Første dybe boresucces for ExoMars

ESA's Rosalind Franklin tvillingerover på Jorden har boret ned og udtaget prøver 1,7 meter ned i jorden - meget dybere end nogen anden Mars-rover nogensinde har forsøgt.

Den vellykkede indsamling af jord fra en hård sten og dens levering til laboratoriet inde i roveren markerer en lovende milepæl for ExoMars 2022-missionen.

"Den længe ventede succes med ExoMars-boringen på Jorden ville være den første i Mars-udforskningen, " siger David Parker, ESA's direktør for menneskelig og robotudforskning. Det dybeste nogen bor har gravet på den røde planet til dato er 7 cm.

Rosalind Franklin roveren er designet til at bore dybt nok, op til to meter, at få adgang til velbevaret organisk materiale fra fire milliarder år siden, da forholdene på Mars' overflade var mere som dem på spædbarnet Jorden.

Replikaen, også kendt som Ground Test Model, er fuldt ud repræsentativ for roveren, der skal lande på Mars. De første prøver er blevet indsamlet som en del af en række tests ved Mars Terrain Simulator i ALTEC-lokalerne i Torino, Italien. Boret er udviklet af Leonardo, mens Thales Alenia Space er hovedentreprenøren for ExoMars 2022.

Boreoperationer

Rosalind Franklins tvilling har boret i en brønd fyldt med en række klipper og jordlag. Den første prøve blev taget fra en blok cementeret ler med middel hårdhed.

Boring fandt sted på en dedikeret platform, der vippede i syv grader for at simulere indsamlingen af ​​en prøve i en ikke-lodret position. Boret tog prøven i form af en pellet på ca. 1 cm i diameter og 2 cm lang.

Rosalind Franklins bor holder prøven med en lukker, der forhindrer den i at falde ud under udtagning. Når først fanget, boret bringer prøven til overfladen og leverer den til laboratoriet inde i roveren.

Med boret helt tilbagetrukket, stenen tabes i en skuffe foran på roveren, som derefter trækker prøven ud og deponerer i en knusestation. Det resulterende pulver distribueres til ovne og beholdere designet til at udføre den videnskabelige analyse på Mars.

"Den pålidelige indsamling af dybe prøver er nøglen til ExoMars' vigtigste videnskabelige mål:at undersøge den kemiske sammensætning - og mulige tegn på liv - af jord, der ikke har været udsat for skadelig ioniserende stråling, " siger ExoMars-projektforsker Jorge Vago.

En unik boremaskine til Mars

ExoMars boret er en samling af mekanismer, der er afhængige af en automatiseret koreografi af værktøjer og monteringsstænger. "Designet og konstruktionen af ​​boret har været så komplekst, at denne første dybdeboring er en ekstraordinær præstation for holdet, " siger Pietro Baglioni, ExoMars rover teamleder.

Rosalind Franklins boremaskine arbejder på rotation. En række værktøjer og forlængerstænger er monteret for at danne en 'borestreng' og kan nå hele 2m længde, når alle er forbundet.

Boret kan trænge ned i jorden med 60 omdrejninger i minuttet, afhængig af jordens konsistens. Gravning i sandede eller lerfaste materialer kan tage mellem 0,3 og 30 mm i minuttet.

The drill has also a two-degree of freedom positioner that allows it to discharge the sample at the right angle into the rover laboratory.

No easy feat

"Drilling hard stones to a depth of two meters on a mobile wheeled platform with less than 100 watts of power is a complex task, " explains Andrea Merlo, ExoMars Rover functional engineer from Thales Alenia Space.

Doing it on Earth is even more difficult because the Ground Test Model must be offloaded to recreate the weaker martian gravity level—Mars gravity is about one-third of Earth's. The model hangs from the ceiling on a dedicated gravity compensation device.

Since the twin rover consists of models that are beyond their nominal lifetime, the team had to tune some parameters during the deep drilling test. "This already gives engineers a hint on how the system could degrade on Mars, " adds Andrea.

Tests to roving on Mars

The Ground Test Model has successfully completed a number of tests to move to and to identify targets while acquiring images and data. These dry runs to rehearse the rover operations on Mars started in June 2021.

The rover has demonstrated that it can follow precise trajectories and survey the environment on and below the surface with its instruments, including cameras, spectrometers and a sub-surface sounding radar and neutron detector.

Parallelt, the real Rosalind Franklin rover is being prepared for its flight to Mars in nearly a year's time—the launch window for ExoMars opens on 20 September 2022.