Sådan fungerer Mars Exploration Rovers

Det virker let nok:Hvis vi kan sprænge en mand til månen for en runde golf, hvorfor skal vi sende robotter til Mars?

Mars, trods alt, er den planet, der mest ligner Jorden - det vil sige hvis Jorden havde en gennemsnitstemperatur på minus 81 grader F (minus 63 grader C) og tilsyneladende var livløs [kilde:Mars Exploration]. Stadig, dets geologiske mønstre ligner en række forskellige steder, vi kender på Jorden, fra det gamle, oversvømmelsessårede og eroderede lande i staten Washington til ørkenerne i Death Valley og permafrost i Antarktis.

Selvfølgelig, det betyder ikke, at en bemandet mission til Mars ligner en ferie til Californien. Rovers har givet rumprogrammer mulighed for ikke bare at udforske Mars -overfladen, men også udrydde nogle af de spørgsmål, der ville opstå, hvis vi en dag skulle sende kvinder eller mænd til planeten.

At sende en rover er ikke så let som bare at sende en barnevogn med en walkie-talkie fastspændt på taget. Vi vil undersøge både teknologien og instrumenterne, der bruges på Mars Exploration Rovers, mens de også ser på, hvordan de kommunikerer med Jorden. Og teknologien skuffer ikke; roveren Nysgerrighed, lanceret i 2011, har instrumenter på sig, der virkelig hører hjemme i en science fiction -film. (Tip:lasere.)

Indtil nu, der har været mere end 40 forsøg på at få kontakt med Mars. De første fem missioner fandt sted fra 1960 til 1962, af det tidligere Sovjetunionen. Alle missionerne var planetens flybys, hvilket betyder, at fartøjer blev lanceret i Mars 'kredsløb for at sende billeder tilbage. Disse missioner var alle fiaskoer; enten kom rumfartøjet ikke til planeten, eller også brød rumfartøjet sammen under turen. Den første vellykkede mission var turen fra 1964 af Mariner 4, et amerikansk håndværk, der returnerede 21 billeder af planeten.

Fra da af, De Forenede Stater, det tidligere Sovjetunionen, Japan og European Space Agency har alle lanceret missioner til Mars. På de følgende sider, vi udforsker ikke bare roverne selv, men også nogle af de opdagelser, de gjorde. Lad os rulle til den næste side for at se hvorfor, Nemlig, vi sender rovere i første omgang.

1. Hvorfor sende Rovers?
2. Mars Exploration Background
3. Ånd og mulighed
4. Hvad går ind i og på roveren
5. Mars til Jorden, Kan du læse mig?
6. En dag i en Rovers liv
7. Mars Science Laboratory og Curiosity Rover

Hvorfor sende Rovers?

Så hvis vi er så avancerede og fancy, at vi kan bygge ekstremt komplicerede robotter til Mars, hvorfor kan vi ikke bare sende Terry Astronaut? Den vigtigste årsag er nok også den mest oplagte:Terry ville nok bare ikke nå det der.

Det er, kun omkring en tredjedel af de missioner, der er lanceret hidtil, har været "vellykkede, "hvilket betyder, at de har taget en tur til Mars intakt. Selvom det er let at være optimistisk omkring den næsten en tredjedel af rovers, der har givet os værdifuld information, det er ikke lige så let at cheerlead sådan en track record, når Terry Astronaut er på billedet. De færreste af os nyder chancerne for at dø hver tredje dag på arbejde.

Koste, selvfølgelig, er en anden faktor. Mens nysgerrighed, den seneste rover, der er en del af NASA's Mars Science Laboratory -mission, kostede hele 2,47 milliarder dollar at bygge, NASA behøvede stadig ikke at tage højde for irriterende ting som at tillade nogen at indånde ilt [kilde:Space.com]. Eller vende tilbage fra Mars, for den sags skyld. Husk, at roverne kommer til at blive på Mars for altid, når vi er færdige med dem, men Terry Astronauts rejse er mere en ferie end et træk. Og det betyder mad, brændstof, bortskaffelse af affald og en overflod af andre omkostninger - to gange.

Ud over logistik og omkostninger er alle de store ubekendte om, hvordan det menneskelige system kunne reagere på en atmosfære som Mars. Fordi Mars ikke har noget magnetfelt, mennesker ville modtage enorme doser kosmisk stråling - ikke et problem på Jorden, hvor planetens magnetfelt virker for at blokere det. A 1, 000-dages tur til Mars har potentiale til at resultere i en 40 procent chance for at astronauten udvikler kræft efter at have vendt tilbage til Jorden-ikke nødvendigvis noget mange mennesker leder efter, når de interviewer til et job [kilde:NASA Science]. Huske, også, at hvis Terry astronauten også er kvinden Terry, hun har endnu større risiko:At have bryster og kvindelige reproduktive organer udgør næsten dobbelt så stor risiko for kræft [kilde:NASA Science].

Så uden at Terry Astronauten tilmelder sig massive doser kræftfremkaldende stråler, vi sidder tilbage med robotopdagere. Jet over til den næste side for at lære om nogle af missionerne til Mars.

Mars Exploration Background

Det mest lokkende ved Mars -udforskning er løftet om at finde vand - eller tidligere bevis på vand. "Vand er nøglen, for næsten overalt hvor vi finder vand på Jorden finder vi liv, "NASAs websted påpeger." Hvis Mars engang havde flydende vand, eller gør det stadig i dag, det er overbevisende at spørge, om der kunne have udviklet sig mikroskopiske livsformer på overfladen. "

De første missioner til Mars var flybys ; det betyder, at de simpelthen var i kredsløb omkring fartøjer, der sendte fotografier tilbage af planeten. Den første var Mariner 3 i 1962; imidlertid, den første vellykkede bane og fotografier kom i 1965 fra Mariner 4. Da flybys sluttede i 1969, den næste række missioner blev omtalt som kredsløb . NASA designet disse rumfartøjer til længerevarende kredsløb rundt om Mars, indsamling af fotografier. Mariner 9, i 1972, var den første til at fotografere hele Mars overflade.

Kredsmissioner er fortsat, herunder lanceringen af ​​Mars Reconnaissance Orbiter i 2005. Orbiteren kunne se objekter så små som en tallerken, mens den også bærer lydgivere for at finde underjordisk vand. Måske vigtigst, det bruges stadig som et afgørende kommunikationsværktøj til at videresende information tilbage til missionskontrol.

Men lad os vandre over til rovers forgængere nu. Viking 1 og 2, som blev lanceret i midten af ​​70'erne, begge havde landere der faldt ned til overfladen af ​​Mars. De var de første til at opdage, at Mars selvsteriliserede, hvilket betyder, at kombinationen af ​​ultraviolet stråling med den tørre jord og oxiderende karakter af jordkemien forhindrer organismer i at dannes.

Når vi tænker på mere moderne maskiner, der lander på Mars, vi starter normalt med 1995 Pathfinder -missionen. Stifinderen bestod af en lander, udstyret med en faldskærm til at komme ind i Mars 'atmosfære og Sojourner -roveren. Udstyret returnerede tusinder af billeder, samt 15 kemiske analyser af jord- og vejrdata.

I 2003, Mars Exploration Rover -missionsteamet lancerede Spirit and Opportunity, hvoraf den ene stadig krydser planeten, da 2011 sluttede. Lad os krybe over til den næste side for at lære mere om disse rovere, deres teknologi og opdagelser.

Ånd og mulighed

Ånd og mulighed, det viser sig, er ikke bare ord, vi bruger til at få os selv til at føle os bedre, når vi er deprimerede. I 2003, NASA lancerede de munterligt navngivne Spirit- og Opportunity -rovere, som gik i gang med en mission med langt større mobilitet og afstand end Pathfinder.

Begge rovere deler et par bemærkelsesværdige funktioner. De kan både generere strøm fra solpaneler og gemme det i interne batterier. Bare hvis der er små grønne mænd i nærheden, roverne kan tage farvebilleder i høj opløsning eller ødelægge forstørrelseskameraer, så forskere på jorden kan undersøge objekter. Flere spektrometre på rovernes arm anvender alle slags tricks til at bestemme sammensætningen af ​​klipper, herunder sporing af, hvor meget varme et objekt afgiver og affyring af alfapartikler mod det. Spirit og Opportunity var også udstyret med en installeret boremaskine (Rock Abrasion Tool) til at bore ind i planetens overflade.

Roverens krop kaldes varm elektronisk boks ( WEB ). Et udstyrsdæk sidder oven på roveren, hvor er mast (eller periskopøje) og kameraer. Roverens krops guldmalede vægge er designet til at modstå minus 140 grader F (minus 96 grader C) temperaturer. Inde i roverens WEB er der lithium -ion -batterier, radioer og elektroniske ting som spektrometre, alle kræver varme for at fungere. Roverens hjerne er en computer, der kan sammenlignes med en high-end, kraftfuld bærbar computer, men med særlige hukommelsesfunktioner, der ikke ødelægges med stråling og lukninger. Computerne kontrollerer også løbende temperaturerne for at sikre en "sund" rover.

Hvad Spirit and Opportunity fandt ud af var en ære for den teknologi, der tillod dem at udforske Mars. Inden for et par måneder efter landing, muligheden afdækkede beviser for saltvand, hvilket efterlader muligheden for, at liv (og fossile indikationer) på et tidspunkt kunne have eksisteret på planeten. Ånd snublede over klipper, der pegede på en tidligere, uregelmæssig Mars, der var præget af påvirkninger, eksplosiv vulkanisme og underjordisk vand [kilde:NASA Mars].

Vi kommer til at lære om nogle funktioner og udforskninger af nyere rovere, men lad os først langsomt krydse til den næste side og se på noget af det udstyr og videnskab, Spirit og Mulighed har.

Først, det skal bemærkes, at mens Spirit ikke har transmitteret nogen beskeder siden 2010, Muligheden ringede stadig i arbejdstiden fra Mars og sendte oplysninger tilbage til Jorden i 2011. Faktisk er som enhver jordmand, Mulighedsspejdere placerer huller til vinteren for at få mest mulig solenergi gemt i batterierne.

Hvad går ind i og på roveren

Bare at sige, at Spirit and Opportunity har kameraer og noget lækkert radioudstyr, gør det virkelig ikke. Med hver 170 kilo (384 pund) - og i alt 850 millioner dollars at bygge - tror du bedre, at udstyret ikke kun er din troværdige MacBook, superlimet til en AM/FM -radio.

Først og fremmest, -en panoramakamera er monteret på hver rover for at give en større geologisk kontekst. Placeret på masten cirka 1,5 fod fra jorden, kameraet tager ikke bare farvebilleder, men bærer 14 forskellige filtre, der kan identificere sten- og jordmål for et nærmere kig.

EN miniaturet termisk emissionsspektrometer identificerer mineraler på stedet med lidt hjælp fra infrarøde bølgelængder. Det bruges til at finde karakteristiske mønstre, der kan vise vandbevægelse. På roverarmen er en Moessbauer spektrometer , som placeres direkte på prøver for at finde jernholdige mineraler, et andet værktøj til at hjælpe med at bestemme, hvordan vand har påvirket jord og sten.

For at bestemme sammensætningen af ​​sten, en Alpha Particle X-ray Spectrometer bruges - den samme slags findes i geologilaboratorier, som hjælper forskere med at bestemme oprindelse og ændringer i prøverne. Det mikroskopiske billeddannelsesværktøj kan omhyggeligt undersøge klippeformation og variationer.

Mars til Jorden, Kan du læse mig?

Men hvordan fanden kan vi egentlig finde ud af om disse fantastiske opdagelser, ånd og mulighed gør? Godt, det er ikke ligefrem din oldefars skinke-radioopsætning. Selvom der også er en UHF-radio med lav effekt og lav hastighed med en sparsom datahastighed, det bruges primært som backup, og på landingsstadiet.

Generelt, kredsløbene kommunikerer kun omkring tre timers information direkte til Jorden. Resten bliver faktisk opsnappet og sendt til den kredsløbende Mars Odyssey og Mars Global Surveyor, som sender til Jorden - og omvendt. Orbiteren bevæger sig fra horisont til horisont på cirka 16 minutter; 10 af disse minutter kan bruges til at kommunikere med roverne [kilde:NASA]. Hvis vi skulle gætte, omkring 10 megabyte daglige data kan sendes til Jorden. Dette er især nyttigt, fordi orbiters er i tættere kontakt med begge rovers, og har et meget længere vindue til at kommunikere med Jorden end begge rover.

Roverne bruger hver to antenner til kommunikation:a højforstærket antenne der kan styre sig selv til at stråle information mod en antenne på jorden, og a lavforstærket antenne der kan modtage og sende information fra alle retninger med en lavere hastighed end højforstærkningsantennen. Al denne kommunikation sker på Deep Space Network ( DSN ), et internationalt netværk af antenner med kommunikationsfaciliteter i Mojave -ørkenen i Californien, Madrid, Spanien, og Canberra, Australien.

Styr dig videre til den næste side for at lære mere om, hvad en rover gør på en typisk dag.

Curiosity Rover, der huser Mars Science Laboratory, er omtrent dobbelt så stor som Spirit og Opportunity. Cirka 10 fod (3 meter) lang og 7 fod (2 meter) høj, roveren vejer cirka 2, 000 pund (900 kg), og er designet med en "rocker" affjedring, der balancerer køretøjet over stenet Mars -terræn.

En dag i en Rovers liv

Mens roverne ikke ligefrem slår et ur hver morgen, de sender billeder, sammen med instrument- og statusdata, tilbage til deres jordchefer.

Ekstrapolering fra dataene, forskerne sender kommandoer til roveren i løbet af det tre timer lange vindue med direkte kommunikation med højforstærkningsantennen. Roveren er derefter alene i 20 timer, udfører kommandoer og sender billeddata til de to overheadsatellitter. Roverens befalingsmænd kan sige, at den skal bevæge sig mod en ny sten, slib en sten, analysere en sten, tage fotos eller indsamle andre data med andre instrumenter.

Roveren og forskerne gentager dette mønster i måske 90 dage. På det tidspunkt, roverens kraft begynder at aftage. Også, Mars og Jorden vil komme længere og længere fra hinanden, gør kommunikationen vanskeligere. Til sidst, roveren vil ikke have nok strøm til at kommunikere, vil være for langt væk eller løbe ind i mekaniske fejl, og missionen vil være slut

Vores mission, imidlertid, er langt fra slut. Lad os tage en tur til den næste side, hvor vi lærer alt om den nyeste tilføjelse til Mars -udforskningseventyret.

Mars Science Laboratory og Curiosity Rover

I november 2011, NASA lancerede Mars Science Laboratory, som er designet til at studere jord og sten for organiske forbindelser eller forhold, der kan hjælpe os med at forstå, om Mars er - eller nogensinde var - i stand til at understøtte "beboelighed" af liv på planeten. Mars Science Laboratory er faktisk en funktion af roveren Curiosity, som huser de videnskabelige instrumenter, der vil indsamle og analysere prøver.

I 2004, NASA valgte et par forskellige forslag til undersøgelser og udstyr, der skulle medtages på laboratoriet. Sammen med USA og Canada, Spanien og Rusland har også instrumenter til missionen. Spanien studerer Rover miljøovervågningsstation , designet til at undersøge atmosfæren og ultraviolette stråler. Rusland leverede Dynamisk Albedo af neutroner instrument , som måler brint under overfladen af ​​planeten, angiver vand eller is.

En række instrumenter kaldet Prøve -analyse på Mars vil analysere prøver. (Kreativ navngivning er generelt ikke en prioritet på videnskabelige missioner.) Efter at roverens arm har øget prøverne, en gaskromatograf, et massespektrometer og et laserspektrometer måler kulstofholdige forbindelser og isotopforhold, som angiver vandets historie på Mars. Et Alpha Particle X-ray Spectrometer måler mængden af ​​forskellige elementer.

Du finder også følgende praktiske instrumenter ombord på laboratoriet:

• An Røntgen diffraktion og fluorescensindikator at opdage mineraler i prøver
• EN Mars Hand Lens Imager der kan tage billeder af prøver mindre end bredden af ​​et menneskehår, som er nyttig til detaljer og til at få svært tilgængelige billeder
• EN Mast kamera vil tage farve, panoramabilleder af omgivelserne, samt optage prøvebilleder. (En separat Nedstigningskamera optager HD-video lige før landing.)
• EN Strålingsvurderingsdetektor vil måle stråling, så vi kan se, om Astronauten Terry nogensinde sikkert kan besøge Mars - eller om der kan eksistere noget andet liv der, for den sags skyld.

Men lad os være ærlige:Den sejeste del af Mars Science Laboratory er sandsynligvis ChemCam , som "bruger laserpulser til at fordampe tynde lag af materiale fra Mars -klipper eller jordmål op til 7 meter (23 fod) væk" [kilde:Mars Science Lab Fact]. Det vil bestemme, hvilke atomer der reagerer på strålen, mens et teleskop viser, hvad laseren belyser. De hjælper forskerne med at bestemme, hvad de nøjagtigt vil have, at roveren skal rejse til, eller afhentning. Udover det, det er bare supercool at have lasere på robotter.

Hvis du stadig vandrer rundt i landet i håb om at lære mere om vores nærmeste planetariske nabo, naviger til den næste side for at lære mange flere oplysninger om, hvordan frygtløse Mars -rovere fungerer.

Masser mere information

relaterede artikler

• Fordelt:Mars Quiz
• Sådan fungerer Mars
• Sådan fungerer Mars Curiosity Rover
• Sådan fungerer Mars Odyssey
• Sådan fungerer NASA
• Sådan fungerer Lunar Rovers
• Vil mennesker leve i rummet i de næste 50 år?
• Hvordan Terraforming Mars vil fungere

Flere store links

• Hvor er nysgerrigheden?
• Opdatering:Ånd og mulighed

Kilder

• Coulter, Dauna. "En Mars Rover, der hedder 'Nysgerrighed'." NASA Science. 30. oktober kl. 2009. (16. december, 2011) http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2009/30oct_curiosity/
• NASA Jet Propulsion Laboratory. "Mars Exploration Rovers." 2011. (16. december, 2011) http://marsrover.nasa.gov/home/index.html
• NASA Jet Propulsion Laboratory. "Faktaark til Mars Rover." (16. december, 2011) http://marsrover.nasa.gov/newsroom/
• NASA Mars Exploration Program. "Historisk log." 2011. (16. december, 2011) http://mars.jpl.nasa.gov/programmissions/missions/log/
• NASA Mars Exploration Program. "Oversigt over Mars Exploration Program. 2011. (16. december, 2011) http://mars.jpl.nasa.gov/programmissions/overview/
• NASA videnskab. "Kan folk tage til Mars?" 17. februar kl. 2004. (16. december, 2011) http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2004/17feb_radiation/
• Petit, Charles W. "Rapport fra den røde planet." National geografi. Juli 2005. (16. december, 2011) http://ngm.nationalgeographic.com/ngm/0507/feature3/
• Svitak, Amy. "Omkostningerne ved NASAs næste Mars Rover rammer næsten $ 2,5 milliarder." Space.com. 3. februar kl. 2011. (16. december, 2011) http://www.space.com/10762-nasa-mars-rover-overbudget.html