Mars Perseverance Rover de la NASA : Marquage laser sur Mars

Par Roger Wiens, Purdue University4 août 2022

Illustration du Mars Perseverance Rover utilisant son instrument SuperCam pour zapper au laser un rocher afin de tester de quoi il est fait. Crédit : NASA

If your name begins with "L" you will especially enjoy this story about the first letter to be laser engraved on MarsMars is the second smallest planet in our solar system and the fourth planet from the sun. It is a dusty, cold, desert world with a very thin atmosphere. Iron oxide is prevalent in Mars' surface resulting in its reddish color and its nickname "The Red Planet." Mars' name comes from the Roman god of war." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Mars.

De temps en temps, nous voyons des dessins animés où un rover martien est conduit selon un schéma pour faire des lettres dans le sable avec ses traces de roues. Les lettres peuvent épeler une phrase idiote, et les dessins animés ont souvent des extraterrestres sur le côté, riant ou perplexe sur le sens. Dans la vraie vie, l'utilisation de lasers à bord des rovers martiens a également permis de marquer au laser des graffitis sur des roches martiennes.

However, as NASAEstablished in 1958, the National Aeronautics and Space Administration (NASA) is an independent agency of the United States Federal Government that succeeded the National Advisory Committee for Aeronautics (NACA). It is responsible for the civilian space program, as well as aeronautics and aerospace research. Its vision is "To discover and expand knowledge for the benefit of humanity." Its core values are "safety, integrity, teamwork, excellence, and inclusion." NASA conducts research, develops technology and launches missions to explore and study Earth, the solar system, and the universe beyond. It also works to advance the state of knowledge in a wide range of scientific fields, including Earth and space science, planetary science, astrophysics, and heliophysics, and it collaborates with private companies and international partners to achieve its goals." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">NASA's instruments are generally used strictly for science, I did not believe laser graffiti would ever be done. But of course, people have thought about it. When I arrived at JPLThe Jet Propulsion Laboratory (JPL) is a federally funded research and development center that was established in 1936. It is owned by NASA and managed by the California Institute of Technology (Caltech). The laboratory's primary function is the construction and operation of planetary robotic spacecraft, though it also conducts Earth-orbit and astronomy missions. It is also responsible for operating NASA's Deep Space Network. JPL implements programs in planetary exploration, Earth science, space-based astronomy and technology development, while applying its capabilities to technical and scientific problems of national significance." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> JPL pour l'atterrissage de Curiosity en 2012, j'ai été surpris de constater qu'un de nos ingénieurs en charge du développement des séquences pour le prédécesseur de SuperCam avait écrit une longue séquence qui utiliserait le laser pour épeler le nom de l'instrument sur la surface rocheuse. Tout était amusant - nous n'avons jamais vraiment gaspillé nos prises de vue en utilisant cette séquence. Cependant, sur Persévérance, nous avons trouvé une raison d'utiliser le marquage laser.

Mars Persévérance Sol 471 - Caméra SuperCam : Trois fosses laser sombres en forme de lettre "L" légèrement inclinée ont été produites dans la surface rocheuse de la cible "Pinefield Gap" (Sol 471) comme un essai pour marquer la surface d'une carotte d'échantillon. La marque L est un moyen de maintenir la connaissance de l'orientation de rotation de la roche après que la carotte a été coupée au même endroit. L'orientation d'origine de la surface du noyau sera utile pour comprendre les directions d'origine des domaines magnétiques dans les échantillons après leur retour sur Terre. Le L mesure 2,5 mm de haut sur 1,0 mm de long (0,1" x 0,04"). L'instrument SuperCam a produit les fosses laser en utilisant 125 tirs dans chaque fosse et a également pris cette image. Crédit : NASA/JPL-Caltech/LANL/CNES/IRAP

About two years ago I received a call from Professor Ben Weiss from the Massachusetts Institute of Technology (MITMIT is an acronym for the Massachusetts Institute of Technology. It is a prestigious private research university in Cambridge, Massachusetts that was founded in 1861. It is organized into five Schools: architecture and planning; engineering; humanities, arts, and social sciences; management; and science. MIT's impact includes many scientific breakthroughs and technological advances. Their stated goal is to make a better world through education, research, and innovation." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> MIT) posant des questions sur les capacités de marquage laser de SuperCam. Ben venait de rejoindre Perseverance au sein de l'équipe Return Sample Science. Ce groupe se concentre sur la collecte d'échantillons pour le retour sur Terre, dans le but de s'assurer que les échantillons seraient collectés dans les conditions appropriées pour optimiser leur valeur scientifique une fois de retour sur Terre. La spécialité de Ben est le paléomagnétisme. Dans les roches terrestres, c'est l'étude du magnétisme induit par le champ magnétique terrestre au moment de la formation de la roche. Mars a actuellement un champ magnétique très faible, mais l'intensité du champ de Mars dans le passé est largement inconnue. Cela a des implications importantes pour la rétention ou la perte de l'atmosphère de Mars au fil du temps, entre autres choses. Qu'il suffise de dire que nous serions ravis d'utiliser les échantillons retournés par la mission Persévérance pour combler ce manque de connaissances.

Pour ce faire, pour chaque carotte de roche martienne renvoyée, nous devons connaître son orientation d'origine sur la planète. Si les surfaces de ces carottes ont des caractéristiques facilement reconnaissables, ce n'est pas un problème. Cela a été le cas avec les noyaux collectés jusqu'à présent. Cependant, si la surface est à grain fin, il se peut que rien ne distingue son orientation de rotation. Dans ce cas, nous devons faire des marques artificielles sur la surface.

Mars Perseverance Sol 498 - Caméra droite Mastcam-Z : Image prise par la caméra droite Mastcam-Z prise sur Sol 498 montrant les deux trous de forage et la zone d'abrasion sur la surface rocheuse de Skinner Ridge. Crédit : NASA/JPL-Caltech/ASU

Nous n'avons pas de marqueur noir disponible, mais nous avons un laser pulsé sur la SuperCam. Donc, l'appel de Ben à mon laboratoire il y a quelques années nous a fait réfléchir à la façon de marquer les échantillons de carottes, et nous avons commencé quelques tests. JPL a expédié plusieurs roches de dureté variable au Laboratoire national de Los Alamos où elles ont été marquées avec des fosses faites avec différents nombres de tirs laser. Les roches ont été renvoyées au JPL pour un carottage ultérieur.

Avance rapide jusqu'à l'été 2022. L'équipe de SuperCam a été invitée à être prête à marquer un rocher pour le carottage avec seulement quelques jours de préavis. J'étais sur les opérations de SuperCam, et voyant à quel moment nous pourrions avoir besoin des marques, nous avons décidé de passer d'une observation normale à une séquence de marquage de base sous forme d'essai. Nous avions préparé différents patrons pour la marque. Le principe de base est de comprendre l'orientation rotationnelle de la carotte après qu'elle a été retirée de la roche et placée dans le tube échantillon. Pour cela, n'importe quel motif asymétrique tel qu'une flèche ferait l'affaire. Cependant, voulant être le plus efficace, nous avons décidé d'utiliser le modèle le plus simple, composé de trois points (ou puits laser) avec une distance inégale entre eux, comme une lettre majuscule "L".

SuperCam effectue normalement des balayages de ligne (une seule ligne) ou des motifs de grille. Pour produire la forme en "L", nous avons pris un motif de grille 2 × 2 et supprimé un point de la séquence, de sorte que le laser n'a fait que trois piqûres. En utilisant 125 tirs laser par fosse, le résultat est montré dans l'image de la cible "Pinefield Gap". Les carottes d'échantillon ont un diamètre de 13 mm (0,5"), de sorte que les motifs en L doivent bien s'adapter à leurs surfaces supérieures. Avec le succès de l'essai à vide, nous sommes prêts à utiliser la procédure pour marquer les futurs échantillons.

Au cours de la semaine dernière, le rover Perseverance a terminé son deuxième des deux échantillons de la formation delta du cratère Jezero, du bloc Skinner Ridge à Hogwallow Flats. Au cours du week-end, Perseverance a parcouru environ 25 mètres jusqu'à Wildcat Ridge, situé légèrement plus bas à Hogwallow, pour une exploration plus approfondie.

Écrit par Roger Wiens, chercheur principal, SuperCam / co-chercheur, instrument SHERLOC à l'Université Purdue