NRC Handelsblad van
17-05-2003, Pagina 39, Wetenschap & Onderwijs, Achtergrond
DRINGEN OP MARS
EUROPA, JAPAN EN DE VS
STUREN EIGEN VERKENNERS NAAR DE RODE PLANEET
Europa lanceert de Mars
Express, NASA zendt twee Mars Exploration Rovers,
en Japan komt met de Nozomi. Alle gaan op zoek naar water en - wie weet!
- leven op Mars.
Eerste kerstdag 2003 wordt
een dag van nagelbijten voor iedereen die iets te maken heeft met Mars Express.
Na maanden reizen is het eerste Europese interplanetaire ruimtevoertuig, dat op
2 juni moet vertrekken, vlak bij zijn bestemming Mars aangekomen en staat een
cruciale manoeuvre op het programma. Als alles goed gaat, explodeert precies op
het goede moment een aantal bouten, waardoor een kleine, schijfvormige lander
los komt van de sonde, om koers te zetten naar het Mars-oppervlak. De Mars
Express zelf moet dan een koerscorrectie maken om in een baan om de planeet
terecht te komen, en niet de lander achterna te gaan. Tijdens de manoeuvre is
er geen communicatie met de aarde mogelijk.
``Het is een nog heikeler
operatie dan de lancering', zegt Mike McKay, die vanaf ESOC, de mission control
van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, het volgteam van Mars Express
aanvoert. Er is tijdelijk geen contact met de aarde, de zonnepanelen werken
even niet en het mechaniek van de exploderende bouten heeft al eens eerder
gefaald. De Mars Express vertrekt vanaf het Russische lanceercentrum Baikonoer
in Kazachstan, aan boord van een Soyoez-raket. Na het afstoten van de eerste
drie trappen en een rondje om de aarde zal de vierde trap van de raket, de
Fregat, de sonde met lander een flinke zet richting Mars geven. Voordat ze bij
Mars zijn, zal de Fregat zich los maken van de verkenner. Sonde en lander
zullen dan de planeet in kaart gaan brengen, speurend naar water en sporen van
leven. De lander heet Beagle 2, genoemd naar het onderzoeksschip waarmee
Charles Darwin de wereld rondvoer van 1831 tot 1836.
Het wordt de komende tijd
druk in de buurt van Mars. In juni lanceert de NASA twee Mars Exploration
Rovers, karretjes die ook al op zoek gaan naar water. De Japanse sonde Nozomi
zou in december aan moeten komen. NASA's Mars Odyssey en Mars Global Surveyor
zijn al ter plekke om in een baan rond de planeet het oppervlak in kaart te
brengen. In vergelijking met eerdere missies zijn vooral aan boord van de
Europese lander nieuwe experimenten te vinden. De ondergrondse boor is nog niet
eerder vertoond, en het Gas Analysis Package levert veel gedetailleerdere
chemische gegevens dan de apparatuur aan boord van de Amerikaanse Viking
landers uit de jaren zeventig. Daar staat tegenover dat Beagle 2 niet mobiel
is, zoals Mars Pathfinder uit 1997 en de geplande Rovers. Aan boord van de Mars
Express-sonde zijn de radar Marsis en de atomen- en -ionenvanger Aspera echte
primeurs voor Mars. De camera's en spectrometers om atmosfeer en bodem in kaart
te brengen, zijn ook te vinden in de Amerikaanse en Japanse sondes, al zijn er
verschillen in resolutie en de bestreken gebieden.
``Coördinatie of
samenwerking met de Amerikanen is er niet', zegt Agustin Chicarro, Spaans
geoloog en wetenschappelijk directeur van de missie. ``Maar we ontmoeten elkaar
wel regelmatig, zodat we in ieder geval weten ze doen.' Zo kregen de Europeanen
ineens te horen dat één van de de reserve-landingsplaatsen van de Mars Rovers
óók in de Isidis Planitia ligt, wat enige consternatie gaf. Chicarro: ``Nou is
dat een gebied te grootte van Frankrijk, groot genoeg voor ons allebei. Maar er
waren zorgen dat signalen van beide landers elkaar wel dwars zouden zitten. Ik
weet niet of dat een probleem wordt.' Er zijn plannen om toekomstige missies
wel van te voren op elkaar af te stemmen.
Eén mandje
Nog een verschil met de
Amerikanen is dat die hun instrumenten verdeeld hebben over verschillende missies.
``Wij hebben al onze eieren in één mandje', zegt Chicarro. ``Als het misgaat
zijn we alles kwijt.' De kans daarop lijkt niet gering. Van alle eenendertig
ooit gelanceerde
marsmissies zijn er maar acht volledig geslaagd, en zeventien totaal mislukt.
De Sovjetunie en Rusland hebben ondanks zestien pogingen zelfs
nog nooit een volledig succesvolle missie gehad.De lanceerdrukte in juni hangt
samen met uitzonderlijke goede omstandigheden voor een vertrek naar Mars. De
Rode Planeet en de aarde passeren elkaar in hun baan om de zon ongeveer om de
twee jaar, maar omdat de planeten geen zuivere cirkelbanen beschrijven, naderen
ze elkaar niet iedere keer even dicht. Pas over zeventien jaar zijn de
condities
weer zo gunstig.
Zelfs op het meest nabije
punt staat Mars nog altijd verder weg dan onze andere buurplaneet, Venus (56
tegen 40 miljoen kilometer), maar Mars is veel meer in trek bij onderzoekers
omdat hij het meest op de aarde lijkt, al is hij een stuk kleiner. De
zwaartekracht is driemaal zo zwak als op aarde en de bodem bestaat uit zand,
stof en rotsblokken, net als in woestijnen op aarde. Mars heeft een
doorzichtige atmosfeer van voornamelijk koolstofdioxide en een heel klein
beetje zuurstof. Wel is die atmosfeer zo'n honderdvijftig maal ijler dan die
van de aarde. Er
komen stormen en windhozen in voor, en de temperatuur varieert er van minus 133
graden Celsius tot een aangename plus 27. Ook bezit Mars poolkappen.
Grotendeels bestaan ze uit bevroren koolstofdioxide, maar aan de Noordpool komt
ook waterijs voor.
Ooit heeft de planeet nog
meer op de huidige aarde geleken. Zo'n 3,8 miljard jaar geleden stroomde er
water, getuige de geulen op Mars. Ook
zijn er door water uitgesleten canyon-achtige structuren gevonden, en het
noordelijk halfrond is vermoedelijk ooit een oceaan geweest. Wat er sindsdien
precies gebeurd is, is een raadsel. Het Marsoppervlak is nu kurkdroog, en zijn
atmosfeer is de planeet grotendeels kwijtgeraakt.
Om te zoeken naar wat er nog over is van de Martiaanse watervoorraden, heeft
Mars Express de Marsis-radar aan boord, die tot op enkele
kilometers diep in de bodem kan kijken. De radarantenne bestaat uit twee dunne
sprieten van in totaal veertig meter, die uit de satelliet schuiven zo gauw die
in een baan om Mars is gekomen. De antennes zenden (lange) radiogolven naar het
oppervlak. De terugkaatsende golven bevatten een soort profielen van de
onderliggende Marsbodem. Dezelfde techniek wordt ook op aarde toegepast om naar
water te zoeken, maar voor Mars is het een primeur. ``Dat er water op Mars is,
weten we zeker', zegt Chicarro. ``Maar hoeveel er nog over is en in welke vorm
- als ijs of vloeibaar water onder de grond, of als bestanddeel van mineralen -
willen we met de Marsis-radar achterhalen.'
Hoogteverschillen
Een hoge-resolutie camera
gaat opnamen maken van het Mars-oppervlak. Voor het eerst in kleur èn in stereo
(de camera schiet plaatjes uit twee hoeken) zodat ook hoogteverschillen te zien
zullen zijn. De kleinste details die op de beelden onderscheiden kunnen worden
(resolutie), meten zo'n tien meter,
maar interessante gebiedjes kunnen nogmaals bekeken worden met een resolutie
van twee meter. Weliswaar hebben andere camera's ook gedetailleerde plaatjes
van het Marsoppervlak gemaakt, maar niet zoveel als Mars Express zal gaan doen.
In een Marsjaar (= twee aardjaren) zal de camera ongeveer de helft van de
planeet op de foto kunnen zetten. Met een eventueel tweede Marsjaar is 85
procent van de planeet te bestrijken.
Een gedeelde primeur - de
Japanse Nozomi heeft er ook een bij zich - is Aspera, een instrument dat
(neutrale) atomen, elektronen en ionen uit de atmosfeer invangt. Het apparaat
moet gaan meten in welke mate de zonnewind, een stroom van geladen deeltjes
afkomstig van de zon die Mars aan een soort atomaire zandstraalbehandeling onderwerpt,
de atmosfeer van Mars af blaast, en daarmee verantwoordelijk is voor het
verdwijnen van het water. De aarde wordt tegen zonnewind beschermd door het
aardmagnetisch veld, dat als een soort paraplu de elektrisch geladen deeltjes
afbuigt. Waarom Mars zijn magnetisme is kwijtgeraakt is niet bekend.
Antennes zenden de
meetgegevens van alle Mars Express-instrumenten terug naar de aarde. De
geplande levensduur van de sonde is twee jaar na aankomst in een baan om Mars,
ongeveer één Mars-jaar. ``Maar met een beetje geluk leven we langer', zegt
Chicarro. Mars Express is binnen vijf jaar uit de grond gestampt, aanzienlijk
korter dan bij ruimtemissies gebruikelijk is. De instrumenten zijn deels
overgenomen van Mars-96, een Russische Marsmissie die mislukte. Het voertuig
zelf heeft veel weg van Rosetta, de sonde die eerder dit jaar naar de komeet
Wirtanen had moeten afreizen maar door het verongelukken van de Ariane-5-raket
in december 2002 aan de grond gehouden werd. Mars Express vertrekt per
oerbetrouwbare Russische Sojoez, wat ook nog eens op de rekening scheelt. Al
met al kosten het ruimtevaartuig en de lancering de ESA zo'n 150 miljoen euro,
exclusief meetinstrumenten en lander. De Beagle 2, grotendeels van Britse
makelij en bij lancering slechts 68 kilo zwaar, moet landen in Isidis Planitia,
een vlakte op het noordelijk halfrond van Mars. Na het loskomen van sonde zelf
zet de lander koers naar het Marsoppervlak. Zijn val zal worden gebroken door
achtereenvolgens een parachute en drie grote airbags die na de landing
losspringen. De Beagle 2 klapt vervolgens langzaam open, als een oester. Uit
het deksel ontvouwen zich vier zonnepanelen. Een vijfde zit op de bodem van het
deksel. Zo gauw de stroomvoorziening op gang is kan de Beagle 2 aan het werk.
Uit de romp verrijst op
dat moment een robotarm, de PAW (Payload Adjustable Workbench), met aan het
uiteinde een waaier van meetinstrumenten. Er zijn meters voor druk, wind en
temperatuur, een stereocamera, een microscoop, en spectrometers voor gamma- en
röntgenstraling. Alles bedoeld om interessante nabije rotsen aan onderzoek te
onderwerpen.
Gravende mol
Beagles PAW bezit ook een
boor die bodemmonsters kan nemen, maar het bizarste element is toch wel de
`mol', een balpenvormig instrument aan een kabel dat zich schoksgewijs
voorbeweegt door een repetitief afgevuurd intern veermechanisme. Met een
snelheid van een paar millimeter per seconde baant de mol zich een weg,
bijvoorbeeld onder een rotsblok waar de bodem niet blootstaat aan ultraviolette
straling en de oxiderende atmosfeer. De mol kan zich bovendien tot twee meter
diep in een stoffige bodem hameren. Eenmaal ter plekke opent de mol zijn
voorzijde, en kan hij een monster nemen.
De bodemmonsters worden
onderzocht in het Gas Analysis-Package, een oven waarin het materiaal onder
toevoeging van zuurstof langzaam verhit wordt. Daarbij verbrandt het eventueel
aanwezige koolstof tot kooldioxide. De temperatuur waarbij dat gebeurt zegt
iets over de oorsprong van het koolstof. Organische stoffen, die op leven (of
voormalig leven) kunnen wijzen, verbranden eerder dan koolstof dat deel
uitmaakt van anorganische materialen als carbonaat.
Bij haar eerste
Mars-missie legt ESA in de publiciteitscampagne zware nadruk op het mogelijk
vinden van sporen van leven terwijl toch eerdere aanwijzingen daarvoor nooit
overtuigend bleken. ``Ja, er is een risico dat we dat te veel benadrukken, en
dat je teleurgesteld wordt', erkent Chicarro. Maar de geologische en
klimatologische gegevens die de missie oplevert zijn volgens hem minstens zo
belangrijk. Bovendien, áls er leven is, of is geweest, zullen het niet de
gegevens zijn van één enkele missie zijn die dat definitief bewijzen, denkt
Chicarro. ``Tenzij we op de beelden een konijn zien rondhuppelen.'
http://sci.esa.int/marsexpress;
www.beagle2.com
Robuuste high-tech op
de steppe
``Bij de Amerikanen brandt
de verf op het lanceerplatform weg, maar wij hoeven zelden bij te schilderen.'
Aleksei Vasiliev wijst naar platform 5 in Baikonoer. Daar, vanaf het Russische
lanceercentrum in de uitgestrekte steppes van Kazachstan, zal de Europese
ruimteverkenner Mars Express op 2 juni gelanceerd worden, bovenop de beproefde
Sojoez-raket met een extra, vierde trap, Fregat genaamd. Vasiliev,
plaatsvervangend hoofdingenieur bij het lanceerplatform, kan het niet laten om
de oude rivaliteit tussen Sovjets en Amerikanen nog even op te rakelen.
De ingenieur, een krasse
zeventiger die met zijn rappe tong tolken tot wanhoop drijft, heeft die strijd
nog op zijn felst meegemaakt. Ooit werkte hij aan de N1-raket, die een Rus naar
de maan had moeten brengen nog vóór de Amerikaan Neil Armstrong daar aankwam.
Terwijl de autoriteiten ontkenden mee te doen aan de race naar de maan, crashte
de ene na de andere N1. Het project bleef tot in de jaren tachtig geheim. Maar
nu praat Vasiliev honderduit. Over de `tulp', het mechanisme waarmee de
stabilisatiebalken van de Russische lanceertoren door contragewichten vanzelf
openklappen zodra de opstijgende raket tien centimeter hoog is. Over het gat
van 28 meter diep onder de raket, bedoeld om de vlam de ruimte te geven. ``Bij
het eerste lanceerplatform, vanwaar Joeri Gagarin vertrok, hadden ze zelfs twee
keer zo diep gegraven.' Dat was in 1955, toen de Sovjet-Unie in het diepste
geheim met het testen van de eerste intercontinentale kruisraketten begon.
Zelfs de leiding van de arbeidersploegen wist niet wat ze aan het graven waren.
Tot in de jaren tachtig
waren de ontwikkeling en stationering van kruisraketten met atoomwapens de
hoofdbezigheid van het Baikonoer-complex. Ruimtevaart was een nevenactiviteit.
De locatie aan een spoorlijn in Kazachstan werd gekozen vanwege de zuidelijke
ligging, waardoor raketten een flinke vaart meekrijgen van de rotatie van de
aarde, terwijl de testtrajecten van kruisraketten toch nog binnen de
Sovjet-Unie lagen (ze kwamen neer op het schiereiland Kamtsjatka). Vanuit
`kosmodroom' Baikonoer werd in 1957 de Spoetnik gelanceerd, de allereerste
satelliet. Ook Gagarin, de eerste man in de ruimte, vertrok er, en ook nu is
Baikonoer het drukste lanceercentrum van de Russische ruimtevaart, en het enige
waarvandaan bemande vluchten vertrekken. Het complex, vijfenzeventig bij
negentig kilometer groot, is een verzameling van meer dan tweehonderdvijftig
lanceerplatforms, assemblagegebouwen en brandstoffabrieken, van elkaar gescheiden
door kilometers steppe. In dat dorre land met grauwe pollen taai gras slingeren
hier en daar raketonderdelen, roestige brokken metaal en oude spoorwagons op
stukken spoorweg.
Het oorspronkelijke doel
verklaart de uitgestrektheid van het centrum, dat een eventuele aanval met
atoomwapens moest kunnen doorstaan. Aanvankelijk zwegen de Sovjet-autoriteiten
in alle talen over het complex, tot ze de vlucht van Gagarin internationaal te
boek wilden stellen, en een lanceerplaats opgegeven moest worden. `Baikonoer',
werd de naam, naar een stad die honderden kilometer verderop lag - in een
poging de Amerikanen zand in de ogen te strooien. Tevergeefs: al vier jaar
eerder, in 1957, hadden Amerikaanse U2-spionagevliegtuigen de eerste opnamen
gemaakt van het complex.
In de jaren negentig, na
het instorten van de Sovjet-Unie, beleefde het centrum barre tijden. Het
Russische ruimtevaartprogramma implodeerde, er brak muiterij uit onder de
soldaten die het merendeel van het werk op het complex deden, en het
lanceercentrum bevond zich na de onafhankelijkheid van Kazachstan ineens in het
buitenland.
De Kazachen bedongen na
veel geruzie een huur van ruim honderd miljoen dollar per jaar. Vorig jaar
stortte het dak van assemblagehal 112 in, waarbij acht doden vielen. De Russische
Space Shuttle, de Buran (die maar één keer, onbemand, gevlogen heeft) werd
daarbij vernield. Toch is niet alles roest en verval in Baikonoer. De Russen
wisten ondanks tegenslagen hun ruimtevaartprogramma overeind te houden, gingen
samenwerkingen aan met westerse partijen, en bleven ondanks minieme budgetten
tot de toplanceerders horen.
Een voorbeeld is de
coöperatie Starsem, waarin zowel de Franse ruimtevaartgiganten Arianespace en
EADS als Russische partijen deelnemen, en die ook de lancering van de Mars
Express verzorgt. Binnen hal 112, waarvan het ingestorte gedeelte door een muur
afgesloten is, heeft het bedrijf gloednieuwe cleanroom- en andere faciliteiten
gebouwd waar Mars Express zijn laatste tests ondergaat, waarna de sonde aan
boord van de Sojoez-raket werd geplaatst. Een team van vijftig Fransen en
Russen voert er de laatste voorbereidingen voor de lancering uit. ``De
samenwerking met de Russen was in het begin lastig', zegt Mathieu Weiss van
Starsem. ``Een van de eerste keren dat we hier kwamen, zaten er mensen boven op
een raket onderdelen vast te schroeven. We waren verbijsterd. Een Ariane-raket
mag je niet eens aanraken, en een flinke schop zou hem vermoedelijk vernielen.'
Eerst hadden de Fransen de
neiging om de Russen tot de orde te roepen, bekent Weiss. ``Later begrepen we
dat de technische filosofie van de Russen anders is, niet per se slechter. De
Ariane is puur high-tech. Alles is op de grens van de technische mogelijkheden
uitgevoerd: een Formule 1, als het ware. De Sojoez is meer een jeep. Maar hij
is wel al bijna zeventienhonderd keer gelanceerd.'
ILLUSTRATIE MEDIALAB ,ESA
2001
Tekening van marsopervlak
met in de verte de Beagle 2, die met 20.000
km/u de ijle marsatmosfeer binnengaat. ILLUSTRATIE MEDIALAB, ESA 2001
Het testen van de Mars Express op de ruimtebasis Baikonoer, vorige maand.
FOTO ESA
Copyright: Wayenburg. Bruno van