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Was Sie wissen sollten, bevor Sie sich die Mars-Landung von Perseverance am 18. Februar ansehen | Wissenschaft

Seit seiner Einführung am 30. Juli letzten Jahres hat a, Rakete Der Perseverance Rover der NASA hat einen C-förmigen Kurs durch den tintenschwarzen Weltraum auf dem Weg zum Mars verfolgt. Wenn alles nach Plan läuft, wird der Radroboter am 18. Februar die Größe eines Kleinwagens wird seine sechsmonatige, 292,5 Millionen Meilen lange Reise zurücklegen und sicher auf der Oberfläche des Roten Planeten landen.

Sollte dies gelingen, wird Perseverance nach Sojourner (1997), den Zwillingsrovern Spirit and Opportunity (2004) und Curiosity (2012) der fünfte NASA-Rover sein, der jemals auf dem Mars gelandet ist. Der neue Rover, der liebevoll Percy genannt wird, wird den staubigen, mit Kratern übersäten Planeten nach Beweisen für uraltes Leben absuchen und den Weg für zukünftige menschliche Besucher ebnen.

Aber Räder auf den Mars zu bekommen ist schwer. Da Länder begann versucht, in den 1960er Jahren Raumschiffe auf den Planeten zu schicken, nur 40 Prozent der Missionen hat bestanden. Einige Lander flogen am Mars vorbei und verfehlten den Planeten vollständig, während andere den Planeten erreichten, aber beim Aufprall zerstört wurden. Jede Mission in eine andere Welt birgt immer Risiken, sagt G. Scott Hubbard, Professor für Luft- und Raumfahrt an der Stanford University. Sie können es nicht vermeiden.





Hubbard weiß das nur zu gut: Er wurde 1999 der erste Direktor des Mars-Programms der NASA, nachdem er zwei NASA-Missionen zum Mars hatte gescheitert Rücken an Rücken. Seit der Jahrhundertwende hat die NASA eine perfekte Bilanz mit Marsmissionen, eine Leistung, die Hubbard auf strenge Tests, Geld und Geduld zurückführt. [W]e haben nicht jedes Mal versucht, zu schwingen und den Homerun zu treffen, sagt er. Wir haben die Erfahrung aufgebaut, gelernt und neue Technologien integriert, sobald sie fertig waren.

Die NASA wird die Landung am 18. Februar auf ihrem Mars 2020 live übertragen Webseite ab 14:15 Uhr Osten; der Landevorgang wird voraussichtlich gegen 3:38 beginnen. nicht so wie feierliche Umarmungen und High-Fiving in der Missionskontrolle nach der Landung von Curiosity im Jahr 2012, wird die diesjährige Veranstaltung aufgrund der Pandemie gedämpfter ausfallen. Besatzungsmitglieder bei der Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, Kalifornien, werden maskiert und auf das erforderliche Personal beschränkt, um die Ausbreitung des Covid-19-Virus zu verhindern.



Für die Tausenden von Wissenschaftlern, die Perseverance zu diesem Punkt verholfen haben, werden die Nerven auf einem Allzeithoch sein. Es ist ein bisschen surreal. Der Mars ragt gerade ziemlich groß im Fenster, sagt Swati Mohan , der Mars 2020 Leit-, Navigations- und Kontrolloperationsleiter, der während des Landeereignisses als Missionskommentator fungieren wird.

Mohan sagt, das Team habe vor der Landung so viel wie möglich getan. Es gehe nur um die Ausführung, sagt sie. Jetzt müssen wir nur noch unserem Team und der harten Arbeit vertrauen, die wir bisher geleistet haben, um uns bis ins Ziel zu führen.

Bevor Sie sich Mohans Play-by-Play des Landeereignisses der Beharrlichkeit ansehen, sind hier ein paar Dinge, die Sie wissen sollten, die Ihnen helfen, mitzumachen.



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Was sind die sieben Minuten des Terrors?

Abstieg zum Mars

Die Raumsonde, die Perseverance trägt, beginnt in dieser Illustration ihren Abstieg zum Mars.(NASA/JPL-Caltech)

Nach sechs Monaten Reisezeit erfolgt der eigentliche Ein-, Sink- und Landevorgang in nur sieben Minuten. Aber weil der Mars so weit von der Erde entfernt ist, brauchen die Funksignale von Perseverance etwa 11 Minuten und 22 Sekunden, um zurück zur Missionssteuerung zu gelangen. Wenn also die Missionskontrolle das Signal erhält, dass der Rover die Spitze der Marsatmosphäre erreicht hat, wird Perseverance bereits gelandet sein – oder abgestürzt sein.

Wissenschaftler nennen diese angespannte Einflug-, Abstiegs- und Landezeit die Sieben Minuten Terror . Dieser Zeitraum ist nicht nur der riskanteste Teil der gesamten Mission, sondern die Verzögerung bei der Kommunikation zwischen Erde und Mars bedeutet, dass Perseverance vollständig autonom landen muss. Es gibt kein Joysticking, das wir machen können, sagt Mohan.

Während die Missionssteuerung Signale erhält, dass der Rover jeden wichtigen Teil der Landung abgeschlossen hat – zum Beispiel das Signal, dass Fallschirme eingesetzt wurden – beobachten sie, wie sich das Schicksal des Rovers offenbart. Auch wenn die Ereignisse bereits vor Minuten stattfanden, ist das Warten auf die nächste Übertragung nervenaufreibend, sagt Hubbard: Man hat wirklich das Gefühl, im Moment zu sein und es passiert genau dann.

Wie landet man sicher auf dem Mars?

Einstieg Abstieg und Landung

Diese Abbildung zeigt die Schritte des Eintritts, des Abstiegs und der Landung von Perseverance auf dem Mars.(NASA/JPL-Caltech)

Der erste große Meilenstein erfolgt gegen 15:38 Uhr. Eastern Time, wenn die NASA schätzt, dass sie erfahren wird, dass sich die Roverkapsel von der Rakete und der dazugehörigen Hardware gelöst hat. Zehn Minuten später sollte die Kapsel die Marsatmosphäre durchbrechen und bald den Höhepunkt der Erwärmung erreichen, da sie mit atemberaubenden 12.000 Meilen pro Stunde absinkt. Um zu verlangsamen, sollte das Fahrzeug eine Art Tanz am Himmel ausführen – ähnlich wie bei einem Flugzeug S-Manöver während seine Piloten auf den Startschuss warten, um auf einem Flughafen zu landen.

Der Rover sollte sich immer noch schnell bewegen, bis sich sein riesiger Fallschirm entfaltet. Der Fallschirm wird den Abstieg des Raumfahrzeugs drastisch verlangsamen – aber die Atmosphäre des Mars ist dünner als die der Erde, und der Rover benötigt eine außergewöhnlich weiche Landung, sodass schließlich Raketen die Geschwindigkeit des Raumschiffs auf nur zwei Meilen pro Stunde oder Schrittgeschwindigkeit verlangsamen sollten. Während das Schiff langsam über einen sicheren Ort absinkt, wird Perseverance hoffentlich darunter hervorkommen, an Zügeln aufgehängt. Sobald die Räder des Rovers den Boden berühren – gegen 15:55 Uhr. Ost auf der Uhr Ihres Computers – die Zügel sollten abgeschnitten sein und das Abstiegsfahrzeug sollte in den Weltraum fliegen, die Mission erfüllt.

Was könnte schiefgehen?

Angetriebener Abstieg

Der Perseverance-Rover der NASA startet seine Sinkstufen-Triebwerke, wenn er sich in dieser Abbildung der Marsoberfläche nähert.(NASA/JPL-Caltech)

Auch die besten Pläne können scheitern. Wenn sich Raketen der Oberfläche des Planeten nähern, können sie Staub, Steine ​​und Sand aufwirbeln, die dem Fahrzeug möglicherweise schaden könnten. Und ein Wetter-Freak-Event wie eines von Die berüchtigten Staubstürme des Mars Dinge zum Scheitern bringen könnte, obwohl Grant sagt, dass dies sehr unwahrscheinlich ist – die NASA verfügt über Modelle, um vorherzusagen, wann und wo diese auftreten werden.

Selbst eine sichere Landung bedeutet nicht, dass der Rover vollständig im Klaren ist. Als Curiosity im Jahr 2012 landete, ein Windsensor war teilweise kaputt. Wissenschaftler vermuten, dass Steine, die durch den raketenbetriebenen Abstieg des Rovers nach oben geschleudert wurden, die Verkabelung des Sensors beschädigt und den kleinen Rückschlag verursacht haben könnten.

Jessica Samuels, Oberflächenmissionsmanagerin des Mars 2020-Teams, sagt, dass die beste Maßnahme zur Vermeidung einer Katastrophe bereits stattgefunden hat: a Menge, viel testen, sagt sie. An dem Entwicklungsprogramm sind Menschen aus der ganzen Welt beteiligt. Wir bauen verschiedene Einheiten und testen alles.

Erst wenn Perseverance landet und ihr erstes Bild zur Erde zurücksendet, können sich Wissenschaftler entspannen. Das ist, wenn du gehst, Puh , sagt Hubbard.

Wo wird Beharrlichkeit landen und warum?

Kratersee

Die Landeellipse im Jezero-Krater platziert den Rover an der Stelle eines alten Flussdeltas, das Anzeichen von versteinertem mikrobiellem Leben beherbergen könnte.(NASA/JPL-Caltech)

Beharrlichkeit wird landen in Kratersee , ein 28 Meilen breites Becken, das sich rühmt spektakuläre aussichten von steilen Klippen, Sanddünen und mit Geröll übersäten Feldern. (Geologie-Enthusiasten können eine Interaktive Karte des felsigen Geländes auf der NASA-Website.) Jezero wurde wahrscheinlich beim Aufprall gebildet, als vor Milliarden von Jahren etwas auf die Marsoberfläche traf.

Die Wahl eines Landeplatzes für Perseverance erforderte fünf Jahre intensiver Diskussionen, sagt John Grant , leitender Geologe am Center for Earth and Planetary Studies an der Smithsonian Nationales Luft- und Raumfahrtmuseum (NASM). Jezero zeichnete sich durch seine Geschichte aus. Der Mars ist zu kalt und zu trocken, als dass Leben heute existieren könnte, aber eine der wichtigsten Missionen von Perseverance besteht darin, nach Anzeichen von früherem Leben auf dem Planeten zu suchen. Wir wissen, dass der Mars der Erde zu einem bestimmten Zeitpunkt viel ähnlicher war als heute, sagt it Mariah Baker , ein Postdoktorand am NASM, und so suchen wir nach Umgebungen, in denen in der Vergangenheit möglicherweise Leben gelebt wurde.

Mariner 9 zeigte, dass die Oberfläche des Mars der des Mondes sehr ähnlich war. Aber die Form der dort gefundenen Krater und Canyons lässt vermuten, dass seine Oberfläche einmal von fließendem Wasser überspült wurde.

Vor Milliarden von Jahren glauben Wissenschaftler, dass Jezero eine Heimat für uralte mikrobielle Lebensformen gewesen sein könnte. Die Stätte trägt alle typischen Merkmale einer einstmaligen Flussdelta: Vor 3 bis 3,5 Milliarden Jahren floss Wasser durch Kanäle in den Krater, sammelte sich und floss wieder ab und lagerte dabei wertvolle Sedimentschichten ab. Wenn im Sediment mikrobielles Leben vorhanden gewesen wäre, hätte es möglicherweise Biosignaturen hinterlassen, chemische Spuren seiner Anwesenheit, sagt Grant.

Beharrlichkeit wird nach diesen Chemikalien suchen, die Hubbard die Fingerabdrücke des Lebens nennt.

Die Wahrheit über den Davidstern

Wie wird diese Veranstaltung im Vergleich zur Landung von Curiosity im Jahr 2012 aussehen?

Ausdauer Rover

Diese Abbildung zeigt den Perseverance-Rover der NASA, der im Vergleich zum Curiosity-Rover von 2012 einige große Verbesserungen aufweist und auf der Marsoberfläche operiert.(NASA/JPL-Caltech)

Als Curiosity im Jahr 2012 startete, war es mit Abstand der fortschrittlichste Rover, der zum Mars geschickt wurde. Zu Beginn seiner Mission zum Gale-Krater hatte der Rover chemische und mineralische Spuren entdeckt, die darauf hindeuten, dass die Umgebung des Mars einst die Bedingungen, die notwendig sind, um das mikrobielle Leben zu erhalten .

Das Design von Perseverance ähnelt stark dem von Curiosity, jedoch mit einigen großen Upgrades. Perseverance ist vor allem für den Einstieg, den Abstieg und die Landung ausgestattet mit Geländebezogene Navigation .

Frühere Missionen haben sich hauptsächlich auf Radar verlassen, um herauszufinden, wo sie sich in Bezug auf den Boden befinden, sagt Mohan. Sie vergleicht die Methode damit, sich im Dunkeln zu bewegen und nur Ihre Hände zu benutzen, um zu fühlen, wohin Sie gehen. Bei der geländerelativen Navigation hingegen kann man die Augen öffnen, sagt sie.

Perseverance trägt eine detaillierte Karte, die alle Gefahren im Jezero-Krater identifiziert – tückische Felsen, steile Klippen und mehr – sowie eine Kamera zum Sehen. Während Beharrlichkeit entscheidet, wo gelandet wird, kann der Rover nach unten schauen, erkennen, wo er sich in Bezug auf die Oberfläche befindet, auf der Karte nachschauen, um eine kleine Entfernung zu manövrieren und den sichersten Landeplatz auszuwählen.

Der Jezero-Krater war als Landeplatz für Curiosity in Betracht gezogen worden, wurde jedoch abgelehnt, weil er als zu riskant angesehen wurde. Damals schätzte das Team von Curiosity, dass sie eine Chance von 80 bis 85 Prozent gehabt hätten, sicher auf Jezero zu landen. Wissenschaftler schätzen, dass Perseverance dank der geländerelativen Navigation eine 99-prozentige Chance auf eine sichere Landung hat.

Die geländebezogene Navigation, sagt Mohan, habe es wirklich möglich gemacht, dorthin zu gelangen, wo die Wissenschaftler hin wollten, im Gegensatz zu den Orten, die die Ingenieure für am sichersten und machbarsten hielten.

Wenn alles gut geht, was steht als nächstes auf der Agenda?

Beharrlichkeit Rock Sample

In dieser Abbildung verwendet Perseverance seinen Bohrer, um eine Gesteinsprobe auf dem Mars zu entkernen. Die NASA hofft, solche Proben bei einer zukünftigen Mission zu gewinnen.(NASA/JPL-Caltech)

Nach der Landung entfaltet sich Perseverance, durchläuft einige interne Tests und trifft dann die Marsoberfläche im Laufen – oder Rollen.

Einige Tage nach der Landung wird Perseverance hoffentlich einige Bilder vom Ein-, Abstiegs- und Landevorgang zurücksenden. Der Rover trägt 19 Kameras und sein Landungsboot trägt vier weitere – die größte Anzahl von Kameras, die jemals in eine Weltraummission geflogen wurden. Wenn alles gut geht, sollten die an den Landungsbooten angebrachten Kameras hochauflösende Bilder des Fallschirmaufblasens, des Rover-Abstiegs und anderer wichtiger Teile des Einstiegs, des Abstiegs und der Landung zurücksenden, was den Ingenieuren helfen wird, den Landeprozess für zukünftige Missionen zu verfeinern. Hoffentlich bieten die Bilder dem Publikum auch eine erstaunliche Vogelperspektive der Rover-Landung, sagt Samuels.

Beharrlichkeit trägt auch ein Mikrofon – was bedeutet, dass innerhalb von Tagen nach der Landung Wissenschaftler und Publikum können hören, wie sich der Mars anhört . Das Mikrofon zeichnet unter anderem Audio beim Einsteigen, Sinken und Landen, das Knallen der Laserkamera des Rovers in Aktion, die Geräusche des Rovers bei der Arbeit und das Rauschen des Marswinds auf. Wird wohl nicht so sein Der Marsianer mit Matt Damon, aber es wird etwas ganz Neues sein, sagt Hubbard.

Entscheidend für zukünftige Missionen wird Perseverance auch sein zwei Meter langer Roboterarm Proben von der Marsoberfläche zu sammeln, die verlockende Beweise für uraltes mikrobielles Leben enthalten könnten. Diese werden an einem sicheren Ort auf dem Mars gespeichert, und die NASA hofft sie zur Erde zurückzubringen auf einer zukünftigen Mission – was bedeutet, dass Ausdauer der Auftakt des ehrgeizigsten interplanetaren Staffelrennens ist, das es je gab.

Experimente auf dem Rover werden auch zukünftigen Marsforschern den Weg ebnen. Eines der ausgeklügelten neuen Instrumente des Rovers, das Mars-Sauerstoff-In-Situ-Ressourcennutzungsexperiment , alias MOXIE, nimmt Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf und wandelt es in Sauerstoff um.

Schließlich könnte ein Instrument wie MOXIE dazu beitragen, menschliche Besucher auf dem Mars zu erhalten – die nächste große Herausforderung am Horizont.





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