Dansk dims vil blive et af de mest fotograferede objekter på Mars
Danske forskere har brugt årevis på at udvikle en lille plade, som skal sendes til Mars. Men kan pladen leve op til NASAs forventninger og overleve voldsomme rystelser og slag? Kom med til choktest af Marsudstyr.

Danske forskere er inviteret af NASA til at udvikle udstyr til Mars 2020-missionen. Se, hvordan de tester, om udstyret kan holde til en rejse til Mars. (Video: Camilla Søgaard Kristensen/Videnskab.dk)

Danske forskere er inviteret af NASA til at udvikle udstyr til Mars 2020-missionen. Se, hvordan de tester, om udstyret kan holde til en rejse til Mars. (Video: Camilla Søgaard Kristensen/Videnskab.dk)

I et højloftet lokale i Hørsholm står fire mænd og kigger på en lille, ellipseformet aluminiumsplade.

Små stykker keramik i forskellige farver er nøje klistret fast på pladen. Det er gjort med en specielt udvalgt lim, som er godkendt af den amerikanske rumfartsorganisation NASA til brug i rummet.

Mændene skal teste, om pladen med keramikstykkerne kan holde til en tur til Mars. De har spændt den fast til en stor, grøn maskine, som kan simulere de voldsomme rystelser og slag, som vil opstå under landingen på planeten.

»Vi er lidt nervøse. Det er ligesom at være til eksamen. Vi skal se, om det udstyr, som vi har brugt årevis på at udvikle, kan bestå sin prøve,« fortæller Morten Bo Madsen, som er lektor og Marsforsker ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet. 

En af de andre mænd afbryder ham og siger, at det er tid til at tage høreværn på. Den øverste del af maskinen begynder at løfte sig for at gøre klar til at udsætte pladen for et chok, som vil være 2.000 gange voldsommere end tyngdeaccelerationen.

Skal sendes til Mars

Den lille plade er en tro kopi - blandt rumforskere kaldet en Engineering Qualification Model - af et stykke isenkram, som skal sendes til Mars i sommeren 2020.

Mars 2020

Mars 2020 er en NASA-mission, som vil sende et robotkøretøj til Mars i år 2020.

Køretøjet skal blandt andet lave boreprøver af undergrunden. Målet er at finde aflejringer, som kan give en forståelse af Mars’ fortid, og undersøge, om der eksempelvis findes rester efter mikrobielt liv i undergrunden.

Meningen er, at de mest lovende prøver skal indsamles og opbevares sikkert på Mars, så de kan blive bragt til Jorden med en senere mission.

Kilde: NASA

Den vil være en del af NASAs næste store Marsmission, Mars 2020-missionen, som skal sende en robotbil op til den røde planet. Her skal bilen køre rundt og søge efter tegn på liv.

Ombord på bilen vil der være et avanceret kamera ved navn Mastcam-Z, som både kan zoome og tage 3D-billeder og videoer af Mars.

Den danskudviklede plade med de farvede keramikstykker skal hjælpe forskerne med at indstille kameraets farvebalance korrekt.

På Mars har lyset nemlig en anderledes farvesammensætning end på Jorden. Derfor har forskerne hele tiden brug for at kunne tage billeder af et objekt med nøje kendte farver. På den måde kan de løbende finjustere - kalibrere - farverne på alle billeder, som sendes ned til Jorden fra vores naboplanet.

»Det kommer til at blive et af de mest fotograferede objekter på Mars,« konstaterer Kjartan Kinch, som er lektor ved Niels Bohr Institutet og en af hovedkræfterne bag udviklingen af den lille farvekalibreringsplade.

farvekalibrering aluminium Mars 2020

Den danske farvekalibreringsskive består af en aluminiumsplade (gul), hvorpå forskerne har klistret små stykker keramik i forskellige farver. Der er fortsat hemmelighedskræmmeri om det endelige design af pladen - særligt en tekst som skal indgraveres - og derfor må man ikke tage billeder af pladen. (Skitse: Niels Bohr Institutet) 

»Den klarede det«  

Den 1,9 ton tunge maskine hæver langsomt Marsudstyret højere og højere op. Pludselig giver maskinen slip, og farvekalibreringspladen laver et kontrolleret styrt ned mod jorden - på samme måde som tivoligæster, der falder mod jorden fra Det Gyldne Tårn.

Dansk islæt på Mars 2020

Forskerne fra Niels Bohr Institutet (NBI) udvikler og leverer hele kalibreringspladen til kameraet Mastcam-Z

Herudover leverer de også vigtige dele til en kalibreringsplade til et andet instrument - SuperCam - på Mars 2020-missionen.

Morten Bo Madsen (NBI) og Christopher Graves (DTU) deltager desuden i forskningsgruppen bag en maskine, som skal brygge ilt på Mars. (Læs mere her)

DTU-professor John Leif Jørgensen står i spidsen for at levere centrale dele af instrumentet PIXL, som sidder på robotarmen og skal bestemme grundstofsammensætningen af sten og klipper på Mars. (Læs mere her)

Der lyder et brag, og hele maskinen ryster. De fire mænd skynder sig derhen for at se, om den lille farvekalibreringsplade har overlevet choktesten.

»Der er ikke noget at se. Den har klaret det fint,« konstaterer Kjartan Kinch om kalibreringspladen.

Desværre har et af måleapparaterne – et accelerometer -  ikke klaret choktesten lige så fint. Det har revet sig løs under voldsomhederne, og det kan derfor ikke dokumentere, præcist hvilke slag farvekalibreringspladen har været udsat for.

Samme problem opstår ved de næste forsøg, og forskerne giver sig til at diskutere, hvorvidt accelerometrets målinger er strengt nødvendige. Der sidder nemlig et andet måleapparat få centimeter fra kalibreringspladen, som viser, at chokket har været udført med den ønskede acceleration.

»Vi skal dokumentere alt, hvad vi gør, over for NASA. Hvis noget ikke er præcist, som vi har aftalt, kan det give en masse ekstra arbejde med at dokumentere og argumentere for, at testen alligevel er god nok,« forklarer Kjartan Kinch.

Skal klare sprængladninger på Mars

Hele dagen forinden har forskerne også brugt på at teste farvekalibreringspladen i Hørsholm. Dagen forinden blev farvekalibreringspladen ikke udsat for choktests, men derimod for en lang række vibrationstest. Hver eneste vibration og svingning, som den lille plade gennemgik, blev nøje dokumenteret med måleapparater og diagrammer. Dokumentationen vil blive samlet og sendt til NASA i en rapport, som skal bevise, at pladen kan klare de samme rystelser og vibrationer, som vil opstå, når NASA sender robotbilen afsted med en raket fra Cape Canaveral Air Force Station i USA.

Choktesten i dag skal ikke simulere opsendelsen med raketten, men derimod landingen på den røde planet.

»Hjulene på Mars-roveren er pakket op og spændt op under roveren, mens den flyver ud mod Mars. Men under landingen vil de blive frigjort med sprængladninger. Det vil give nogle choks, som vil forplante sig i hele roveren. Derfor skal vores plade kunne holde til det,« forklarer Kjartan Kinch.

Derfor er det dyrt

NASA Mars 2020 kalibreringsplader

Mars 2020-missionen skal sende en robotbil til Mars. Bilen medbringer en række videnskabelige instrumenter. Danske forskere er med til at udvikle kalibreringsplader til to instrumenter ombord - Mastcam-Z og SuperCam. (Illustration: NASA)

Den lille farvekalibreringsplade et godt eksempel på, hvorfor rumteknologi er ekstremt tidskrævende og dyrt at lave.

Selvom pladen hører til blandt de mindre avancerede dimser på Marsroveren, har den krævet så meget udvikling, at forskerne ikke længere har tal på, hvad den reelt har kostet i arbejdstid til design, overvejelser af materialer, bygning og samling, tests og ikke mindst tankevirksomhed.

»Selvom den på sin vis er simpel, har vi brugt tre år på at udvikle den. Vi skal præsentere for NASA, hvordan vi vil lime den sammen, hvilke materialer vi vil bruge, og vi skal vise, at den kan holde til temperaturudsving og meget andet. Så det er en meget lang proces,« forklarer Kjartan Kinch.

De små farveskiver, som kameraet skal indstilles efter, er eksempelvis skåret ud af en helt særlig type keramik og har kostet flere hundrede tusinde kroner at få udviklet og produceret. For hver enkelt farve er der produceret et større antal små farveskiver, så forskerne vil have adgang til farverne i præcis samme udgave både på Jorden og på Mars.

»Hver enkelt farve er skåret ud af samme keramikplade, så vi er 100 procent sikre på, at farverne er fuldstændig ens,« forklarer Morten Bo Madsen.

»Så må vi tage det slagsmål«

I Hørsholm har forskerne opgivet at få det lille måleapparat - accelerometeret - til at sidde fast på farvekalibreringspladen under choktesten. De kan ikke få det til at lykkes, når chokket kommer i en bestemt retning, men de vælger at satse på, at NASA alligevel vil godtage testen.

Erfaring fra Phoenix

Forskerne fra Niels Bohr Institutet (NBI) har tidligere leveret farvekalibreringsplader til et kamera på NASAs rumfartøj Phoenix. Phoenix landede på Mars i 2008.

I 2013 blev NBI-forskerne inviteret af NASA til at udvikle farvekalibreingsplader til Mars 2020-missionen.

»Siden da har vi tænkt over, hvordan vi bedst muligt ville kunne løse opgaven med levering af kalibreringsplader, som er bedre end noget, der tidligere har været sendt til Mars,« siger Morten Bo Madsen.

»Så må vi tage det slagsmål, hvis det bliver nødvendigt,« siger Kjartan Kinch og hans kolleger nikker.

De skruer farvekalibreringspladen løs og tager den med hen under et mikroskop. De skal tjekke, om der er kommet revner i de keramiske farvestykker, som ikke kan ses med det blotte øje.

»Er der noget, som ser mærkeligt ud?« spørger Morten Bo Madsen, mens Kjartan Kinch studerer pladen under mikroskopet.

»Jeg bilder mig selv ind at kunne se, at limen ser en smule excentrisk ud herovre,« svarer Kjartan Kinch og lader sin kollega komme til mikroskopet.

»Nåh, det der?« siger Morten Bo Madsen. »Det så også sådan ud, da jeg limede det fast. Det er ikke noget nyt. Så længe der ikke er revner i nogle af delene.«

Sniger dansk designhistorie med til Mars

Det lille danskudviklede stykke Mars-isenkram består også af en række magneter, som skal sidde rundt om farvekalibreringspladen. Magneterne skal beskytte pladen mod at blive dækket af støv, mens robotbilen kører rundt på Mars. Dette er vigtigt, for hvis det røde Marsstøv dækker farvepladen, vil forskerne ikke længere kunne se farverne, som de skal bruge til at indstille farvebalancen på Marsbillederne.

»Størstedelen af støvet på Mars er magnetisk, så magneterne skal tiltrække støvet og beskytte vores farver. Kjartan er faktisk den bedste i verden til at tage højde for støv. Han har udviklet en algoritme, som kan gøre det,« siger Morten Bo Madsen og tilføjer, at kollegaen Kjartan Kinch har været involveret i arbejdet med støvkorrektion af data fra farvekalibreringsplader på flere andre Marsmissioner.

På andre Marsmissioner har farvekalibreringspladerne været cirkulære, rektangulære eller kvadratiske. Men denne gang har de danske forskere efter nøje overvejelser – og dialog med NASA – besluttet at give pladen form som en superellipse; det vil sige en mellemting mellem en firkant og en ellipse.

»Vi har valgt superellipsen af flere årsager. For det første skal pladen sidde fast i fire skruer, så det dikterer en firkantet ydre form. Men de centrale dele af kalibreringspladen er cirkelformede. Derfor er superellipsen et godt kompromis. Samtidig er superellipsen matematisk elegant, og så er det en måde at snige lidt dansk designhistorie med til Mars,« siger Kjartan Kinch med henvisning til den danske designer og matematiker Piet Hein (1905-1996), som fandt på navnet superellipse og blandt andet brugte formen til rundkørsler, borde, torve og lignende.

»Den vil bare ikke dø«

Udenfor er det blevet mørkt, og dagens choktest er ved at være forbi. Forskerne er enige om, at deres farvekalibreringsplade har »bestået med glans.«

Selv da de forsøger at smadre et lille, ekstra keramikstykke ved at give det testmaskinens maksimale styrke – 6.500 gange så voldsom som tyngdeaccelerationen  – klarer det lille stykke keramik choktesten uden en skramme.

»Den vil bare ikke dø,« konstaterer en af mændene.

Næste skridt er at pakke farvekalibreringspladen ned i en kasse og sende den til NASAs Jet Propulsion Laboratory i USA. Her skal den udsættes for endnu flere tests, hvor den blandt andet skal kunne klare temperaturskift fra minus 135 til plus 75 grader Celcius i op til 400 gange.

Kjartan Kinch er den første, der bryder op og iklæder sig overtøjet.

»Tillykke med det hele,« siger Morten Bo Madsen og giver ham et knus, inden Kjartan Kinch forsvinder ud i vintermørket.

Tæt på at kuldsejle

Udviklingen af det danske Marsudstyr har været tæt på at kuldsejle på grund af mangel på penge.

I oktober 2016 satte NASA danskerne i farezonen for at miste opgaven med at udvikle og bygge kalibreringspladen.

»På trods af adskillige vel-bedømte ansøgninger var det endnu ikke var lykkedes for os at opnå en bevilling til de nødvendige midler til indkøb af dele, bygning og tests,« siger Morten Bo Madsen:

»Men vi blev i 11. time reddet af Carlsbergfondet.«

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.



Annonce: