מארס רובר

מרס אקספלוריישן רובר (באנגלית: Mars Exploration Rover, בתרגום מילולי: חוקר מאדים נודד) היא תוכנית פעילה של נאס"א לחקר כוכב הלכת מאדים. התוכנית כללה שני רוברים (ראשי תיבות של robotic vehicle - remoted): ספיריט ואופרטוניטי ששוגרו ב-2003. שניהם אינם פעילים, זאת לאחר שספיריט חדלה לעבוד במרץ 2010, ונאס"א הודיעו על סיום פעילותו של אופורטוניטי בעקבות ניתוק הקשר עמו בשנת 2019. ב-9 באוגוסט 2011 הגיעה אופרטוניטי לשפת מכתש אנדוור והיא המשיכה במחקר עד 2019. המשימה נוהלה עבור נאס"א על ידי המעבדה להנעה סילונית בה תכננו ונבנו הרוברים, ומשם הופעלה אופרטוניטי.
משימתם המרכזית של הרוברים הייתה לחקור את הרכבם של האבנים והאדמה בכוכב, ולנסות למצוא רמזים למים שזרמו על הכוכב בעבר. התוכנית היא חלק מתוכנית כוללת של נאס"א לחקר מאדים, שכללה שתי תוכניות מוצלחות קודמות, גשושיות הוויקינג מ-1976 והמרס פאת'פיינדר מ-1997.
עלות התוכנית, כולל התכנון, הבנייה, השיגור והפעלת הרוברים לכ-90 ימי מאדים (אורך המשימה שתוכננה במקור), עלתה 820 מיליון דולר. מפני ששני הרוברים המשיכו לפעול אחרי 90 יום, כל רובר קיבל 5 משימות נוספות. המשימה החמישית ניתנה באוקטובר 2007 ונמשכה עד לסוף 2009. 4 המשימות הנוספות עלו 104 מיליון דולר והמשימה החמישית עלתה כ-20 מיליון דולר.
ביולי 2007, סופת חול שהשתוללה במאדים הציבה את משימתם הרביעית של הרוברים בסכנה, מפני שלא היו בטוחים שיוכלו לקבל אנרגיה סולרית מהשמש שנחסמה על ידי החול, והיה חשש שהרוברים יושבתו לצמיתות. בסופו של דבר הסתיימה סופת החול בלי לגרום לנזק לרוברים.
ב-1 במאי 2009 נתקע ספיריט באדמה רכה על מאדים. אחרי תשעה חודשים של ניסיונות כושלים לשחרר אותו הודיעה נאס"א ב-26 בינואר 2010 כי היא הופכת את ספיריט לתחנת מחקר מדעית נייחת. ב-JPL קיבלו את השדר האחרון מספיריט ב-22 במרץ 2010, וניסו ליצור איתו קשר מחדש עד ל-25 במאי 2011, אז הסתיימה משימתה של ספיריט, שארכה 6 שנים, חודשיים ו-19 יום - פי 25 ממשך המשימה המקורית.
כהוקרה על תרומתם המדעית העצומה, נקראו שני אסטרואידים על שמם של הרוברים, 37452 Spirit ו-39382 Opportunity.

היסטוריה

הרוברים שוגרו ביוני וביולי 2003 ונחתו במאדים בינואר 2004 במקומות שונים מבחינה גאולוגית, כך שיוכלו לבחון כמה שיותר סוגי קרקע.
ב-21 בינואר 2004 איבדה רשת החלל העמוק קשר עם ספיריט מסיבה שחשבו שהייתה קשורה לסופות רעמים מעל אוסטרליה. הרובר שלח בתחילה שדר בלי שום מידע בתוכו אבל מאוחר יותר באותו יום לא יצר קשר עם המארס גלובל סרוויור, שהיה אמור לקבל ממנו אותות. יום לאחר מכן קיבלו JPL 'צפצוף' מהרובר שהודיע כי הוא נמצא במצב תקלה. ב-23 בינואר הצליחו בצוות המשימה ליצור קשר מחדש עם הרובר. התקלה יוחסה לבעיה במערכת זיכרון הבזק של הרובר. הרובר לא ביצע אף משימה מדעית במשך עשרת הימים שלאחר מכן, אלא עבר בדיקות, טיפולים ומבחנים על ידי צוות המשימה בכדור הארץ. התקלה תוקנה על ידי פירמוט מערכות הזיכרון של הרובר והתקנת טלאי תוכנה למניעת עומסים. הטלאי הותקן גם ברובר אופרטוניטי ליתר ביטחון. ספיריט חזרה לפעילות מבצעית מלאה ב-5 בפברואר.
ב-23 במרץ 2004 כונסה מסיבת עיתונאים בה הוכרז על גילויים מרעישים של רמזים לקיום מים בעבר על מאדים. החוקרים הציגו תמונות ומידע שחשפו תופעות של שיכוב באבנים בתוך המכתש במרידיאני פלאנום, אתר הנחיתה של אופרטוניטי. הסידור הבלתי רגיל של כלור וברום באזור העידו על כך שהמקום היה יכול להיות קו חוף של ים כלשהו שהתאדה.
ב-8 באפריל 2004 הודיעה נאס"א על הארכת משימות הרוברים משלושה חודשים לשמונה חודשים. בספטמבר, בעקבות ההודעה, הוסיפה ממשלת ארצות הברית עוד 15 מיליון דולר לתוכנית ועוד 2.8 מיליון דולר עבור כל חודש פעילות נוסף. מאוחר יותר באותו חודש הגיעה אופרטוניטי אל מכתש אנדיורנס ונדרשו לה 5 ימים לעבירת 200 המטרים שלו. בספטמבר הודיעה נאס"א על הארכת המשימות בעוד ששה חודשים. על אופרטוניטי הוטל לחזור ולמצוא את מגן החום שלה ולהמשיך אל מכתש ויקטוריה. על ספיריט הוטל לנסות ולטפס על גבעות קולומביה.
עם שני הרוברים שעדיין עבדו מצוין, הכריזה נאס"א על הרחבת התוכנית בעוד 18 חודשים עד לספטמבר 2006. על אופרטוניטי הוטל לבקר ב"Etched Terrain" ועל ספיריט לנסות ולטפס במדרון התלול של הסבנד היל (Husband Hill - אחת מגבעות קולומביה). ב-21 באוגוסט 2005 הגיעה ספיריט לפסגת הסבנד היל לאחר 581 ימי מאדים ומסע של 4.81 ק"מ.
ספיריט חגגה יום הולדת שנה (שנת מאדים היא 669 ימי מאדים, השווים ל-687 ימי ארץ) על מאדים ב-20 בנובמבר 2005 ואופרטוניטי חגגה יום הולדת ב-12 בדצמבר 2005, זאת אף על פי שטכנאים היו בטוחים שהרוברים "ימותו" אחרי 90 ימי מאדים. לפי כריס לגר, אחד מנהגי הרוברים, גבעות קולומביה "היו חלום".
ב-13 במרץ 2006, בזמן שהרובר היה באמצע מסעו אל מק'קול היל (McCool Hill), חדל הגלגל הימני הקדמי של ספיריט לעבוד. נהגי הרובר ניסו לגרור את הגלגל המשותק מאחורי הרובר, אך דבר זה עבד עד שהגיעו לחולות רכים מאוד במדרונות הנמוכים של הגבעה. נהגי הרובר הכווינו את הרובר אל מדרון משופע שכונה "Low Ridge Haven", שם עבר על הרובר חורף ארוך בעוד הוא מחכה לאביב שיבוא, ואיתו מספיק כח סולארי לנסיעה. באותו ספטמבר הגיעה אופרטוניטי אל שפת מכתש ויקטוריה, ונאס"א דיווחה כי היא ממשיכה את המשימות עד לספטמבר 2007. ב-6 בפברואר 2007 הפכה אופרטוניטי לרכב הראשון שגמע דרך של 10,000 מטרים על אדמת מאדים.
אופרטוניטי אמורה הייתה להיכנס אל מכתש ויקטוריה ב-28 במאי 2007, אך בגלל סופות חול חזקות על פני מאדים הכניסה נדחתה לזמן לא מוגבל עד שמזג האוויר ירגע, ומספיק כוח יוכל להגיע את הרובר. חודשיים לאחר מכן חזרו ספיריט ואופרטוניטי לפעילות אחרי שכמעט ו"מתו" במהלך סופות החול העזות שעברו עליהם.
ב-1 באוקטובר 2007 החלו ספיריט ואופרטוניטי את משימתם החמישית, שהאריכה את משימתם הכוללת עד ל-2009 - סך של 5 שנות פעילות.
ב-26 באוגוסט 2008 החלה אופרטוניטי את המסע בן שלושת הימים ליציאה ממכתש ויקטוריה, עם חששות כבדים שתקלת הגלגל של ספיריט תחזור על עצמה בגלל תסמינים דומים שהופיעו באופרטוניטי, ולא יאפשרו לרובר לצאת אי פעם מהמכתש. אופרטוניטי שהתה בתוך מכתש ויקטוריה מ-11 בספטמבר 2007. נכון לינואר 2009, שני הרוברים שלחו יחד 250,000 תצלומים ועברו כ-21 ק"מ.
לאחר שיצאה ממכתש ויקטוריה ועברה כ-3.2 ק"מ, ב-7 במרץ 2009, ראתה אופרטוניטי לראשונה את שפתו של מכתש אנדוור. היא עברה את קו ה-10 מיילים (16 ק"מ) שלה ביום מאדים 1897. באותו הזמן, במכתש גוסב שקעה ספיריט עמוק בתוך חולות מאדים.
ב-3 וב-24 בינואר 2010 חגגו ספיריט ואופרטוניטי 6 שנות ארץ על מאדים (בהתאמה). ב-26 בינואר הודיעה נאס"א על הפיכת הרובר ספיריט לפלטפורמה נייחת לאחר חודשים רבים של כשלונות לחלצו מהחול בו שקע.
ב-24 במרץ 2010 הודיעה נאס"א שאופרטוניטי עברה 20 ק"מ מאז נחיתתה במאדים, זאת בעוד שבתכנון המקורי לא יועדו הרוברים לסוע יותר מ-600 מטרים. שבוע לאחר מכן הודיעה נאס"א כי ספיריט נכנסה ל"תרדמת חורף" ואולי לא תתעורר לעולם.
ב-8 בספטמבר 2010 הודיעה נאס"א כי אופרטוניטי עברה את חצי המרחק (19 ק"מ) בין מכתש ויקטוריה למכתש אנדוור.
ב-24 במאי 2011 הודיעה נאס"א כי הפסיקה לנסות ליצור קשר עם ספיריט, שכבר הייתה תקועה בחולות שנתיים. ההתקשרות המוצלחת האחרונה עם ספיריט בוצעה ב-22 במרץ 2010. המסר האחרון לרובר הועבר ב-25 במאי 2011.
ב-9 באוגוסט 2011 הגיעה אופרטוניטי לשפת מכתש אנדוור.

שלב השיוט

שלב השיוט של הרובר (בכחול) הוא השלב שעושה את הדרך מכדור הארץ אל מאדים כשהרובר בתוכו. קוטרו של שלב זה הוא כ-2.65 מטרים וגובהו 1.6 מטרים כולל רכב הנחיתה (בוורוד). השלב עשוי ברובו מאלומיניום וחלקין החיצוניים צופו בפאנלים סולריים שסיפקו כ-600 ואט בקרבת כדור הארץ ו-300 ואט במאדים. מערכות חימום וקירור מותקנים בשלב ושמרים על המערכות האלקטרוניות של הרובר בטמפרטורה שתאפשר להם לפעול.

ניווט

על שלב השיוט מותקנים גם אמצעים שמאפשרים לו לנווט. יש לו חיישני שמש וקוראי כוכבים שמאפשרים לו לחשב את מיקומו בחלל לפי יחס השמש ושאר הכוכבים כלפיו. סטיית החללית ממסלולה נלקחה בחשבון לאור המסע בן 500 מיליון הקילומטרים שעליה לעבור ולכן המהנדסים תכננו אותה כך שתוכל לעשות עד שישה תיקוני מסלול לאורך הדרך.
כדי להבטיח את הגעת הרוברים אל אזורי הנחיתה שנבחרו עבורם, החללית נשאה שני תאי אלומיניום קטנים שנשאו כ-31 ק"ג של דלק הידרזין. על ידי "פליטת" פולסים של הדלק החללית יכלה לבצע שלושה סוגי תמרון: שינוי מהירות, תזוזה לצדדים ושינוי נקיפה.

תקשורת

החללית השתמשה בפס X לצורך התקשרות, מה שאיפשר צריכת פחות כוח ואנטנות קטנות יותר מאשר חלליות ישנות יותר שתקשרו על פס S. לחללית היו שתי אנטנות לתקשור. אנטנה לטווח קצר ששימשה ליד כדור הארץ ואנטנה לטווח בינוני ששימשה עם התרחקות החללית מכדור הארץ.

Aeroshell

האירושל היה המגן של הנחתת לאורך שבעת חודשי המסע אל מאדים. יחד עם הנחתת והרובר עצמו הוא היווה את "רכב החדירה". מטרתו העיקרית הייתה להגן על הנחתת והרובר מהחום העז שנוצר בעת החדירה לאטמוספירת מאדים. הוא התבסס על תכנון ועיצוב הוויקינג והמרס פאת'פיינדר.
האירושל היה מורכב משני חלקים מרכזיים, מגן חום ומגן אחורי. מגן החום היה חלק שטוח שהגן על הנחתת והרובר בעת החדירה לאטמוספירה ובעצם שימש כמעצור הראשון שלהם. המגן האחורי היה גדול וחרוטי שנשא את המצנח ופריטים נוספים ששימשו בשלבים שאחרי החדירה לאטמוספירה.

מערכות ההאטה

מצנח - המצנח האט את הנחתת והרובר במהלך החדירה לאטמוספירה והנחיתה. המצנח נפתח בגובה של 10 ק"מ מעל פני מאדים ומגן החום היה מושלך. לאחר מכן הנחתת הייתה יורדת לאט מתוך האירושל אל 20 מטרים מתחת למצנח.
רקטות האטה - מפני שצפיפות האטמוספירה על מאדים היא רק אחוז אחד מצפיפות האטמוספירה של כדור הארץ, המצנח לבדו לא יכול להאט את הנחתת והרובר למהירות כזאת שהם לא יתרסקו על מאדים. לכן הוספו שתי רקטות שהביאו את הנחתת והרובר לעצירה מוחלטת בגובה של 10-15 מטר מעל פני מאדים.
רדאר - כדי לדעת את הגובה מעל פני מאדים כך שהמצנח והרקטות יפעלו בזמן הנכון, הותקן רדאר ברכב הנחיתה. כשהגיע רכב הנחיתה לגובה הנכון שוחררה הנחתת מהרצועות שקשרו אותה אל האירושל.
כריות אוויר - כריות האוויר נופחו רגעים ספורים לפני הנחיתה על מאדים. מטרת הכריות הייתה לרכך את נחיתת הרובר אם אזור הנחיתה מלא בסלעים או בתנאי שטח קשים. הכריות איפשרו לרובר לקפץ על פני מאדים בחופשיות עד לעצירה, אז התרוקנו הכריות. לכל רובר היו 4 כריות (כרית לכל צלע של הארבעון), כל כרית מורכבת משישה כדורים מלאי אוויר שחוברו יחדיו.

הנחתת

הנחתת שימשה כמגן עבור הרובר. כאשר כריות האוויר התרוקנו, הנחתת, שהייתה בצורת ארבעון הייתה נעצרת על אחד מצלעות הארבעון ונפתחת כך שהרובר היה עומד על גלגליו. הרובר שלח אז שדרים ותמונות לכדור הארץ ונהגי הרובר יכלו לכוון את צלעות הנחתת כך שהרובר יוכל לרדת ממנו בביטחה.

מבנה הרובר

הרוברים הם רובוטים בעלי שישה גלגלים המונעים על ידי אנרגיה סולרית בגובה של 1.5 מטרים, רוחב של 2.3 מטרים, אורך של 1.6 מטרים ומשקל של כ-185 ק"ג.

מערכות הנעה

לכל רובר ישנם שישה גלגלים המחוברים למערכות קפיצים כך שכל ששת הגלגלים נמצאים על הקרקע בכל זמן. העיצוב אומנם מקטין את מהירות התנועה של הרובר בחצי אבל מאפשר לו לעבור מכשולים ומכתשים הגדולים יותר מקוטר הגלגל (250 מ"מ). לכל גלגל ישנם גם מעין צמיגים המקנים לו יכולות תנועה טובות יותר.
לכל גלגל יש מנוע משלו. לכל אחד משני הגלגלים הקדמיים והאחוריים יש ציר משלו, דבר המאפשר לרובר להסתובב במקומו ולבצע עוד מספר תמרונים שימושיים. הרובר מתוכנן כך שיוכל לעמוד בסטייה של עד 45 מעלות לכל כיוון בלי להתדרדר. עם זאת, הרובר נמנע מלטפס על שיפועים הגדולים יותר מ-30 מעלות.
הרובר יכול לסובב את אחד מגלגליו הקדמיים במקום כדי להתחפר במקומו, כדי שהרובר לא יזוז בזמן שהמקדחים שלו קודחים בעת בדיקה מדעית. המהירות המרבית של הרוברים בקרקע שטוחה היא 50 מ"מ/שנייה (0.18 קמ"ש). עם זאת ממוצע המהירות של הרובר עומד על 10 מ"מ/שנייה מפני שבכל 10 שניות הרובר עוצר ל-20 שניות כדי לבחון את השטח וללמוד אותו.

מערכות אנרגיה ואלקטרוניקה

כשהרובר מואר כולו, התאים הפוטו-וולטאים שלו מייצרים כ-140 ואט למשך 4 שעות בכל יום מאדים. לרובר דרושים 100 ואט כדי לנסוע. לרובר ישנם שני סוללות ליתיום-יון נטענות, כל אחת שוקלת 7.15 ק"ג, המספקות אנרגיה לרובר כשהשמש לא זורחת, בעיקר בלילה. עם הזמן הסוללות ישחקו ולא יטענו במלואן.
הצפי היה כי אחרי 90 ימי המשימה המקוריים שתוכננו, הלוחות הסולריים יספקו רק כ-50 ואט בגלל הצפי שהלוחות הסולריים של הרובר יכוסו באבק מאדים מפני שינוי העונה. עם זאת, לאורך שנות הארץ שחלפו, אספקת הכוח לרובר נעה בין 300 ואט-שעה ל-900 ואט-שעה, תלוי בכמות האבק שכיסתה את הלוחות. הלוחות הסולריים נוקו מדי פעם על ידי רוחות מאדים, יותר ממה שנאס"א ציפו, ובכך הלוחות יכלו לספק יותר אנרגיה ולהאריך את משך המשימה. במהלך סופת חול עצומה שהתחוללה במאדים ב-2007, הרוברים חוו את האנרגיה הנמוכה ביותר שהייתה להם לאורך כל משימתם (אופרטוניטי הסתפק רק ב-128 ואט-שעה). בנובמבר 2008, ספיריט עבר שיא זה והסתפק ב-89 ואט-שעה בלבד, זאת בעקבות סערה במכתש גוסב בו הוא שהה.
הרוברים מריצים מערכת הפעלה VxWorks על מעבד radiation-hardened RAD6000 עם 20 מגה-הרץ עם 128 מגה-בייט של DRAM ו-3 מגה-בייט של EEPROM. לכל רובר יש גם 256 מגה-בייט של זיכרון פלאש.
כדי להשלים את משימתם, על הכלים החיוניים על הרובר להישאר תמיד בטמפרטורה של בין -40 (מינוס 40) ל-40 מעלות צלזיוס. בלילות הרוברים מחוממים על ידי שמונה מחמים רדיוסטופיים אשר מספקים כל אחד 1 ואט של אנרגיה תרמית מריקבון הרדיונוקלידים, יחד עם מחממים חשמליים שפועלים בעת הצורך. לבידוד משמשים סרט זהב, צורן דו-חמצני ואירוג'ל.

מערכות תקשורת

לרובר שתי אנטנות. אנטנה לטווח קצר ואנטנה לטווח רחוק. האנטנה לטווח הקצר משדרת לכל הכיוונים ושידוריה נקלטים על ידי רשת חלל עמוק בכדור הארץ. האנטנה לטווח רחוק יכולה להתכוונן ומשדרת מידע לכדור הארץ בתדירות גל גבוהה יותר. הרוברים משתמשים באנטנה לטווח קצר לשדר גם ללוויינים הנמצאים במסלול סביב מאדים כמו המרס אודיסיי והמרס גלובל סרוויור (לפני שהפסיק לעבוד). הרוברים גם מקבלים מידע מכדור הארץ, מידע שנשלח דרך המרס אודיסיי. ללוויינים המקיפים את מאדים יש קשר טוב יותר עם הרוברים מאשר הקשר שיש לאנטנות על כדור הארץ עם הרוברים, ולכדור הארץ יש קשר טוב יותר עם הלוויינים מאשר עם הרוברים.
לכל רובר יש 9 מצלמות, אשר מספקות תמונות ברזולוציה של 1024 × 1024 פיקסלים במשקל של 12 בייט לפיקסל, אך המצלמות המשמשות לניווט מצלמות ב-8 בייט לפיקסל כדי לחסוך מקום וזמן. לאחר הצילום התמונות נדחסות באמצעות ICER ונשלחות אל כדור הארץ.

מתן השמות לספיריט ואופרטוניטי

השמות ספיריט ואופרטוניטי נבחרו בתחרות חיבור. הזוכה הייתה סופי קוליס, תלמידת כיתה ג' מאריזונה.
לפני מתן השמות, הרוברים נודעו בכינויים MER-1 (אופרטוניטי) וMER-2 (ספיריט). בסופו של דבר נאס"א קוראת לרוברים גם בשמות MER-A (ספיריט) וMER-B (אופרטוניטי) לפי סדר נחיתתם על מאדים (קודם ספיריט ואחריו אופרטוניטי).

רוברים לבדיקות

JPL משתמשים בשני רוברים הנמצאים במעבדותיהם כדי לבחון מצבים על מאדים. רובר אחד שוקל 180 ק"ג והוא זהה כמעט לחלוטין לספיריט ולאופרטוניטי. רובר שני שוקל רק 80 ק"ג מפני שכך בעצם שוקלים הרוברים על פני מאדים. הרוברים שימשו בין היתר ב-2009 לבחינת אפשרויות חילוץ של הרובר ספיריט כשנתקע בחולות במאדים.