Den er minst 54 millioner kilometer hjemmefra. I resten av sin levetid skal den avanserte georadaren Rimfax granske jordas røde nabo.

Hva skjuler seg under bakken på solsystemets fjerde klode? FFI og Norges første innretning på Mars landet i februar 2021.

Rimfax henger under buken på en amerikansk sekshjuling. «Perseverance» er Nasas nyeste kjøretøy. Det kartlegger jordas nabo enda grundigere enn forgjengeren «Curiosity». Roveren er på jakt etter vann og på leting etter tegn på tidligere liv på planeten. Den er i full i gang med å samle inn og forsegle steinprøver, for retur til jorda på en seinere ekspedisjon.

Rimfax er en viktig del av ekspedisjonen – og en suksesshistorie for FFI.

Georadaren FFI har laget for Nasa består av to hoveddeler. Denne gullbelagte boksen er en av dem. Den huser elektronikken til Rimfax og sitter inne i kroppen på kjøretøyet.

Prototypverkstedet har laget prototypdeler som skal brukes til testing av radar eller antenna til RIMFAX Mars-rover.

Den andre delen er en spesialdesignet antenne av aluminium. Her er antenna i en tidlig versjon. Nå er den hvitlakkert og henger utenpå kjøretøyets bakre del.

Rimfax bruker radarteknologi for å avbilde geologien på Mars. 

Mennesket skal til Mars

Nasa er ikke snau i sin egen beskrivelse av denne ekspedisjonen. De sier at de ønsker å studere planetens beboelighet, og at de forbereder framtidige menneskelige oppdrag.

Ett av instrumentene skal sjekke om det er mulig å utvinne oksygen fra CO2. Det vil være enklere enn å frakte oksygen med seg fra jorda. Mars-atmosfæren i dag består av 95 prosent CO2.

Oksygen trengs ikke bare for eventuelle mennesker som drar til Mars. Det største behovet nå er i forbindelse med oppskyting av fartøyer fra planetens overflate. Det er lite gass å ta av: Mars har knapt en atmosfære. På jordoverflaten har vi et trykk på 10 000 Pascal (Pa, enheten for trykk). Tilsvarende tall på Mars er 600 Pa.

Det like viktige spørsmålet dreier seg om flytende vann. Finnes det? Kanskje Rimfax kan hjelpe til med å finne svaret.

FFI så muligheten

Hvordan kom et norsk forskningsinstitutt borti dette?

I utgangspunktet var det ikke gitt at en georadar skulle være med på denne Nasa-ekspedisjonen. Men den amerikanske romfartsorganisasjonen bestemte seg for at de ville ha en slik.

Den korte historien om Rimfax er at FFI-forskerne så muligheten. Det skjedde da Nasa utlyste en konkurranse i 2013. Det er slik Nasa ofte gjør det: De signaliserer til miljøer rundt om i verden om sine behov.

Et «Perseverance»-instrument som skulle kunne se ned i bakken, det kunne FFI bidra med. For instituttet hadde allerede vært med på å utvikle en slik radar. Utgangspunktet var en georadar som ble utviklet på slutten av 80-tallet og brukt til å studere isbreer på Svalbard. Den ble senere videreutviklet på Universitetet i Oslo. Prototypen herfra ble videreutviklet av FFI. Det falt naturlig å melde seg på hos Nasa. Amerikanerne sa: «Ja takk, den vil vi ha».

FFI har utviklet radarer av ulike slag for Forsvaret, for eksempel «gjennom veggen-radar» og radarer til minedeteksjon. Liknende teknologi brukes i arkeologi, og til å forske på snøskred. FFI har også studert bruken av denne type ultrabredbåndsradarer i medisinsk sammenheng, for eksempel for å studere hjertet. Men Rimfax er noe annet.

Svaret på hvorfor Nasa foretrakk FFIs løsning er ikke offentliggjort.

– Nasa forteller bare om  hvilke som blir valgt ut, forteller professor Svein-Erik Hamran.

Han var initiativtaker til Rimfax-prosjektet, og har styrt det fra start. Som «Principal Investigator» og medlem i Project Science Group (PSG) har han ledet både instrumentutviklingen og den vitenskapelige utnyttelsen av dataene.

– Vi vet at vi fikk gode karakterer på det vi foreslo, og hadde generelt høy skår på alle punktene som ble evaluert. Det var minst to andre radarforslag inne. Av 58 innsendte forslag til instrumenter valgte Nasa ut sju.

Testet på isbreer og i ørkenlandskap

Mars er en kald og tørr planet. Den tynne atmosfæren kan gi en kulde ned mot 140 grader Celsius. På en mars-sommerdag kan temperaturen komme opp i behagelige 20 varmegrader. All teknologi på planeten må tåle denne variasjonen.

ffi_rimfax_OSIRIS_Mars_true_color_By ESA & MPS.jpg
Vil mennesket snart sette det første fotavtrykket på vår røde naboplanet? Målet med de mange ekspedisjonene til Mars er å få nok kunnskap. Flere tror nå at en bemannet ferd kan gjennomføres i løpet av de neste tiårene. Foto: Nasa.

De enorme temperatursvingningene har satt strenge krav til testingen av radaren. Mye har foregått i laboratorier og ved simuleringer. Men det har også vært viktig å teste i omgivelser som er mest mulig lik dem hvor det skal brukes.

– Svalbard er en god Mars-analog, siden det er kaldt og tørt der. Der fant vi ut at instrumentet virker under kalde forhold, og at Rimfax kan se ned i snø, is og selve bakken under isbreene, forteller Hamran.

Svalbard

Med radaren godt festet på en snøskuterslede kjørte forskerne på isbreer utenfor forskningsbyen Ny-Ålesund.

Med jevne mellomrom stoppet de opp, sjekket hvordan radaren hadde fungert og gjorde nye innstillinger. Under ganske kalde, men vakre arbeidsforhold.

Mens forskerne kjørte over isbreen kartla Rimfax hva som skjulte seg under snøen. I radarbilder som dette kan trente øyne lese hvor tykk isbreen er og strukturen på den.https://player.vimeo.com/video/654938900?h=70733a781f&title=0&loop=1&muted=1&byline=0&portrait=0&app_id=122963Utah

Også ørkenlandskap egner seg for testing, ettersom det er lite vann i bakken. Dermed gikk ferden til i Utah, USA. Her er snøskuteren byttet ut med en firhjuling.

Fantasiens planet

Hva slags instrumenter trengs egentlig for å utforske en fremmed klode?

Mars har stimulert menneskelig fantasi i tusenvis av år. Også forskere, skal vi tro en anekdote gjengitt i ei bok om hvordan Viking-sondene ble utviklet. FFI-forskerne er usikre på om historien har noen som helst rot i virkeligheten, men den er god likevel: Da Nasa skulle sende de første sondene til Mars i 1976 visste ikke forskerne så mye om den røde planeten. Ett av forslagene til vitenskapelige instrumenter den gang var faktisk en robotarm med en matskål, og et kamera i bakgrunnen. Så kunne en filme skapningene som kom bort for å spise!

Det trengtes ikke mange nye Mars-observasjoner til for å fastslå at Viking-sondens landingsdel i så fall var noen milliarder år for seint ute. Helt andre hjelpemidler enn matskåler må til for å lære planeten å kjenne.

En sammenhengende Nasa-suksess

Nasas Jet Propulsion Laboratory kan vise til en sammenhengende suksess med Mars-farkostene sine. Den 11 kilo tunge «Pathfinder» startet jobben her i 1996. Tvilling-roverne «Spirit» og «Opportunity» veide hver 180 kilo da de landet i 2003. «Curiosity» veide 900 kilo ved landing i 2012. «Perseverance» er stor som en liten SUV og veier 1025 kilo.

ffi_rimfax_1b-EDL_Graphic_Horizontal-Metric-01.png
«Perseverance»-ferden er et multimilliard-prosjekt – i dollar. I denne sammenhengen er Rimfax, som i sin helhet er utviklet og produsert av FFI med støtte fra norsk industri, et billig instrument.

Kompetansen var innomhus

Det knytter seg strenge krav til noe som skal fungere på en annen klode, forteller sjefsforsker Leif Damsgård ved FFI. Han er en av de fem forskerne som har utgjort kjerneteamet for Rimfax. Han legger vekt på at de aldri hadde kommet i mål med utviklingen dersom ikke disse norske virksomhetene hadde bidratt vesentlig.

– Utviklingen kunne ikke vært gjort uten denne støtten. Takket være innsatsen fra alle partnerne våre kunne instrumentet i sin helhet bli utviklet og produsert i Norge.Forrige bildeNeste bilde

Her ser vi litt av innmaten til elektronikkboksen. Selve elektronikken ble designet ved FFI og satt sammen av Kongsberg Norspace.

Tor Berger er en av de sentrale forskerne i Rimfax-teamet. Han leder nå selve operasjonen av Rimfax på Mars. Han peker på at FFIs egne verksteder og laboratorier var avgjørende for å få dette til, forteller han:

– FFI har en bredde av kompetanse innomhus som vi kunne trekke inn og jobbe tett sammen med. Jeg tror det hadde vært vanskeligere dersom vi måtte utenfor gjerdet med alt vi måtte gjøre. Det var en kjempefordel at mange av oss kunne gå tørrskodd over gangen og planlegge og gjennomføre miljøtester. Noen av testene måtte vi ut for å gjennomføre. Selv om det gikk bra til slutt, var det mer styr å få gjennomført dem.

Norsk fellesinnsats

Rimfax er typisk for FFIs satsing på romforskning, ved at den er et bredt prosjekt. FFI har blant annet samarbeidet med Kongsberg Norspace AS, Bitvis AS og Comrod AS for å bygge instrumentet. 

Finansieringen kommer fra FFI og Norsk romsenter, via European Space Agency (ESA). Universitetet i Oslo og Norges forskningsråd er også med på spleiselaget.

Rimfax-logo

Navnet Rimfax har to betydninger: Det er et akronym for Radar Imager for Mars’ Subsurface Experiment. Samtidig spiller det på norrøn mytologi: Rimfakse er hesten som selve natta rir på. Navnet kan oversettes til «rim fra mulen». Morgenduggen kom dryppende fra Rimfakses bissel.

Hesten Rimfakse ris av Natt, personifiseringen av døgnets mørke timer. Hun er en gygre som er datter av jotnen Norve. Slik så maleren Peter Nicolai Arbo for seg de to. Bildet er malt i 1887. Foto: Nasjonalgalleriet/Wikimedia Commons
Hesten Rimfakse ris av Natt, personifiseringen av døgnets mørke timer. Hun er en gygre som er datter av jotnen Norve. Slik så maleren Peter Nicolai Arbo for seg de to. Bildet er malt i 1887. Foto: Nasjonalgalleriet/Wikimedia Commons

Hva er en georadar?

Rimfax er en såkalt Ground Penetrating Radar (GPR) som på norsk kalles en georadar. GPR-teknologi brukes mye på vår egen planet, for å studere jordlag og is, og finne grunnvann. Rimfax lager en avbildning av lagene i bakken på Mars, flere meter ned i bakken. Det skjer ved at den sender elektromagnetiske radiobølger rett ned. Så leser radaren av signalene som reflekteres.

Ideelt sett bør radarens «øre» ligge mot bakken. En slik løsning kunne ikke brukes i Rimfax. Kravene fra Nasa tillot ikke det, fordi risikoen var altfor stor. Hva om en slepeantenne hektet seg fast? Da er det ikke bare å få noen på Mars til løfte den opp og sende roveren videre. Radaren måtte fungere i god avstand fra bakken, noe som i sin tur gjorde designet utfordrende.

Pasadena, Los Angeles

I det aller helligste rommet i Nasas Jet Propulsion Lab (JPL) arbeides det med Mars 2020-roveren.

Rommet kalles High Bay. Det er mye større enn du får inntrykk av på bildet. Det er over ti meter under taket. På bildet står fra høyre Christina Hernandez fra JPL, Sverre Brovoll og Leif Damsgård fra FFI.

Rimfax-antennen monteres på “Perseverance” av rutinerte JPL-ingeniører. Det er bare de som får håndtere utstyret her.

Dubletter er nødvendig

Apollo 13-ferden i 1970 var ekspedisjonen som holdt på å gå helt galt. Alle kjenner replikken fra mannskapet: «Houston, we have a problem». I spillefilmen om hendelsen får vi se at de på bakken hadde absolutt identisk inventar med alt som var i romkapselen, like ned til astronautenes personlige eiendeler.

Poenget er at de i denne rotete haugen av gjenstander fant det de trengte for å få fartøyet trygt ned. Moral: Et nøyaktig duplikat av noe du ikke får oversikt over på annen måte kan være til uvurderlig nytte.

Slik også med Rimfax-enhetene. Tre helt like sett finnes. Det ene er om bord i roveren. Det andre er i Pasadena. Det tredje er på Kjeller. Skulle det oppstå problemer som krever en fysisk sjekk, så finnes muligheten.

Under utviklingen av Rimfax var både kravene og oppfølgingen på et ekstremt detaljnivå.

– Vi måtte ha full kontroll på instrumentet hele tiden. Høye kvalitetskrav betydde blant annet at det ikke kunne kjøres gjennom en røntgenmaskin når vi skulle reise fra Norge til USA. Derfor måtte Rimfax-originalen håndbæres av oss. Folk fra NASA fulgte oss på hele turen. Hele delegasjoner, Det var review-team fra JPLs instrumentgruppe som fulgte opp utviklingen her, forteller Leif Damsgård.

– Over tjue mennesker i tallet reiste også over hit til oss flere ganger, for å følge utviklingen.

30. juli 2020. Cape Canaveral, Florida. Det er bare noen minutter til launch. Tusenvis følger sendingen, både i USA og resten av verden.https://player.vimeo.com/video/654939041?h=8913d4e0fb&title=0&loop=1&muted=1&byline=0&portrait=0&app_id=122963

Vinduet for oppskytning var på 21 dager, i juli og august 2020. Dersom oppskytningen måtte utsettes ville det ta 26 måneder til neste gang Mars og jorda var i en slik posisjon til hverandre at de kunne prøve på nytt.

Satellittbilde av landingsstedet for Nasas neste Mars ekspedisjon

Målet for ferden er Jezero-krateret, som kan ha vært et elvedelta.

Det var knyttet aller størst spenning til selve landingsoperasjonen. Ingen ting kunne da styres fra jorda.

Nasa har sagt at oppdraget skal vare i minst ett Mars-år – altså 687 jorddager. Roveren og instrumentene om bord vil ventelig kunne fungere godt mye lengre.

De sju terrorminuttene

Det er virkelig langt til Mars. Roveren landet 18. februar 2021, etter en ferd som startet sommeren 2020. Landingen ble spektakulær, nervepirrende og – for dem som fulgte ferden – bare mulig å følge med 11 minutters forsinkelse. Det var tida det tok for signalene å komme fra Mars til jorda.

Sju av dem var ekstra spennende.

Publikum hjemme på moder jord var blitt fortalt om «the seven minutes of terror». De sju minuttene da selv den mest erfarne Nasa-ingeniør bare måtte lukke øynene og krysse fingrene. Det kunne ende i totalhavari.

I denne animasjonsfilmen fra Nasa får du se hvordan landingsoperasjonen foregikk:

– Det handler om tida romfartøyet bruker gjennom hele landingssekvensen uten at man kan gjøre noe som helst fra jorda. Dette er varigheten av det som kalles Entry, Descent and Landing (EDL). Det vil si fra det tidspunktet roveren kommer inn i atmosfæren til Mars og til den lander på overflaten. Det er kontakt hele veien, men man kan ikke gjøre noe fra jorden for å avhjelpe en eventuell situasjon som oppstår, forteller Svein-Erik Hamran.

Da de sju minuttene i uvisshet var gått, sto jubelen i taket i kontrollsenteret. Landinga var prikkfri. I løpet av noen dager var roveren klar for en ekspedisjon som i verste fall varer bare ut de 687 dagene i et Mars-år, i beste fall i mer enn ti jordår.

En lomme av saltvann

Hva håper forskerne å finne?

Det mest sensasjonelle ville være hvis det ble funnet vann. Det kan ikke utelukkes at det finnes spor igjen av det som kan ha vært en vannrik del av Mars-historien. Det kan ha vært elver her for 3-4 milliarder år siden. Det kan ha vært sjøer. Landingsområdet er ved Jezero-krateret. Det er valgt fordi landskapet her kan minne om et uttørket elvedelta. Jezero betyr innsjø på flere slaviske språk.

Kanskje det et sted nede i sedimentene befinner seg saltholdig vann som ennå ikke er fordampet. Rimfax ser opptil 20 meter ned i bakken. Der kan det ligge noe. Så sant roveren kjører, speider Rimfax på alt som er under seg, så langt radarsignalene rekker.

Slik ser det altså ut på Mars. Dette er et av bildene som Nasa-roveren selv tok kort tid etter landingen.https://player.vimeo.com/video/654887056?h=4940e96243&title=0&loop=1&muted=1&byline=0&portrait=0&app_id=122963

Timelapse-filmen gir ikke riktig inntrykk. I virkeligheten går roveren sakte framover. Den er ingen racer. Perseverance betyr «utholdenhet». Men gigabit på gigabit med informasjon kommer tilbake til forskerne på jorda.

Svein Erik Hamran (til venstre) var intiativtaker til Rimfax, mens Tor Berger nå leder selve operasjonen av georadaren på Mars.

Fra kontrollrommet på Kjeller følger forskere spent med på hva Rimfax leverer. Både FFI og UiO har vært tett involvert i Mars-ekspedisjonen. Framover er det UiO som skal styre radaroperasjonene. 

Bowies spørsmål

«The bestselling show: Is there life on Mars?», synger David Bowie. Spørsmålet er etter forskernes mening feil stilt. Det bør lyde «Was there life on Mars?».

– Et problem med å finne vann på Mars er at atmosfæren er for tynn og lufttrykket for lavt. Det som nå finnes av is over eller under overflaten sublimerer. Det vil si det går rett over til gass og forsvinner ut i verdensrommet. Det finnes ikke vann på overflaten. Dermed er det dårlige forutsetninger for liv i dag, sier Hamran.

Hva skjedde med Mars, egentlig?

Solsystemet vårt er 4,5 milliarder år gammelt. På jorda oppsto det første livet en milliard år seinere. Forskerne tror at Mars kanskje hadde den samme utviklingen. Men solvindene ødela, forklarer Svein Erik Hamran:

– Ladde partikler og plasma som slynges ut fra solen kalles solvind. Jorda har et magnetfelt som beskytter oss. Det har ikke Mars. Det som måtte ha vært av atmosfære er blitt blåst bort, sakte men sikkert. Det samme gjelder vann og muligheter for den typen liv vi kjenner.

Dette er de syv instrumentene ombord Perseverance

På Mars jobber instrumentene konstant. Hele besetningen på «Perseverance» finstuderer alt roveren kommer over under det som blir en langvarig kjøretur på Mars.

Rimfax har selskap av seks andre instrumenter om bord, de fleste utviklet i USA.

ffi_rimfax_6479_NASA-Mars-2020-Rover-instrument-selection-PIA18405-full2.jpg

Mastcam-Z er et avansert kamerasystem med panorama- og stereoskopisk bildefunksjon. Instrumentet hjelper til med å bestemme mineralogien på Mars.

MEDA (Mars Environmental Dynamics Analyzer) er et sett med sensorer utviklet i Spania. De vil gi målinger av temperatur, vindhastighet og retning, trykk, relativ fuktighet, støvstørrelse og form.

MOXIE (Mars Oxygen ISRU Experiment) skal undersøke om det kan hentes oksygen ut av CO2-atmosfæren.

PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry) bidrar til å bestemme sammensetningen av overflatematerialer.

SHERLOC (Scanning Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics and Chemicals) leter etter organiske materialer og kjemiske sammensetninger.

SuperCam kan blant annet lese av kjemiske sammensetninger på avstand.

Mange har merket seg «Ingenuity», det lille robothelikopteret som er med på ferden. Helikopteret har ikke noe med selve «Perseverance» og den vitenskapelige ekspedisjonen å gjøre. Det er en teknologidemonstrator.

Musk og Kina

Det første mennesket på Mars, hvem blir det? Tanken er ikke lenger science fiction. Tvert imot er det et uttalt mål fra Nasa, med en antydning om at det kan skje allerede i 2030.

Flere stater og store selskaper er med i kappløpet om å få det til. Verken Kina eller Elon Musk tenker nødvendigvis at USA skal få vinne denne gangen. Musk har sine spektakulære Starship og SpaceX-konsepter. Kineserne erklærte tidligere i år at de forbereder seg på en bemannet Mars-ferd i 2033. Og kanskje amerikanerne blir forsinket?

Nasa vil uansett dele alle sine Mars-data etter hvert som de hentes ned og tolkes.

I løpet av dette hundreåret er det altså mulig at en versjon av Matt Damons astronaut i Ridley Scotts film «The Martian» (2015) blir virkelighet.

Vi er ennå i starten på historien som en dag kan ende med at et menneske setter det første fotavtrykket på en annen planet.  Alt hviler foreløpig på hva forskerne er i stand til å fravriste Mars av kunnskap og hemmeligheter.

Rimfax er en av pionerne.