Kinderen op Mars

Op het Jet Propulsion Laboratory in Los Angeles werken mensen die de Marswagentjes Spirit en Opportunity als hun kinderen beschouwen.

De kooloogjes van het robotje kijken je wat dommig aan. Zijn rechthoekige kop reikt nauwelijks tot borsthoogte. Van dichtbij heeft dit Marskarretje op het Californische Jet Propulsion Laboratory iets van een buitenaardse vogel. Hij heeft een metalen, struisvogelachtige nek en zonnepanelen als vleugels. Kopieën van dit exemplaar in Pasadena, aan de rand van Los Angeles, rijden op Mars. Mensen die werken met de ‘Marszwervers’ Spirit en Opportunity, beschouwen ze als kinderen. “Ze zijn ondernemend en onderzoekend”, zegt projectmanager John Callas. “En als je ze uit het oog verliest kunnen ze in de problemen raken.”

Het schattige uiterlijk van de Marszwervers (“rovers”) is toeval, zegt Callas op zijn piepkleine werkkamer vol robotsnuisterijen. “Maar het verbaast me niet dat je geneigd bent om ze dierlijke of menselijke eigenschappen toe te dichten. Als je zo’n karretje ontwerpt dan is het nuttig om de natuur te kopiëren. De Marsrobots hebben niet voor niets twee ogen. Hun stereovisie benadert de menselijke blik. En hun ogen zitten ook nog ongeveer ter hoogte van ons eigen blikveld. Daarom lijken de Marsfoto’s van de robots op foto’s die je zelf zou nemen als je op Mars rond zou lopen met een digitale camera.”

Bijna zes jaar rijden de robots – bedoeld voor een missie van drie maanden – nu rond op Mars. Hun vakantiefoto’s brachten de planeet dichtbij. Ze filmden stofhozen, maakten panoramafoto’s van droge heuvellandschappen, ze fotografeerden spectaculaire zonsondergangen, Marsmanen en Marswolken. Tot de verbeelding spreken ook de beelden waarop met moeite een onooglijk wit stipje te herkennen was: de aarde op een graad of twintig boven de horizon van Mars en op tientallen miljoenen kilometers afstand.

VERBEELDING

Is deze NASA-missie de succesvolste sinds de Apollomaanlandingen? “Ik denk dat dat standpunt goed te verdedigen valt”, zegt Bruce Banerdt. Het hoofd wetenschap van het Marsproject huist op een volle werkkamer die tussen de verhuisdozen ook nog globes van Venus en Mars herbergt. “In elk geval spreekt deze onderneming enorm tot de verbeelding van het publiek.”

Zes jaar ‘hands on’-ervaring op Mars is van onschatbare waarde voor interplanetaire missies in de toekomst, zo blijkt uit een rondgang langs medewerkers op ’s werelds belangrijkste centrum voor onbemande ruimtevaart. Sinds twee jaar testen Spirit en Opportunity software die eigenlijk ontwikkeld is voor het Mars Science Laboratory, de veel grotere opvolger van de Marsrobots die afgelopen najaar al had moeten vertrekken. Maar het wordt september 2011. “Dankzij Spirit en Opportunity hebben we enorm veel geleerd over de autonomie van robots”, zegt Banerdt. “Die kennis kunnen we in de toekomst ook elders in het zonnestelsel toepassen. Naar de zeeën van Titan of de ijskappen van Europa zullen we geen karretjes sturen, maar de software die we voor dat soort autonome robots gebruiken zal wel ongeveer hetzelfde zijn.”

De Marskarretjes kunnen zich grotendeels op eigen houtje redden. Dat moet omdat radiosignalen er vanaf aarde zo’n twintig minuten over doen om ze te bereiken. Bij missies verderop in ons zonnestelsel zal die vertraging alleen maar toenemen, legt Callas uit. “Ik ben ervan overtuigd dat ruimtevaartuigen in de toekomst nog autonomer zullen worden. Ze zullen menselijker worden in die zin dat ze nog beter in staat zijn om situaties zelf te beoordelen en hun eigen beslissingen te nemen.”

Op het zonovergoten terrein van het Jet Propulsion Laboratory is de sfeer ontspannen. Mensen lezen een boek of lunchen tussen huizenhoge palmen en sparren. Kolibries zweven voor grote roze bloemen. Eekhoorns en herten horen bij het decor. Op de achtergrond reikt het San Gabriel-gebergte tot drieduizend meter. Op verdroogde toppen staan satellietschotels.

CASSINI

Spandoeken op blokkendoosgebouwen tonen missies van de toekomst en het recente verleden: de reis van de sonde Cassini naar Saturnus. De satelliet Aquarius die zeeën hier op aarde in het oog zal gaan houden. En het Mars Science Laboratory.

Iedereen op het Jet Propulsion Laboratory spreekt liefdevol over de Marsrobotjes. “Natuurlijk heb ik een persoonlijke band met de rovers”, zegt Callas die meebouwde aan de robots en er al negen jaar onafgebroken aan werkt. “Ze doen ook zo aan mensen denken. ’s Nachts als hun zonnepanelen niet werken, doen ze een dutje. En ze moeten hun vitale delen op temperatuur houden. Niet te koud en niet te warm, net als bij een mens. Het zijn kranige, dappere, nieuwsgierige karretjes die daar in die vreemde wereld heuvels beklimmen en in kraters afdalen. De manier waarop ze Mars onderzoeken lijkt sterk op de manier waarop een menselijke ontdekkingsreiziger dat zou doen. Dat is de reden dat wij maar kunnen blijven doorkletsen over onze zwervertjes. Zoals trotse ouders dat doen over hun kinderen.”

Het is rustig in het zaaltje van waaruit de Marsrobots worden bestuurd. Van de tientallen beeldschermen zijn er maar enkele bezet. De stilte bij de mission control is niet ongewoon, legt woordvoerder Guy Webster uit. De robots gaan gewoonlijk hun eigen gang. Aan het begin van de dag krijgen ze een lijstje mee met als belangrijkste commando het punt waar ze zich naartoe moeten begeven. Door wielomwentelingen te tellen en te kijken naar de zon en hun omgeving moeten de Marsrobotjes hun weg vinden. Aan het einde van de dag bellen ze terug naar de aarde om foto’s te sturen en om te laten weten hoe het hen is vergaan.

Om de weg te vinden verdelen de Marsrobots hun gezichtsveld in een schaakbordachtig patroon. Elk vakje krijgt een risicobeoordeling, afhankelijk van de aanwezigheid van hoge obstakels of onbekende objecten. Bij het kiezen van hun route vermijden ze de riskante vakjes.

VERLENGSTUK

Terry Huntsberger is een opvallende verschijning, met zijn glinsterende oorbel en het grijze haar in een lange staart. Hij heeft genoten van de periode waarin hij Spirit en Opportunity dagelijks bestuurde. “Natuurlijk is het fantastisch”, zegt hij. “Er rijdt een verlengstuk van jezelf rond op een andere planeet.” Toch mist hij het werken met de Marsrobots niet: “Het is stressvol. Je maakt je voortdurend zorgen om hun veiligheid. Ook wat dat betreft zijn het net kinderen. Al luisteren ze misschien wat beter. Als ze in de problemen zijn geraakt, gaan ze in elk geval stilstaan. Maar je werkt toch met systemen die 400 of 500 miljoen dollar per stuk waard zijn. Jij wilt niet degene zijn die de fout maakt waardoor je ze kwijtraakt.”

Sinds mei van dit jaar zit Spirit vast, nadat hij in totaal een kleine acht kilometer op Mars had afgelegd vanaf zijn landingsplaats. Het valt niemand te verwijten, meent projectmanager Callas. “En als Spirit geen autonome robot was geweest, maar direct bestuurd door een mens, dan was hij ook in de problemen geraakt. Hij is door een stuk dunne korst gezakt. Zoals je plotseling door een sneeuwkorst kunt zakken als je in de bergen op van die brede sneeuwschoenen loopt. Over vergelijkbaar terrein hadden we eerder zonder problemen gereden. Misschien zakte Spirit door de korst, omdat hij één vastgeklemd wiel achter zich aansleepte, waardoor hij een grotere kracht heeft uitgeoefend op de ondergrond.”

Vanaf een hoge balustrade in een van de grote gebouwen van het Jet Propulsion Laboratory kun je zien hoe benard de situatie van Spirit op Mars is. Het is een treurig gezicht. Een stoffige kopie van het Marskarretje staat tot zijn assen toe vast, scheef weggezakt in een zandbak met een meelachtige substantie. Sinds medio november proberen Callas en zijn medewerkers het karretje los te wrikken, millimeter voor millimeter met tergend langzame wielbewegingen. De reddingsmissie heeft tot nu toe geen resultaat en dat verbaast niet als je ziet hoe Spirit zich heeft ingegraven. Een steen onder zijn buik bemoeilijkt de reddingsoperatie.

De hulpeloze toestand van Spirit heeft de belangstelling voor het Marsproject van buitenaf weer aangewakkerd, vertelt Webster. Het regent oplossingen in de e-mailbakken. Kinderen sturen tekeningen met uitgewerkte reddingsplannen. Kan Spirit zijn robotarm niet gebruiken om zich uit het zand te duwen? (Die arm is niet sterk genoeg). Kan Opportunity niet te hulp schieten? (Die zit ook dichtbij de Marsevenaar, maar wel pal aan de andere kant van de planeet).

T-SHIRTS

Ook op het lab zelf is de sympathie voor het vastgelopen Marskarretje groot. T-shirts met de opdruk Free Spirit waren wekenlang in de mode. Als underdog van het duo Marskarretjes heeft Spirit ook de harten van veel medewerkers veroverd. “Spirit is mijn favoriet”, zegt Banerdt. “Vanaf dag één van zijn missie heeft hij zoveel tegenslagen moeten overwinnen. Dat begon al met zijn landing in een onafzienbare vlakte waar op het eerste oog wetenschappelijk niet zo heel veel te halen viel. Spirit heeft moeten vechten voor alles wat hij kreeg.”

Opportunity was van het begin af de geluksvogel van de tweeling. Hij vond ijzermeteorieten, hematiet en als eerste ook aanwijzingen voor water, zoals sedimentair gesteente: afzettingen die door water kunnen zijn gevormd. “Opportunity is als het kind van rijke ouders dat altijd goede cijfers heeft gehaald en naar een dure privéschool is gestuurd”, zegt Banerdt. “Maar er zijn hier ook mensen die juist met hem sympathiseren. Aan Opportunity valt meer lol te beleven, vinden zij. Hij rijdt nog lekker rond. Ik denk dat mensen die ervan houden om steeds nieuwe dingen aan de horizon te zien eerder zullen kiezen voor Opportunity.”

HOOGTEPUNT

Een hoogtepunt van het bezoek aan het Jet Propulsion Laboratory is het kijkje in de keuken van voormalig robotbestuurder Huntsberger, tevens specialist buitenaardse voortbeweging. Zijn gymzaalgrote lab oogt als een garage. Her en der verspreid op tafels staan bizarre robots. Hun gelede, hoekige poten doen aan insecten denken, schotelvormige lichamen eerder aan een kwal.

Trots leidt Huntsberger zijn bezoek langs de tafels. “Dit is het spannendste laboratorium in dit zonnestelsel”, zegt hij. Huntsberger legt voorzichtig de hand op Liia, een ronde doos met zes dunne poten. “Deze robot kun je het beste met een krab vergelijken. Hij kan kan lopen op zes poten, maar als hij stilstaat kan hij er ook twee als gereedschap gebruiken.

Als oud-robotbestuurder kan Huntsberger haarfijn uitleggen hoeveel slimmer Spirit en Opportunity gedurende hun missie zijn geworden. Met software die een kleine twee jaar geleden vanaf de aarde is opgestuurd kunnen ze van een afstandje stenen analyseren.

Ze meten hoe goed de stenen licht weerkaatsen en ze kunnen er op hun beeldscherm een contourlijn omheen trekken. Een hoekig en licht exemplaar is misschien interessant voor de Amerikaanse bazen. Een Marskarretje rijdt zelf naar zo’n steen toe en maakt een foto, of boort naar een monster. Met de allernieuwste programmatuur zouden de Marskarretjes zelfstandig hun weg kunnen vinden in een doolhof, zegt John Callas. “Twee jaar geleden zouden ze gewoonweg gestopt zijn als ze op dood spoor zaten. Nu kunnen ze terug gaan en wat anders proberen.”

OMGEVING

Volgens Huntsberger is ook de manier waarop de Marskarretjes hun meters tellen veranderd: “Vanaf het begin al tellen ze hun wiel-omwentelingen. Zo gaat dat ook in een personenauto, maar de laatste jaren houden wagentjes ook hun omgeving in de gaten. Zo kwam Spirit erachter dat hij vast zat. Toen zijn wielen 30 tot 40 meter hadden gedraaid zonder dat hij echt vooruit kwam stopte hij. Anders had hij misschien nog veel dieper vastgezeten.”

Een paar jaar geleden raakte ook Opportunity al eens vast in het zand. Huntsberger kan wel voortbewegingsmethoden bedenken die op een verraderlijke ondergrond meer geschikt zijn dan wielen. Hij werkte aan de tumbleweed, vernoemd naar een Amerikaanse plant die zich verspreidt door met de wind mee te rollen.

En op het Noorse Spitsbergen experimenteerde hij drie jaar lang met een set robots die speciaal ontwikkeld werd om bergen op Mars te bedwingen. “Twee robots verankeren zich en nummer drie kan dan abseilen”, legt Huntsberger uit.

Met hoekige poten zullen loopbots niet zo makkelijk klem raken in het zand, denkt Huntsberger. “Als zo’n piepklein pootje ergens doorzakt, dan trek je hem zo weer terug.” Maar waarom lopen er dan niet allang insectachtige robots op Mars? Dat zit ’m in het aantal poten, legt Huntsberger uit. “Met vijf of zes per poten heb je al gauw dertig of meer motoren nodig. Dat vergt veel vermogen en veel batterijen. Onze Marskarretjes hebben per wiel maar twee motoren nodig.”

Ook de volgende Marsrobot rijdt weer op wielen. De missie met het Mars Science Laboratory heeft vertraging opgelopen, omdat op het laatste moment twijfels rezen over de betrouwbaarheid van de motoren die zijn wielen en gewrichten aansturen. Ook Spirit en Opportunity kampten met stroeve armen en haperende wielen. “Hun missies hebben laten zien dat dit kwetsbare onderdelen zijn”, zegt woordvoerder Webster. “Het Mars Science Laboratory zal zich verder van de evenaar begeven dan Spirit en Opportunity. Hij krijgt daardoor te maken met nog lagere temperaturen en daarom moeten de motoren nog betrouwbaarder zijn.”

De technologie die nodig is voor de volgende Marsmissie staat in Pasadena uitgestald in een hal ter grootte van een voetbalveld. Tussen witte objecten, grotendeels in folie verpakt, valt de gestripte robotwagen nauwelijks te ontdekken. En dat Mars Science Laboratory heeft toch het formaat van een landrover. Van dichtbij oogt hij minder aaibaar dan Spirit en Opportunity. Om deze witte reus in zijn ene oog te kijken moet je op je tenen gaan staan. Deze gigant gaat op Mars straks stenen vaporiseren van tien meter afstand. Om uit de gaswolk op te maken waaruit ze bestaan.

WEGGEZAKT

Zullen Spirit en Opportunity nog in leven zijn als het Mars Science Laboratory in 2012 zijn spectaculaire entree maakt op de planeet? Voor Spirit zal het lastig worden. Weggezakt in de Marsbodem heeft hij deze winter geen kans om zijn zonnepanelen naar de zon te keren en voldoende energie te genereren om zijn vitale delen warm te houden. Opportunity heeft het makkelijker. Hij heeft op Mars bijna 19 kilometer afgelegd en hij volhardt in het stenenonderzoek, zij het steeds langzamer.

“De Mössbauer-spectrometer waarmee we ijzer analyseren werkt nog op een paar procent van zijn oorspronkelijke kracht”, zegt Bruce Banerdt. “De radioactieve kobaltbron waarvan we gebruik maken raakt uitgeput. We hebben nu dagen nodig voor een analyse die vroeger zo gepiept was.”

De kinderen worden oud. “Net als mensen”, zegt Callas. “Ze hebben jicht in hun ledematen en hun geheugen laat te wensen over.” Als Spirit en Opportunity straks voor altijd “stilvallen”, zoals het wordt uitgedrukt, dan heeft het aan Callas niet gelegen: “Wij putten onze zwervertjes niet uit”, zegt hij. “We weten dat we niet meer zo veel van ze kunnen vragen als vroeger. Het probleem zit hem in de omstandigheden. Vooral de extreme temperatuursverschillen tussen dag en nacht. Het is alsof je dagelijks op en neer moet van Antarctica naar de Sahara, zonder dat je van kleding kunt veranderen. Op de lange termijn is dat funest voor je materiaal. Als een paperclip die je steeds maar op en neer buigt. Op een zeker moment breekt hij.”