Home » Forskning » DTU-kamera går på jagt efter liv på Mars
DTU-kamera går på jagt efter liv på Mars

DTU-kamera går på jagt efter liv på Mars

Share

Når NASA sender en ny ubemandet rover til Mars i 2020, har den et danskudviklet kamera med, der vil kunne dokumentere begivenheden, hvis en grøn marsmand pludselig skulle vinke til kameralinsen

I år 2020 vil et nyt Mars-køretøj, der er mere avanceret end nogensinde, blive sendt op til vores naboplanet, hvor det vil søge efter liv eller i det mindste spor efter tidligere liv, og det vil fotodokumentere sine opdagelser. Ingen forventer dog at støde på små marsboere og allermindst nok forskerne fra DTU Space i Lyngby ved København, der har udviklet og designet et højteknologisk specialkamera, der skal placeres i spidsen af roverens robotarm og fotodokumentere dens fund. Skulle en marsmand stille op til fotografering, vil kameraet bringe beviset, men han blive noget uskarp, for kameraet er alene forsynet med en makrolinse, der er slebet til at fotografere Mars-aflejringer i nærbillede.

DTU-kameraet er blandt de i alt syv instrumenter og sensorer, som NASA har udvalgt til at blive monteret på den nye Mars 2020-rover. Og formålet er at undersøge og analysere sten og andre geologiske forekomster, der måske kan bære spor efter muligt tidligere liv på den røde planet. Desuden skal missionen samle viden og erfaring med henblik på kommende bemandede Mars-ekspeditioner.

NASA kalder DTU
Det hele begyndte for hen ved to år siden, hvor Afdelingen for Måling og Instrumentering under DTU Space blev kontaktet af den amerikanske rumfartsorganisation NASA og bedt om at udvikle et optisk kamera med præcisionssigte, som sammen med en række andre sensorer kunne indbygges i en kasse, der skal monteres for enden af roverens robotarm. Kameraet skal sammen med øvrige sensorer foretage nærundersøgelse af klipper og aflejringer på mikroskopisk niveau.

DTU Space har tidligere udviklet og bygget et stjernekamera, der er blevet opsendt ombord på adskillige rumfartøjer fra både ESA (den europæiske rumorganisation) og NASA, og som gør det muligt at navigere med stor præcision. Teknologien gør det nemlig muligt at sammenligne billeder af stjernehimmelen med et stjernekort lagret i en computer, og på den måde kan man fastlægge et fartøjs position, hastighed og orientering i rummet med imponerende nøjagtighed. Til dato har DTU Space leveret sådanne navigationskameraer til mere end 50 internationale rummissioner.

”Derfor var det logisk at tage udgangspunkt i det eksisterende stjernekamera, der har bevist sin formåen og modstandsdygtighed over for alle de belastninger, der følger af rummissioner,” forklarer David Arge Klevang Pedersen ph.d., der er ansat som postdoc på DTU Space og i nært samarbejde med kollegaen Andreas Härstedt Jørgensen deltager i projektet, hvor der i alt er cirka 30 andre ansatte.

DTU-kameraet og den tilhørende computer, som har seks porte til kommunikation, strømforsyning og kameratilslutninger. Udstyret er kablet, fordi trådløse forbindelser vil have for stort energispild.

DTU-kameraet og den tilhørende computer, som har seks porte til kommunikation, strømforsyning og kameratilslutninger. Udstyret er kablet, fordi trådløse forbindelser vil have for stort energispild.

Mars 2020-missionen er NASAs næste gigantiske satsning i jagten på eventuelt liv eller spor efter tidligere liv på den legendariske røde planet, og der er ikke råd til mange fejltagelser.
”Hvor andre forskere ofte må begynde fra bunden, har vi altså kunnet drage fordel af at kunne videreudvikle allerede velfungerende teknologi specifikt med den nye opgave for øje, og det er selvsagt en fordel ved udvikling af udstyr, der bare skal virke. Det er ikke muligt at stramme en skrue eller ændre noget, når først udstyret er sendt af sted, og går noget galt, kan det få store konsekvenser for hele missionen,” pointerer David Pedersen.

Har også røntgensyn
Mars 2020-roveren ligner på mange måder robotkøretøjet Curiosity, som blev sendt op i 2012. Men det analyseudstyr, den vil medføre, er endnu en tak mere avanceret og vil med stor sikkerhed kunne give svar på mange uløste spørgsmål om den røde planet.

Efter landsætningen ved krateret Jezero, er det planen, at roveren skal køre rundt på bestemte ruter og herunder tage højopløste billeder af sine omgivelser og Mars-overfladen med et specielt mastmonteret Mastcam-Z digitalkamera.

Se også:  Spejlreflekskameraer [STORTEST]: Seriøse skud

Disse billeder bliver sendt ned til Jorden, hvor de skal studeres af et hold af internationale eksperter, som derpå udsøger de mest interessante stenforekomster og dirigerer roveren derhen. Når robotten står ud for en interessant sten, skyder den sin robotarm, der med sine fem led er meget bevægelig og fleksibel, frem og borer et op til 5 cm stort hul cirka 5 cm ind i Mars-formationen. Herefter trækker roveren boret tilbage og går i gang med at nær-undersøge borehullets struktur og overflade med sine sensorer, der er bygget sammen i en såkaldt PIXL-enhed (Planetary Instrument for X-Ray Lithochemistry) i et instrumenthus, som også er monteret på robotarmen.

”Det lyder måske enkelt nok, men i praksis skal sensorenheden, der omfatter både det danskbyggede kamera og et særligt røntgeninstrument, rettes helt præcist ind over hullet i den rigtige vinkel og med en afstand af blot 3 cm,” forklarer David Pedersen.

”Desuden skal PIXL-enheden for at kunne udnyttes effektivt fungere uanset, om det er dag eller nat.”
Derfor er kameraet forsynet med et særligt ”floodlight”, en koncentration af hvide LED-dioder, der sikrer korrekt lys og opblødning af alle slagskygger. Denne blitz har voldt en del vanskeligheder, afslører David Pedersen, fordi den strømforsynes fra en kondensatorbank, og NASA har særlige krav til alting, også volumen, vægt og strømforbrug.

”Men det er lykkedes at presse både lysdioderne og kondensatorbanken ned under 100 gram inklusive det tilhørende printkort.”
”En anden udfordring har været, at lysdioderne sidder udvendigt på instrumentet og dermed er udsat for temperatursvingninger, men også det problem har vi fundet en løsning på,” forklarer han.

Alt skal afvikles helt automatisk
Yderligere et vigtigt forhold, som DTU-forskerne fra starten skulle have i baghovedet, er afstanden fra Jorden til Mars, der i bedste fald er 56 millioner kilometer. Derfor er det i praksis umuligt at styre processen fra Jorden, hvor det tager et radiosignal 20 minutter at nå op til naboplaneten og det samme tidsrum, før man kan modtage en eventuel bekræftelse fra roveren. Derfor skal alle nærundersøgelserne kunne afvikles 100 procent automatisk.

”Vi har ikke bare skullet videreudvikle selve kameraet med tilhørende lyskilde, men udstyret skal også samarbejde med et særligt lasersigte, der ved hjælp af såkaldt ”struktureret lys” kan navigere PIXL-enheden ind i de rigtige positioner,” forklarer David Pedersen.

Udviklingen af rumudstyret sker i kælderen under DTU Space i Kgs. Lyngby. Her bliver Mars-kameraet afprøvet under så realistiske forhold som muligt.

Udviklingen af rumudstyret sker i kælderen under DTU Space i Kgs. Lyngby. Her bliver Mars-kameraet afprøvet under så realistiske forhold som muligt.

”Samtidig har vi også måttet programmere den software, der styrer hele forløbet, og dette arbejde pågår endnu”.
Det har i øvrigt ikke gjort DTU-forskernes arbejde nemmere, at NASA allerhelst selv vil have kontrol med alle faser og processer under såvel opsendelse som under selve missionen. Men for at optimere missionens videnskabelige værdi, skal roveren under disse undersøgelser operere automatisk og uden at modtage ordrer fra operatører på Jorden. Så det bliver formentlig lidt af en udfordring for organisationen at vænne sig til, at roveren under mange dele af missionen, nødvendigvis må arbejde autonomt og uden jordkontrol i lang tid ad gangen.

Det strukturerede lys frembringes af to laserkanoner, der kaster hver sin type lysgitter på stenen. Laserlyset er usynligt for det blotte øje, men det bliver reflekteret og opfanget af kameraet og danner et synligt koordinatsystem oven på billedet. Den ene laserkanon udsender et forholdsvis åbent gittermønster med relativt stor afstand mellem de enkelte punkter i gitret, mens den anden afsætter et tættere og mere fintmasket gitter. Lysprikkerne kan sammenlignes med stjernekameraets computerkort over himlen, og når både billede og gitternet sammenholdes af den tilhørende software, er det muligt ud fra det stormaskede gitter at fastslå den helt nøjagtige afstand fra rover-armen til formationen. Det stormaskede gitter sikrer på den måde, at sensorenheden ikke manøvreres ind i kanter og fremspring, når den går tæt ind på målet.

Se også:  Her skabes fremtiden

”For det vil jo kunne medføre beskadigelse af det kostbare udstyr og i værste fald fiasko for hele missionen,” understreger David Pedersen.
Det fintmaskede gitter kommer i spil i forbindelse med de nærbilleder, kameraet tager af borehullet og de blottede strukturer og hjælper til med at dokumentere udseende og størrelsesforhold og nøjagtige position af de forskellige strukturer i borehullet. Disse billeder bliver sendt til NASA, hvor eksperter inden for biologi og geologi vurderer aflejringernes beskaffenhed. De mest lovende prøver bliver frigjort med et specielt bor og indsamlet i en beholder for at blive opbevaret på Mars, til de forhåbentligt kan blive bragt tilbage til jorden som led i en kommende mission.

Leder efter spor på liv
Det fintmaskede lasergitter er også den guide, der styrer røntgenkanonen, når de blottede sedimenter skal røntgenanalyseres. Micro-XRF-røntgenkanonen skyder 120 mikrometer tynde stråler i en fastlagt rækkefølge og får mineralerne i stenen til at flourescere på en måde, der afspejler både mængde, fordeling og kemisk sammensætning. Processen gør det muligt både at måle afstanden til de enkelte stofbestanddele med stor nøjagtighed og danne sig et billede af mineralernes lagdeling i tværsnit helt ned på mikrometerniveau. Det giver et fingerpeg om, hvorvidt aflejringerne viser spor efter ”biosignaturer” altså eventuelle tegn på liv. Eksempelvis kan koncentrerede forekomster af kulstof og jern muligvis indikere tilstedeværelse af organisk materiale i stenen.

Takket være det fintmaskede strukturerede laserlys kan røntgenkanonen styres nøjagtigt frem og tilbage over borehullet, ligesom røntgenmålingerne kan relateres til bestemte dele af undersøgelsesområdet. Derudover hjælper DTU-kameraet og den tilhørende software også til med at registrere røntgenkanonens præcise bevægelser i forhold til borehullet.
”Roveren kan jo under en langvarig undersøgelse synke ned i Mars-overfladen, ligesom robotarmens bøjeled kan have givet sig i forskellige retninger under de store temperaturudsving, der forekommer på Mars,” påpeger David Pedersen.

DTU-forskerne er endnu ikke færdige med at forfine det nye danske Mars-kamera.
”Men da alt udstyr først skal samles og afleveres i løbet af 2018 forud for opsendelsen i 2020, har vi endnu et par år at løbe på,” siger David Pedersen på vej ned i kælderen under DTU Space, hvor han og hans kolleger foretager al afprøvning af instrumenterne under betingelser, der bedst muligt svarer til forholdene på den røde planets overflade.

Næsten en halv Øresundsbro
Den kommende Mars-ekspedition er ingen billig fornøjelse. NASA’s budget ligger på cirka 10 milliarder kroner. Til sammenligning kostede Øresundsbroen 25 milliarder kroner.

2020-roveren er rent genbrug
Lige som DTU-forskerne har kunnet bygge videre på eksisterende teknologi, har NASA også valgt at basere sin kommende Mars 2020 rover på den ”gamle”, gennemprøvede og stadigt aktive Curiosity rover, der blev opsendt på Mars-mission i 2012.

AOD07_DTU04

Den er 3 meter lang, 2,7 meter bred og 2,2 meter høj, og selve roverchassiset er en sekshjulet konstruktion med elmotorer i samtlige uafhængigt ophængte og affjedrede hjul. Al indvendig teknik er opvarmet og beskyttet af isolering. Roveren strømforsynes af en termoelektrisk generator af en type, der egentlig var beregnet til at fungere som nødstrømsanlæg i den gamle Curiosity.

Den nye rover vil dog være udrustet med væsentlig mere avancerede instrumenter og højteknologisk udstyr til udforskning af planeten. Blandt de sofistikerede instrumenter:
Mastcam-Z: Et avanceret digitalkamera med mulighed for panorama- og stereovisning. Kameraet vil fotografere Mars-overfladen og være del af køretøjets overfladenavigation.
SuperCam: Kombineret kamera og kemisk analyseinstrument, der kan foretage indledende undersøgelser for organiske strukturer på afstand.

PIXL: Forkortelse for Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry, en sensorpakke, der kan analysere sedimenter med større detaljegrad end nogensinde før.

SHERLOC: Betyder Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics and Chemicals, og det er et spektrometer, der gør brug af ultraviolet laserlys og supplerer PIXL-målingerne.

MOXIE: Mars Oxygen ISRU Experiment er et forsøgsapparatur, der skal udvinde ilt fra kuldioxid i Mars-atmosfæren.

MEDA: Mars Environmental Dynamics Analyzer er en samling sensorer, der måler temperatur, vindhastighed, tryk, relativ luftfugtighed samt marsstøvets form og udseende.

RIMFAX: Radar Imager for Mars’ Subsurface Experiment er en jordradar, der kan kortlægge undergrundens geologi på centimeterskala.

PIXL-instrumentet, der med dansk teknologi skal identificere sammensætningen af geologiske forekomster på Mars, sidder helt ude i enden af roverens robotarm.

PIXL-instrumentet, der med dansk teknologi skal identificere sammensætningen af geologiske forekomster på Mars, sidder helt ude i enden af roverens robotarm.


TAGS
DTU
forskning
Kamera

DEL DENNE
Share


Mest populære
Populære
Nyeste
Tags

Find os på de sociale medier

Modtag dagligt IT-nyhedsbrev

Få gratis tech-nyheder i din mail-indbakke alle hverdage. Læs mere om IT-UPDATE her

Find os på FaceBook

AOD/AOD.dk

Brogårdsvej 22
DK-2820 Gentofte
Telefon: 33 91 28 33
redaktion@aod.dk

Audio Media A/S

CVR nr. 16315648,
Brogårdsvej 22
DK-2820 Gentofte
Telefon: 33 91 28 33
info@audio.dk
Annoncesalg:
Lars Bo Jensen: lbj@audio.dk Telefon: 40 80 44 53
Annoncer: Se medieinformation her


AOD/AOD.dk   © 2020
Privatlivspolitik og cookie information - Audio Media A/S