Hogyan működik a legjobb kőzetfúró a Marson?

Majdnem két méterre tud kinyúlni a robotkar, és 5 centiméter mélyen a kőzetekbe fúrni. A Curiosity rover mintavevő berendezése az eddigi legfejlettebb, amely a Marson a sziklák belsejének anyagát  elemezni képes.

Miközben egy geológus kalapáccsal a kezébe sétál a Földön, majd az így szerzett mintát laboratóriumban vizsgálja, a Curiosity marsjáró ezt egymaga megteszi lehetőségeihez mérten. A kiválasztott kőzeteket lepucolja, majd be belefúr, a kiemelt mintát miniatűr laboratóriumában meg is vizsgálja. A művelet azonban sokkal bonyolultabb, mint ahogy hangzik. Mindezt a Földtől több mint 100 millió kilométerre, automatikusan, távirányítás nélkül kell megtenni úgy, hogy a mérés eredménye pontos, a Marsra jellegzetes legyen.

A rover mintavevő rendszere (Sample Manipulating System, SMS) segítségével nyeri ki a vizsgálandó anyagot a kőzetekből. A rendszer öt ponton mozgatható robotkarból áll, amely teljesen kinyújtott állapotban 1,9 méter hosszú - lényegesen nagyobb a korábbi marsjárók hasonló eszközénél. A robotkar végén 5 ujjhoz hasonlóan 5 eszköz található: egy kőzettisztító (Dust Removal Tool, DRT, amely a céltárgy felületét lepucolja), egy fúró (Powder Acquisition Drill System, PADS, amely a törmeléket kitermeli a kőzet belsejéből) és egy apró szemcsekanál (Collection and Handling for Interior Martian Rock Analysis, CHIMRA, a mintavétel során nyert törmelék összegyűjtésére). Emellett két detektor is elhelyezkedik rajta: APXS és a MAHLI érzékelők.

A robotkar nagy mérete már önmagában is előny, ugyanis sokkal szilárdabb az egész szerkezet ("erősebben tartja" a fúrót a kar), ezért keményebb kőzeteket is meg tud fúrni, mint a korábbi roverek. A mintavétel első műveleteként a DRT berendezés acélkarmaival megtisztítja a felületet a rárakódott portól és az elmállott kéregtől - hasonlót a Spirit és Opportunity esetében a RAT nevű kőzetkaparó végzett.

Forrás: NASA

A robotkar végén lévő műszeregyüttes mérete egy strandlabdáéhoz közeli (NASA)

Szemcsék a kőzetek felszíne alól

A mintavétel során elméletileg 5 centiméter mélyről emelhető ki az anyag a célkőzetből, az eközben keletkező furat átmérője maximum 1,6 centiméter. A fúrás során a kőzet külső 1,5-2,0 centiméter vastag része letöredezik, és a furat közelében rakódik a felületére - a kiemelt minta ennél mélyebbről származik. Maga a fúró mozgásával aprítja a kőzetet (tehát a furat teljes anyaga összekeveredik), és ezt gyűjti be a szemcsekanál, amelyben a rezgés révén a rover teste felé mozog a törmelék.

A fúró földi tesztpéldányának működése (NASA)

A fúrás során keletkező szemcsék mérete, a felszabaduló hő a kőzet néhány jellemzőjéről árulkodik. A földi tesztek során kiderült, hogy sok, eltérő anyagú kőzetből is a megfúrt minta nagyobb része a mintatovábbító révén a laboratóriumba érkezik. Ha a fúrás során beszorul vagy erősen megkopik a fúrófej, a rover azt lecsatolja, esetleg benne hagyja a kőzetben és egy újat helyez a berendezésére. Két ilyen tartalék fúrófej van a roveren, de a földi tesztek arra utalnak, hogy még üde bazalt kőzetbe is gond nélkül be tud hatolni a műszer. A keletkezett törmeléket egy megfigyelőtálcán is meg lehet állítani, miközben az APXS és MAHLI detektorokkal elemzik azokat, majd továbbítják a rover belsejében lévő laboratóriumba.

Forrás: NASA

Az öt helyen ízesülő robotkar segítéségével a nehezen megközelíthető helyek is elérhetőek egy szikla felületén (NASA)

A rendszer további előnye, hogy a robotkarral a mintagyűjtés nem csak a furatból oldható meg, hanem egyszerűen a felszíni törmeléktakaróhoz is "le tud hajolni" a robotkar, és abból is képes mintát juttatni a laboratóriumba. Ha pedig a rover keréknyomában végzik mindezt, ideális esetben korábban a felszín alatt 20 centiméterrel lévő anyagot is képes elérni és vizsgálatra a laborba juttatni a robotkar.

Film a mintavevő rendszer működéséről

Milyen kérdésekre adhat választ a mintavétel?

Az elemzések általános célja az esetleges élet számára fontos egykori felszíni és felszínhez közeli viszonyok rekonstruálása. Ehhez az egykori környezet jellemzőit próbálják megbecsülni a kivált ásványok és bennük lévő izotópok alapján - elemzésükkel ugyanis nem csak az adott kőzetet és ásványt létrehozó folyamatok állapíthatók meg, de következtetni lehet az ősi hőmérsékletre, a vizek kémhatására, sótartalmára is. Több tényező vizsgálata alapján próbálják majd összerakni az egykori környezeti állapotokkal kapcsolatos képet.

Fontos lesz a különböző víztartalmú ásványosk azonosítása, a bennük megkötött H₂O mennyiség megbecslése - ilyen összetevők már az üledékes hegy alján lévő ayagásványok esetében előfordulhatnak. Kiemelt cél emellett a szerves molekulák keresése, és ha találhatóak ilyenek a vizsgált anyagokban, azok pontos összetételének megállapítása. Utóbbi témakörben nem várható könnyű eredmény, a bolygó felszíni agresszív kemikáliái és az ultraibolya sugárzás ugyanis könnyen lebontják a szerves összetevőket.

Bár a szonda úgy fest hibátlanul üzemel, az első fúrásra akár több hetet is várni kell még. A tervek alapján augusztus végén a rover mozgását próbálják ki, ezt követően tesztelik a robotkart - de a megfelelő célpontot a fúrásra feltehetőleg csak mindezek után jelölnek majd ki.