Perseverance-mikrofoner opfylder en lang Planetary Society-kampagne for at høre lyde fra Mars

Hvis du kunne stå på overfladen af ​​Mars, hvad ville du høre? Mens otte missioner har givet en fantastisk udsigt fra overfladen af ​​den røde planet, ingen har returneret nogen lyd.

Det er ved at ændre sig. NASA's Perseverance rover, som er dage fra at sprænge afsted på en mission for at søge efter tegn på tidligere liv og indsamle prøver til fremtidig tilbagevenden til Jorden, vil ikke have en, men to mikrofoner ombord. Man vil lytte, mens roveren styrter gennem Mars-atmosfæren for at lande, og en anden vil optage lyde, mens roveren udfører sit videnskabelige arbejde i Jezero-krateret - et gammelt floddelta, hvor livet kan have blomstret.

Hvis alt går godt, Perseverances mikrofoner vil opfylde ønsker fra Planetary Societys medstifter Carl Sagan, som skrev et brev til NASA i 1996 og opfordrede rumfartsorganisationen til at sende en mikrofon til Mars.

"Selv om der kun optages et par minutters Mars-lyde fra dette første eksperiment, offentlighedens interesse vil være stor og muligheden for videnskabelig udforskning reel, " skrev Sagan.

Mindst tre Mars-missioner forud for Perseverance har haft mikrofoner som en del af deres design. Den første, som fløj til Mars i 1999 ombord på NASAs Mars Polar Lander, blev sponsoreret af The Planetary Society, og blev det første crowdfundede videnskabelige instrument, der fløj til en anden planet. Polar Landeren styrtede ned på overfladen, men flere forsøg ville følge. Imidlertid, indtil nu, ingen er lykkedes.

"Lyde fra Mars har været noget, offentligheden længe har fundet fascinerende og, som resultat, som The Planetary Society har omfavnet og forfulgt, " sagde Bruce Betts, chefforsker for The Planetary Society. "Det går tilbage til vores tidlige ideer om at udvide rumvidenskab til offentligheden, så dette koncept med at engagere vores sanser med en anden verden på en helt ny måde er noget, The Planetary Society har troet på. Og nu håber vi, at det rent faktisk vil blive udmøntet."

Perseverances mikrofoner

Af Perseverances to mikrofoner, en er en del af indgangen, Descent and Landing (EDL) system ansvarlig for sikkert at bringe roveren gennem Mars' atmosfære til overfladen. Lyden fra den mikrofon vil blive parret med fuldfarvevideo optaget af EDL-kameraer. Dette vil give seerne mulighed for at opleve, hvordan landing på Mars ser ud og lyder for allerførste gang.

Den anden mikrofon er inkluderet i roverens SuperCam videnskabsinstrument, en næste generations version af Curiosity roverens laser-zapping ChemCam. Ligesom sin forgænger, SuperCam bruger en infrarød laserstråle til at opvarme og fordampe sten og Mars-jorden. Et specielt kamera kan derefter bestemme den kemiske sammensætning af de fordampede materialer, og opdage tilstedeværelsen af ​​organiske forbindelser - en lang række kulstofbaserede forbindelser, der udgør proteinerne for livet, som vi kender det.

Når SuperCam sprænger en sten, den resulterende knaldende lyd vil give forskerne fingerpeg om klippens sammensætning. Men den vil også være i stand til at optage lyde fra roveren, der udfører sit arbejde, sagde Greg Delory, administrerende direktør og medstifter af rumhardwarevirksomheden Heliospace. Delory er rådgiver for SuperCams mikrofonteam, og hjalp med at designe The Planetary Societys originale Mars-mikrofon.

"Når man hører, hvordan masten drejer, hjulene drejer, eller at høre hvordan andre instrumenter lyder kan også være et vigtigt ingeniørdiagnoseværktøj, " han sagde.

Den måske mest ventede funktion ved mikrofonen er, at den også vil optage lydene fra Mars selv. Vil vi høre Marsvindens hylen? Frembringer Mars-storme torden som på Jorden?

Den første Mars-mikrofon

Idéen til en Mars-mikrofon kom fra planetforsker Janet Luhmann fra University of California, Berkeley i midten af ​​1990'erne.

"Jeg havde været involveret i Mars-videnskab og Mars-missionsplanlægning i nogle år, og jeg blev nysgerrig, hvorfor ingen havde betragtet lyd som en del af det perceptionsspektrum, som vi søger at opnå med robotter, " hun sagde.

Luhmann og et par andre videnskabsmænd ved UC Berkeleys Space Science Lab begyndte at finde rundt med ideen, brug af hyldevare som høreapparatmikrofoner, og testede konceptet under Mars-lignende forhold ved Mars Wind Tunnel på NASAs Ames Research Center. Resultaterne var lovende, og Berkeley-forskerne begyndte at tænke, at NASA kunne være villig til at flyve mikrofonen til Mars som et instrument, der kan køres med.

Luhmann henvendte sig til The Planetary Society om at sponsorere Mars-mikrofonen. Samfundets medstiftere Bruce Murray, Carl Sagan, og Lou Friedman var fascineret, anerkendelse af værdien af ​​et sådant instrument af almen interesse. Men da de præsenterede konceptet for den videnskabelige rådgivende komité for NASAs Mars Polar Lander-mission, som ville blive lanceret i begyndelsen af ​​1999, ideen om en mikrofon blev blankt afvist. Der var ingen videnskabelig værdi, sagde udvalget.

"Det mindede meget om de tidlige dage af planetariske missioner, " erindrede Friedman. "Kameraer var ikke inkluderet i de første Pioneer og Mariner-rumfartøjer, fordi datidens videnskabelige visdom var, at billeddannelse kun var et stunt; det var ikke god videnskab. Det er svært at forestille sig nu, men det rådgivende udvalg troede dengang, at det at høre lyde på Mars kun var et stunt, også."

Omtrent på samme tid, NASA-administrator Dan Goldin igangsatte et initiativ kaldet "Mars Together", der fremmede ideen om russisk og amerikansk videnskabeligt samarbejde om fremtidige Mars-missioner, sideløbende med landenes nye partnerskab om den internationale rumstation. Som resultat, et russisk LIDAR-instrument til at studere støv i Mars' atmosfære var blevet udvalgt til at flyve på Mars Polar Lander.

Ved at bruge forbindelser skabt under tidligere Planetary Society-bestræbelser på at bringe sovjetiske og amerikanske videnskabsmænd sammen under den kolde krig, Friedman og Luhmann spurgte hovedefterforskeren for den russiske LIDAR, Viacheslav Linkin, hvis han var interesseret i at tilføje den lille Mars-mikrofon til sit instrument. Linkin sagde ja.

Styrket af en udstrømning af offentlig interesse for at høre lyde fra Mars, The Planetary Society indsamlede $100, 000 for at bygge Mars-mikrofonen. Delory, en af ​​Luhmanns andre Berkeley-forskere på det tidspunkt, sluttede sig til projektet og ledede den tekniske indsats for at få mikrofonenheden integreret på LIDAR uden at kræve nogen justeringer af strømmen, bind, og vægtallokeringer, NASA havde givet det russiske instrument.

"Den originale Mars-mikrofon, vi byggede, var en smart lille boks, omkring 5 centimeter på hver side, vejer 50 gram, " sagde Delory. "Mikrofonen blev bygget til ekstreme miljøer, og vi testede det nok til at vide, hvor robust det var."

Han og hans team satte enheden igennem enhver tænkelig test, ved hjælp af vakuum- og termiske kamre og rysteborde for at sikre, at den ville overleve lanceringen, krydstogt, landing, og opererer i Mars' barske miljø, samt fungerede i enhver tilstand, de havde tilsluttet. Mikrofonen fungerede fejlfrit gennem integration og test med LIDAR, og da de koblede den til landeren, det fungerede perfekt.

At opfylde NASAs databegrænsninger for mikrofonen ville vise sig at være en udfordring, med holdet, der arbejder usædvanligt hårdt på at forfine elektronikken, der behandlede og styrede lydoptagelserne.

"Når du er en uddannelse og offentlig opsøgende tilføjelse, du er ikke tildelt en stor del af databudgettet, " sagde Delory. "Vi ønskede heller ikke at sende data tilbage uden lyde eller uinteressante lyde, så vi brugte en talegenkendelseschip, der ville tage lydene fra mikrofonen ind og reducere dataene til noget virkelig overskueligt."

Løsningen indebar flere tricks:Mikrofonen kunne optage i en time og derefter kun sende de højeste lyde tilbage. Det kunne også tage tilfældige lydprøver i bestemte tidsperioder for at undgå at skulle sende tilbage hvert sekund af data.

Svigt og store forhåbninger

Mars Polar Lander eksploderede fra Cape Canaveral, Florida den 3. januar 1999. Rumfartøjet nåede hele vejen til Mars, og begyndte sin nedstigning til overfladen den 3. december. Pludselig, rumfartøjet så ud til at forsvinde sporløst. Controllere mistede signalet fra rumfartøjet og trods gentagne bestræbelser på at genetablere kommunikationen, MPL blev aldrig hørt fra igen. Efter en grundig undersøgelse, ingeniører konkluderede, at det mest sandsynlige scenarie var, at MPL's død skete, da landeren troede, at stødet fra at placere landingsbenene var touchdown, så den slukkede motorerne for tidligt. Det styrtede sandsynligvis med høj hastighed ind i Mars' overflade.

"Det var en kæmpe nedtur, " huskede Luhman. "Da Mars-mikrofonen havde lavet et stort sprøjt med offentligheden og pressen, vi havde et konferencelokale åbent i vores laboratorium for at være vært for landingsbegivenheden og fejre det. Men da det blev kendt, at landingen var mislykket, der var et par mennesker, der holdt sig til en reaktion, men for det meste var der en udvandring. Det var en ret trist afslutning på vores projekt, og vi mente, at der var ringe udsigt til en gentagelse."

Men interessen for Mars-mikrofonprojektet fortsatte. Umiddelbart efter tabet af Polar Lander, en anden mulighed for at flyve mikrofoneksperimentet blev givet af det franske rumagentur CNES på sin Netlander-mission, planlagt til opsendelse i 2007. Netlander bestod af fire små identiske landere på tværs af planeten, der ville studere Mars' atmosfære, overflade, og interiør. Imidlertid, missionen blev aflyst i 2004 på grund af finansieringsproblemer.

NASA kom endelig til ideen om en Mars-mikrofon til sin Phoenix-lander, som landede nær Mars' nordpol i 2008. Phoenixs mikrofon var en del af dets nedstigningsbilledsystem og brugte et design, der ligner den originale mikrofon på Polar Lander. Planetariske Samfund ville have sørget for offentlig udbredelse. Men lige før lanceringen, ingeniører opdagede et potentielt elektronikproblem i mikrofonen, som kunne påvirke andre systemer, og mikrofonen blev deaktiveret.

"Der var en mulighed for muligvis at tænde for mikrofonen, efter at Phoenix havde nået sine primære missionsmål med at vurdere den lokale beboelighed og forske i vandets historie på Mars, " sagde Betts. "Men der var højere prioriteter andre steder, og de var stadig bekymrede for mulige elektriske problemer, så den blev aldrig tændt, før Phoenix bukkede under for de kolde forhold på Mars' nordlige halvkugle i november 2008."

The Planetary Society forsøgte uden held at få mikrofoner på NASA's Spirit, Lejlighed, Nysgerrighed, og InSight-missioner, samt Den Europæiske Rumorganisations ulykkelige Schiaparelli-lander, der styrtede ned i 2016. Det betyder, at det er op til Perseverance at levere drømmen om at høre lyde fra Mars.

"Jeg har de samme forhåbninger til denne mission som med Mars Polar Lander!" sagde Friedman. "Intet har ændret sig for mig i den henseende, for når vi ser det første billede, eller første data fra enhver mission, det er altid spændende. At vente på den første lyd fra Mars bliver lige så spændende."

Mikrofonerne ombord på Perseverance ligner designmæssigt The Planetary Societys originale Mars-mikrofon, der blev lanceret i 1999. Det har været en lang vej til dette punkt, og Delory kan ikke vente med endelig at høre, hvordan Mars lyder.

"Vi har været i stand til at se Mars fra rovernes synspunkt i lang tid nu, " sagde han. "At være i stand til at tilføje en anden følelse til vores forståelse af Mars vil være utroligt."