Blog single photo

Hvis det fungerer, vil dette være den første raketten som ble lansert fra Mars - Air & Space Magazine

Omtrent et titalls år fra nå kan Martians endelig ankomme Jorden. Hvis de gjør det, vil det være fordi vi tok dem hit.                                                                   NASA og European Space Agency planlegger et dristig oppdrag for å samle prøver av stein og jord fra overflaten av den røde planeten og transportere dem over 34 millioner miles av verdensrommet. Å gi forskere en enestående mulighet til å studere hva Mars er laget av og å søke for bevis på at planeten en gang hadde liv. Fordi tidligere oppdrag har avslørt tegn til Marsjøer og elvedeltaer, tror forskerne at de kan finne fossilene fra mikroskopiske organismer som trivdes i de innsjøene og elvene før planeten ble den frise ørkenen som den er i dag.      Neste juli begynner det tredelte oppdraget med å returnere prøver fra Mars med lanseringen av Mars 2020-roveren. Mens roveren utforsker og samler jord, vil NASA-ingeniører fortsette å utvikle teknologien for de to andre fasene av oppdraget � lansere en rakett som løfter prøvene til Martian bane, hvor den vil møte med et ventende returbil som skal ferge den dyrebare lasten til jorden. For hvert av trinnene i denne prosessen står ingeniørene ved NASAs Jet Propulsion Laboratory overfor en rekke skremmende utfordringer.      For det første har ingen noen gang lansert en rakett fra overflaten til en annen planet. Dette er et veldig annet scenario enn det som brakte Apollo-astronauter hjem fra månen, bare 238 900 mil unna. I motsetning til stigningstrinnet til Apollo Lunar Module, vil det planlagte Mars Ascent Vehicle (MAV) måtte frigjøre seg fra en planets tyngdekraft, selv om trekket bare er 38 prosent av overflatetyngden på jorden. Og før stigende kjøretøy lanseres for hjemmet, vil det ha måttet tåle et strøk av fysiske avstraffelser.      For det første, som nyttelast ombord i en lander som er på vei til Mars, vil MAV bli utsatt for en grov tur med en oppskyting fra Jorden, etterfulgt av en seks til ni måneders flytur gjennom dype rom, noe som vil kulminere med en brennende inngang til atmosfære rundt Mars, en supersonisk avstamming og en ikke-så myk landing. Etter dette vil farkosten sitte på overflaten i et halvt Mars-år (tilsvarer et helt år på jorden), utsatt for støvstormer, ultrafiolett stråling og temperaturer så lave som minus 40 grader Fahrenheit.      En annen avgjørende forskjell fra Apollo-oppdragene: Det vil ikke være mennesker på romfartøyet. Og fordi det kan ta flere minutter for en sending å komme til Mars, er til og med fjernpilotering uaktuelt.       �Vi kan ikke joysticken det, � sier Paulo Younse, ingeniør ved NASAs Jet Propulsion Laboratory. �Vi kan ikke kommunisere med det, og vi har ikke en person om bord, så det må være automatisk.�                Ingeniører ved Jet Propulsion Laboratory installerer styrbordhjulene til Mars 2020-roveren, som veier over 2300 pund. Hvis alt går etter planen, vil en annen �fetch�-rover bli sendt for å laste inn prøvene som ble samlet under 2020-oppdraget på et Mars Ascent Vehicle.            (NASA / JPL-Caltech)       18. februar 2021 vil Mars 2020-roveren røre ned i det 30 mil brede Jezero-krateret (uttales �YEH-zuh-roh�), der den vil samle prøver og cache dem i hermetisk forseglede rør for senere gjenfinning. NASA brukte fem år på å overveie et landingssted før det slo seg ned på Jezero. Forskere mener at krateret for mellom 4,1 og 3,5 milliarder år siden var fylt med en innsjø, 820 fot dyp. Kanskje mer spennende er tegnene til et elvedelta. Et delta er ekstremt flink til å bevare biosignaturer, bevis på liv som kan ha eksistert i innsjøvannet, eller i grenseflaten mellom sedimentet og innsjøen, eller muligens ting som levde i overvannsområdet som ble feid inn av elven og avsatt i deltaet, � sa prosjektforsker Mars Farley fra Mars 2020 da han kunngjorde landingsplassen i november i fjor. Roveren vil samle prøver fra minst fem forskjellige bergarter, inkludert leire og karbonater, som har stort potensiale for å bevare indikatorer på eldgamle liv, enten det er i form av sammensatte organiske molekyler eller fossiler av mikrober. Letingen etter prøver vil bli hjulpet av en rekke instrumenter, inkludert SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals), som bruker spektrometre, en ultrafiolett laser og et kamera for å oppdage organiske forbindelser. Men, sier forskere, dette utstyret vil ikke erstatte de mer sofistikerte instrumentene på jorden. Spesielt når de blir konfrontert med den utfordrende oppgaven å skille livstegn fra kjemisk aktivitet som kan etterligne organiske prosesser. �For å virkelig gjøre det neste store spranget med å forstå Mars som et system, ønsker vi å ha prøver her, � sier Charles Edwards, en JPL-sjef for Mars Exploration Directorate. �Ved å få disse prøvene tilbake til jorden, kan du virkelig slippe løs kraften fra alle jordbaserte laboratorier og svare på noen av spørsmålene som vi ønsker å svare på om livet på Mars, hvis vi snakker om utdødd tilværelse eller til og med langt liv .� NASA og European Space Agency har gått sammen om å planlegge for de senere oppdragene later ennå ikke planlagt� som til slutt vil fullføre Mars Sample Return. Etter Mars 2020 er neste trinn å sende en annen lander til Jezero krater med en �hent rover� og Mars Ascent Vehicle. Roveren vil hente rørene som inneholder prøvene av stein og jord som er lagret i mars 2020, og deretter laste dem inn i MAVs nyttelastbeholder, en 17 pund sylinder på størrelse med en volleyball. MAV vil da bli hevet, sannsynligvis autonomt, fra en horisontal til en oppreist lanseringsposisjon og vil løfte til møte med den tredje delen av oppdraget: en Earth Return Orbiter. Kravene som stilles til design for MAV gjør det til den mest risikable delen av oppdraget. Ashley Karp, fremdriftsleder og nestleder for oppstigningskjøretøyet ved JPL, sier å utvikle fremdriftssystemet for raketten er den tøffeste ingeniørutfordringen hun har jobbet med i løpet av sine syv år på NASA-anlegget. �Vi må passe innenfor inngangs-, nedstignings- og landingssystemet for å få oss til Mars, og deretter for å kunne starte, og levere prøvene til et annet system også, � Karp sier. �Så det er flere grensesnitt å spille.� Fremdriftssystemet vil kreve drivstoff som tåler temperaturekstremene på Mars, mens det også oppfyller volum- og vektkravene som gjør at MAV-en kan passe inne i en Mars-lander: Den kan ikke være tyngre enn ca. . I løpet av de siste to tiårene har NASA-ingeniører lekt seg med flere MAV-fremdriftsdesign og har nå nullet inn på to muligheter: en en-trinns hybrid rakettmotor og en to-trinns fastbrensel-rakettmotor. Den viktigste fordelen med rakett med fast brensel er at teknologien er godt forstått, sier Karp. De har faktisk allerede blitt brukt på tidligere oppdrag, så som Pathfinder, Spirit og Opportunity� til å lande på Mars. Motor med fast brensel er mindre sammensatt enn motorer som bruker flytende drivstoff, som krever et matesystem så vel som et trykksystem eller pumper. Og siden fast drivmiddel er mindre etsende og mer stabilt enn flytende drivstoff, kan det enkelt lagres i lange perioder. Hybride raketter som lagrer oksydasjonsmidlet som en væske eller en gass, og drivstoffet som et fast stoff er en tøffere problem å løse. Ingeniører har pinglet med design helt siden 1933, da Sovjetunionen lanserte en rakett som kombinerte flytende oksygen og en solid form for bensin. Men i motsetning til faste raketter, der oksydasjonsmidlet og drivstoffet allerede er kombinert til et enkelt drivmiddel, er det vanskelig å trygt oppnå et høyt trykk med hybridraketter, fordi den faste brennstoffkomponenten ikke brenner raskt nok når flytende oksidasjonsmiddel sprayes på separat under flyturen. Og til tross for at den er den mindre utviklede teknologien, mener NASA de potensielle fordelene med en hybridrakett for et Mars-oppdrag er for mange til å ignorere. Når en rakett med fast brensel er antent, må den holde seg tent. En hybrid tilbyr flere manøvreringsmuligheter siden den kan strykes, stenges ned og reignigeres under flyging. NASA er optimistisk angående en hybrid på grunn av et nytt drivstoff med høyere forbrenningshastighet. Det er en parafin kalt SP7, et voksaktig faststoff laget av en blanding av mettede hydrokarboner. Oksidasjonsmidlet kalles MON25�a flytende oksidasjonsmiddel som inneholder 25 prosent blandede oksider av nitrogen. Problemet med et konvensjonelt fast drivmiddel er at de ekstreme temperaturene på Mars kan føre til at den sprekker og muligens eksploderer ved antennelse. Som sådan, hvis NASA valgte en rakettmotor med fast brensel, ville lander måtte bruke avgjørende kraft for å holde MAV varm. Derimot kan den voksagtige SP7 som brukes i en hybrid rakettmotor forbli strukturelt lyd når den utsettes for store variasjoner i temperatur, og oksydasjonsmiddelet MON25 har et frysepunkt på minus 67 grader Fahrenheit, som også gir god margin for temperaturen som forventes ved Jezero-krateret mellom den tiden MAV lander på Mars og løfter av et fullt jordår senere. I slutten av april passerte hybridraketten en avgjørende terskel: en vellykket tenning på minus fire grader Fahrenheit. �Det var den første demonstrasjonen at det faktisk fungerte, � sier Karp. I slutten av juli ble ytterligere to tester gjennomført. Den første testet rakettenes raske tenningssystem for en andre forbrenning så vel som en ny rakettdyse, og den andre testet en justert SP7-formulering.                Det vil være et høyt fangstspill når Earth Return Orbiter (kunstnerens inntrykk) fanger en 17 kilos volleyballstørrelse med fremmed jord, som suser gjennom rommet mellom 185 og 250 mil over Mars.            (ESA / ATG Medialab)       Uansett hvilken MAV-design som velges, vil den kreve autonome veilednings-, navigasjons- og kontrollteknologier for å oppnå riktig Mars-bane slik at Earth Return Orbiter kan finne den. For Evan Anzalone, en veilednings- og navigasjonsingeniør ved Marshall Space Flight Center, ville den tøffeste utfordringen være å etablere innledende forhold før lansering, nøyaktig hvor på overflaten MAV er i forhold til sin målbane, og nøyaktig hvilken vei den peker (dets holdning). Rakettenes holdning bestemmes ikke bare av retningen som nesekeglen er spiss, men også av planetens rotasjonsrate og lokale tyngdekraftsmiljø. �Del bedre vi kan måle disse tingene, jo bedre kan vi finne ut hva vår innledende holdning er, � sier Anzalone. � Problemet kan løses, og vi har gjort det med store kjøretøy. Men når du kommer deg ned i denne mindre størrelsen, må du gjøre alt dette autonomt, med lang forsinkelse for alle slags kommandoer og utsjekker�.� Anzalone og kollegene studerer to tilnærminger til veiledning, kontroll og navigasjon. Den ene kalles �open loop� veiledning, der raketten i hovedsak er forhåndsprogrammert for å fly en bestemt bane. �Du bare gi kommandoer til aktuatorene dine og gå, � Anzalone. Det er en relativt enkel måte å skyte en rakett på, men den bærer risikoer. Hvis for eksempel Mars-landeren som bærer MAV-landene på Jezero-krateret, slik at rakettens holdning bare er en grad av, vil et ledesystem med åpen sløyfe starte med den første feilen og MAV ville ikke nå sin bane. Derimot er det andre alternativet veiledning av lukket sløyfe, et mye mer komplisert system. Med denne tilnærmingen overvåker raketten sin posisjon, skyvekraft og hastighet under flyging og justerer der den peker munnstykket for å finjustere banen. Når MAV når sin utpekte bane, bør den frigjøre kapselet som inneholder prøvene. Earth Return Orbiter, rettet i samme bane, ville krype opp på den med en lukkingshastighet på omtrent to inches per sekund. Det er sannsynlig at prøvebeholderen vil være lys i fargen, muligens med symboler som ligner QR-koder, sier Paulo Younse, JPL-ingeniøren som utvikler fangst- og inneslutningssystemet. Disse funksjonene vil gjøre det mulig for kameraer om bord i banen å finne lettere målet. Inntil en adskillelse på rundt 328 fot, ville flykontrollører kunne overvåke tilnærmingen og muligens foreta kurskorreksjoner før møtet. Etter det vil imidlertid � det hele være ombord [og] romfartøyet fly seg selv, � sier Jeffrey Umland, sjefsmekaniker for NASAs nåværende InSight-oppdrag til Mars og en samarbeidspartner om fangst- og inneslutningssystemet. �Vi har denne veldig dyrebare tingen, og det har litt treghet i det, � Younse. � Det beveger seg og det snurrer i sakte tempo, og utfordringen er å nå fange denne tingen, robotisk, på bane, og ta den inn i systemet vårt, pakke det inn i en beholder slik at vi kan forsegle det og ta med den tilbake til jorden. Vi har ikke gjort noe komplisert.� Mens det europeiske romfartsorganet utvikler Earth Return Orbiter, utvikler ingeniører ved JPL fangst-og-inneslutningssystemet om bord i dette romfartøyet. På forsiden av det systemet vil det være en fangekegle, med en pakke sensorer som vil oppdage når beholderen er helt inne i hvilket punkt et lokk raskt (innen to sekunder) ville stengt over toppen av kjeglen før beholderen har en sjanse til å treffe baksiden av kjeglen og sprette tilbake ut i verdensrommet. �Tenk på det mer eller mindre som en musefelle, men vi flyr til musa, � sier Umland. Inne i kjeglen ville en mekanisk arm festet til en padle deretter svinge over beholderen og skyve den ned mot baksiden av fangekonen og inn i et inneslutningsbeholder. En annen anordning, muligens en slags viskemekanisme, vil sveipe over beholderen for å orientere den slik at prøveglassene blir lagret høyre side opp i forhold til romskjermens varmeskjold. Oppdragsplanleggere tror de hermetiske selene på rørene ville ha den beste sjansen for å overleve hvis de møtte vekk fra kjøreretningen under reentry og ankomst til Jorden muligens ved et landingsområde i Utah-ørkenen. Det er ikke slik som science-fiction forfattere tradisjonelt har sett for seg at martiere ankom jorden. Men hvis det lykkes, kan vi endelig skaffe bevis på liv i en annen verden.                       Les mer



footer
Top