Na een reis van zeven maanden en 480 miljoen kilometer naar de planeet Mars heeft de NASA-rover Perseverance met succes een van de meest gewaagde technische manoeuvres in de geschiedenis van de mensheid uitgevoerd: een gecontroleerde landing op de Rode Planeet.
Op donderdag 18 februari, even vóór tien uur ’s avonds Nederlandse tijd, zette de ruim één ton zware rover – het zwaarste object dat ooit op het oppervlak van een andere planeet is neergezet – zijn aluminium wielen in het roestbruine stof van de Jezero-krater, om daar te beginnen aan een speurtocht naar sporen van leven uit het Martiaanse verleden. Maar om te kunnen landen moest de rover eerst een manoeuvre overleven die door NASA-ingenieurs als ‘seven minutes of terror’ werd omschreven. Het ruimtevaartuig waarin de sonde van de aarde naar Mars is vervoerd, boorde zich met grote snelheid door de ijle atmosfeer van Mars en moest daarbij binnen een tijdsbestek van zeven minuten sterk worden afgeremd om daarna zachtjes op het oppervlak van Mars te landen.
“Bij een landing op Mars gaat het eigenlijk vooral om het vinden van manieren om te stoppen,” legde Allen Chen vóór de landing uit; Chen is hoofdingenieur voor het EDL-systeem, dat wordt gebruikt bij het binnendringen van de atmosfeer, de afdaling en de landing (‘entry, descent and landing’). “Perseverance zal met een snelheid van 20.000 kilometer per uur de atmosfeer binnendringen, maar hij moet het oppervlak van Mars raken met een snelheid van niet meer dan drie kilometer per uur.”
Om te landen maakte Perseverance afgelopen donderdag gebruik van de ‘sky crane’ (‘luchtkraan’). Deze technologie werd door de NASA ontworpen voor de landing van de rover Curiosity, die in 2012 werd neergelaten in de Mars-krater Gale.
Voor het eerst is ook de volledige afdaling en landing van een ruimtevaartuig op Mars met videocamera’s en microfoons vastgelegd. “We wilden de mensen ditmaal meenemen op avontuur en ze laten zien hoe het is om op een andere planeet te landen,” zegt Chen.
De afdaling en landing van de rover werden vanuit het Jet Propulsion Laboratory in Californië nauwlettend in de gaten gehouden en waren ook rechtstreeks te volgen op NASA TV. Maar het zal meer tijd vergen om de video- en audio-opnamen van de landing naar de aarde te sturen. Door de momenteel grote afstand tussen beide planeten neemt zelfs het verzenden van een eenvoudig radiosignaal 11,5 minuut in beslag. Voordat Perseverance kon beginnen met het versturen van video en audio, heeft de rover bovendien allerlei checks doorlopen om daarna te laten weten dat hij veilig en wel was geland. Gedurende zijn eerste dagen op Mars zal de verkenner nog talloze andere taken verrichten, zoals het overschakelen van zijn vluchtsoftware op zijn operationele software en het uitvouwen van de mast met daaraan zijn belangrijkste wetenschappelijke camera’s.
Als voorproefje van de missie zijn al enkele foto’s doorgestuurd, onder andere een opname waarop de rover hangend aan de ‘sky crane’ boven het oppervlak van de Rode Planeet is te zien. Vandaag, 21 februari, hoopt het team van Mars 2020, zoals deze missie officieel heet, een ruwe video van de hele landing vrij te kunnen geven. De gegevens voor hoogwaardige beelden nemen langer in beslag om naar de aarde te versturen en te verwerken, dus zal de NASA pas de komende weken een video in hoge resolutie van de gehele landing kunnen presenteren.
Maar het belangrijkste is voorlopig dat het ruimtevaartuig zijn gewaagde landing veilig en wel heeft doorstaan.
'Entry, descent and landing'
Verscholen achter een hitteschild werd de landingstrap met aan boord Perseverance door de ijle Martiaanse atmosfeer afgeremd, waarbij het ruimtevaartuig “gloeide als een vallende ster aan de hemel,” zegt Chen. Met behulp van stuwraketjes werd het daarna richting de landingsplek gedirigeerd, waarbij zijn koepelvormige behuizing enige lift genereerde, “een beetje zoals een vliegtuig.”
Toen de landingstrap eenmaal tot tweemaal de snelheid van het geluid was afgeremd, ontvouwde zich een parachute met een diameter van twintig meter. “Je schiet het pakket met de parachute erin eigenlijk af met een soort kanon, vanuit de achterzijde van het ruimtevaartuig,” legt Chen uit. Het moment waarop de parachute werd afgeschoten en ontvouwd, werd deze keer bepaald door een nieuwe techniek, die ‘range trigger’ (‘afstandstrekker’) wordt genoemd en precies heeft gemeten waar het ruimtevaartuig zich ten opzichte van het oppervlak bevond. Met de nieuwe techniek kon Perseverance een veel kleinere landingszone uitkiezen dan zijn voorloper Curiosity, die zijn parachute opende bij het bereiken van een bepaalde snelheid. Na het ontvouwen van de parachute werd het hitteschild afgeworpen en kon de landingstrap voor het eerst het Martiaanse oppervlak scannen, met zijn radar en met een ander nieuw systeem genaamd ‘terrain-relative navigation’ (‘terrein-gerelateerde navigatie’).
“Deze vorm van navigatie heeft het systeem ogen gegeven – bijna letterlijk,” zegt Chen. Door snelle foto’s van het oppervlak te maken en die te vergelijken met bestaande kaarten (die weer waren samengesteld uit foto’s van diverse orbiters rond Mars), kon Perseverance met grote nauwkeurigheid landen in een gebied vol grote keien en steile hellingen.
“De landingslocatie bij de Jezero-krater was voor de Curiosity-missie zelfs verworpen, omdat ze te onveilig was,” zegt Chen. Maar dankzij zijn ‘terrein-gerelateerde navigatie’ en het ‘range trigger’-systeem is Perseverance geland waar geen andere Mars-rover kon komen.
Ook nadat de landingstrap de parachute had ontvouwd, schoot het gevaarte nog met een snelheid van ruim 250 kilometer per uur richting het Martiaanse oppervlak. “Dat is ongeveer de snelheid van een skydiver die hier op aarde zónder parachute naar beneden vliegt,” zegt Chen. In de Martiaanse atmosfeer, die honderdmaal zo ijl is als die van de aarde, kon de parachute het ruimtevaartuig niet verder afremmen.
Op ongeveer twee kilometer boven de grond werd de landingstrap losgekoppeld van zijn behuizing met de parachute en ontstak hij zijn remraketten, waardoor hij tot een snelheid van zo’n 2,7 kilometer per uur werd afgeremd. Op twintig meter boven de grond begon het landingsvaartuig aan de ‘sky crane’-manoeuvre, waarbij Perseverance hangend aan kabels op het oppervlak van Mars werd neergelaten. Zodra de rover op het oppervlak stond, werden de kabels losgekoppeld en zeilde de landingstrap weg om op veilige afstand van de rover neer te storten.
“Vanaf de landingstrap met zijn raketten heeft Perseverance zich laten zakken en zijn wielen – zijn landingsgestel – uitgeklapt, waarna hij op de grond is gezet met een snelheid die minder is dan ik kan lopen,” legt Chen uit.
Ogen en oren op een andere Planeet
Als onderdeel van Mars 2020 heeft de NASA de landing vastgelegd zoals dat nog niet eerder is gebeurd. In 2012 werd een deel van de landing van de rover Curiosity met een camera gefilmd, maar de afdaling en touchdown van Perseverance is nu vanuit alle mogelijke hoeken vastgelegd door meerdere camera’s: vanaf de landingstrap omhoog (naar de parachute) en omlaag (naar de rover); en vanaf de rover omhoog (naar de ‘sky crane’) en omlaag (naar de Martiaanse bodem).
“Het is iets wat ik me altijd heb proberen voor te stellen,” zegt Chen. De eerste video, waarop is te zien hoe de rover van bovenaf bekeken op het oppervlak van Mars wordt neergelaten, zou vandaag al vrijgegeven kunnen worden, terwijl de video in hoge resolutie van alle camera’s in de komende weken kan worden gepresenteerd.
Perseverance heeft met een van zijn twee microfoons ook audio-opnamen van de afdaling gemaakt. De microfoon die aan de linkerzijde van het voertuig boven het middelste wiel is bevestigd, heeft allerlei geluiden vastgelegd, waaronder de ontsteking van de remraketten en van de explosieve ladingen van het EDL-systeem, waarmee borgpennen werden opgeblazen en de kabels werden verbroken. Ook heeft de microfoon het geruis van de wind vastgelegd en hopelijk “het moment waarop de wielen knerpend op het oppervlak van Mars neerkomen,” zegt David Gruel, een van de ATLO-managers (‘assembly, test and launch operations’) voor Perseverance.
Als de audio wordt vrijgegeven, zullen aardbewoners voor het eerst in de geschiedenis kunnen horen hoe het op een andere planeet klinkt. “Bevestigd aan de rover, zal de microfoon daar op het oppervlak van Mars allerlei omgevingsgeluiden oppikken,” zegt Gruel. Het instrument zal tot ongeveer één minuut na de landing opnamen blijven maken en kan later opnieuw worden ingeschakeld ten behoeve van korte geluidsopnamen, mits zijn kwetsbare onderdelen de ijskoude nachten op het Martiaanse oppervlak doorstaan.
Een tweede microfoon is bevestigd aan de SuperCam van de rover, een instrument dat ook met een laser is uitgerust om gesteente te verdampen en zo de chemische samenstelling ervan te kunnen bepalen. Die microfoon zal luisteren naar het geluid van de gelaserde steen en misschien van de wielen waarmee Perseverance knerpend over Martiaans gruis rolt.
“We hebben tot nu toe veel beeldmateriaal gebruikt, maar nog nooit hebben we gebruik gemaakt van geluid om mensen het gevoel te geven dat ze zich op een andere planeet bevinden,” zegt Gruel. “Wie weet welke spannende ontdekkingen we daar nog mee zullen doen.”
Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com
