använder alla möjliga trick för att bestämma sammansättningen av stenar, inklusive spåra hur mycket värme ett föremål avger och avfyra alfapartiklar mot det. Spirit and Opportunity kom också utrustad med en installerad borr (Rock Abrasion Tool) för att borra in i planetens yta.
Roverkroppen är den varma elektroniska lådan (WEB). Ett utrustningsdäck sitter på toppen av rovern, där masten (eller periskopögat) och kameror finns. De guldmålade väggarna på roverns kropp tål minus 140 grader Fahrenheit (minus 96 grader Celsius).
Inuti roverns WEB finns litiumjonbatterier, radioapparater och elektroniska saker som spektrometrar, som alla kräver värme för att fungera. Roverns hjärna är en dator som är jämförbar med en kraftfull, avancerad bärbar dator men med speciella minnesfunktioner som inte förstör med strålning och avstängningar. Datorerna kontrollerar också kontinuerligt temperaturerna för att säkerställa en "frisk" rover.
Vad Spirit and Opportunity fann var en kredit till tekniken som gjorde det möjligt för dem att utforska den röda planeten. Inom ett par månader efter landning upptäckte Opportunity bevis på saltvatten, vilket lämnar möjligheten öppen för att liv (och fossila indikationer) en gång kan ha funnits på planeten. Spirit snubblade över stenar som pekade på en tidigare, ohärskare Mars som präglades av nedslag, explosiv vulkanism och vatten under ytan [källa:NASA Mars].
Både Spirit och Opportunity är inte längre lyhörda. NASA avslutade Spirits uppdrag 2011, och ingenjörer vid Mission Control vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory (JPL) kunde inte återuppliva Opportunity 2019.
På sex år tog Spirit 124 838 bilder och reste 4,8 miles. Samtidigt fanns Opportunity i mer än 14 år, tog 217 594 råa bilder och reste 28 miles.
Det räcker inte med att säga att Spirit och Opportunity har kameror och lite snygg radioutrustning. Med 384 pund (170 kilo) vardera – och totalt 850 miljoner dollar att bygga – tror du bättre att utrustningen inte bara är din pålitliga MacBook som är superlimmad på en AM/FM-radio.
Först och främst ger en panoramakamera, monterad på varje rover, ett större geologiskt sammanhang. Kameran, placerad på masten cirka 1,5 meter från marken, tar inte bara färgbilder utan har 14 olika filter som kan identifiera sten- och jordmål för närmare titt.
En miniatyr termisk emissionsspektrometer identifierar mineraler på platsen med lite hjälp från infraröda våglängder. Det hjälper till att hitta distinkta mönster som kan visa vattenrörelser. På roverarmen finns en Moessbauer-spektrometer, som placeras direkt på prover för att hitta järnhaltiga mineraler, ett annat verktyg för att avgöra hur vatten har påverkat jorden och berget.
För att bestämma sammansättningen av stenar finns det en alfapartikelröntgenspektrometer - samma typ som finns i geologiska laboratorier, som hjälper forskare att fastställa ursprung och förändringar i proverna. Det mikroskopiska bildverktyget kan noggrant undersöka bergbildning och variationer.
Men hur fan kan vi faktiskt ta reda på dessa fantastiska upptäckter som Spirit och Opportunity gör? Tja, det är inte precis din farbrors radioinstallation. Även om det också finns en lågeffekts- och låghastighets UHF-radio med en mager datahastighet, används den främst som backup och vid landningsstadiet.
I allmänhet kommunicerar orbiters bara omkring tre timmars information direkt till jorden. Resten avlyssnas faktiskt och skickas till den kretsande Mars Odyssey och Mars Global Surveyor, som sänder till jorden – och vice versa.
Orbiter rör sig från horisont till horisont på cirka 16 minuter; 10 av dessa minuter kan användas för att kommunicera med rovers [källa:NASA]. Om vi skulle gissa kan cirka 10 megabyte daglig data skickas till jorden. Detta är särskilt användbart eftersom orbiters är i närmare kontakt med båda roverna och har ett mycket längre fönster för att kommunicera med jorden än någon rover.
Roverna använder vardera två antenner för kommunikation:en högförstärkningsantenn som kan styra sig själv för att stråla information mot en antenn på jorden, och en lågförstärkningsantenn som kan ta emot och skicka information från alla håll med en lägre hastighet än högförstärkningsantenn. förstärkningsantenn.
Alla dessa kommunikationer sker på Deep Space Network (DSN), ett internationellt nätverk av antenner med kommunikationsmöjligheter i Mojaveöknen i Kalifornien; Madrid, Spanien; och Canberra, Australien.
Det finns för närvarande två rovers på Mars-ytan:nyfikenhet och uthållighet. Curiosity, som har 17 kameror, landade i Gale-kratern 2012. Curiosity Rover som inrymmer Mars Science Laboratory är ungefär dubbelt så stor som Spirit and Opportunity. Cirka 10 fot (3 meter) lång och 7 fot (2 meter) hög, väger rover cirka 2 000 pund (900 kilogram) och har en "rocker" fjädring som balanserar fordonet över stenig Mars-terräng.
Uthållighet landade 2020 vid Jezero-kratern och strövar omkring i Mars-landskapet och letar efter bevis på tidigare mikrobiellt liv.
Även om roversna inte precis slår en klocka varje morgon, skickar de bilder, tillsammans med instrument och statusdata, tillbaka till sina jordbossar.
Genom att extrapolera från data skickar forskarna kommandon till rovern under det tre timmar långa fönstret för direkt kommunikation med högförstärkningsantennen. Rovern är sedan på egen hand i 20 timmar, utför kommandon och skickar bilddata till de två overheadsatelliterna. Roverns befälhavare kan säga åt den att röra sig mot en ny sten, slipa en sten, analysera en sten, ta foton eller samla in annan data med andra instrument.
Rovern och forskarna upprepar detta mönster i kanske 90 dagar. Vid den tidpunkten kommer roverns kraft att börja minska. Mars och jorden kommer också att komma längre och längre ifrån varandra, vilket gör kommunikationen svårare. Så småningom kommer rovern inte att ha tillräckligt med kraft för att kommunicera, kommer att vara för långt borta eller kommer att stöta på mekaniskt fel, och uppdraget kommer att avslutas.
I november 2011 lanserade NASA Mars Science Laboratory för att studera jord och berg med avseende på organiska föreningar eller förhållanden som kan hjälpa oss att förstå om Mars är - eller någonsin kunde - stödja "bebobarheten" för livet på planeten.
Mars Science Laboratory är faktiskt en funktion av roveraren Curiosity, som rymmer de vetenskapliga instrument som samlar in och analyserar prover.
2004 valde NASA ut några olika förslag på undersökningar och utrustning att inkludera i laboratoriet. Tillsammans med USA och Kanada har även Spanien och Ryssland instrument på uppdraget. Spanien studerar Rover Environmental Monitoring Station, designad för att övervaka atmosfären och ultravioletta strålar. Ryssland levererade instrumentet Dynamic Albedo of Neutrons, som mäter väte under planetens yta, vilket indikerar vatten eller is.
En uppsättning instrument som kallas Sample Analysis at Mars kommer att analysera prover. (Kreativt namngivning är i allmänhet inte en prioritet vid vetenskapliga uppdrag.) Efter att roverns arm har tagit upp proverna kommer en gaskromatograf, en masspektrometer och en laserspektrometer att mäta kolhaltiga föreningar och isotopförhållanden, vilket indikerar vattnets historia på Mars. En alfapartikelröntgenspektrometer kommer att mäta mängden olika grundämnen.
Du hittar även följande praktiska instrument ombord på laboratoriet:
Men låt oss vara ärliga:Den coolaste delen av Mars Science Laboratory är förmodligen ChemCam, som "använder laserpulser för att förånga tunna lager av material från Mars stenar eller markmål upp till 7 meter (23 fot) bort" [källa:Mars Science Labfakta].
Det kommer att avgöra vilka atomer som svarar på strålen medan ett teleskop visar vad lasern lyser upp. De kommer att hjälpa forskarna att avgöra exakt vad de vill att rovern ska resa till eller hämta. Utöver det är det bara supercoolt att ha lasrar på robotar.
