Vedholdenhed vil sørge for, at den har en sikker landing

Til tilfældige iagttagere, at lande en rover på Mars kan virke lidt som gamle nyheder, tro det eller ej, især efter alle NASA's succeser. Men mange er sandsynligvis ikke klar over den såkaldte "Mars-forbandelse". Faktum er, mange af de rumfartøjer, der forsøger at lande der, mislykkes og styrter ned.

Ved siden af ​​at løbe over for Mars-forbandelsen er NASA's Perseverance-rover. Den vil forsøge sin længe ventede landing ved Jezero-krateret den 18. februar. Folkene på NASA har givet Perseverance-roveren nogle finjusterede værktøjer til at få den sikkert til Mars-overfladen og slå Mars-forbandelsen.

Perseverance-roveren lander ved Jezero Crater, fordi NASA mener, at de kan lave den bedste videnskab der. Missionens mål er at søge tegn på gammelt liv og indsamle prøver for en potentiel tilbagevenden til Jorden. Jezero-krateret er et gammelt, udtørret paleo-søbund. Det rummer både bevarede sedimenter og et delta. Ifølge NASA, krateret er et af de "ældste og mest videnskabeligt interessante landskaber Mars har at byde på." Forskere mener, at hvis der er noget forstenet bevis på gammelt liv, de kan finde det i Jezero.

Men det er også farligt at lande i.

"Jezero er 28 miles bred, men inden for den vidde, der er mange potentielle farer, som roveren kan støde på:bakker, klippemarker, klitter, selve kraterets vægge, for blot at nævne nogle få, " sagde Andrew Johnson, ledende robotsystemingeniør ved NASAs Jet Propulsion Laboratory i det sydlige Californien. "Så hvis du lander på en af ​​disse farer, det kan være katastrofalt for hele missionen."

Omkring 60 % af alle rumfartøjer, der sendes til Mars, fejler. Vedholdenhed vil bruge det, der er kendt som terræn relativ navigation (TRN), en teknologi, der først blev brugt i krydsermissiler, for at undgå den samme fiasko. I store træk, TRN består af to elementer:et indbygget kort over landingsområdet med højder og farer, og et navigationskamera. Når Perseverance nærmer sig sin landingsellipse, kameraet sammenligner sine realtidsbilleder med det indbyggede kort og kommanderer landerens raketter til at dirigere fartøjet væk fra kendte farer.

Samlet set, roverens autonome landingssystem er kendt som landing visions system, eller LVS.

"Til Mars 2020, LVS vil bruge positionsoplysningerne til at finde ud af, hvor roveren er i forhold til sikre steder mellem disse farer. Og på et af de sikre steder er det, hvor roveren vil lande, " forklarede Johnson i en pressemeddelelse.

Denne type system har været under udvikling i nogen tid nu. NASA's OSIRIS-REx brugte en i sin risikable prøveindsamlingsmanøvre ved asteroiden Bennu. Det system blev kaldt Natural Feature Tracking (NFT), og det styrede effektivt rumfartøjet ned til Bennus klippefyldte overflade. OSIRIS-REx' mission var vellykket, og prøverne skulle ankomme til Jorden i september 2023.

Men et system som Perseverances kommer ikke uden en masse hårdt arbejde og leveringstid. Det har været under udvikling i flere år, og forhåbentlig, al den udvikling og test vil betale sig.

Swati Mohan er vejledningen, navigation, og kontroloperationer fører til Mars 2020 på JPL. De første to faser af test var hardware og simulering, og de blev begge udført i et laboratorium. I pressemeddelelsen, Mohan sagde, "Det er der, vi tester enhver tilstand og variabel, vi kan. Vakuum, vibrationer, temperatur, elektrisk kompatibilitet - vi sætter hardwaren igennem dens trin."

Når først hardwaren er blevet underkastet al den kontrol, det er tid til simuleringer. "Så med simulering, vi modellerer forskellige scenarier, som softwarealgoritmerne kan støde på på Mars - en for solrig dag, meget mørk dag, blæsende dag – og vi sørger for, at systemet opfører sig som forventet uanset disse forhold, " sagde Mohan.

Efter det, systemet var klar til flyvetest. Men ikke selvstændigt. I stedet, det blev testet på en helikopter, hvor den blev brugt til at estimere helikopterens højde og position.

"Det fik os til et vist niveau af teknisk beredskab, fordi systemet kunne overvåge en bred vifte af terræn, men det havde ikke den samme slags afstamning, som Perseverance vil have, " sagde Johnson. "Der var også et behov for at demonstrere LVS på en raket."

LVS-systemet blev testet gentagne gange i felten på en raket. Den raket, Masten Space System Xombie, tjente som en test-bed for LVS startende i 2014. NASA's Flight Opportunities Program finansierede disse tests.

"Test på raketten lagde stort set al tilbageværende tvivl til ro og besvarede et kritisk spørgsmål for LVS-operationen bekræftende, " sagde JPLs Nikolas Trawny, en ingeniør for nyttelast og pegekontrolsystemer, der arbejdede tæt sammen med Masten på felttestene i 2014. "Det var dengang, vi vidste, at LVS ville fungere under den højhastigheds lodrette nedstigning, der er typisk for Mars-landinger."

"Den test, som Flight Opportunities er sat op til at levere, var virkelig uden fortilfælde inden for NASA på det tidspunkt, " sagde Johnson. "Men det har vist sig at være så værdifuldt, at det nu er ved at blive forventet at udføre disse typer flyvetests. For LVS, disse raketflyvninger var hjørnestenen i vores teknologiudviklingsindsats."

LVS-systemet er komplekst. Ikke alene kan den guide Perseverance roveren til overfladen, men den kan gøre det på den mest brændstofeffektive måde. Brændstof til landerens raketter er begrænset, naturligvis, så der er egentlig kun én chance for at få det rigtigt. Alt i alt, systemet blev testet med succes og er nu kun dage væk fra den virkelige vare:landingen ved Jezero Crater.

Men selv med al den grundige test af det autonome system, der kan stadig være overraskelser. Det virkelige liv er altid anderledes end simuleringer, og selvom NASA har tillid til systemet, de vil stadig være klar til at reagere og tilpasse sig eventuelle problemer eller ændrede forhold.

"Det virkelige liv kan altid kaste dig med kurvebolde. Så, vi vil overvåge alt under krydstogtfasen, kontrollere strømmen til kameraet, at sikre, at data flyder som forventet, " sagde Mohan. "Og når vi først får det signal fra roveren, der siger:"Jeg er landet, og jeg er på stabil grund, "Så kan vi fejre."