Det ekstraordinære prøveindsamlingssystem af NASAs Perseverance Mars-rover

Prøverne Apollo 11 bragte tilbage til Jorden fra Månen var menneskehedens første fra et andet himmellegeme. NASAs kommende Mars 2020 Perseverance rover-mission vil indsamle de første prøver fra en anden planet (den røde) for at vende tilbage til Jorden ved efterfølgende missioner. I stedet for astronauter, Perseverance roveren vil stole på de mest komplekse, dygtig og reneste mekanisme, der nogensinde er blevet sendt ud i rummet, prøvecachingsystemet.

De sidste 39 af de 43 prøverør i hjertet af prøvesystemet blev fyldt, sammen med opbevaringsenheden, der skal holde dem, ombord på NASAs Perseverance rover den 20. maj i Kennedy Space Center i Florida. (De andre fire rør var allerede blevet indlæst forskellige steder i Sample Caching System.) Integrationen af ​​de sidste rør markerer endnu et vigtigt skridt i forberedelsen til åbningen af ​​roverens lanceringsperiode den 17. juli.

"Selvom du ikke kan lade være med at undre dig over, hvad der blev opnået i Apollons dage, de havde én ting for dem, vi ikke har:støvler på jorden, sagde Adam Steltzner, chefingeniør for Mars 2020 Perseverance rover-missionen ved NASAs Jet Propulsion Laboratory i det sydlige Californien. "For at vi skal indsamle de første prøver af Mars til tilbagevenden til Jorden, i stedet for to astronauter har vi tre robotter, der skal arbejde med præcisionen af ​​et schweizisk ur."

Mens mange mennesker tænker på Perseverance-roveren som én robot, det er faktisk beslægtet med en samling af robotter, der arbejder sammen. Placeret på forsiden af ​​Perseverance roveren, selve prøvecachingsystemet er sammensat af tre robotter, den mest synlige er roverens 7 fod lange (2 meter lange) robotarm. Bolt foran på roverens chassis, den femleddede arm bærer et stort tårn, der inkluderer et roterende slagbor til at indsamle kerneprøver af Mars-sten og regolit (brudt sten og støv).

Den anden robot ligner en lille flyvende tallerken indbygget foran på roveren. Kaldet bitkarrusellen, dette apparat er den ultimative mellemmand for alle Mars-prøvetransaktioner:Det vil levere borekroner og tomme prøverør til boret og vil senere flytte de prøvefyldte rør ind i rover-chassiset til vurdering og behandling.

Den tredje robot i Sample Caching System er den 1,6 fod lange (0,5 meter lange) prøvehåndteringsarm (kendt af holdet som "T. rex-armen"). Placeret i maven på roveren, den fortsætter, hvor bitkarrusellen stopper, flytning af prøverør mellem lager- og dokumentationsstationer samt bitkarrusellen.

Urlignende præcision

Alle disse robotter skal køre med urlignende præcision. Men hvor det typiske schweiziske kronometer har færre end 400 dele, Sample Caching System har mere end 3, 000.

"Det lyder af meget, men du begynder at indse behovet for kompleksitet, når du tænker på, at Sample Caching System har til opgave autonomt at bore ind i Mars-klippen, at trække intakte kerneprøver ud og derefter forsegle dem hermetisk i hypersterile beholdere, der i det væsentlige er fri for organisk materiale, der stammer fra jorden, og som kunne komme i vejen for fremtidig analyse, " sagde Steltzner. "Med hensyn til teknologi, det er det mest komplicerede, mest sofistikerede mekanisme, vi nogensinde har bygget, testet og klargjort til rumflyvning."

Missionens mål er at indsamle et dusin eller flere prøver. Så hvordan virker denne tre-robot, labyrintisk samling af motorer på størrelse med dampskib, planetgearkasser, indkodere og andre enheder arbejder alle omhyggeligt sammen for at tage dem?

"I bund og grund, efter vores roterende slagboremaskine har taget en kerneprøve, den vil vende rundt og docke med en af ​​de fire docking-kegler i bitkarrusellen, " sagde Steltzner. "Så roterer bitkarrusellen den Mars-fyldte borekrone og et prøverør ned inde i roveren til et sted, hvor vores prøvehåndteringsarm kan gribe den. Den arm trækker det fyldte prøverør ud af boret og tager det med til at blive afbildet af et kamera inde i Sample Caching System."

Efter at prøveglasset er afbildet, den lille robotarm flytter den til volumenvurderingsstationen, hvor en ramrod skubber ned i prøven for at måle dens størrelse. "Så går vi tilbage og tager endnu et billede, sagde Steltzner. Derefter, vi henter en forsegling - en lille prop - for toppen af ​​prøverøret og går tilbage for at tage endnu et billede."

Næste, Sample Caching System placerer røret i forseglingsstationen, hvor en mekanisme hermetisk forsegler røret med hætten. "Så tager vi røret ud, " tilføjede Steltzner, "og vi returnerer det til opbevaring, hvor det først begyndte."

At få systemet designet og fremstillet, derefter integreret i Perseverance har været en syv-årig bestræbelse. Og arbejdet er ikke gjort. Som med alt andet på roveren, der er to versioner af Sample Caching System:en ingeniørtestmodel, der bliver her på Jorden, og flyvemodellen, der vil rejse til Mars.

"Ingeniørmodellen er på alle mulige måder identisk med flyvemodellen, og det er vores opgave at prøve at bryde det, " sagde Kelly Palm, Sample Caching System integrationsingeniøren og Mars 2020 testleder hos JPL. "Vi gør det, fordi vi hellere vil se ting slides eller gå i stykker på Jorden end på Mars. Så vi satte ingeniørtestmodellen igennem dens trin for at informere vores brug af dens flyvende tvilling på Mars."

Til det formål, holdet bruger forskellige sten til at simulere terræntyper. De borer dem fra forskellige vinkler for at forudse enhver tænkelig situation, roveren kunne være i, hvor videnskabsholdet måske vil samle en prøve.

"En gang imellem, Jeg er nødt til at tage et øjeblik og overveje, hvad vi laver, " sagde Palm. "For blot et par år siden gik jeg på college. Nu arbejder jeg på systemet, der vil være ansvarlig for at indsamle de første prøver fra en anden planet for at vende tilbage til Jorden. Det er ret fantastisk."

Perseverance er en robotforsker, der vejer omkring 2, 260 pund (1, 025 kg). Roverens astrobiologiske mission vil søge efter tegn på tidligere mikrobielt liv. Det vil karakterisere planetens klima og geologi, indsamle prøver til fremtidig tilbagevenden til Jorden, og bane vejen for menneskelig udforskning af den røde planet. Ligegyldigt hvilken dag Perseverance starter i løbet af dens 17. juli-aug. 11 lanceringsperiode, det vil lande ved Mars' Jezero-krater den 18. februar, 2021.