Conheça Marte 2020, o rover da NASA para encontrar vida em Marte

‘Fast Company’ visita a sala limpa do Laboratório de Propulsão a Jato para verificar a próxima geração do Mars rover que irá caçar vestígios de vida no delta de um rio de 3,5 bilhões de anos e abrir ainda mais o caminho para a exploração humana.

Conheça Marte 2020, o rover da NASA para encontrar vida em Marte

Parece que a sala de TV de Willy Wonka e a Fábrica de Chocolate - uma câmara imaculada onde pessoas em macacões e máscaras brancos correm sobre uma coleção de magia tecnológica.



Mas, em vez de uma câmera que transforma crianças malcriadas em miniaturas, a peça central é o novo Rover de março de 2020 , que a agência pretende implantar no Planeta Vermelho neste verão. Embora menos desafiador da física do que Wonkavision, ainda é tão mágico, por um grande motivo: esta é a missão que pode finalmente responder se uma vez existiu vida em Marte.

Membros da mídia entrevistam os construtores da missão Mars 2020. A imagem foi tirada dentro de uma sala limpa em 27 de dezembro de 2019. [Foto: NASA / JPL-Caltech]



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Nos últimos dias de 2019, o Jet Propulsion Laboratory, a instalação com sede em Pasadena, Califórnia, que gerencia a missão, ofereceu aos jornalistas um raro acesso a High Bay 1, a cavernosa transmitido ao vivo sala limpa onde os engenheiros construíram o rover Mars 2020 junto com os sistemas de descida e cruzeiro que guiarão sua jornada de sete meses até Marte. A temperatura, umidade e procedimentos operacionais estritamente controlados da sala minimizam a poeira transportada pelo ar, partículas e contaminação biológica que podem interferir com a eletrônica e os experimentos marcianos. Requer um regime meticuloso de acesso.



Antes de entrar na sala em pequenos grupos, vestimos ternos de coelho - macacões de poliéster branco desafiadores da moda, botas e capuzes, junto com máscaras cirúrgicas e luvas de látex presas às aberturas das mangas - antes de prosseguir por uma câmara de descompressão onde fortes rajadas de ar removem detritos microscópicos. Não são permitidos maquiagens, perfumes, lã, roupas com bordas irregulares ou alças de tecido para câmeras, e os técnicos limpam câmeras e celulares com álcool antes de entrar. Os funcionários do JPL estão ainda restritos a xampus inodoros, um tipo de desodorante e sem chuveiros antes de entrar. Até mesmo o mascote da sala limpa, o sempre fabuloso High Bay Bob, um manequim que modela óculos de sol verdes brilhantes com tema de Natal, usa uma roupa de coelho.

High Bay Bob [Foto: Susan Karlin]

Manter o rover Mars 2020 limpo foi classificado como o desafio mais exclusivo da missão. Devido ao seu foco na astrobiologia, o JPL tomou medidas de descontaminação mais extremas do que os predecessores Sojourner, Spirit, Opportunity e Curiosity.



Não queremos chegar a Marte e descobrir na amostra que retorna, ‘Ei, é meu cabelo’, diz David Gruel, o gerente de operações de montagem, teste e lançamento da Mars 2020. Todas as regras do que você não pode fazer ou trazer para o chão são para salvaguardar a ciência desta missão.

Além dos blocos de construção da vida

Mars 2020 - que o JPL começou a preparar em 2011, um ano antes de Curiosity aterrissar com grande alarde - é a primeira sonda de Marte a procurar evidências de vida microbiana passada. Ele vai perfurar, analisar e coletar amostras de rochas e solo de áreas antes consideradas habitáveis ​​e colocá-las de lado em tubos estéreis vedados para uma futura missão de devolvê-las à Terra em 2026 para um estudo mais detalhado. A missão é o primeiro passo em direção a um objetivo que o JPL começou a discutir na década de 1980 que acabou se tornando o Campanha de devolução de amostra da Mars .

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Os rovers nas últimas missões tentaram entender se Marte era um ambiente habitável e se tem os blocos de construção da vida, disse o diretor do JPL, Michael Watkins. E nós nos convencemos de que sim.



Assim que essas amostras forem analisadas nos laboratórios mais sofisticados da Terra, elas oferecerão uma resposta a algumas questões prementes: A vida poderia ter se formado lá, a vida se formou lá e, se não, por que não? Watkins diz.

O projeto de US $ 2,5 bilhões também testará tecnologias que abordam os desafios enfrentados pela meta de longo prazo da exploração humana. Eles incluem instrumentos que melhoram o pouso, produzem oxigênio da atmosfera rica em dióxido de carbono do planeta, identificam a geologia e a água subterrânea e traçam padrões climáticos, poeira e outras condições ambientais. Há até um pequeno helicóptero movido a energia solar projetado para voar na gravidade e atmosfera reduzidas de Marte.

A NASA designará um nome oficial para Marte 2020 nesta primavera, escolhido entre mais de 9 milhões de inscrições públicas. O rover é lançado do Cabo Canaveral na Flórida durante uma janela de julho / agosto para um pouso planejado em 8 de fevereiro de 2021 na cratera Jezero de Marte, um antigo leito de lago com alto potencial para uma vez abrigar vida. A missão durará pelo menos um ano Marte (cerca de 687 dias terrestres) e cobrirá até 12 milhas.

Desafios sem precedentes

Embora a contaminação por partículas seja um desafio assustador, proteger os componentes eletrônicos altamente sensíveis é outro. De volta à sala limpa, as barreiras retráteis da correia mantêm os repórteres a uma distância modesta dos mecânicos para evitar descargas eletrostáticas acidentais (ESD).

O corpo humano é feito de tanta água que tem a capacidade de conduzir eletricidade, diz James Sean Howard, líder de garantia de qualidade de hardware de operações de teste e montagem da Mars 2020. O choque causado por caminhar sobre um tapete e tocar a maçaneta da porta é de cerca de 20.000 volts. Você pode danificar alguns desses componentes eletrônicos de alta velocidade com apenas cinco volts. Portanto, mitigamos esse risco por meio do controle de descarga eletrostática.

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A vida poderia ter se formado ali, a vida se formou ali, e se não, por que não?

Michael Watkins

Isso é realizado envolvendo o hardware com ionizadores de ar, que neutralizam a eletricidade estática ao bombear íons carregados positiva e negativamente no ar. A sala limpa também mantém os níveis de umidade acima de 30%, tornando o ar mais condutivo, podendo absorver e distribuir o excesso de cargas. Quando os engenheiros trabalham na mecânica, eles conectam pulseiras extensíveis a um aterramento, um fio que retorna eletricidade para a terra para evitar faíscas. As roupas de coelho também contêm padrões de grade de minúsculos filamentos condutores de carbono para descarregar campos estáticos das roupas. Após a conclusão, as gaiolas de Faraday e as agulhas ESD - pontas de metal no exterior do rover que atenuam as incômodas cargas eletrostáticas - protegerão seus componentes eletrônicos em Marte.

Outra barreira significativa é a complexidade dos instrumentos e partes móveis, muitos dos quais se desdobram do rover após o pouso. O veículo usa mais de 30 atuadores, ou sistemas que controlam as peças móveis. Cada um desses mecanismos, caixas de engrenagens e motores têm centenas de pequenas peças, todas as quais devem ser projetadas, analisadas, montadas e testadas, diz o vice-gerente de projeto da Mars 2020, Matt Wallace. É difícil torná-los superconfiáveis. E, claro, não há oportunidade de consertá-los em Marte.

Um modelo de engenharia do rover Mars 2020 da NASA faz trilhas durante um teste de direção no Mars Yard, uma área que simula as condições de Marte no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Califórnia. [Foto: NASA / JPL-Caltech]

Manter os contaminantes do sistema de montagem de cache, que coloca e sela as amostras de solo em tubos, foi especialmente complicado e crucial, considerando sua complexidade e contato com as amostras. O terço frontal do rover tem um mecanismo semelhante a um relógio suíço que pega a amostra do braço robótico, avalia e a sela hermeticamente no tubo de amostra e invólucro para colocar na superfície de Marte, diz Zach Ousnamer, o Mars 2020 montagem, teste e operações de lançamento de integração de veículos rover e engenheiro de teste. Foi necessário um segundo conjunto de luvas esterilizadas para tocar o hardware específico.

Uma vez em Marte, aceitamos alguns aspectos da contaminação cruzada entre os locais de perfuração, acrescenta Jessica Samuels, engenheira líder de sistemas de voo da Mars 2020. Mas a coisa mais importante que nos preocupa é não trazer nenhum contaminante para a Terra.

Avanço da tecnologia por trás do Curiosity

O rover Mars 2020 aproveita muito Curiosidade configuração e sistema de pouso enquanto avança sua ciência. O novo rover é ligeiramente maior do que o Curiosity, com 10 pés de comprimento (não incluindo um braço robótico dobrável de 9 pés), 9 pés de largura, 7 pés de altura e 2.314 libras, e similarmente alimentado com combinações de energia nuclear, bateria e solar . Suas seis rodas de alumínio apresentam um design e revestimento mais robustos para evitar amassados, buracos e degraus quebrados que afetaram o Curiosity. Desta vez, seus passos infelizmente estão ausentes das letras JPL escrito em código Morse , um uso atrevido de marcações de roda para medir visualmente a distância, rumores de ter irritado algumas penas na NASA por promover o JPL.

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O sistema de entrada, descida e aterrissagem da Mars 2020 irá replicar o mergulho de cortar as unhas do Curiosity, notoriamente articulado em seu 7 minutos de terror vídeo. O rover viajará para Marte dentro de um aeroshell protetor que compreende um escudo superior e um escudo térmico inferior. Um estágio de descida circular contendo oito retro-foguetes será preso ao veículo espacial como uma mochila a jato que irá baixá-lo até o solo. Minutos antes do toque, um pára-quedas no topo da concha superior irá desacelerar a descida da nave até que o escudo térmico não seja mais necessário e se solte. Nesse ponto, o estágio de descida se desprenderá do casco superior, disparando os retro-foguetes em direção à superfície para desacelerar sua descida, antes de abaixar suavemente o rover por uma corda até a superfície. O estágio de descida então se desprenderá do rover, voará e baterá em outro lugar.

Desta vez, um punhado de novas tecnologias a bordo permitirão manobras de descida mais controladas, pouso preciso e coleta de dados para missões futuras. A nave também incluirá um conjunto de câmeras e microfones para visualizações em primeira pessoa e sons da aterrissagem. Os sensores de dados medem as temperaturas da camada superior e do escudo térmico inferior. Um sistema de navegação guiará a descida cronometrando a implantação do paraquedas com a posição da espaçonave em relação ao alvo de pouso. Um segundo ajudará no pouso, observando o terreno perigoso durante a descida, comparando imagens recentes da superfície se aproximando com um mapa pré-carregado da superfície marciana.

Uma vez na superfície, o trabalho do rover começa

Uma vez na superfície, sete instrumentos - selecionados a partir de 58 propostas em todo o mundo e incluindo contribuições de equipes francesas, espanholas e norueguesas - conduzirão avaliações geológicas da localização do rover para procurar por sinais da vida marciana antiga e abrir caminho para uma eventual exploração humana.

Enquanto o Curiosity procurava e confirmava que Marte tinha as condições ambientais certas para suportar formas de vida microscópicas, Marte 2020 vai procurar provas na forma de bioassinaturas - fósseis químicos e moleculares que fornecem confirmação científica de vidas passadas. A cratera de Jezero foi o local de um delta de lago e rio há mais de 3,5 bilhões de anos, e as rochas que se formaram na água podem preservar evidências dos blocos de construção químicos da vida.

Estamos procurando níveis de traços de produtos químicos, partes por bilhão, apenas assinaturas muito fracas. . . de bilhões de anos atrás em Marte, diz Wallace.

O rover carrega uma broca para retirar amostras e instrumentos para analisar e preservar as amostras em 43 recipientes do tamanho de tubos de ensaio que serão deixados na superfície marciana para recuperação posterior. Isso requer uma missão separada porque o sistema de pouso não pode entregar um veículo espacial e um veículo de subida para levantar as amostras de Marte.

Instrumentos em busca de vida incluem sistemas avançados de câmeras capazes de imagens panorâmicas e estereoscópicas e análise mineral, radar para exploração de subsuperfície e espectrômetros para determinar mineralogia e compostos orgânicos. Ao contrário do Curiosity, as câmeras Mars 2020 disparam em cores para permitir a espectroscopia de imagem que pode determinar as composições químicas das amostras.

[Imagem: NASA]

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Os cientistas não estão procurando fragmentos de microorganismos, mas sim uma coleção de impressões digitais químicas residuais. Um espectrômetro chamado SHERLOC - abreviação de Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics and Chemicals - lançará um laser ultravioleta de 100 mícrons em uma superfície para obter as assinaturas espectrais de seus componentes. Isso pode ajudar a determinar a composição mineral, o tipo de molécula orgânica e a química, como a existência de nitratos ou cloratos. Tudo isso adicionado contará uma história química, que há uma chance muito boa de haver uma bioassinatura lá e devemos trazer essa amostra de volta, diz o investigador principal do SHERLOC, Luther Beegle.

O Mars 2020 terá como objetivo auxiliar futuras missões robóticas e humanas, testando como certas tecnologias funcionam em um ambiente marciano. Uma estação meteorológica de superfície a bordo medirá a temperatura, a pressão e o tamanho e a forma da poeira para entender melhor a densidade atmosférica e os ventos de Marte. Também demonstrará a produção de oxigênio do dióxido de carbono atmosférico de Marte, que as missões humanas precisarão para respirar e combustível de foguete. E fará voos de teste de 90 segundos e fotografia aérea com um pequeno helicóptero amarrado à barriga do rover. Se for bem-sucedido, será a primeira aeronave a voar em outro planeta.

Embora as tecnologias que nos aproximam da exploração humana sejam impressionantes, é ainda mais emocionante pensar que estamos à beira de um objetivo de décadas.

Esperamos responder à questão fundamental de se a vida poderia ter evoluído em outro lugar que não a Terra, diz Wallace. Já chegamos à porta nessa questão, e é hora de entrar pela porta.