Graven, bakken en luisteren

De Polar Lander wordt volgende week op Mars geharpoeneerd. Daar gaat hij onder andere meteorologische gegevens verzamelen.

Komende vrijdag moet de Amerikaanse Mars Polar Lander een zachte landing maken in het zuidpoolgebied van Mars. De Polar Lander is de zustersonde van de Climate Orbiter, die in september in een baan om de Rode Planeet had moeten komen maar na het inschakelen van de afremmotor niets meer van zich liet horen. Beide scheepjes maken deel uit van het Mars Surveyor Program van de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA. Stond de vorige Marslanding (Pathfinder, 1997) in het teken van het rijden op Mars (met het wagentje Sojourner), nu staat het graaf-, boor- en bakwerk centraal.

De 615 kilogram zware Polar Lander was op 3 maart gelanceerd vanaf het Kennedy Space Center in Florida. Op 3 december, om 21 uur Nederlandse tijd, moet hij landen in een betrekkelijk vlak terrein aan de rand van de permanente zuidpoolkap van Mars. Op het zuidelijk halfrond begint dan de pooldag: de zon gaat niet meer onder, zodat de zonnepanelen van de Polar Lander altijd licht ontvangen. Het contact met de aarde moet nu worden verzorgd door de al twee jaar rond Mars draaiende Global Surveyor: het zusterschip van Pathfinder. De taak van de Marslander zit er op als na drie maanden de pooldag eindigt.

De Polar Lander heeft een twee meter lange robotarm met een schepje, waarmee acht bodemmonsters worden opgraven die in evenzovele bakoventjes worden verhit tot 1000 °C. In de vrijkomende gassen hoopt men tekenen van water en kooldioxyde te vinden die zich als ijs in de bodem bevinden. Soortgelijk onderzoek werd in 1976 verricht met twee Vikingen die veel noordelijker op Mars stonden. Het graafwerk wordt gevolgd met een camera, de Stereo Surface Imager, die een kopie is van de camera van Pathfinder en verder ook dezelfde taken heeft: het fotograferen van de omgeving en de atmosfeer. Op de graafarm zit een camera die detailopnamen van het schepwerk maakt. Men hoopt gelaagdheden in de bodem te kunnen zien die iets over de veranderingen van het klimaat in het verre verleden op Mars zouden kunnen zeggen.

De Polar Lander heeft ook een `weerstation', bestaande uit twee weermasten met sensoren voor metingen aan de atmosfeer. Verder is er een LIDAR (Laser Light Detection and Ranging), waarmee laserpulsen omhoog in de atmosfeer worden gezonden. Uit de gereflecteerde signalen kan de hoogte van wolken en lage nevels worden afgeleid en kunnen ook de eigenschappen van ijs- en stofdeeltjes in de Marsatmosfeer worden bestudeerd. De LIDAR is gebouwd in Rusland en is het eerste Russische instrument op een Amerikaanse planeetsonde.

Met het LIDAR-instrument reist een microfoon mee waarmee geluiden op Mars worden geregistreerd. De bouw van deze Mars Microfoon, die nog geen vijftig gram weegt, werd gefinancierd door de particuliere Planetary Society in Pasadena. Met deze eerste microfoon op het oppervlak van een andere planeet zal men de geluiden die de Marslander zelf maakt kunnen horen en misschien ook geluiden die veroorzaakt worden door de zeer ijle wind.

De Polar Lander komt met een snelheid van bijna zeven kilometer per seconde bij Mars aan. Tien minuten voor de landing wordt het landingsvaartuig gescheiden van de rest van het vaartuig. Vijf minuten later duikt de lander, beschermd door een hitteschild, de atmosfeer van Mars binnen. Als de snelheid door wrijving is verminderd tot 500 meter per seconde, worden een parachute uitgeworpen en het hitteschild weggestoten. Tevens wordt een camera ingeschakeld die opnamen van het naderende Marsoppervlak maakt. Op een hoogte van 1,5 kilometer worden de afremmotoren ingeschakeld die de lander met een snelheid van zo'n twee meter per seconde laten neerkomen.

De afdaling door de atmosfeer duurt slechts vijf minuten. Nog één minuut korter duurt de tocht van de twee microprobes die op een hoogte van 2000 kilometer worden uitgestoten. Deze tien centimeter lange `harpoenen', vernoemd naar de vermaarde poolreizigers Robert Scott en Roald Amundsen, worden in de Marsatmosfeer ook door een schild afgeremd maar slaan dan met een snelheid van 200 meter per seconde op het oppervlak - op zo'n 200 kilometer van de Polar Lander. Terwijl het schild versplintert, blijft het bredere deel van de harpoen aan het oppervlak terwijl het voorste deel ongeveer een meter in de bodem schiet.

Dit experiment, Deep Space 2 geheten, maakt deel uit van NASA's New Millennium Program voor het testen van nieuwe technologieën (Deep Space 1 is een ruimtesonde voor het testen van ionenvoortstuwing en autonavigatie). Als de harpoenen de vertragingen tot 60.000 g overleven, worden ze aan het werk gezet. Beide zijn voorzien van een miniboor, die vanuit de zijkant in de Marsbodem dringt. Bodengruis valt in een ruimte die door een mini-explosie wordt afgedicht en vervolgens verhit. Met een minilaser wordt dan in het baksel naar sporen van waterdamp gezocht. De harpoenen kunnen daarna met hun batterij nog drie dagen druk- en temperatuurmetingen verrichten.

Het is voor het eerst dat een planeet langs deze weg wordt geharpoeneerd. De Russische Mars '96 had ook twee harpoenen aan boord, maar deze Marssonde viel kort na de lancering terug op aarde. Japan wil in 2003 de voor- en achterkant van de maan met grote harpoenen gaat spietsen. Als deze techniek blijkt te werken, zou men haar in de volgende eeuw kunnen gebruiken om grote delen van het oppervlak van een planeet (of de maan) te bemonsteren.

    • George Beekman