Curiosity Rover op Mars

Eerst moet je er zien te komen. Vervolgens door de douane. Daarna is het een kwestie van je Marsiaanse rijbewijs halen.

Ze noemden het bij NASA de ‘seven minutes of terror’. Meer dan 56 miljoen kilometer van de aarde vloog de capsule met aan boord de Curiosity Rover (een onbemande verkenner) door de dunne dampkring van Mars. De capsule ontvouwde een 16 meter brede, supersonische parachute om de snelheid van ruim 20.000 kilometer per uur waarmee ie de dampkring daar naderde, af te remmen. Vervolgens werden vier remraketten in werking gesteld om de resterende snelheid van 300 kilometer per uur verder terug te brengen. De capsule transformeerde zichzelf in een vliegende kraan die de twee miljard euro kostende lading aan kabels naar het oppervlak van de rode planeet liet zakken. Iets te snel en de bijna 1.000 kilo wegende Rover zou in duizend stukjes Lego uiteen spatten, samen met de jaren intensieve arbeid die eraan vooraf gingen. Gereduceerd tot een hoopje onderdeeltjes zou dit voormalige voertuig dan ooit ontdekt worden door een groengele alien.

Na wat puzzelen zou onze Marsiaanse vriend een voertuig ter grootte van een Range Rover in elkaar kunnen zetten. Hij is uitgerust met zes wielen, bestaand uit 20 inch titanium velgen met metalen ‘banden’, die door een spinachtige ophanging verbonden worden met het chassis. Op de voorkant zit één van de tien instrumenten van de Curiosity: een robotarm om stenen op te pakken die hij in z’n buik stopt, waar zich een mobiel laboratorium bevindt. Ook heeft dit vreemde voertuig een camera die kan inzoomen tot de breedte van een menselijke haar en een laser die pulsen tot zeven meter ver kan sturen om zo de samenstelling van bijvoorbeeld een steen te meten. Alles wordt van energie voorzien door een plutonium accu, die energie produceert uit de hitte van radioactief afval.

Hoewel het karretje geen eencellige wezens zal aantreffen in bevroren meertjes, is eigenlijk z’n enige taak om uit te zoeken of er überhaupt enig leven mogelijk zou kunnen zijn. Maar de wetenschappers zouden niets hebben aan de Curiosity zonder hun collega’s bij NASA’s Jet Propulsion Laboratory: de afdeling die het voertuig bestuurt. Het is een team van zestien man die in ploegen werken, die aangepast zijn aan de tijd op Mars. Een dag duurt daar 40 minuten langer dan op aarde, dus iedere ploeg begint later dan de vorige. Alsof je een jetlag hebt zonder daadwerkelijk ergens heen te gaan.

Wat ze gecreëerd hebben, is de ultieme, op afstand bestuurbare auto. Door de vertraging van dertien minuten die er in de verbinding met Mars zit, is er geen live space-stream. ‘Dus tegen de tijd dat je een rots in de weg ziet liggen en op stop drukt, zou het al te laat zijn’, legt Matt Heverly uit, één van de bestuurders van de Curiosity. ‘We plannen dus tevoren een route en maken een lijst met simpele commando’s: rijd één meter naar voren, ga naar links, neem een foto, enzovoort.’

Matt en het team praten twee keer per dag tegen de Rover: één keer ’s ochtends met een lading instructies en één keer in de avond, wanneer de Rover een rapport e-mailt van z’n werk. ‘Dan gaat hij slapen want ’s nachts is het te koud om door te gaan’, vertelt Matt. ‘Terwijl het voertuig uitrust, zijn wij razend druk om de volgende dag te plannen.’

Na de eerste rit van de Curiosity kwamen de resultaten binnen. Zwart-wit foto’s waarop je de bandensporen achter de Rover ziet met in het zand een soort Morsecode waar je ‘JPL’ in kunt lezen. Misschien een boodschap aan Marsmannetjes, maar vooral een manier om de afgelegde afstand te bepalen. ‘We zitten hier op refresh te klikken en steeds te wachten op nieuwe data’, zegt Matt. ‘Zodra je de beelden ziet, weet je of je planning correct is geweest. Het is een enorme opluchting als je ziet dat het voertuig gedaan heeft wat je hebt gevraagd.’

'Een leuke vertraagde burn-out maken in het stof van Mars zou niet bij de NASA-ingenieurs opkomen'

De Rover heeft pas een kleine afstand afgelegd, maar hij is ook niet bepaald snel. ‘Hij is quasi-immobiel. De absolute topsnelheid is 0,16 kilometer per uur. Echt dynamisch kun je het niet noemen’, vertelt Matt. Omdat het voertuig zo langzaam rijdt, is er geen vering nodig in de ophanging. In plaats daarvan heeft de Curiosity een kinematisch – maar zeer vernuftig – systeem van verbindingen en gewrichten dat zijn gewicht netjes over alle zes de wielen verspreidt als hij over stenen tot 50 centimeter hoog kruipt.

Bovendien heeft ie een complex brein met een soort terrain-response-systeem zoals Land Rovers dat hebben. Maar hier is het natuurlijk op NASA-niveau uitgevoerd. Zodra er een commando binnenkomt, verdeelt het voertuig dit in meer dan 4.000 parameters en bedenkt exact hoe ie het gaat uitvoeren. Hij mag dan geland zijn op een harde ondergrond, maar op zijn reis komt ie ook zacht zand tegen, en substanties die onmogelijk nagebootst konden worden op aarde. Om ervoor te zorgen dat de Rover niet omvalt, heeft ie sensoren die in de gaten houden hoe ver ie kantelt. Als er onverwachte obstakels in de weg liggen, stopt ie, en roept om hulp naar Aarde. ‘We hebben verschillende limieten ingesteld’, zegt Matt. ‘Je programmeert hoe ie reageert op de omgeving, net zoals een auto reageert op een scherpe bocht of een dot gas.’

Constant maken de camera’s bovenop het voertuig hoge-resolutiefoto’s van de buitenaardse omgeving. Het resultaat ervan kun je zien op deze pagina’s. Wat je niet kunt zien, is een stereoversie: een 3D-beeld dat de bestuurders wél kunnen zien. Op een eendimensionaal beeld is het moeilijk in te schatten hoe ver de horizon is, of hoe scherp een richel werkelijk is. Met een extra dimensie en slimme software kunnen de bestuurders de veiligste route door het landschap berekenen.

Alles lager dan 25 centimeter is geen probleem, maar grotere hobbels en erg zachte grond kunnen de Rover klem zetten. Om dat te voorkomen, hebben ze spelers van videogames ingehuurd die hen helpen bij het interpreteren van de beelden. Dit zijn supergeeks die ongezond goed zijn in spelletjes als World of Warcraft, en zich de hele dag opsluiten op hun kamertjes. Zodra een route is gekozen, wordt deze met de snelheid van het licht naar Mars gestuurd en dan kan Matt naar huis om de kinderen in bed te stoppen.

‘Het moment waarop je naar huis gaat is het meest beladen’, zegt hij. Het is Matts taak om de Curiosity heel te houden en hij moet afwachten tot de volgende dag om te zien of dat gelukt is. Net als de meeste andere bestuurders is hij mechanisch ingenieur, en bekijkt zijn werk met een nuchtere blik. Beslissingen worden genomen op basis van data, en een leuke vertraagde burn-out maken in het stof van Mars zou niet in zijn gedachten opkomen.

Misschien zijn er andere NASA-medewerkers die wel een actieve fantasie hebben, bijvoorbeeld omdat ze opgegroeid zijn met sciencefictionboeken en de droom van een ruimtereis. Matt houdt gewoon van robots: ‘Ik ben gek op robots die stofzuigen, auto’s lassen… of op Mars rijden’, verklaart hij. ‘Het zijn allemaal geweldige machines.’

En wat als het allemaal misgaat? De tijd van de Apollo en de replica’s vol plakband is voorbij. Toch worden er nog steeds modellen gemaakt, zelfs eentje die exact hetzelfde weegt als de Curiosity met de gereduceerde zwaartekracht van Mars. Ze noemen ‘m Scarecrow, vogelverschrikker, wegens het gebrek aan hersenen. Dit voertuig moet helpen om het grootste probleem van de Rover aan te pakken: het slippen van de wielen. ‘We gebruiken een motion-tracking-systeem uit Hollywood. We plaatsen kleine reflecterende balletjes op de Rover en nemen het op met camera’s’, aldus Matt. ‘Als we een commando sturen om tien meter een heuvel op te rijden, kan ie grip verliezen en maar vijf meter ver komen. Met het trackingsysteem kunnen we zien wat er zou kunnen gebeuren als we zo’n opdracht geven.’

Als het ergst mogelijke gebeurt, kan dat ook nog positieve kanten hebben. Een vorige Rover, de Spirit, kwam met een wiel in zachte grond terecht. De bestuurders verzonnen een manier om de Spirit toch door te laten rijden, z’n lamme ledemaat achter zich aan slepend. Omdat die door de grond ploegde werd een witte substantie ontdekt die voor de wetenschappers tot dan toe onbekend was. ‘Verkennen brengt nu eenmaal risico met zich mee’, zegt Matt. ‘We ontdekken nieuwe dingen, maar dat maakt het ook risicovol.’ Klinkt als een mooie paradox.

Met mannen als Matt achter het stuur heeft de Curiosity een goede kans om de diepe ravijnen te overleven. Ze hebben maar één kans. Zoals Matt het zegt: je kunt niet even een monteur naar Mars sturen.