InSight komt binnen voor een landing op Mars. Het ruimtevaartuig zal zijn nadering en landing bereiken via een beproefde methode, maar hoewel NASA deze stunt eerder heeft getrokken, moeten tientallen dingen precies goed gaan tijdens binnenkomst, afdaling en landing (EDL) voor InSight om veilig op de oppervlak van de rode planeet.
Om 14:47 uur EST op maandag 26 november zal de InSight-lander de top van de Mars-atmosfeer bereiken, ongeveer 125 kilometer (70 mijl) boven het oppervlak, met een snelheid van 5, 5 kilometer per seconde (12.000 mph). Het ablatieve silica-hitteschild van het vaartuig stijgt tot een temperatuur van meer dan 1500 graden Celsius - heet genoeg om staal te smelten. Ongeveer drie en een halve minuut na het binnenkomen van de atmosfeer, zal het ruimteschip nog steeds supersonisch naar de grond schieten. Een parachute zal worden ingezet om zoveel mogelijk te vertragen, het hitteschild zal overboord gooien en het ruimtevaartuig zal met een radar naar de grond gaan zoeken. Ongeveer zes minuten nadat hij de atmosfeer heeft bereikt, scheidt de lander zich van zijn rugschil - nog steeds ongeveer 180 km / u - en vuurt hij zijn retroraketten af om hem de rest van de weg naar huis te brengen, ongeveer een minuut later.
Als alles goed gaat - terwijl ingenieurs tijdens de "zeven minuten van terreur" de bedieningsschermen niet in staat zijn om het verre vaartuig in realtime te besturen, komt InSight op maandag na Thanksgiving tot rust in Elysium Planitia en bereiden zich voor op het bestuderen van de seismologie en interne hitte van Mars. NASA kan troost bieden in het feit dat dergelijke landingen in het verleden zijn geslaagd, maar wanneer u probeert een vaartuig miljoenen kilometers verderop te landen, is het onmogelijk om u voor te bereiden op elke mogelijke gebeurtenis.
(Emily Lakdawalla voor The Planetary Society) Wanneer een landing op Mars nadert, krijgen ruimtefans een hoop statistieken. Vóór de landing van Curiosity, "heeft meer dan de helft van alle Mars-missies gefaald." Vóór de lancering van de ExoMars in Europa, "hebben meer missies gefaald dan niet: 28 flops vergeleken met 19 successen." althans, niet helemaal): "Van de ongeveer een dozijn robotachtige lander- en rover-missies die naar Mars zijn gelanceerd, zijn er slechts zeven geslaagd."
De statistieken zijn dramatisch, maar het verhaal dat ze vertellen is een beetje gedateerd. Er was een spectaculaire reeks mislukkingen in het laatste deel van de 20e eeuw - Mars 96, Mars Observer, Mars Climate Orbiter en de verliezen van Mars Polar Lander steken nog steeds. Maar terwijl Rusland nooit een volledig succes op Mars heeft behaald, hebben NASA, het Europees Ruimteagentschap (ESA) en de Indian Space Research Organisation (ISRO) sinds Y2K allemaal zo'n beetje genagelde orbitale invoegingen bij Mars. China, India en Japan hebben hun tweede Mars-gebonden missies in de maak en de Verenigde Arabische Emiraten plannen hun eerste, om nog maar te zwijgen over de ambities van verschillende privé-entiteiten.
Mars-baaninserties zijn in de 21e eeuw relatief routine geworden, maar landingen op Mars zijn nog steeds enkele van de moeilijkste missies in de verre ruimte die ooit zijn geprobeerd. De twee succesvolle orbiters van ESA omvatten allebei kleine landers waar nog nooit van was gehoord na de landing, hoewel Schoaparelli-lander van ExoMars de gegevens bijna helemaal naar de oppervlakte terugbracht.
Drie dingen maken een landing op Mars veel moeilijker dan een landing op maan - of een landing op aarde, wat dat betreft. Ten eerste is Mars, in tegenstelling tot de maan, te ver weg voor een grondgebonden mens om tijdens een landingpoging in de lus te zijn. De tijd die een signaal nodig heeft om van Mars naar de aarde en terug te reizen is nooit minder dan negen minuten en duurt meestal veel langer, dus tegen de tijd dat we een signaal kunnen horen en erop kunnen reageren dat ons ruimtevaartuig de bovenkant van de atmosfeer heeft geraakt, het eindresultaat, op de een of andere manier, is al opgetreden.
Het tweede probleem is de atmosfeer van Mars. Er is zowel te veel als te weinig. Wanneer op aarde astronauten en monstercapsules uit de ruimte terugkeren, kunnen we ruimteschepen achter hitteschilden beschermen en de wrijving van atmosferische toegang gebruiken om het hypersonische vaartuig tot subsonische snelheden te vertragen. Zodra het vlammengedeelte voorbij is, kunnen we eenvoudig een parachute eruit springen om de snelheid en drift verder te verlagen tot een zachte (of, tenminste, overleefbare) aanraking op land of water.
De atmosfeer van Mars is dik genoeg om een vurige ingang te genereren, waarvoor een hitteschild nodig is, maar het is te dun voor een parachute alleen om een binnenkomend ruimtevaartuig tot een veilige landingssnelheid te vertragen. Toen Curiosity in 2012 de top van de atmosfeer van Mars bereikte, reed het met 5, 8 kilometer per seconde (13.000 mph). Toen het hitteschild alles had gedaan wat het kon, stormde het ruimteschip nog steeds naar de grond met 400 meter per seconde (895 mph). De parachute van Curiosity kon en vertraagde deze, maar slechts tot 80 meter per seconde (179 mph). De grond raken met die snelheid is niet te overleven, zelfs niet voor een robot.
Op een luchtloze wereld zoals de maan zijn hitteschilden niet vereist en parachutes doen je niets. Maar wees niet bang, we hebben de technologie voor maanlandingen sinds de jaren 1960: neem wat raketten en richt ze naar beneden, waardoor de snelheid van het vaartuig wordt opgeheven.
De atmosfeer maakt het op Mars echter een beetje lastiger. Met bewegende lucht als extra factor, kunnen onvoorspelbare winden een even onvoorspelbare horizontale snelheid toevoegen aan een dalend ruimteschip. Om deze reden moeten landingsgebieden op Mars lage regionale hellingen hebben. Hoge horizontale winden plus hoge hellingen kunnen een lander veel verder van of dichter bij de grond brengen dan verwacht - en beide situaties kunnen rampzalig zijn.
Illustratie van NASA's InSight-lander die op het oppervlak van Mars gaat landen. (NASA / JPL-Caltech) Een Mars-lander heeft dus drie technologieën nodig om het oppervlak te bereiken: een hitteschild, een persoonlijk inzetbare parachute en retrorockets. De Viking-missies naar Mars in het midden van de jaren zeventig, voorbereid door test-lancering van parachutes op suborbitale raketten om te controleren of ze konden opblazen zonder te versnipperen met sneller dan geluidssnelheden. Alle succesvolle landingen van Mars sindsdien (allemaal NASA's) hebben vertrouwd op parachutes met Viking-erfenis. Onlangs heeft NASA gewerkt aan een nieuwe poging om vertragingstechnologieën te ontwikkelen waarmee ruimtevaartuigen zwaarder kunnen landen dan de Viking-sondes - een inspanning die aanvankelijk niet succesvol was en die resulteerde in catastrofaal geraspte parachutes. (Meer recente tests hebben beter gewerkt.)
Met dit alles in gedachten, wat weten we over wat er mis is gegaan voor recent mislukte Marslanders? Voor twee van hen - Mars Polar Lander en Beagle 2 - kunnen we alleen maar speculeren. Het ruimtevaartuig had geen mogelijkheid om real-time telemetriegegevens te verzenden terwijl ze afdaalden. Het falen van Mars Polar Lander heeft NASA een belangrijke les geleerd: als we iets willen leren van onze mislukkingen, moeten we zoveel mogelijk gegevens verzamelen tot het punt van mislukking. Sinds de Mars Polar Lander eind 1999 in het oppervlak is neergestort, heeft elke Mars-lander behalve Beagle 2 van ESA gegevens naar een orbiter verzonden die onbewerkte radiosignalen heeft opgenomen voor toekomstige analyse in het geval van een storing.
Tegenwoordig zijn er veel banen bij Mars, dus we kunnen het zelfs nog beter doen. Er is altijd één orbiter die naar elk laatste stukje radiosignaal van een lander luistert en deze opneemt, alleen in geval van een ramp. En er is meestal een secundaire orbiter die niet alleen naar het signaal luistert, maar het decodeert en de informatie zo snel naar de aarde doorgeeft als de langzame reis van het licht toelaat. Deze 'gebogen buis'-datatransmissie heeft ons het adrenalinekleurige, realtime beeld gegeven van pogingen tot landing op Mars.
Een kaart van Mars, met de locaties van alle zeven van NASA's succesvolle landingen samen met de landingsplaats van InSight in het vlakke gebied van Elysium Planitia. (NASA) Wanneer InSight landt, valt het aan de Mars Reconnaissance Orbiter om telemetrie op te nemen voor toekomstige dissectie als de poging mislukt. Om realtime gegevens van de landing te krijgen, heeft InSight echter twee kleine ruimtevaartgenoten meegebracht: de MarCO CubeSats, elk slechts ongeveer drie voet lang. De Mars Cube One-ruimtevaartuigen zijn de allereerste interplanetaire CubeSats. Als het vaartuig slaagt, krijgt de wereld zijn realtime rapporten over de landing van InSight, en de kleine ruimterobots zullen de weg vrijmaken voor toekomstige, kleinere, goedkopere reizen naar Mars.
Maar voor nu zijn alle ogen gericht op InSight. NASA is zeven keer met succes op Mars geland, en voordat de maand voorbij is, gaat het ruimteagentschap proberen er acht te maken.
Emily Lakdawalla is een planetaire evangelist bij The Planetary Society en redacteur van de driemaandelijkse publicatie van het genootschap, The Planetary Report. Haar nieuwe boek is The Design and Engineering of Curiosity: How the Mars Rover verricht zijn werk .
Het ontwerp en de engineering van nieuwsgierigheid: hoe de Mars Rover zijn werk doet
Dit boek beschrijft de meest complexe machine die ooit naar een andere planeet is gestuurd: Curiosity. Het is een robot van één ton met twee hersens, zeventien camera's, zes wielen, kernenergie en een laserstraal op zijn kop. Niemand begrijpt hoe al zijn systemen en instrumenten werken. Deze essentiële verwijzing naar de Curiosity-missie verklaart de engineering achter elk systeem op de rover, van zijn raketaangedreven jetpack tot zijn radio-isotopen thermo-elektrische generator tot zijn duivels complexe monsterbehandelingssysteem.
Kopen
