Ny Mars-rover er klar til rumlasere

Da Apollo-astronauterne landede på Månen, de medbragte enheder kaldet retroreflektorer, som i det væsentlige er små rækker af spejle. Planen var, at videnskabsmænd på Jorden skulle rette lasere mod dem og beregne den tid, det tog for strålerne at vende tilbage. Dette gav usædvanligt præcise målinger af Månens kredsløb og form, herunder hvordan det ændrede sig lidt baseret på Jordens tyngdekraft.

Forskning med disse månereflekser fra Apollo-æraen fortsætter den dag i dag, og forskere ønsker at udføre lignende eksperimenter på Mars. NASA's Perseverance rover - planlagt til at lande på den røde planet den 18. februar, 2021 – bærer Laser Retroreflektor Array (LaRA) i håndfladestørrelse. Der er også en lille ombord på agenturets InSight-lander, kaldet Laser Retroreflektor for InSight (LaRRI). Og en retroreflektor vil være ombord på ESA (European Space Agency) ExoMars rover, der lanceres i 2022.

Selvom der i øjeblikket ikke er nogen laser på vej til denne type Mars-forskning, enhederne er rettet mod fremtiden:Reflekser som disse kunne en dag gøre det muligt for forskere, der udfører det, der kaldes laser-ranging forskning, til at måle positionen af ​​en rover på Mars-overfladen, test Einsteins generelle relativitetsteori, og hjælpe med at gøre fremtidige landinger på den røde planet mere præcise.

"Laserreflekser er skinnende, punktlignende positionsmarkører, " sagde Simone Dell'Agnello, som ledede udviklingen af ​​alle tre retroreflektorer ved Italiens Nationale Institut for Nuklear Fysik, som byggede enhederne på vegne af den italienske rumfartsorganisation. "Fordi de er enkle og vedligeholdelsesfrie, de kan arbejde i årtier."

En æske med spejle

Enhederne fungerer meget som en cykelreflektor, hopper lys tilbage i retning af sin kilde. Perseverance's LaRA, for eksempel, er en 2-tommer bred (5 centimeter bred) kuppel plettet med halv tomme huller indeholdende glasceller. I hver celle, tre spejlede flader er placeret i 90 graders vinkler fra hinanden, så lyset, der kommer ind i hullerne, ledes tilbage ud i nøjagtig samme retning, som det kom fra.

LaRA er meget mindre end retroreflektorerne på Månen. De tidligste, leveret af Apollo 11 og 14 missionerne, er på størrelse med en typisk computerskærm og indlejret med 100 reflektorer; dem, der leveres af Apollo 15, er endnu større og indlejret med 300 reflekser. Det er fordi laserne skal rejse så meget som 478, 000 miles (770, 000 kilometer) til Månen og tilbage. Ved hjemturen, bjælkerne er så svage, de kan ikke opdages af det menneskelige øje.

De stråler, som Perseverances LaRA og InSights LaRRI blev bygget til at reflektere, ville faktisk have en langt kortere rejse, på trods af at Mars er omkring 249 millioner miles (401 millioner kilometer) væk på sit fjerneste punkt fra Jorden. I stedet for at rejse frem og tilbage fra Jorden, hvilket ville kræve enorme reflekser, laserstrålerne skulle bare rejse frem og tilbage fra en fremtidig Mars-kredsløb udstyret med en passende laser.

Oplysende videnskab

En sådan orbiter kunne bestemme den præcise position af en retroreflektor på Mars-overfladen. Og da Perseverance vil være mobil, det kunne give flere referencepunkter. I mellemtiden orbiterens position ville også blive sporet fra Jorden. Dette ville give videnskabsmænd mulighed for at teste Einsteins generelle relativitetsteori, som de har med retroreflektorer på Månen. Hver planets kredsløb er i høj grad påvirket af bøjningen i rum-tid skabt af Solens store masse.

"Denne form for videnskab er vigtig for at forstå, hvordan tyngdekraften former vores solsystem, hele universet, og i sidste ende rollerne af mørkt stof og mørk energi, " bemærkede Dell'Agnello.

I tilfælde af InSight-landeren, som landede den 26. november, 2018, laservidende videnskab kunne også hjælpe rumfartøjets kerneopgave med at studere Mars' dybe indre. InSight er afhængig af et radioinstrument til at registrere subtile forskelle i planetens rotation. Ved at lære af instrumentet, hvordan planeten vakler over tid, videnskabsmænd kan endelig afgøre, om Mars' kerne er flydende eller fast.

Og hvis videnskabsholdet var i stand til at bruge landerens retroreflektor, de kunne få endnu mere præcise positionsdata, end InSights radio giver. LaRRI kunne også registrere, hvordan terrænet InSight sidder på skift over tid og i hvilken retning, afslører, hvordan Mars-skorpen udvider sig eller trækker sig sammen.

Bedre landinger på Mars

Mars-landinger er svære. For at hjælpe med at få Perseverance sikkert til overfladen, missionen vil stole på terræn-relativ navigation, en ny teknologi, der sammenligner billeder taget under nedstigning med et kort ombord. Hvis rumfartøjet ser sig selv komme for tæt på fare (som en klippeside eller klitter), det kan vige væk.

Men i sådan en missionskritisk begivenhed, du kan aldrig have for mange sikkerhedskopier. Fremtidige missioner, der løber mod overfladen af ​​den røde planet, kunne bruge rækken af ​​referencepunkter fra laserretroreflektorer som en kontrol af ydeevnen af ​​deres terrænrelative navigationssystemer - og måske endda øge deres nøjagtighed ned til et par centimeter. Når forskellen mellem at lande i nærheden af ​​en lokkende geologisk formation eller at glide ned ad den stejle skråning af en kratervæg kan måles i blot fødder, Reflekser kan være kritiske.

"Lasermåling kunne åbne op for nye former for Mars-udforskning, " sagde Dell'Agnello.

Mere om missionen

Et nøglemål for Perseverances mission på Mars er astrobiologi, herunder søgen efter tegn på gammelt mikrobielt liv. Roveren vil også karakterisere planetens klima og geologi, bane vejen for menneskelig udforskning af den røde planet, og vær den første planetariske mission til at indsamle og cache Martian rock og regolith (brudt sten og støv). Efterfølgende missioner, i øjeblikket under overvejelse af NASA i samarbejde med European Space Agency, ville sende rumfartøjer til Mars for at indsamle disse cachede prøver fra overfladen og returnere dem til Jorden til dybdegående analyse.

Administreret for NASA af JPL, en afdeling af Caltech i Pasadena, Californien, Mars 2020 Perseverance-roveren er en del af et større program, der inkluderer missioner til Månen som en måde at forberede sig på menneskelig udforskning af den røde planet. Anklaget for at returnere astronauter til Månen i 2024, NASA vil etablere en vedvarende menneskelig tilstedeværelse på og omkring Månen i 2028 gennem NASAs Artemis-måneudforskningsplaner.