Nagelbitare på kommande då Nasas senaste rover snart går in för landning på Mars

Sju månader och 500 miljoner kilometer senare närmar sig resan sitt slut. Den röda planeten hägrar för Nasas rover Perseverance som i skrivande stund ligger på slutrakan inför landningen på Mars. En landning vars utgång är allt annat än given - hälften av alla expeditioner till planeten genom årtiondena har ju misslyckats.

Nagelbitare på kommande då Nasas senaste rover snart går in för landning på Mars

32:50

Det sexhjuliga rullande laboratoriet Perseverance, stor som en cityjeep ungefär, med en matchvikt på ett drygt ton och en prislapp på 2,7 miljarder dollar, ingår i den obemannade expeditionen med namnet Mars 2020. Det här må vara Nasas och därmed USA:s rover, men i slutänden snackar vi om ett pussel av teknik från flera olika länder. Perseverance innehåller faktiskt också finländsk teknologi.

Om allt går som det ska, kommer Perseverance - namnet betyder uthållighet på svenska - att göra touchdown i den 45 kilometer breda Jezero-kratern den 18 februari.

Här är "Percys" nya hem

Meteoritkratern Jezero ligger strax norr om den marsianska ekvatorn, på den västra kanten av slättlandet Isidis Planitia. Det här är på 3700 kilometers avstånd från Gale-kratern där Perseverances “kollega”, rovern Curiosity fortfarande rullar omkring.

Men ännu är vi inte där. Just nu när jag sitter och snackar om det här vet vi inte ännu hur landningen kommer att lyckas - eller inte lyckas.

Det är ingen liten nagelbitare, det här, för teamet som har jobbat med den nya rovern sedan 2013. Seven minutes of terror kallar de manövern på Nasa. Sju minuter av skräck. Tiden då alla på Nasas kommandocentral svävar i ovisshet om vad som egentligen pågår med rovern. Om allt jobb har varit förgäves eller om det riktiga jobbet äntligen kan börja.

Men så här går det alltså till - förhoppningsvis. Låt mig ta er med genom landningens olika skeden. Femton minuter innan landning lösgör sig Perseverance från det så kallade cruise stage, transportmodulen som omfattar solpaneler, sensorer och bränsletankar för själva överfarten till Mars. Perseverance rör sig i det här skedet med en hastighet på nästan 20 000 kilometer i timmen.

Därefter är det dags för att spinna ner rotationen på två varv i minuten som farkosten har haft under resan, det här åstadkoms med hjälp av styrraketerna.

Nu är det fem minuter till inträdet i Mars atmosfär. Härnäst kastar Perseverance ifrån sig två balanselement på 70 kilo styck. Elva minuter kvar till touchdown.

Banzaiiii!

Och då dyker vi ned i atmosfären. 600 kilometer återstår till landningsplatsen. Höjden över Mars yta är 120 kilometer. Hastigheten är fortfarande 19 000 kilometer i timmen. Men nu väntar en brutal inbromsning när friktionen mot atmosfären sätter in. Temperaturen kring Perseverances värmesköld är nu som mest lika hög som på solens yta.

Höjden är nu 45 kilometer. Mars atmosfär är väldigt tunn, men den är turbulent och inte helt jämntjock. Det här kan få farkosten att vingla hit och dit. Styralgoritmen gör sitt bästa för att hålla kursen och balansen genom väl riktade puffar med styrraketerna.

16 kilometer är höjden nu. Hastigheten har sjunkit från 19 000 till 3 800 km/h. Fyra och en halv minut till touchdown. Navigeringsalgoritmen börjar nu orientera sig och korrigerar eventuella avvikelser från kursen för att komma så nära den på förhand bestämda landningsplatsen som möjligt.

Med 14 kilometer kvar till markytan inleder Perseverance nu fasen som kallas SUFR (Straighten Up and Fly Right). Ytterligare sex stycken balanselement lösgörs och kastas ut. Fallriktningen korrigeras så att den är lodrät i förhållande till marken.

En och en halv minut senare. Höjden är elva kilometer, hastigheten är 1 400 km/h. Då styralgoritmen bedömer att tidpunkten är optimal, baserat på datan från sensorerna, utlöser den fallskärmen. Range Trigger kallas det här. Perseverance rör sig fortfarande i överljudshastighet då fallskärmen vecklas ut.

Perseverance öppnar ögonen

Tjugo sekunder senare har hastigheten fallit till 500 km/h. Höjden är cirka nio kilometer. Nu lösgör farkosten värmeskölden som faller åt sidan och dalar till marken. Perseverance är nu “naken” och utsatt för den marsianska atmosfären. Nu börjar kamerorna och de övriga instrumenten registrera sin omgivning. Två minuter kvar till landning.

Med fyra kilometer kvar till marken börjar navigationsdatorn spana in terrängen och göra eventuella korrigeringar av kursen för att undvika större stenblock och sprickor. Datorn jämför foton som den har med sig av terrängen med realtidsbilden från sina egna kameror. Det här är alltså första gången någonsin som en rymdfarkost från jorden gör en autonom, självstyrd landning på en annan planet. Hastigheten är nu 320 km/h.

Saker händer nu med fart. Med tre och en halv kilometer till marken bestämmer sig navigationsdatorn för den slutgiltiga landningsplatsen.

Femton sekunder senare lösgör Perseverance sig från fallskärmen. Landarens bromsraketer tänds och landaren fortsätter nu nedåt för egen maskin. Två kilometer kvar till markytan.

Efter tjugo sekunder bromsas hastigheten in till 3 kilometer i timmen och Perseverance svävar dryga 20 meter ovanför marken. Datorn stryper nu hälften av raketmotorerna som håller farkosten svävande ovanför marken.

När elva meter återstår till marken lösgör sig landningsmodulen från själva rovern, som hissar ner sig mot marken på en uppsättning kablar.

Rovern fäller ut och låser upp sina hjul medan den sänker sig ned mot fast mark. Femton sekunder kvar till touchdown.

Touchdown!

Och här kommer den. Hjulen har nu kontakt med marken! Så fort som Perseverance registrerar att den står med sina sex hjul på den marsianska sanden, kastar den loss sina landningskablar. Landningsmodulen har nu gjort sitt, och den flyger iväg till ett tryggt avstånd från Perseverance, där den kraschar. Brutalt, men sånt är livet på Mars.

Det här sättet att landa rovrar är Nasas trade mark, så att säga. Mekanismen kallas Sky Crane, himmelskranen. Perseverances föregångare Curiosity använde samma teknik. De tidigare rovrarna, Spirit och Opportunity, landade med hjälp av uppblåsbara luftkuddar som dämpade fallet. Det är de här senaste rovrarna för tunga för.

Tillbaka till landningen så som vi hoppas att den kommer att utspela sig. Nu går äntligen signalen iväg mot jorden om att landningen har lyckats. På grund av avståndet mellan Mars och jorden tar det elva minuter innan kommandocentralen på Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien hör beskedet. Personalen på plats kan bara maktlöst sitta och hålla tummarna. Vad som än händer kommer redan att ha hänt för elva minuter sen då Perseverance hör av sig. Eller inte hör av sig.

Det jag beskrev här var alltså ett best case-scenario. Så som saker och ting är tänkta att gå till. Det kan ju i princip också gå som för ESA:s landare Schiaparelli som kraschade på Mars den 19 oktober 2016.

Till Nasas försvar måste sägas att de är bra på det här. De har visat att de behärskar det här med att landa på Mars. Mycket bättre än europeerna och ryssarna, de facto. Nasa har redan landat fyra rovrar på den röda planeten utan problem. Sojourner 1997, Spirit och Opportunity 2004 och Curiosity 2012. Dessutom har man lyckats sätta ned fyra övriga, stationära landare. Sovjetunionen misslyckades med bägge sina försök att landa rovrar på Mars. Men Nasa har alltså statistiken på sin sida.

"Framgång är aldrig garanterad"

Och den tekniska utvecklingen har inte stått stilla, såklart. Nasa har uppgraderat tekniken en hel del sedan Curiositys dagar. Perseverances landare är utrustad med ännu bättre sensorteknik och autonoma algoritmer som kan fatta egna beslut och hitta en jämn yta att sätta ned på.

Men på Nasa är man ändå noga med att inte verka för kaxiga. Allen Chen, chef för Mars 2020 landingsteknik på Nasa, säger så här i ett pressmeddelande:

- Framgång är aldrig garanterad. Det här gäller inte minst då vi försöker landa den största, tyngsta och mest komplexa rover vi någonsin byggt i den farligaste terrängen vi någonsin vågat oss på en landning i.

Men vad är det då som Nasa nu ska landa på Mars? Rovern Perseverance är alltså stjärnan i Nasas två och en halv miljarder euros Mars 2020-expedition, som ska röja nya stigar i utforskandet av den röda planeten och kanske hjälpa oss svara på den gamla, stora frågan: finns det liv utanför jorden.

Som Nasa själva beskriver sin senaste rover: Den är den största, tyngsta, mest sofistikerade och renodlade robotiska geologen som någonsin har fyrats av ut i rymden.

All den senaste hårdvaran

Perseverance är beväpnad till tänderna med allsköns vetenskaplig hårdvara, plus en två meter lång robotisk arm att påta i den marsianska jordmånen med. Mest av allt väntar vi som sagt på vad Perseverance kan snoka fram när det kommer till den eventuella förekomsten av liv på Mars, nu eller i det förflutna.

Det är med tanke på det här som kratern Jezero är vald som landningsplats för Perseverance. Faktum är att rovern kommer att spendera hela sin “karriär” på Mars i den här kratern. De är inga långmilare, de här sexhjulingarna. Föregångaren Curiosity har under sina snart nio år på Mars inte tillryggalagt mer än 23 kilometer. Curiosity har en topphastighet på 0,14 kilometer i timmen. Men det var aldrig meningen att de här sakerna skulle vara några interplanetära rallybilar heller.

Meteoritkratern Jezero är alltså strategiskt vald med tanke på letandet efter eventuella spår av liv. Där finns berggrund som är upp till 3,6 miljarder år gammal. På den tiden hyste kratern en sjö och ett floddelta.

För flera miljarder år sedan var Mars en betydligt fuktigare planet än i våra dagar. Då solsystemet var ungt har Mars haft hav, floder och sjöar. Det har regnat där. Och atmosfären har varit mycket tätare. Men på grund av att planeten är så liten, med bara en tiondel av jordens massa, så har den inte kunnat hålla kvar sin skyddande atmosfär. Saken har inte blivit bättre av att Mars inte har något magnetfält att snacka om, så solvinden har helt enkelt blåst bort den mesta luften med tiden.

Den röda planetens blåa förflutna

Men i solsystemets ungdom, när jorden ännu var en rasande glödhet boll av lava, och därmed väldigt ogästvänlig för liv, då hade Mars en fördel av sin mindre storlek. Mars svalnade mycket fortare än jorden. Och åtminstone för en liten tid var den röda planeten blå. Eller blåare än nu åtminstone.

Och fanns det optimala förutsättningar för liv någonstans i solsystemet på den tiden, så var det på Mars. Inte på jorden.

Huruvida livet då tog tillfället i akt och uppstod i den röda planetens hav, det kan ingen ännu säga med säkerhet. Men tanken har fascinerat forskarna i årtionden. I mitten av 1970-talet sände Nasa de två Viking-sonderna till Mars med den uttryckliga uppgiften att forska i det här.

Och då var syftet inte bara att leta efter spår av gammalt, utdött liv. Vikingsonderna var utrustade med experiment avsedda att avslöja eventuella nu levande mikrober i den marsianska sanden.

Och vissa säger till och med att de lyckades. Gilbert Levin som då ledde den vetenskapliga sidan av Vikingprogrammet har under senare år öppet beskyllt sin forna arbetsgivare för att sopa århundradets upptäckt under mattan. Viking-landarnas experiment, en modern tolkning av Louis Pasteurs gamla trick för att avgöra huruvida ett markprov innehåller mikrober, gav positivt utslag. Inte bara en gång utan flera. Vi har varit inne på det här tidigare i Kvanthopp.

Men Nasa avskrev det som ett falskt positivt resultat. Bland annat med hänvisning till att de kemiska reaktionerna som Viking-landarnas experiment åstadkom, som tydde på närvaron av mikrober, berodde på geologisk kemi, inte biologisk. Nasa har också pekat på frånvaron av organiska molekyler i Mars jordmån.

Kritikerna menar däremot att vi numera vet mycket mera om den marsianska jordmånens kemi än vi visste 1976. Bland annat tack vare Perseverances föregångare Curiosity, som de facto hittade komplexa organiska molekyler i markproverna som den tog.

Nästa rover skickar hem proverna

Nå, bra hur som helst att Nasa nu följer upp det här med ytterligare en rover, Perseverance, som ju alltså betyder uthållighet. Skam den som ger sig, liksom.

Perseverance kommer för övrigt inte att göra hela det diagnostiska jobbet själv, med hjälp av den medhavda tekniska utrustningen. Perseverance kommer nämligen att samla in ett antal markprover från Mars, som den sedan lämnar för avhämtning och leverans till jorden.

Om sisådär tio år är det nämligen meningen att en ny obemannad expedition, ett samprojekt mellan Nasa och europeiska ESA, ska åka till Mars och plocka upp proverna som Perseverance har samlat in, och skjuta iväg dem hem till jorden.

Och de proverna kommer att ge forskarna material att bita i för årtionden framåt, lite på samma sätt som månstenarna som Apolloexpeditionerna fortfarande lär oss nya saker, mer än 50 år senare.

Men hur som helst så har Perseverance fler äss i rockärmen. Till exempel så har den en liten kumpan med sig på resan. En liten helikopter som har fått det bombastiska namnet Ingenuity. “Genialitet”. Den här lilla bevingade hjälpredan färdas till Mars fastspänd på Perseverances mage.

Första helikoptern på en annan planet

När Perseverance har gjort sin touchdown på Mars kommer Ingenuity att lösgöra sig och göra några korta provflygningar. Det hela kommer att innebära inget mindre än den första flygningen någonsin med en rotorförsedd farkost på en annan planet!

I övrigt är Ingenuity inte med på resan för att utföra några direkta stordåd, den är mera av vad man kallar proof of concept. Ett test. Om den visar sig vara en framgång så kan vi räkna med att det rätt så snart flyger omkring små helikoptrar kors och tvärs i den marsianska skyn.

Deras främsta funktion kunde då tänkas vara att agera spanare för markbundna rovers i stil med Perseverance. Men de kunde såklart också tänkas vara försedda med egen teknik för provtagning och analys. Det här enligt vad som har sagts från Nasa.

Vad hittar vi under plåten på själva Perseverance-rovern då? Nå, vi måste ju nämna här att det finns finländsk teknologi med ombord. Här i Finland är vi väldigt bra på rymdteknik, trots att det inte talas mycket om det. Sensorteknik är vi särskilt häva på.

Finländsk sensorteknik på Mars

I Perseverance, precis som i föregångaren Curiosity, sitter det tryck- och fuktsensorer som finländska Vaisala har levererat och som ingår i mätapparatur som Meteorologiska institutet har utvecklat. De kommer att spela en central roll i att studera Mars atmosfär. Förutom tryck och fukt mäter de finländska instrumenten också vindriktningen och -hastigheten, och temperaturen såklart.

Instrument som sitter i en Marsrover som Perseverance ska inte bara vara exakta, de ska tåla en hel del stryk också. Både under både avfyrningen och resan dit ut, och under landningen. Det blir många hårda törnar och brutala vibrationer innan rovern står stadigt på den marsianska marken.

Och så ska ju tekniken fungera pålitligt under de flera år som rovern är tänkt att rulla på den röda planeten. Det är ju liksom inte som att man kan åka ut och serva den sådär bara om någonting går fel.

Den nordiska kopplingen tar inte slut med Vaisalas teknik. Vi har också ett instrument kallat RIMFAX som har levererats av norska Forsvarets forskningsinstitutt. RIMFAX är en förkortning av Radar Imager for Mars Subsurface Experiment. En markpenetrerande radar, med andra ord. Perseverance kommer med andra ord att kunna ta sig en titt under ytan. Minst tio meter ner kommer den att kunna spana med sin markradar.

MOXIE ska samla syre

En annan teknisk manick som Perseverance har med sig är ett instrument som kallas MOXIE, en förkortning av Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment. MOXIE är stor som en brödrost ungefär. Den utnyttjar en elektrokemisk process för att samla in syre från Mars atmosfär, som till 95% består av koldioxid. Syrehalten är bara ynka 0,16%. Lufttrycket på Mars är dessutom mindre än en procent av jordens lufttryck.

För att MOXIE ska kunna pressa syre ur en så klen och syrefattig atmosfär måste instrumentet ha en intern temperatur på hela 800 grader Celsius. Utsidan är täckt av ett tunt guldlager som skyddar mot infraröd strålning och separerar Perseverance övriga utrustning från hettan.

Om tekniken visar sig funka så kunde man använda den i uppskalade versioner för att hjälpa de första mänskliga Marsfararna att fixa syre åt sig att andas när de landar.

Och inte bara till att andas. Raketer behöver ju syre för att brinna. Och det är en himla massa syre som krävs för att en raket ska lyfta från planetens yta, sedan när den första bemannade expeditionen vill komma hem från Mars. Att lyfta en återvändande Marsfarkost med fyra personer i upp till rymden från Mars kräver uppskattningsvis 25 ton syre.

Då skulle det vara till en stor fördel att kunna utvinna sitt eget syre där, på plats och ställe, direkt från Mars atmosfär. Och den här tekniken ska Perseverance alltså nu experimentera med.

Syremakaren MOXIE beräknas kunna producera 6-10 gram syre i timmen, vilket i princip skulle räcka för att hålla en liten hund vid liv. Så att om man ska tillverka raketbränsle krävs det betydligt grövre doningar. 200 gånger större skulle en sådan mackapär behöva vara. Det här motsvarar en vikt på ett ton, det vill säga lika mycket som hela Perseverance väger. På Nasas Jet Propulsion Laboratory jobbar man faktiskt på en prototyp för en sådan apparat just nu.

Ljud och bild

Hur som helst: bland all högteknologisk hårdvara som åker till Mars med rovern Perseverance kan vi ännu nämna SuperCam, ett instrument som på avstånd kan ge en bild av den kemiska sammansättningen i diverse stenar. Föregångaren Curiosity har en liknande pryl kallad ChemCam, men Perseverances version är mer avancerad: den innehåller fyra vetenskapliga instrument som gör att man kan leta efter biosignaturer med den. Spår av liv, med andra ord.

Ljud och bild kommer rovern också att kunna leverera, till internets stora glädje. Instrumentet Mastcam-Z erbjuder ett stereoskopiskt kamerasystem med möjlighet att zooma. Mikrofoner finns också ombord på Perseverance som bland annat ska spela in ljuden från själva landningen. Det borde ju bli intressant att lyssna på.

All den här teknologiska hårdvaran kräver ju ström såklart, och den levereras av en så kallad radioisotopgenerator som Perseverance har installerad i sig. Den är i princip ett 45 kilo tungt plutoniumbatteri, som levererar en uteffekt på 110 watt.

Slutligen kan vi nämna en kul liten detalj med rovern Perseverance. Ombord på den finns tre små plaketter av kisel, stora som fingernaglar ungefär. I de här silikonchipsen har man etsat in namnen på mer än tio miljoner människor från hela världen, med hjälp av en elektronstråle. Det är namn som samlades in i samband med kampanjen “Send Your Name to Mars”.

Är det någon av Kvanthopps lyssnare som deltog i det här och har sitt namn med ombord på Perseverance, hör gärna av dig hit till Kvanthopp. Jag har alltid velat tala med någon som har sitt namn skrivet i stjärnorna. Eller planeterna, i det här fallet.

Men vi ska kanske vänta med att korka skumpan innan Perseverance står där i ett stycke på den röda planetens sand. Hålla tummarna kan vi däremot gärna göra redan nu.