CNES gjør seg klar til å ri på Phobos!

Månen Phobosen kretser rundt Mars. Studiepoeng ESAESA / DLR / FU Berlin (G. Neukum), CC BY-SA 3.0 IGO
Det japanske byrået har gitt det offisielle grønt lys for utviklingen av oppdraget “MMM-utforskning” (MMX). Vi intervjuet to medlemmer av CNES-teamet, som jobber med den sprø fransk-tyske deltakelsen i prosjektet: kjør på Phobos!

Marsmånen hvem?

Det vil bli et av de mest etterlengtede romoppdragene i det neste tiåret … Og ennå har du ikke hørt om det ennå? Dette er normalt fordi MMX (Martian Moon eXploration) fremdeles er under forberedelse, og ikke har NASAs kommunikasjonsslagkraft. Det er Japan, gjennom byrået JAXA, som leder prosjektet. I forrige måned autoriserte sistnevnte lagene til å gå videre til neste utviklingsfase, med sikte på å starte i 2024. Destinasjon? De to månene til Mars.
Først, Phobos, at oppdraget vil starte med å sveve veldig tett og kartlegge. MMX vil da lande der, og prøve å samle noen dyrebare prøver på overflaten før de drar. Hun vil deretter gå for å studere Deimos, den minste av de to naturlige satellittene til Mars, med alle dens instrumenter, men uten å lande der. På slutten av oppdraget vil sonden dele seg i to, og en returmodul vil ta seg av å bringe tilbake de få gram materie slik at de kan studeres i laboratorier på jorden. Et oppdrag med en usedvanlig ambisiøs profil … Og det fransk-tyske samarbeidet vil gjøre enda mer gal. Faktisk, under studiet av Phobos, vil MMX slippe en liten firhjulet rover, for et reelt sprang inn i det ukjente.
Gabriel Pont (ansvarlig for “Exploration” -temaet på dette prosjektet) og Simon Tardivel (ansvarlig for misjons- og vitenskapelig analyse) er en del av CNES spesialteam som tar seg av denne roboten. En skikkelig strammet arbeidsgruppe - i verdensrommet sier vi "kjerneteam" - som også involverer eksperter fra romfartsbyrået vårt.
Kunstnerens inntrykk av den lille MMX-roveren. Dessverre tillot ikke byrået oss å frigjøre andre bilder av roboten. CNES / DLR studiepoeng

Phobos-utfordringen

Foreløpig er lagene i et løp mot tiden. Franskmenn og tyskere må faktisk levere roveren til Japan i 2023, en veldig kort tidsramme, mens utformingen av bestemt utstyr nettopp er fullført. Den lille roboten har ikke engang et offisielt navn ennå … ”Men den største utfordringen er Phobos! », Forklarer teamet. For det første er det umulig å vite på forhånd hvordan landingsstedet vil se ut. MMX-oppdraget vil først undersøke Phobos i detalj for å finne ut hvilken sone du skal slippe den fransk-tyske roveren, før den slippes i en høyde på mindre enn 100 meter, ikke langt fra det planlagte stedet for deretter å ta prøver.
“Vi vet ikke hvordan regimet til Phobos ser ut, dette laget av støv og korn på overflaten, detaljspesialister. Etter utgivelsen vil roveren absolutt utføre flere sprett, før den stabiliserer seg, og deretter komme seg på den sikre siden ved å bruke de fire "beina" for å dreie og orientere seg. Vi ga det til og med to små klaffer på sidene i tilfelle den havnet på siden. Den vil stå opp og distribuere solcellepanelene, så vil den vippe til siden av solen for å gjenopprette så mye energi som mulig. Alt dette vil bli gjort i fullstendig autonomi på bakken til Phobos, fordi MMX-sonden må gå opp like etter utgivelsen, og kommunikasjonsforsinkelsen mellom Earth og Mars vil ikke tillate oss å pilotere den effektivt.Vi vet ikke om roveren har klart å gjenopprette og distribuere panelene sine etter omtrent syv timer, når sonden kommer tilbake til roverens synlighet ”. En uendelig forsinkelse for CNES-lagene i Frankrike, og DLR i Tyskland, som nøye har forberedt den lille roboten for dette presise øyeblikket.
En av de beste bildene av Phobos tilgjengelig. NASA / JPL-Caltech / University of Arizona studiepoeng

Fransk stil, Deutsche Qualität

Det er ikke første gang de to byråene jobber hånd i hånd for å designe et rombil, tvert imot! Basert på suksessen til Philae i 2014 og Mascot i 2018, har de to byråene delt arbeidet mellom dem. “Roveren er delt inn i seks store moduler: tyskerne tar seg av chassiset (karosseri og beskyttelse av vitenskapelige instrumenter), mobilitet med hjul og motorer, og separasjonsmekanismen med MMX-sonden. For vår del administrerer vi solcellepanelene og deres åpningsmekanisme, kommunikasjonen mellom de to kjøretøyene og servicemodulen. Sistnevnte inkluderer datamaskinen, strømforsyningen, batteriene, holdningskontrollenheten og hva du skal utveksle data med sonden ”.
I tillegg til denne fordelingen, må vi ikke glemme de fire vitenskapelige instrumentene i hjertet av oppdraget, nemlig et dobbelt stereoanavigasjonskamera NavCam, to små kameraer som vil forbli spisse mot bakken for å observere samspillet mellom hjulene og sol (WheelCam), et mini-Raman-spektrometer og et infrarødt radiometer.

Fobos, aldri sett før

Roverens oppdrag vil være progressivt. Hvis landing er vellykket, vil et første trinn allerede være validert. Fordi MMX-roveren er en "speider, en demonstrant og en oppdagelsesreisende", i den rekkefølgen. Når de er posert, vil bildene det tar være av stor betydning, ikke bare for studiet av Phobos, men også for selve MMX-oppdraget, som fortsatt må lande for å samle prøvene. “På denne skalaen er det ikke nok å bane eller til og med nærme seg bakken: du må kunne se korn for å virkelig kunne karakterisere regolith. Mekanikken til granulære medier er veldig kompleks og er sterkt avhengig av erfaring for å forstå den dominerende dynamikken på jobben i en gitt konfigurasjon. Med roveren tar vi bilder med 100 µm oppløsning med WheelCams,bilder med 1 mm oppløsning med NavCams, over hundre meter ”. Dette er en mer fullstendig studie av hele nettstedet enn hva MMX-sonden selv vil være i stand til å gjøre, spesielt før den kommer ned for å samle prøver (på det tidspunktet vil den også ta øyeblikksbilder med høy oppløsning).
De tre hovedmodulene i den japanske MMX-sonden. JAXA studiepoeng

Det ukjente mekanikk

Da, og dette vil være en flott første, vil MMX-roveren prøve å rulle. Selv om dette kan virke åpenbart, bør det huskes at denne bevegelsen hittil bare har blitt utført på relativt høye gravitasjonslegemer (Jorden, Mars, Månen). For dette oppdraget vil alt være annerledes, bekrefter Simon Tardivel: “På små kropper er en rovers oppførsel ukjent. Tyngdekraften på Phobos er opptil 3000 ganger svakere enn på jorden, så bevegelsene våre må være mye langsommere for ikke å risikere å gå av veien … Vi planlegger å rulle roveren bare 1 mm per sekund. Fordelen er at den gir datamaskinen vår mye tid til å tenke og planlegge mens den ruller, og vi kan fotografere terrenget mens vi er i bevegelse.
Å teste mobiliteten og kontrollen til den lille roboten vil være et sentralt punkt i oppdraget, og den super lave tyngdekraften gir noen unike utfordringer. Roverens bevegelser vil for eksempel i stor grad være avhengig av sammenhengen i bakken. Men denne fysikken har også gunstige effekter: for landingen på Phobos vil roveren ikke ha problemer med å overleve et fall på flere titalls meter uten verneutstyr (de små robotene Spirit og Opportunity for eksempel var utstyrt med imponerende kollisjonsputer). "Ingen romfartøy ville overleve et slikt fall til jorden eller Mars," sier teammedlemmene.

Mange overraskelser

“Hvis vi kan bevise at vi kan løpe på Phobos, vil det være et godt signal for oppdragene som kommer. For da vil vi kunne ri på alle kropper der tyngdekraften er sterkere: Ceres eller Vesta, de joviske månene eller satellittene til Saturn … ”Demonstrasjonen vil være veldig godt besøkt, og CNES-teamet er godt klar over dette. Forskerne håper å kunne rulle mellom 30 og 100 meter på overflaten, under et nominelt oppdrag på tre måneder, vel vitende om at det alltid er overraskelser, vanligvis i form av uventede utfordringer …
Desto mer siden det er umulig på jorden å korrekt simulere oppførselen til bakken, hvis samhold og sammensetning vi ikke vet, bortsett fra på en datamaskin. "Foreløpig må vi nøye oss med veldig detaljerte simuleringer der vi modellerer samspillet mellom hvert korn, men dette er ikke ideelt," bekrefter Simon Tardivel og Gabriel Pont. Tester innendørs, i tårn, i svømmebassenger, i parabolsk flukt, teamet søkte forgjeves midler til å reprodusere forholdene til Phobos: den virkelige testen vil finne sted på stedet. "Det er også en veldig god test for våre digitale modeller," forklarer ingeniørene. Hvis de ikke forutser riktig oppførsel, må vi stille spørsmål ved våre prestasjoner og derfor gå tilbake til dagens teorier.
Foboer i farger. Eventyrlyst? Kreditt: NASA / JPL-Caltech / University of Arizona

Robot versus teorier

Til slutt, med instrumentene, vil MMX-roveren kunne studere omgivelsene så mye som mulig. Dette er et stort oppdrag, siden sonden vil lande i nærheten for å samle prøvene. "Målingene vil bli brukt til å karakterisere regolitten (for oss på CNES, dette er det viktigste vitenskapelige målet) med dens sammensetning og oppførsel, men vil bli brukt også kontekst for teamene som skal analysere kornene til Phobos, betyr noe flere år senere når kapselen kommer tilbake til jorden ”. Det er flere teorier om dannelsen av Phobos, som for eksempel en gigantisk innvirkning, en asteroidfangst eller til og med en ko-formasjon, og dataene fra roveren vil uten tvil gi mer informasjon.
Hver dag (som varer omtrent 8 timer) vil det være en ny seier å bevege seg på den største månen på Mars, men CNES-teamet håper at kjøretøyet overlever 100 dager, og kan plasseres på slutten av oppdraget for å "Film" ankomsten av MMX-sonden for samlingen av prøver. Hva om alt fungerte perfekt og det var litt tid igjen (sonden må kunne formidle dataene til jorden)? Ingeniørene har allerede noen ideer i hodet: “Når målene våre er oppfylt, vil roveren kunne ta større risiko. En av ideene våre er å prøve å grave ut undergrunnen mer og dypere med hjulene og beina (og dermed begrave seg selv). Et fantastisk bilde ville da være å observere en annen jord under overflaten,en endring av farge eller materiale ”.

Beseire Kraken

Inntil da er teamet godt klar over dette, det er fortsatt en lang vei å gå. Det vil være nødvendig å gi det beste til start, men også etter … Og stole på de japanske partnerne for å overvinne skjebnen: alle oppdragene som hittil har prøvd å studere Phobos eller Deimos har endt med bittere feil . “Hovedtyngden av vanskelighetene hviler til slutt på skuldrene, fordi hele oppdraget er spesielt dristig. For vår del tar vi trinnene etter hverandre, og prøver å holde fokus på det viktigste og holde det så enkelt som mulig ”.
En ånd av erobring, et tett team som ønsker å ta utfordringer og våge hodet på og … store risikoer? Selvfølgelig er det mange ukjente, men ethvert letemisjon er risikabelt, med mindre du blir hjemme og utnytter det du har lært. Vi foretrekker å gjøre som CNES og prøve å kjøre på Phobos.
Intervju: EB. for The-HiTech.net.