Sådan fungerer Mars Curiosity Rover

Flyt dig, Ånd og mulighed:Der er en ny Mars-rover på planeten fra august 2012. Med sin sekshjulstræk, rocker-bogie-ophængningssystem og mastmonterede kameraer, det kan ligne sine ærværdige forgængere, men kun på den måde, en pickup ligner en Humvee. Vi taler om en atomdrevet, laser-toting monster truck of science, komplet med raketpakke - en stjæle til $ 2,5 milliarder (skat, titel, docking og fragtgebyrer inkluderet).

Det Mars Science Laboratory , aka Nysgerrighed , dominerer Mars rover showroom, strækker sig dobbelt så længe (ca. 10 fod, eller 3 meter) og bygget fem gange så tungt (1, 982 pund, eller 899 kg) som NASAs rekordstore 2003-modeller, Ånd og mulighed. Det kommer off-road klar, uden nav til at låse (og ingen til at låse dem). Seks 20-tommer (51 centimeter) aluminiumsfælge river over forhindringer, der nærmer sig 30 tommer (75 centimeter) høje og stiger 200 meter om dagen på Mars-terræn.

Damer og herre, 2011 -nysgerrigheden indeholder flere gadgets end et Ronco -lager - alt fra udstyr til opsamling af jord og pulveriserede prøver af sten, til sigter til klargøring og sortering af dem, til indbyggede instrumenter til analyse af dem. Curiosity's laser er et afstemeligt spektrometer designet til at identificere organiske (kulstofholdige) forbindelser og bestemme isotopforholdene mellem nøgleelementer. Bedst af alt, sit gennemprøvede atomkraftsystem, længe brugt i satellitter, rumfartøjer og måneudstyr fløjet ombord på Apollo -missionerne, er garanteret ikke at efterlade dig strandet i en støvstorm.

Ja bestemt, NASA gik tilbage til tegnebrættet for denne, drømmer om et fraktallignende arrangement for at pakke det fineste udvalg af kompakte videnskabelige tilbehør ind i det mindst mulige rum. Men tag ikke vores ord for det:Spørg Rob Manning, chefsystemingeniør på flysystem, Jet Propulsion Laboratory, hvem kalder det "langt, det mest komplekse, vi nogensinde har bygget "[kilde:JPL].

Ingen indsats blev sparet for NASAs mest ambitiøse rover til dato. Denne arbejdshest vil udføre mere ombord videnskabelig forskning, ved hjælp af en større pakke laboratorieinstrumenter og sensorer, end nogen tidligere Mars -model. Bestil i dag, og NASA leverer den inden for 20 miles fra din dør (nogle begrænsninger gælder, døren skal være inden for et leveringsområde på 402 millioner kilometer). Din rover lander med mere præcision og dækker mere robust terræn end nogen anden, og det vil have den hidtil bedste chance for at fange vandstrømningens historie og muligheden for gamle beboelige miljøer på Mars. Ja, hvis bladet Motor Trend havde en kategori for pladsbuggies, Nysgerrighed ville uden tvivl få årets Rover.

Nu, hvorfor lader du os ikke holde på dine nøgler, mens du tager den med til en prøvekørsel?

1. Fra Blueprint til Bullet
2. En lydløs, Patient Rover
3. Ikke -standardudstyr
4. Space Truckin '

Fra Blueprint til Bullet

År med test, udvikling og indbygning af fejltolerancer kulminerede kl. 10:02 EST den 26. november, 2011, da Mars Science Laboratory (MSL) blev sendt fra Cape Canaveral Air Force Station ombord på en Atlas V -raket. Det landede med succes på Mars kl. 01:32 EDT, 6. august, 2012.

Inden Curiosity læsses ind i sin skal, ingeniører udsatte roveren for en streng serie af tests, der simulerede både interne fejl og eksterne problemer, straffe, der omfattede centrifuger, drop test, trækprøver, køreprøver, belastningstest, stresstest og test af kortslutninger [kilde:JPL].

I mellemtiden, NASA måtte beslutte, hvor den nye rover ville udforske, hvordan det ville komme dertil, og hvordan rumorganisationen kunne lande det sikkert - lettere sagt end gjort.

Jorden og Mars kredser om solen med forskellige hastigheder - 686,98 Jordens dage for Mars kontra 365,26 for Jorden - hvilket betyder, at deres relative afstand varierer enormt. At nå Mars med så lidt brændstof som muligt betød lancering, når den røde planet passerer tættest på os [kilde:NASA]. Dette var ingen mindre overvejelse:Mars svinger mere end syv gange så langt fra Jorden i sin yderste ekstreme (249,3 millioner miles, eller 401,3 millioner kilometer) end ved den nærmeste tilgang (34,6 millioner miles, eller 55,7 millioner kilometer) [kilde:Williams].

Som en quarterback, der kaster et pas, lanceringssystemet var ikke rettet mod, hvor Mars var, men for hvor det ville være, når håndværket ankom. NASA kastede den pasning, og rover-fodbolden nåede sin runde og røde modtager mere end 250 dage senere, og rørte ved søndag, 6. august, 2012 (østlig dagslys).

NASA "kastede" ikke MSL fra jordens overflade, imidlertid; agenturet lancerede det fra planetarisk kredsløb. Sådan gør du:Når løftebilen nåede rummet fra Cape Canaveral, dens næsekegle, eller kåbe, åbnede sig som en muslingeskal og faldt væk, sammen med rakettens første etape, som skar af og faldt til Atlanterhavet. Anden fase, en Centaur -motor, derefter sparket ind, placere fartøjet i en parkeringsbane. Når alt var ordentligt stillet op, raketten satte gang i en anden forbrænding, driver fartøjet mod Mars.

Cirka 44 minutter efter lanceringen, MSL adskilt fra sin raket og begyndte at kommunikere med Jorden. Da det fortsatte sin vej, det lavede lejlighedsvis planlagte kursrettelser.

Når det ramte Mars -atmosfæren, det sjove begyndte for alvor.

Nysgerrighed begyndte sin rejse med at udforske Gale, et nedslagskrater beliggende mellem Mars sydlige højland og det nordlige lavland. Måler 96 miles (154 kilometer) på tværs, Gale spreder sig over et område svarende til Connecticut og Rhode Island tilsammen.

En lydløs, Patient Rover

Inden for Mars, stiger højere end Mount Rainier -tårnene over Seattle, står et sedimentbjerge 3 miles (5 kilometer) højt. Består af lag af mineraler og jord - herunder ler og sulfater, som peger på en vandig historie - disse lag vil give et uvurderligt kort over Mars 'geologiske historie [kilder:Siceloff; Zubritsky].

Tidligere vand ville have strømmet mod og opsamlet i Gales lavland, gør det til et sandsynligt depot for resterne af vandløb, pools og søer, og derfor et ideelt sted at finde tegn på Mars tidligere beboelighed.

Ligesom Walt Whitmans "lydløse patientedderkop, "Nysgerrighed vil snart en dag stå isoleret på et udspring, sende data tilbage, hvorfra dets missionskontrollører vil beslutte "hvordan man udforsker den ledige store omgivelser." Dens edderkoppelignelse ender ikke med poetisk licens eller endda dens spidse, leddede ben, imidlertid; det strækker sig til den edderkoplignende måde, hvor roveren landede på Mars -overfladen.

Inden vi opklarer det, imidlertid, lad os se på det raketassisterede spring, som håndværket lavede, da det først nåede Mars.

Da rumfartøjet med nysgerrighed svingede ind i Mars -atmosfæren 125 kilometer over jorden, den styrede og bremsede gennem en række S-kurver som dem, der blev brugt af rumfærgerne. I minutterne før touchdown, cirka 11 kilometer op, fartøjet sprang en faldskærm for at bremse sine 900 mph (1, 448 km / t) nedstigning. Det skød derefter sit varmeskjold ud fra bunden af ​​keglen, skabe en exit for nysgerrighed.

Roveren, med det øverste trin fastspændt på ryggen som en skildpaddeskal, faldt fri af keglen. Et øjeblik senere, den øverste etages rim-monterede retro-raketter sprængt til live, stabilisering af parret til en svævende position omkring 20 meter over overfladen; herfra, den øverste etape fungerede som en himmelkran, sænker nysgerrighed som en edderkop på silke. Når roveren var sikkert på jorden, dens snor blev skåret, og Nysgerrighed begav sig ud på sin rejse [kilder:NASA; JPL].

Kort før touchdown, det Mars Descent Imager tog high-definition farvevideo af landingszonen. Disse optagelser hjalp med landing og gav et fugleperspektiv af udforskningsområdet for forskere og missionsspecialister derhjemme. En anden række instrumenter, det Mars Science Laboratory Entry, Nedstigning og landingsinstrumentsuite , vil måle atmosfæriske forhold og rumfartøjs ydeevne. NASA vil bruge disse data, når de planlægger og designer fremtidige missioner.

Det nye landingssystem var mere kompliceret, men også mere præcist kontrolleret, end nogensinde før, gør det muligt for missionsplanlæggere at se det længe ønskede mål for Gale Crater. At lande inden for Curiositys 20 kilometer (20 kilometer) målområde inden for krateret ville have været umuligt for Spirit og Mulighed, som havde brug for fem gange så meget areal, når de hoppede ned i deres bobleplast i rumalderen. Denne succes åbnede en lang række ønskelige steder, herunder stejlvæggede kratere, der tidligere var begrænsede på grund af deres vanskelige terræn.

Nysgerrighed vil også lægge grunden til fremtidige missioner, ligesom tidligere Mars -jagter gjorde den nye rovers ekspedition mulig. Sådanne missioner kan omfatte at samle sten op og flyve dem hjem, eller foretage mere vidtrækkende overfladeundersøgelser, søger bevis for marsmikrobielt liv og dets vigtigste kemiske ingredienser [kilde:NASA].

Nu hvor vi er landet i god behold, lad os tage et kig på, hvilken slags udstyr der er standard med Mars Science Laboratory -pakken.

Ikke -standardudstyr

Uanset om jeg pakker til en to ugers ferie eller sørger for en videnskabelig ekspedition i en fjendtlig ørken millioner af miles væk, det grundlæggende problem er det samme:

Hvad skal man medbringe, hvad skal man medbringe ....

I modsætning til en terrestrisk turist, hvem kan springe ned til hjørnebutikken for at udskifte en glemt tandbørste, Nysgerrighed er helt på egen hånd. Når der ikke er noget reparationspersonale til rådighed, ingen reservedele i bagagerummet, og hvert signal fra Jorden tager omkring 14 minutter (fra august 2012) at nå dig, selvhjulpenhed er alt hvad du har.

Nysgerrighed er ikke på Mars for at se, imidlertid. Det har til opgave at indsamle sten- og jordprøver og placere dem i instrumenter ombord til analyse. Med det i tankerne, roveren er udstyret med en 7 fod (2,1 meter) kameramast og en 7 fod, tre-ledet robotarm, der har flere redskaber end en industriel støvsuger. Det her Prøveindsamling/prøveforberedelses- og håndteringssystem vil øse, støv, bore, pulver, indsamle, sortere, sigte og aflevere prøver til en række forskellige analytiske aktiver [kilder:JPL; NASA; Webster]:

• En miniaturiseret gaskromatograf og massespektrometer vil adskille og analysere kemiske forbindelser i prøver.
• EN kan indstilles laserspektrometer vil lede efter organiske (kulstofholdige) forbindelser og bestemme forholdet mellem centrale isotoper-begge afgørende for at låse op for Mars 'atmosfæriske og akvatiske fortid.
• CheMin, en Røntgendiffraktion og fluorescens instrument , vil måle massens sammensætning af prøver og påvise deres bestanddele.
• Placeret på roverarmen, det Mars Hand Lens Imager vil fotografere sten, jord - og hvis til stede, is-i ekstremt nærbillede. Dette uber-kamera kan se detaljer, der er tyndere end et menneskehår, eller fokusere på genstande, der er mere end en armlængde væk.
• Det Alpha Particle X-ray Spectrometer for Mars Science Laboratory , også placeret på armen, vil finde ud af de relative mængder af forskellige elementer til stede i Mars -klipper og jordbund.

Nysgerrighedens hals, eller mast, er også pyntet med instrumentering:

• Det Mars Science Laboratory Mast Camera (MSLMC) , fastgjort i menneskelig øjehøjde, hjælper roveren med at navigere og optage sine omgivelser i højopløselige stereo- og farvebilleder eller video i høj opløsning. MSLMC kan se materialer indsamlet eller behandlet af armen.
• Stereo fare-undgå kameraer placeret længere nede af masten vil hjælpe roverens navigation.
• Endnu et mastmonteret instrument, ChemCam , fordamper tynde lag materiale op til 9 meter væk ved hjælp af laserpulser, analyser dem derefter med dets spektrometer. Dens teleskop kan fange billeder af strålens målområde.

Ud over disse prøve-analyseinstrumenter, roveren indeholder også videnskabelige gadgets, der vil undersøge lokale forhold, som kan vise sig at være relevant for fremtidige menneskelige missioner eller forståelse af planetens evne til at støtte liv:

• Det Strålingsvurderingsdetektor vil overvåge overfladestrålingsniveauer.
• Det Rover miljøovervågningsstation vil tage aflæsninger af atmosfærisk tryk, temperatur, fugtighed og vind, samt niveauer af ultraviolet stråling.
• Det Dynamisk albedo af neutroner instrumentet kan detektere brint - en potentiel indikator for is eller vand fanget i mineraler - op til 1 fod under overfladen.

Det er et imponerende udvalg af luksusaftaler, men det vil ikke gøre NASA meget godt, medmindre Curiosity har det under emhætten. Lad os tage et kig på, hvad der driver denne hvalp.

Space Truckin '

"Videnskabens monster truck" er ikke en nitro-brænding, brandpustende sjov bil, eller en almindelig gammel forbrændingsgas-guzzler. Det sportler heller ikke solpanelerne, der genererede saft til sine forløbere. Ingen, på denne mission, NASA gik til atomkraft.

Nysgerrighed trækker strøm fra plutoniumoxid. Efterhånden som radioisotopen henfalder, det afgiver varme, som roveren konverterer til elektricitet ved hjælp af termoelementer. Det her Multi -mission radioisotop termoelektrisk generator (MMRTG) vil holde roverens batteri toppet med 110 watt elektrisk strøm.

Systemet pakker mere strøm end soltilgangen og har ingen bevægelige dele at bryde, men kan denne generator overgå gode gamle gallium-arsenidpaneler? Trods alt, Spirit opererede indtil foråret 2010, og diehard Mulighed drejer stadig sit kilometertæller, efter at have samlet 34 kilometer ved 100 meter, nogenlunde en amerikansk fodboldbanelængde) om dagen. Disse ekstraordinære køretøjer overskred langt deres 90-dages missionmandater, dels på grund af gratis, vedvarende, solenergi.

Godt, ikke nuke nuken endnu. Radioisotopsystemets 14-årige forventede levetid kan overleve selve roveren, og vil aldrig blive offer for luner af Mars vejr, støv eller vinter [kilde:JPL]. Udover, den ekstra kraft er værd at bytte:Nysgerrighed vil dække mere grund end sine forgængere, kører med omtrent det dobbelte af deres hastighed. I det eneste marsår (ca. 687 jorddage) af sin første mission, det vil rack 19 miles inde i Gale Crater, bærer en videnskabelig nyttelast 10-15 gange mere massiv end Spirit eller Opportunity. Strøm vil forblive tilgængelig hele tiden, ligesom overskudsvarme, som Nysgerrighed vil bruge til at holde sine vitale instrumenter varme [kilde:NASA].

At hjælpe Nysgerrighed med at sætte denne hestekræfter til effektiv brug er NASAs gamle og forbedrede rover rocker-bogie chassis (se sidebjælke), en samling af sammenføjede titaniumrør fastgjort til seks aluminiumshjul så tynde, at de bøjer som gummi. Alle fire hjørnehjul kan rotere 90 grader, som gør det muligt for roveren at vende på plads. Ingeniører forstærkede Curiosity's affjedring noget for at passe til den nye rolle som landingsudstyr, og til at rumme et kraftigere køretøj, der skal krydse mere robust terræn [kilder:Harrington; JPL].

Kort efter landing, at chassiset vil køre roveren til sin første destination:et klippefremspring med tilnavnet "hegnet". NASA målrettede denne krage, fordi tidligere Mars -observationer afslørede, at den indeholder vandige aflejringer - mineraler dannet i vand. Derfra, Nysgerrigheden vil vove sig ind i kløfter, klippefyldte bjergskråninger og bakkeland, der minder om Sedona, Arizona røde klipper, som også dannede sig i et vandigt miljø. På det tidspunkt, dets første marsår vil være kommet og gået.

Derfra, roveren vil dykke ned i stenigere og mere robust terræn. At udforske dette område vil tage flere år, men, engang på tværs, roverens kameraer vil blive behandlet til et panorama over den vej, Curiosity har tilbagelagt [kilde:NASA].

Hele vejen, Mars Science Laboratory vil undersøge, om der eksisterer forhold, eller nogensinde har eksisteret, der kunne understøtte mikrobielt liv på Mars, og om spor til sådant liv forbliver bevaret i Mars sten og jord.

Nysgerrig efter mere information om Mars, og hvordan man kommer derhen? Bump videre til links på den næste side.

Nysgerrighed har det samme rocker-bogie-affjedringssystem, der bar tidligere Mars-rovere Sojourner, Ånd og mulighed over bakke og Marsdale. Systemet, der hverken anvender aksler eller fjedre, forbliver stabil, fordi hvert hjul kan bevæge sig op og ned uafhængigt. Takket være Mars tyngdekraft og klog Earthling -teknik, roveren holder passivt alle seks hjul på jorden og konstant under belastning, selv ved fjernelse af forhindringer, der nærmer sig 75 cm. Denne styrkebalance giver vital trækkraft, især i bløde, sandede miljøer. Den fleksible affjedring kan også "absorbere" noget af hældningen, derved holder roveren mere niveau [kilder:Harrington; JPL].

Masser mere information

relaterede artikler

• Fordelt:Mars Quiz
• Affyring! Den store, Bad Space Launch System Quiz
• Sådan fungerer Mars
• Sådan fungerer Mars Exploration Rovers
• Sådan fungerer Mars Odyssey
• Sådan fungerer Terraforming Mars
• Sådan fungerer Space Launch System
• Sådan fungerer Robonauts
• Sådan fungerer robotter
• Mars forklaret
• Hvordan vil landing på Mars fungere?

Flere store links

• Curiosity Rover Twitter -side
• Curiosity Rover Facebook -side
• JPL Mars Science Laboratory (Curiosity) hjemmeside
• NASA Mars Missions hjemmeside
• NASA Mars Science Laboratory (Curiosity) hjemmeside

Kilder

• Brun, Dwayne og Guy Webster. "NASA lancerer den mest kapable og robuste Rover til Mars." NASAs hovedkvarter og Jet Propulsion Laboratory. 26. november kl. 2011. (7. december, 2011) http://www.nasa.gov/mission_pages/msl/news/msl20111126.html
• Caponiti, Alice. "Rumradioisotop-kraftsystemer:Termoelektrisk generator med multi-mission radioisotop." Det amerikanske energiministerium. September 2006. (9. december, 2011) http://www.ne.doe.gov/pdfFiles/MMRTG.pdf
• Clavin, Whitney. "Mars Science Laboratory lancerer milepæle." NASA Jet Propulsion Laboratory. 23. november kl. 2011 (6. december, 2011) http://www.nasa.gov/mission_pages/msl/news/milestones.html
• Harrington, Brian D. og Chris Voorhees. "Udfordringerne ved at designe Rocker-Bogie-suspensionen til Mars Exploration Rover." Proceedings of the 37th Aerospace Mechanisms Symposium, Johnson Space Center, 19.-21. Maj, 2004. (5. december, 2011) http://trs-new.jpl.nasa.gov/dspace/bitstream/2014/38435/1/04-0705.pdf
• Kluger, Jeffrey. "En kosmisk SUV springer afsted til Mars." Tid. 28. november kl. 2011. (5. december, 2011) http://www.time.com/time/health/article/0, 8599, 2100299, 00.html#ixzz1geOwhmx0
• NASA. "SAM -instrument på NASA Goddard Space Flight Center." 22. november kl. 2011. (8. december, 2011) http://www.nasa.gov/mission_pages/msl/multimedia/pia15100.html
• NASA Jet Propulsion Laboratory. "Arm." (8. december, 2011) http://mars.jpl.nasa.gov/msl/mission/rover/arm/
• NASA Jet Propulsion Laboratory. "Building Curiosity:Mars Rover Power." 19. oktober kl. 2011. (9. december, 2011) http://mars.jpl.nasa.gov/multimedia/videos/movies/msl20111019/msl20111019.pdf
• NASA Jet Propulsion Laboratory. "Building Curiosity:Rover Rocks Rocker-Bogie." (Video) 16. sep. 2011. (6. december, 2011) http://www.jpl.nasa.gov/video/index.cfm?id=932
• NASA Jet Propulsion Laboratory. "Udfordringerne ved at komme til Mars:Gør en Rover klar til lancering." 17. november kl. 2011. (5. december, 2011) http://mars.jpl.nasa.gov/multimedia/videos/movies/MSLChallenges_20111117/MSLChallenges_20111117.pdf
• NASA Jet Propulsion Laboratory. "Sammenligning:Jorden vs. Mars." (6. december, 2011) http://solarsystem.jpl.nasa.gov/planets/compchart.cfm?Object1=Earth
• NASA Jet Propulsion Laboratory. "Lancering." (8. december, 2011) http://Mars.jpl.nasa.gov/msl/mission/timeline/launch/
• NASA Jet Propulsion Laboratory. "Mars Science Laboratory." NASA fakta. (6. december, 2011) http://www.nasa.gov/pdf/482645main_MSL%20Fact%20Sheet.pdf
• NASA Jet Propulsion Laboratory. "Landingssted for Mars Science Laboratory:Gale Crater." 22. juli kl. 2011. (7. december, 2011) http://mars.jpl.nasa.gov/multimedia/videos/movies/msl20110722/msl20110722.pdf
• NASA Jet Propulsion Laboratory. "Mars Science Laboratory Mission Animation." (Video). 4. april kl. 2011. (5. december, 2011) http://Mars.jpl.nasa.gov/msl/multimedia/videos/movies/msl20110722/MSLanimation20110721-640.mov
• NASA Jet Propulsion Laboratory. "Strøm." (9. december, 2011) http://mars.jpl.nasa.gov/msl/mission/technology/technologiesofbroadbenefit/power/
• NASA Jet Propulsion Laboratory. "Sky Crane." (5. december, 2011) http://mars.jpl.nasa.gov/msl/mission/technology/insituexploration/edl/skycrane/
• NASA Planetary Data System. "Mars." 10. maj kl. 2005. (6. december, 2011) http://pds.nasa.gov/planets/special/mars.htm
• Siceloff, Steven. "Mars Rover veludstyret til studier." NASAs John F. Kennedy Space Center. 22. november kl. 2011. (9. december, 2011) http://www.nasa.gov/mission_pages/msl/launch/mslprelaunchfeature.html
• Webster, Fyr. "Kursus fremragende, Justering udsat. "NASA Jet Propulsion Laboratory. 1. december, 2011. (8. december, 2011) http://www.nasa.gov/mission_pages/msl/news/msl20111201.html
• Webster, Guy og Dwayne Brown. "NASA klar til november Lancering af Mars Rover i bilstørrelse." NASA Jet Propulsion Laboratory. 19. november kl. 2011. (9. december, 2011) http://www.jpl.nasa.gov/news/news.cfm?release=2011-347
• Williams, David R. "Mars Faktablad." NASA National Space Science Data Center. 17. november kl. 2010. (7. december, 2011) http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/marsfact.html
• Zubritsky, Elizabeth. "Landingsstedet Specialist." NASA Goddard Space Flight Center. 18. oktober kl. 2011. (7. december, 2011) http://mars.jpl.nasa.gov/msl/news/whatsnew/index.cfm?FuseAction=ShowNews&NewsID=1164