Trong thời gian giãn cách giao tiếp (social distancing) xin phép anh/chị bàn chuyện “bay lên Sao Hỏa”: Mars Mission 2020 ♂. Việc của tôi ở đây chỉ là “Google Search”, “Google Translate”, sắp xếp, đánh số và “Post” lên ICT_VN để phục vụ anh/chị nhâm nhi cà phê.
☕
ⓐ Tháng 7 năm 2020 là một tháng bận rộn với các tàu du hành từ Trái Đất đến Sao Hỏa.
- Đầu tiên là Hope Orbiter (tàu Quỹ đạo Hy vọng) của UAE (Emirates Mars Mission) xuất hành ngày 19/07/2020 tại bệ phóng H-IIA (Nhật Bản), dự kiến đến Sao Hỏa trong khoảng thời gian tháng 2/2021.
- Tiếp theo là Tianwen-1 (orbiter - quỹ đạo và lander/rover – đổ bộ/thám hiểm) của Trung Quốc xuất hành ngày 23/07/2020 tại bệ phóng Long March 5 (Trung Quốc). Tàu orbiter (tàu quỹ đạo) sẽ đến trước, dự kiến trong khoảng thời gian 11-24/02/2021. Tàu lander/rover (tàu đổ bộ/thám hiểm) sẽ đến sau, dự kiến khoảng tháng 4/2021.
- Cuối cùng là Perseverance rover (tàu thám hiểm) của NASA – Hoa Kỳ xuất hành ngày 30/07/2020 tại bệ phóng Atlas V 541 (Hoa Kỳ). Tàu này còn mang theo Ingenuity helicopter (trực thăng), dự kiến sẽ đổ bộ xuống sao hỏa vào ngày 18/02/2021.
- UAE là lần đầu, Trung Quốc lần thứ hai phóng tàu lên Sao Hỏa, còn Hoa Kỳ thì rất nhiều lần rồi.
♂
ⓑ Tại sao cả 3 nước UAE, Trung Quốc và Hoa Kỳ lại phóng tàu lên Sao Hỏa vào dịp tháng 7 năm 2020? Hẳn nhiên phải có lý do nào đó chứ!
- Trái Đất và Sao Hỏa đều quay quanh Mặt Trời (hiển nhiên là thế rồi, đúng không ạ 😊). Trái Đất gần Mặt Trời hơn so với Sao Hỏa, mất 365 ngày để quay được một vòng. Sao Hỏa phải mất 687 ngày (ngày Trái Đất) để quay hết một vòng. Như vậy là có lệch pha, lúc rất xa nhau: đối diện nhau qua Mặt Trời, lúc rất gần nhau: cùng một phía nhìn về Mặt Trời. Người ta chọn khoảng thời gian lúc Trái Đất và Sao Hỏa gần nhau nhất để phóng tàu lên Sao Hỏa.
- Sau bao lâu thì Trái Đất và Sao Hỏa gần nhau nhất? Sau khoảng 26 tháng (tháng Trái Đất). Khoảng thời gian “phù hợp nhất” để phóng tàu lên Sao Hỏa trong dịp này là tháng 7 và nửa đầu tháng 8. Nếu trượt thời gian này thì lại phải chờ 26 tháng nữa (hơn 2 năm).
♂
ⓒ Người ta chia các tàu lên Sao Hỏa thành một số loại:
- Flyby: Tàu bay qua Sao Hỏa, thông thường là trên đường khám phá các ngôi sao khác.
- Orbiter: Bay vòng quanh quỹ đạo của Sao Hỏa.
- Lander: Đổ bộ xuống Sao Hỏa.
- Rover: Khám phá, thám hiểm Sao Hỏa.
- Ngoài ra, có một số tác vụ khác như đổ bộ lên Phobos – là một mặt trăng của Sao Hỏa hay Gravity assist (hỗ trợ trọng lực khi bay qua Sao Hỏa) hay NASA sẽ thử nghiệm máy bay trực thăng trên Sao Hỏa.
♂
ⓓ Loài người đã phóng tàu vũ trụ lên Sao Hỏa bao nhiêu lần rồi? Thưa anh/chị, tôi ngồi đếm là đã 62 lần rồi (một lần phóng có nhiều tàu thì được tính nhiều lần). Lần đầu tiên vào năm 1960 do Liên Xô phóng tàu với tên hiệu là Mars 1M No.1 (phương Tây gọi là Marsnik 1) tại bệ phóng OKB-1 (tiếng Nga: ОКБ-1).
Từ năm 1960 đến 1996 chỉ có 2 cường quốc làm được việc này là Liên Xô – 20 lần (sau này Nga tiếp quản + 3 lần) và Hoa Kỳ - 29 lần. Sau đó có thêm Nhật Bản – 1 lần, Ấn Độ – 1 lần, EU – 5 lần, Trung Quốc – 2 lần và gần đây nhất là UAE – 1 lần.
Không phải tất cả các lần phóng đều thành công. Hẳn nhiên là như vậy, thưa anh/chị vì các dự án khoa học công nghệ cao có tính rủi ro cao nhất. Không kể 5 tàu đang trên đường đến Sao Hỏa, trong số 57 lần phóng trước đó có đến 29 lần thất bại. Thất bại của những lần đầu chính là cơ sở cho thành công của các lần sau. Nhìn danh mục các lần phóng đan xen giữa thất bại và thành công mới thấy nỗ lực của các cường quốc về khám phá Sao Hỏa thật phi thường.
♂
ⓔ Vì tôi không có thông tin về các tàu của Trung Quốc và UAE nên xin giới thiệu với anh/chị tàu Perseverance của NASA. Tôi chủ quan cho rằng tàu Perseverance là hiện đại nhất (so với các tàu của Trung Quốc và UAE) vậy nên hiểu biết về Perseverance coi như biết luôn các tàu khác 😊.
Trong chuyến lên Sao Hỏa lần này, ngoài tàu Perseverance (tạm dịch là Kiên chí) còn có một chiếc trực thăng sẽ bay thử trên đó, có tên là Ingenuity (tạm dịch là Tài trí). Cả 2 thiết bị này được bọc trong phi thuyền vận chuyển hình vỏ sò tròn bay đến Sao Hỏa. Quãng đường khoảng 480 triệu km. Tốc độ bay khoảng 39,600 km/h. Thời gian bay khoảng 7 tháng.
Trong thời gian bay, thỉnh thoảng nhóm điều khiển trên Trái Đất ra các lệnh điều khiển để chỉnh đường đi và kiểm tra các thông số trên phi thuyền.
45 ngày trước khi cập bến Sao Hỏa được gọi là pha tiếp cận. Giai đoạn này cần nhiều lệnh để điều chỉnh đường bay hơn.
♂
ⓕ Đổ bộ xuống Sao Hỏa. Hẳn chúng ta ai cũng tò mò là tàu sẽ đổ bộ xuống Sao Hỏa như thế nào? NASA gọi quãng thời gian này là “Bảy phút khủng khiếp” (Seven minutes of terror). Khoảng thời gian này, toàn bộ đội ngũ NASA (và những người hâm mộ) – không ai làm được gì cả, chỉ chờ kết quả đổ bộ một cách tự động của hệ thống. Bảy phút này quyết định tất cả. Nếu không thành công thì Game Over! Tất cả công sức trước đó đổ xuống sông xuống bể.
- Khoảng 10 phút trước khi tiếp cận với khí quyển Sao Hỏa, phần thân chứa nhiên liệu và động cơ đẩy bay từ Trái Đất tách ra khỏi phi thuyền.
- Khi phi thuyền tiếp cận với khí quyển Sao Hỏa, do đang bay với tốc độ cao là khoảng 39,600 km/h nên lực ma sát sẽ khiến vỏ phía trước của phi thuyền nóng đến 1,600 °C. Độ cao của phi thuyền lúc tiếp cận là khoảng 125 km phia trên bầu trời Sao Hỏa.
- Khi giảm độ cao xuống 11 km, phi thuyền sẽ bung dù. Tốc độ của phi thuyền lúc này khoảng 1,450 km/h. Chiếc dù này có 80 dây treo, dài 50 mét, độ rộng chéo là 16 mét, có thể kéo được một vật nặng 29.5 tấn.
- Khi hạ độ cao còn 8 km, phần vỏ chịu nhiệt phía trước sẽ tự động tách ra khỏi phi thuyền và rơi xuống đất.
- Khi ở độ cao 1.6 km, tốc độ lúc này chỉ còn 290 km/h. Phần dù tự động tách ra khỏi phi thuyền. Lúc này phi thuyền chỉ còn phần thân sau.
- Tiếp theo, 8 động cơ tên lửa đẩy ngược sẽ khởi động. Tốc độ rơi của phi thuyền lúc này chỉ còn khoảng 2.75 km/h. Phi thuyền thong thả, nhẹ nhàng rơi xuống mặt đất.
- Khoảng 12 giây trước khi tiếp cận mặt đất, phi thuyền sẽ thả dây giống như một cần cẩu “treo” Perseverance và trực thăng Ingenuity và đặt nhẹ nhàng xuống mặt đất. Giữ cần cẩu thăng bằng ở phía trên đã có 8 động cơ tên lửa đẩy ngược.
- Khi các bánh xe của Perseverance đã tiếp đất, các dây treo sẽ tự động ngắt, phần phi thuyền và 8 động cơ đẩy sẽ bay đi xa và rơi tự do, không ảnh hưởng gì đến Perseverance và trực thăng Ingenuity.
Nếu mọi chuyện đúng như kịch bản, chúng ta cùng thở phào nhé! (Vào thời điểm hiện nay thì đây vẫn còn là thì tương lai – future tense – 😊.)
♂
ⓖ Sau khi đến nơi, việc của Perseverance là tìm kiếm dấu hiệu của những điều kiện cho thấy khả năng sinh sống được trên Sao Hỏa trong quá khứ cổ xưa và tìm kiếm bằng chứng — hay chữ ký sinh học — của sự sống vi sinh. Các nhà khoa học đặt mục tiêu thu thập được ít nhất 31 mẫu đất đá trên Sao Hỏa, cất giấu vào một chỗ và sẽ có tàu du hành trong tương lai nhặt các mẫu đó về Trái Đất để nghiên cứu. Rất tham vọng, đúng không ạ. Chúng ta nhận thấy có mấy điểm cực kỳ thách thức: làm thế nào để biết được khả năng sinh sống được trên Sao Hỏa trong quá khứ cổ xưa và làm thế nào để đem mẫu về Trái Đất. Nếu anh/chị thấy tò mò thì xin mời anh chị đọc mục là mục ⓡ nói về cấu trúc của Perseverance, qua đó chúng ta sẽ thấy vì sao tàu có khả năng để đáp ứng các thách thức này. Tôi xin tóm tắt một cách ngắn gọn: người ta dùng camera bắn tia laser + máy khoan + micrô + camera với độ phân giải cao để vừa lấy mẫu vừa phân tích và gửi ảnh/video về Trái Đất.
♂
ⓗ Sau khi Perseverance thực hiện xong sứ mệnh của mình, hẵng còn một việc rất khó nữa mà các cường quốc vũ trụ cần hợp lực để thực thi. Đó là làm thế nào để đem các mẫu mà Perseverance đã “cất giấu” trên Sao Hỏa đưa về Trái Đất?
Chúng ta đã thấy là việc phóng một tàu vượt ra khỏi trọng lực Trái Đất, rồi bay đến Sao Hỏa, rồi hạ cánh khó như thế nào. Tuy nhiên, việc đến Sao Hỏa, nhặt các thứ do Perseverance để lại rồi phóng tên lửa thoát trọng lực Sao Hỏa rồi bay ngược về Trái Đất thì việc này còn khó gấp bội phần. Vì sao vậy? Trên Trái Đất chúng ta có các tổ chức hùng hậu như NASA, ESA, … để hỗ trợ nhưng trên Sao Hỏa thì chả có ai cả. Khi đến Sao Hỏa thì tất cả các tàu phải tự vận hành – có hỗ trợ chăng là chỉ là nhóm điều khiển từ Trái Đất. NASA và ESA (Cơ quan Vũ trụ châu Âu) thống nhất cách tiếp cận vấn đề mang mẫu từ Sao Hỏa về Trái Đất như sau (vẫn chỉ ở mức nguyên lý thôi):
⦿ Perseverance sẽ thu thập các mẫu và để lại trên bề mặt Sao Hỏa (nhiệm vụ này bắt đầu từ tháng 2/2021).
⦿ Vào tháng 7 năm 2026, một phi thuyền đổ bộ lên Sao Hỏa mang theo tên lửa đẩy (do NASA phát triển) + một tàu thăm dò thu thập mẫu (do ESA phát triển) hạ cánh gần tàu Perseverance vào tháng 8 năm 2028. Tàu thăm dò thu thập các mẫu do Perseverance để lại và đưa chúng lên tên lửa đẩy. Nếu Perseverance vẫn còn hoạt động, nó cũng có thể cung cấp các mẫu đến bãi hạ cánh. Sau khi được nạp các mẫu, tên lửa đẩy sẽ phóng cùng với hộp trả mẫu vào mùa xuân năm 2029 và đạt quỹ đạo thấp trên Sao Hỏa. Tức là tên lửa đẩy này chỉ bay lên quỹ đạo Sao Hỏa và chờ ở trên quỹ đạo. Chú ý tàu này không bay về Trái Đất.
⦿ Tàu quỹ đạo do ESA chế tạo phóng trên tên lửa đẩy Ariane 6 vào tháng 10 năm 2026 và đến sao Hỏa vào năm 2027, sử dụng lực đẩy ion để hạ dần quỹ đạo của nó xuống độ cao thích hợp vào tháng 7 năm 2028. Tàu quỹ đạo này sẽ đón lấy hộp chứa các mẫu nằm trong tàu tên lửa đẩy (xem ở trên). Sau khi nhận được hộp mẫu, tàu này sẽ bay về Trái Đất, dự kiến cập bến vào năm 2031.
⦿ Hộp trả mẫu, được gói gọn trong mô-đun, hạ cánh xuống Trái Đất vào cuối năm 2031.
Một kế hoạch dài hơi, đến mấy chục năm. (Kế hoạch 5 năm chưa là gì nha 😊.)
Kế hoạch này chưa nói đến việc đưa người lên Sao Hỏa. Giả thiết là loài người có thể bay lên Sao Hỏa thì thời gian bay trong vũ trụ phải mất từ 7 tháng đến 2 năm mới đến nơi! Lúc đấy phải có mạng xã hội, các dịch vụ chat chit trên tàu vũ trụ chứ không thì ngồi trên tàu suốt thế buồn chết đi được!
☕
ⓡ Phần này mời anh/chị cùng xem cấu trúc tàu Perseverance. Thông tin tôi lấy từ các trang của NASA. Phần thông tin tiếp theo sẽ rất dài và chi tiết, nếu anh/chị thấy chẳng cần thiết thì bỏ qua. Nếu thấy hứng thú thì mời anh/chị nhấp một ngụm cà phê rồi đọc tiếp.
⒈ Tóm tắt: Tàu Perseverance mô phỏng một sinh thể sống: có thân, có não, có “cổ và đầu”, có “tai, mắt”, có “tay” (cánh tay máy), có “chân” (bánh xe), có năng lượng (nguồn phát điện), có “hội thoại” (liên lạc với mặt đất) và thậm chí có cả “bộ điều tiết nhiệt độ cơ thể” (temperature controls).
⒉ Thân tàu: Tàu dài 3 mét, rộng 2.7 mét, cao 2.2 mét, nặng 1,025 kg (hơn 1 tấn). Thiết kế của Perseverance thừa hưởng thiết kế của tàu thám hiểm Curiosity. (Tàu Curiosity được phóng ngày 26/11/2011 và đổ bộ xuống Sao Hỏa vào ngày 6/8/2012 sau một hành trình dài 560 triệu km.) Kích thước Curiosity: dài 2.9 mét, rộng 2.7 mét, cao 2.2 mét, nặng 899 kg. Như vậy tàu Perseverance to hơn Curiosity một chút. Perseverance có thêm một máy khoan. Mục tiêu là để nhặt các mẫu đất, đá khi thám hiểm Sao Hỏa.
⒊ Bộ não: Bộ não của tàu là 2 máy tính: một máy chạy và một máy dự phòng. Processor là PowerPC 750 (32 bit), tốc độ 32 MHz, 2 GB flash memory, 256 MB RAM và 256 KB ROM. Các phần mềm quan trọng của bộ não là đo không gian 3 chiều (Inertial Measurement Unit), tự động cân bằng nhiệt độ (không quá nóng, không quá lạnh) và bộ hội thoại với nhóm điều khiển trên Trái Đất.
⒋ Camera: Tàu có tổng số 23 camera: 7 camera phục vụ thâm nhập khí quyển Sao Hỏa và hạ cánh, 7 camera phục vụ công tác nghiên cứu khoa học và 9 camera công trình.
❶ Camera ghi lại toàn bộ quá trình hạ cánh và đổ bộ xuống Sao Hỏa. Việc này mô phỏng giống như “nhà du hành” đang ngồi trực tiếp điều khiển trên tàu:
- Camera ghi quá trình bung dù
- Camera ghi quang cảnh từ trên cao lúc tàu hạ cánh
- Camera ghi tình trạng của tàu lúc hạ cánh
- Camera soi mặt đất lúc tàu hạ cánh.
Ngoài các camera, Perseverance còn có microphone ghi âm thanh lúc hạ cánh. Tổ hợp (camera, microphone) sẽ ghi lại toàn cảnh lúc phi thuyền hạ cánh. Bảy phút khủng khiếp ghi lại quá trình hạ cánh của Curiosity chỉ là mô phỏng, không phải thật. Lần này, người ta hy vọng có thể xem được quá trình bung dù trên Sao Hỏa, xem được quá trình tự động cắt dây từ cần trục và quá trình cần trục bay ra xa khỏi tàu Perseverance như thế nào:
- Chuyện gì xảy ra khi tàu thám hiểm tiếp đất?
- Cát bụi bay như thế nào khi cần trục tác động lên mặt đất bằng 8 động cơ đẩy?
- Các bánh xe và cánh tay máy phản ứng ra sao khi tàu thám hiểm tiếp xuống Sao Hỏa?
- Hy vọng là sau khi hạ cánh, chúng ta sẽ được xem các đoạn video “thật”!
❷ Camera công trình (engineering). So với các camera gắn trên tàu thám hiểm Curiosity, các camera trên Perseverance được cải tiến và nâng cấp: chi tiết hơn, nhiều màu sắc hơn dùng để kiểm tra địa hình trước khi cho tàu di chuyển, kiểm tra tình trạng thiết bị trên tàu, hỗ trợ việc thu thập mẫu.
❸ Camera tránh nguy hiểm. Có 6 camera loại này: 4 đằng trước và 2 đằng sau nhằm phát hiện các cục đá to cản đường, các rãnh sâu hoặc các đụn cát. Các camera này đồng thời hỗ trợ việc điều khiển các cánh tay máy, chụp ảnh mẫu đất đá. Khi di chuyển, tàu thỉnh thoảng sẽ dừng lại và lấy ảnh để đánh giá mức độ nguy hiểm trước khi di chuyển tiếp.
❹ Camera điều hướng. Có hai camera (hai mắt) nằm trên nóc của tàu có thể quan sát các mục tiêu ở xa đến 25 mét. Hai mắt này giúp điều hướng di chuyển tàu.
❺ Camera lưu ảnh bộ sưu tập mẫu. Một camera chụp ảnh từ trên xuống bộ sưu tập mẫu trước khi “niêm phong” và cất vào một kho trên Sao Hỏa.
❻ Camera khoa học gồm:
- Mastcam-Z: MastCam-Z là bộ đôi camera chụp ảnh và quay video màu, hình ảnh nổi ba chiều và có ống kính zoom. Bộ đôi này giống như mắt người nhìn vật thể 3 chiều.
- SuperCam: SuperCam bắn tia laser vào các mục tiêu khoáng chất nằm ngoài tầm với của cánh tay máy, sau đó phân tích đá bốc hơi để biết thành phần nguyên tố của khoáng chất. (Khi tia laser chiếu vào đá, nó tạo ra plasma, là một chất khí cực nóng được tạo thành từ các ion và electron trôi nổi tự do. Một máy quang phổ trên bo mạch ghi lại quang phổ của plasma, cho thấy thành phần của vật liệu.)
- PIXL: PIXL sử dụng huỳnh quang tia X để xác định các nguyên tố hóa học trong các điểm mục tiêu nhỏ như một hạt muối ăn. Nó có Camera ngữ cảnh siêu nhỏ để cung cấp mối tương quan bản đồ thành phần nguyên tố của với các đặc điểm có thể nhìn thấy trên ảnh mục tiêu.
- SHERLOC: Các công cụ chính của SHERLOC là quang phổ kế và tia laser, nhưng nó cũng sử dụng máy ảnh macro để chụp cận cảnh các khu vực được nghiên cứu. Điều này cung cấp bối cảnh để các nhà khoa học có thể nhìn thấy các kết cấu có thể giúp phát hiện môi trường hình thành mẫu khoáng chất cần nghiên cứu.
- WATSON: WATSON chụp những hình ảnh bối cảnh lớn hơn để biết thông tin rất chi tiết mà SHERLOC thu thập về các mục tiêu khoáng sản trên Sao Hỏa. WATSON cung cấp ảnh các kết cấu và cấu trúc quy mô nhỏ trong đá trên sao Hỏa và lớp bề mặt của đá vụn và bụi. (Hai cái tên Sherloc và Watson gợi cho chúng ta về thám tử hư cấu huyền thoại Sherlock Holmes của tác giả Arthur Conan Doyle. Chú ý spelling: máy ảnh Sherloc không có ký tự k ở cuối 😊.)
⒌ Microphone: Trong quá khứ, NASA đã 2 làn gắn micrô trên các tàu đến Sao Hỏa nhưng cả 2 lần đấy đều thất bại. Lần này họ gắn 2 micrô: một trên camera SuperCam (xem ở trên) và một gắn phía trong thân tàu.
❶ Micrô trên camera SuperCam:
- Khi SuperCam bắn tia laser vào một tảng đá, một lượng nhỏ đá bốc hơi thành một khí nóng gọi là "plasma", nhiệt và độ rung tạo ra sóng xung kích và tạo ra âm thanh lộp độp. Máy ảnh và máy đo quang phổ của SuperCam có thể "đọc" khí nóng để biết cấu tạo hóa học của đá bốc hơi. Đồng thời, micrô nghe thấy tiếng "bật" ngắt quãng khi tia laser chiếu vào đá cách Perseverance vài bước chân.
- Âm thanh "pop" mà nó tạo ra cho các nhà khoa học biết về khối lượng và cấu tạo của tảng đá. Cường độ của âm thanh tiết lộ độ cứng tương đối của đá, điều này có thể cho chúng ta biết thêm về bối cảnh địa chất của chúng. Ví dụ, độ cứng của đá có thể giúp chúng ta biết liệu đá được hình thành trong hồ hay từ vật liệu do gió thổi, hoặc áp lực có liên quan đến sự hình thành của nó như thế nào.
- Micrô trong SuperCam có thể “nghe” khoảng 3.5 phút mỗi lần khi thực hiện các quan sát khoa học. Điều này giúp tàu có cơ hội nghe thấy âm thanh của Sao Hỏa, chẳng hạn như âm thanh the thé của hạt cát trên bề mặt, tiếng gió rít quanh cột buồm trên tàu và tiếng hú nhỏ của bụi bay ngang qua. Micrô cũng ghi lại âm thanh của Perseverance khi co giãn cánh tay máy, đá cuộn và bánh xe kêu răng rắc trên bề mặt. Trong một số trường hợp, âm thanh có thể giúp nhóm chẩn đoán tình trạng hoạt động của các cơ chế hoặc thiết bị bên trong của tàu.
❷ Micrô trong thân tàu: Hệ thống Đi xuống và Hạ cánh (EDL) của Perseverance tương tự như Curiosity, nhưng nó mang theo một micrô để ghi lại âm thanh khi hạ cánh. Chúng ta có thể nghe thấy tiếng ma sát của bầu khí quyển, gió và âm thanh của bụi khi tàu tiếp đất.
⒍ Bánh xe: Perseverance có sáu bánh xe, mỗi bánh có một động cơ riêng. Hai bánh trước và hai bánh sau có động cơ lái điều hướng. Khả năng đánh lái này cho phép xe quay đầu tại chỗ 360 độ. Hệ thống lái bốn bánh cũng cho phép tàu chuyển hướng và uốn lượn, tạo ra các vòng quay.
⒎ Cánh tay máy: Cánh tay dài 2.1 mét trên Perseverance có thể di chuyển giống cánh tay người. Nó có một "khớp" vai, khuỷu tay và cổ tay để có sự linh hoạt tối đa. Cánh tay cho phép Perseverance hoạt động như một nhà địa chất học: cầm và sử dụng các công cụ khoa học bằng "tay". Các "công cụ cầm tay" của nhà thám hiểm sẽ lấy lõi từ đá, chụp ảnh hiển vi, phân tích thành phần nguyên tố, cấu tạo khoáng chất của đá và đất trên Sao Hỏa.
Máy khoan của tàu sẽ sử dụng chuyển động quay với bộ gõ để thâm nhập vào bề mặt Sao Hỏa nhằm thu thập các mẫu đất đá. Máy khoan được trang bị ba loại mũi khoan khác nhau để tạo thuận lợi cho việc lấy mẫu và phân tích bề mặt. Các mũi khoan lõi và mũi khoan bề mặt được sử dụng để thu thập các mẫu đưa trực tiếp vào một ống thu mẫu sạch, trong khi mũi khoan mài mòn được sử dụng để cạo hoặc "mài mòn" các lớp đá trên cùng, để lộ ra các bề mặt mới, chưa bị phong hóa để nghiên cứu.
⒏ Lấy mẫu: Perseverance sẽ thu thập các mẫu từ đá và đất trên Sao Hỏa bằng cách sử dụng máy khoan. Sau đó, mẫu thu thập được đưa vào ống và cất giấu trên bề mặt Sao Hỏa.
Bước ❶: Thu thập mẫu:
Thiết bị lấy mẫu trong bụng tàu: Phần bụng của tàu chứa tất cả các thiết bị và vật tư cần thiết để thu thập mẫu. Nó chứa một băng chuyền khoan xoay, là một bánh xe chứa các loại mũi khoan khác nhau. Bên cạnh đó là 43 ống mẫu đang chờ được đổ đầy.
Trong khi cánh tay máy lớn của tàu vươn ra và khoan đá, thì phần bụng của tàu là nơi có cánh tay robot nhỏ hoạt động như một "trợ lý phòng thí nghiệm" cho cánh tay lớn. Cánh tay nhỏ nhặt và di chuyển các ống mẫu mới đến máy khoan, đồng thời chuyển các hộp chứa mẫu đã đầy vào nơi chúng sẽ được niêm phong và cất giữ.
Ống nhân chứng:
Perseverance phải đáp ứng các biện pháp làm sạch nghiêm ngặt do NASA đặt ra. Các biện pháp này được đưa ra để tránh làm ô nhiễm các mẫu trên Sao Hỏa với các chất gây ô nhiễm có thể vô tình được mang lên từ Trái Đất. Các quy tắc nghiêm ngặt giới hạn số lượng vật liệu vô cơ, hữu cơ và sinh học từ Trái Đất trong máy dò và hệ thống xử lý mẫu của nó.
Perseverance mang theo năm “ống nhân chứng” cùng với ống thu mẫu. Các ống nhân chứng tương tự như các ống mẫu ngoại trừ chúng được nạp sẵn nhiều loại vật liệu nhân chứng có thể thu giữ các chất gây ô nhiễm dạng hạt và phân tử, chẳng hạn như:
- khí có thể được giải phóng, hoặc "thoát ra ngoài", từ các vật liệu khác nhau trên tàu;
- tàn dư hóa học từ quá trình phi thuyền hạ cánh;
- bất kỳ vật chất hữu cơ hoặc vô cơ nào khác trên Trái đất có thể đã đến Sao Hỏa cùng với tàu.
Tại một thời điểm, các ống nhân chứng sẽ được mở trên bề mặt sao Hỏa để "chứng kiến" môi trường xung quanh gần các địa điểm thu thập mẫu. Chúng tiếp xúc với môi trường tại chỗ nơi mẫu được thu thập và chúng cùng chuyển động của quá trình khoan và các chuyển động khác mà vật chứa mẫu trải qua. Tuy nhiên, các ống nhân chứng không thu thập các mẫu đất hoặc đá. Các ống nhân chứng cũng sẽ được niêm phong và lưu vào “kho” giống như các mẫu thu thập khác từ Sao Hỏa.
Trong tương lai, nếu các mẫu được trả về Trái đất để phân tích, các ống nhân chứng sẽ cho biết liệu các chất gây ô nhiễm trên Trái đất có xuất hiện trong quá trình thu thập mẫu hay không. Điều này sẽ giúp các nhà khoa học biết vật liệu nào trong các vật liệu trên Sao Hỏa thật ra lại có nguồn gốc từ Trái Đất.
Bước ❷: Niêm phong và lưu trữ mẫu trên tàu. Sau khi một mẫu được thu thập, ống mẫu được chuyển trở lại bụng của tàu. Tại đó, nó được giao cho cánh tay robot nhỏ bên trong và chuyển đến trạm kiểm tra và niêm phong. Một khi ống được bịt kín, không có gì có thể xâm nhập hoặc thoát ra. Các ống này được lưu trữ trong bụng tàu cho đến khi nhóm điều khiển quyết định về thời gian và địa điểm để thả mẫu trên bề mặt Sao Hỏa.
Bước ❸: Lưu mẫu trên bề mặt. Tại một thời điểm và địa điểm nhất định mà nhóm điều khiển lựa chọn, các mẫu sẽ được thả lên bề mặt Sao Hỏa – nơi này được gọi là "kho lưu trữ mẫu". Vị trí của kho phải được ghi lại đầy đủ bằng các mốc và tọa độ chính xác được tính từ vệ tinh quỹ đạo. Các mẫu nằm ở kho, cho đến lúc có một phi thuyền mới đến Sao Hỏa và đem chúng về Trái đất.
⒐ Nguồn điện: Perseverance có một hệ thống năng lượng đồng vị phóng xạ. Hệ thống điện này tạo nguồn điện bằng cách sử dụng nhiệt của quá trình phân rã phóng xạ plutonium làm "nhiên liệu" cho nó. Nguồn điện được gọi là "Máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ đa nhiệm" hoặc viết tắt là MMRTG. MMRTG chuyển đổi nhiệt từ sự phân rã phóng xạ tự nhiên của plutonium thành điện năng. Hệ thống điện này sạc hai ắc qui của tàu. Nhiệt từ MMRTG cũng được sử dụng để điều hòa nhiệt cho các công cụ và hệ thống của tàu.
⒑ Liên lạc: Perseverance có ba ăng-ten đóng vai trò là "giọng nói" và "đôi tai" của tàu. Chúng nằm trên boong thiết bị ("mặt sau"). Việc có nhiều ăng-ten cung cấp tính linh hoạt trong hoạt động và các tùy chọn dự phòng trong trường hợp cần thiết. Ăng-ten trên boong tàu gồm:
❶ Ăng ten tần số cực cao: Thông thường, tàu sẽ sử dụng ăng-ten tần số siêu cao (UHF) (khoảng 400 megahertz) để liên lạc với Trái Đất thông qua tàu quỹ đạo của NASA hiện đang quay xung quanh Sao Hỏa. Bởi vì các ăng ten của Perseverance và các tàu quỹ đạo nằm trong phạm vi gần nhau, chúng hoạt động giống như máy bộ đàm so với viễn thông tầm xa với Trái Đất được cung cấp bởi các ăng ten băng tần X.
Thông thường, mất khoảng 5 đến 20 phút để một tín hiệu vô tuyến di chuyển khoảng cách giữa Sao Hỏa và Trái Đất, tùy thuộc vào vị trí của cặp hành tinh này. Sử dụng tàu quỹ đạo để chuyển tiếp thông điệp có lợi vì chúng gần với Perseverance hơn nhiều so với ăng-ten của mạng DSN trên Trái Đất. Perseverance có thể đạt được tốc độ dữ liệu cao lên đến 2 megabit / giây trên liên kết chuyển tiếp khoảng cách tương đối ngắn với tàu quỹ đạo trên không. Sau đó, các tàu quỹ đạo sử dụng ăng-ten và máy phát lớn hơn nhiều của chúng để chuyển tiếp dữ liệu đến Trái Đất.
❷ Ăng-ten tăng ích cao băng tần X: Ăng ten tăng ích cao có thể quay được nên nó có thể hướng chùm sóng vô tuyến của mình theo một hướng cụ thể. Lợi ích của việc này là tàu không cần phải thay đổi vị trí để nói chuyện với Trái Đất. Giống như quay cổ để nói chuyện với ai đó bên cạnh bạn thay vì quay toàn bộ cơ thể, tàu có thể tiết kiệm năng lượng và giữ mọi thứ đơn giản bằng cách chỉ chuyển hướng ăng-ten. Độ tăng ích cao cho phép ăng-ten tập trung chùm tia của mình với tốc độ truyền dữ liệu cao hơn trên liên kết dài với Trái Đất.
❸ Ăng-ten tăng ích thấp băng tần X: Ăng-ten độ tăng ích thấp chủ yếu để nhận tín hiệu. Ăng-ten này có thể gửi và nhận thông tin theo mọi hướng; nghĩa là "đa hướng". Ăng-ten truyền với tốc độ dữ liệu thấp (10-30 bits/s) tới các ăng-ten của DSN trên Trái Đất. Bởi vì không cần chuyển hướng, ăng-ten này cung cấp giao tiếp đáng tin cậy với nhóm điều khiển trên Trái Đất.
☕
