Perseverance Rover van NASA gaat op zoek naar leven op Mars
Op 30 juli 2020 werd de Perseverance Mars Rover van NASA succesvol gelanceerd vanop Cape Canaveral (Florida), richting Mars. Daar zal hij, na een reis van 7 maanden, op 18 februari 2021 arriveren. Zijn belangrijkste taken: het zoeken naar aanwijzingen dat er ooit leven was op Mars en het verzamelen van rots- en bodemstalen. De elektrische aandrijving van de Perseverance rover gebeurt via nucleaire technologie: een radio-isotoop thermo-elektrische generator (RTG) zet de warmte die ontstaat uit het radioactieve verval van plutonium (Pu-238) direct om in elektriciteit.
Timing essentieel
Op 30 juli 2020 vond de lancering van een Atlas V raket plaats vanop Cape Canaveral (Florida) richting Mars, met in de top ervan de nieuwe Perseverance Mars Rover van NASA. Het was belangrijk dat de lancering plaatsvond tussen 22 juli en 11 augustus, omwille van de stand van de planeten: in die tijdsperiode stonden de aarde en Mars in een goede positie ten opzichte van elkaar. Dat wil zeggen dat de afstand tussen beide planeten zo beperkt mogelijk is en er minder energie nodig is om naar Mars te reizen.
Lichter dan een kleine auto, maar uitgerust met de nieuwste technologie
De Perseverance Rover is zo’n 3 meter lang, 2,7 meter breed en 2,2 meter hoog. Hij weegt iets meer dan 1 ton – dat is lichter dan een kleine auto. De Rover is uitgerust met de beste technologische tools en nieuwste wetenschappelijke instrumenten. Verschillende camera’s, microfoons, sensoren en radars zullen ingezet worden om Mars zo uitgebreid mogelijk te onderzoeken.
Mars Helicopter
Naast de Perseverance Mars Rover reist er nog een innovatief experiment mee: de Ingenuity Mars Helicopter. Bedoeling is dat dit de eerste helikopter wordt die rondvliegt in de atmosfeer van een andere planeet. En dat is een hele uitdaging: de atmosfeer op Mars is namelijk 99% minder dicht dan die van de aarde. De Ingenuity moet dus heel licht zijn (1,8 kg), met rotorbladen die veel groter zijn en veel sneller draaien (2000 tot 3000 rotaties per minuut). Bovendien moet het gebruikte materiaal bestand zijn tegen de extreme kou op Mars (tot -90° Celsius). De aandrijving gebeurt met batterijen, die opgeladen worden via innovatieve zonnecellen.
Was er ooit leven op Mars?
Verschillende missies in de afgelopen decennia hebben ons al geleerd dat Mars er ooit helemaal anders uitzag dan de koude, droge planeet die het vandaag de dag is. Miljarden jaren geleden was het een natte planeet. De Perseverance Mars rover is ontworpen om de geologie van Mars beter te begrijpen en op zoek te gaan naar aanwijzingen van vroeger leven op Mars. Hij zal rots- en bodemstalen verzamelen en opslaan, die bij een toekomstige missie naar aarde kunnen worden gebracht, om ze hier verder te onderzoeken.
De Perseverance Rover zal landen in de buurt van Jezero Crater, een enorme krater, die vroeger gevuld was met water. Dit maakt het de ideale locatie voor micro-organismen om er ooit geleefd te hebben, en om aanwijzingen van die micro-organismes voor miljarden jaren te bewaren in de vorm van fossielen.
Elektrische aandrijving dankzij nucleaire technologie
De Perseverance Rover heeft elektrische stroom nodig om te kunnen werken. De gebruikte krachtbron is een "Radio-isotoop Thermo-elektrische Generator" of kortweg “RTG”. De RTG zet de warmte van het natuurlijke radioactieve verval van plutonium (Pu-238) om in elektriciteit. Dit stroomsysteem laadt de twee primaire batterijen van de Rover op. De warmte van de RTG wordt ook gebruikt om de tools en systemen van de Rover op de juiste temperatuur te houden. Dankzij de betrouwbare stroom opgewekt via de RTG kan de Perseverance Rover bewegen, zijn wetenschappelijke instrumenten gebruiken en communiceren met de aarde.
Het is trouwens niet de eerste keer dat nucleaire technologie wordt gebruikt voor ruimtevaart. NASA maakt al tientallen jaren gebruik van vergelijkbare energiesystemen, waaronder de Apollo-missies naar de maan, de Vikingmissies naar Mars en voor ruimtevaartuigen die naar de buitenplaneten en Pluto vlogen, waaronder de Pioneer-, Voyager-, Ulysses-, Galileo-, Cassini- en New Horizons-missies.
Radio-isotopensystemen bieden unieke voordelen ten opzichte van andere energiebronnen, omdat ze een stabiele energiebron vormen in donkere delen van het zonnestelsel of op locaties waar er veel stof is. RTG heeft een bewezen staat van dienst als het gaat om het overstijgen van de geplande levensduur voor een missie. Een goed voorbeeld zijn de vorige Marsrovers - Spirit, Opportunity en Curiosity. Spirit en Opportunity maakten gebruik van radio-isotopenverwarmingseenheden, met een levensduur van respectievelijk 7 en 14 jaar, aanzienlijk langer dan de voorziene 3 maanden van de missie. Curiosity wordt gevoed met een RTG en gaat nog steeds mee na 7 jaar. Dat is al 3 keer langer dan de voorziene missieduur. De twee langst werkende missies met een radio-isotopensysteem zijn Voyager I en II, die 43 jaar later nog steeds in werking zijn.
Veiligheid prioritair
De gebruikte radioactieve brandstof (Plutonium) aan boord van de Perseverance Rover is omgeven door verschillende beschermende materialen, die bestand zijn tegen barre omstandigheden. Bovendien is de brandstof opgeslagen in zijn keramische vorm, waardoor het niet in fijne stukjes kan breken en zo in de lucht kan terechtkomen.
En wat als het fout zou gaan bij de lancering? De maximale dosis waaraan iemand op aarde zou worden blootgesteld in het onwaarschijnlijke geval van een ongeluk bij de lancering, was geschat op ongeveer 2,1 mSv. Een inwoner van de Verenigde Staten ontvangt gemiddeld 3,1 mSv aan achtergrondstraling per jaar uit natuurlijke bronnen, zoals radon en kosmische straling. Voor een inwoner van België ligt die gemiddelde waarde op 2,4 mSv. Zoals verwacht verliep de lancering op 30 juli echter zonder problemen.
Volgende stap: bemande missies naar Mars
De ambities van NASA op lange termijn gaan verder. Als alles volgens plan verloopt, zullen er tegen 2024 opnieuw mensen op de maan wandelen en er een permanente basis oprichten – waarbij kernenergie een cruciale rol zal spelen. De learnings uit die toekomstige maanmissies zullen bijdragen aan het verwezenlijken van die andere grote droom: een bemande missie naar Mars. Dit staat bij NASA op de planning voor de jaren 2030. De Perseverance Rover biedt mogelijkheden om kennis te vergaren en technologieën te demonstreren die toekomstige menselijke expedities naar Mars weer een stap dichterbij brengen.
Zo is er het MOXIE-experiment, waarbij een methode getest wordt om zuurstof uit de atmosfeer van Mars te halen, die voor 96% uit CO2 bestaat. Deze zuurstof kan gebruikt worden door menselijke astronauten om te ademen, zodat ze er langere periodes kunnen verblijven, of als brandstof voor de terugreis naar aarde. Dit vermindert de hoeveelheid materiaal die er vanaf de aarde naar Mars zou moeten worden gestuurd.
"When we send humans to Mars, we will want them to return safely. To do that they need a rocket to lift off the planet. Liquid oxygen propellant is something we could make there. One idea would be to bring an empty oxygen tank and fill it up on Mars."
Ook aan boord van de Perseverance: vijf stalen stof voor ruimtepakken, waaronder een stuk van een ruimtehelm. Doel is om te onderzoeken hoe goed ze bestand zijn tegen de intensere kosmische straling en straling van de zon op Mars (door de dunnere atmosfeer is de straling intenser). Radioactiviteit is een natuurlijk fenomeen en het grootste deel van het heelal is bijzonder radioactief. Als we op een dag astronauten naar Mars sturen, is het belangrijk hen te beschermen tegen de hoge dosissen radioactieve straling in het heelal.
Verder focust deze missie op het identificeren van andere bronnen (zoals ondergronds water), het verbeteren van landingstechnieken (via parachute, retroraketten en een “sky crane” manoeuvre) en het monitoren van de weersomstandigheden en het stof op Mars. Dat helpt allemaal om toekomstige menselijke astronauten beter voor te bereiden op het leven en werken op Mars.
Al deze experimenten vereisen grote hoeveelheden energie, die het gebruikte nucleaire energiesysteem kan leveren. 1 ding is zeker: op een dag gaan we naar Mars (en verder), en nucleaire technologie zal meereizen. Fasten your seatbelt!
