Una selezione delle 23 telecamere del rover Mars 2020 della NASA. Molte sono versioni migliorate delle telecamere sul rover Curiosity, con anche qualche nuova aggiunta. Credito:NASA/JPL-Caltech
Quando il Mars Pathfinder della NASA atterrò nel 1997, aveva cinque telecamere:due su un albero spuntato dal lander, e tre sul primo rover della NASA, Soggiornante.
Da allora, la tecnologia delle fotocamere ha fatto un salto di qualità. I sensori fotografici che sono stati migliorati dal programma spaziale sono diventati commercialmente onnipresenti. Le fotocamere si sono ridotte di dimensioni, migliorata in qualità e ora sono trasportati in ogni cellulare e laptop.
Quella stessa evoluzione è tornata nello spazio. La missione Mars 2020 della NASA avrà più "occhi" di qualsiasi altro rover prima di essa:un totale di 23, per creare panorami mozzafiato, rivelare ostacoli, studiare l'atmosfera, e assistere gli strumenti scientifici. Forniranno viste spettacolari durante la discesa del rover su Marte e saranno i primi a catturare immagini di un paracadute mentre si apre su un altro pianeta. Ci sarà anche una telecamera all'interno del corpo del rover, che studierà i campioni man mano che vengono conservati e lasciati in superficie per essere raccolti da una futura missione.
Un'istantanea di alcune fotocamere di Mars 2020
Tutte queste telecamere saranno incorporate durante la costruzione del rover Mars 2020 presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California. Rappresentano una progressione costante da Pathfinder:dopo quella missione, i rover Spirit e Opportunity sono stati progettati con 10 telecamere ciascuno, anche sui loro lander; Il rover Curiosity del Mars Science Laboratory ne ha 17.
"La tecnologia della fotocamera continua a migliorare, " ha detto Justin Maki di JPL, Scienziato di imaging di Mars 2020 e vice investigatore principale dello strumento Mastcam-Z. "Ogni missione successiva è in grado di utilizzare questi miglioramenti, con prestazioni migliori e costi inferiori."
Questo vantaggio rappresenta un cerchio completo di sviluppo, dalla NASA al settore privato e ritorno. Negli anni '80, JPL ha sviluppato sensori a pixel attivi che utilizzavano meno energia rispetto alla precedente tecnologia delle fotocamere digitali. Questi sensori sono stati successivamente commercializzati dalla Photobit Corporation, fondata dall'ex ricercatore del JPL Eric Fossum, ora al Dartmouth College, Hannover, New Hampshire.
20/20 Visione
Le fotocamere del 2020 includeranno più immagini a colori e 3D rispetto a Curiosity, disse Jim Bell dell'Arizona State University, Tempi, investigatore principale per Mastcam-Z del 2020. La "Z" sta per "zoom, " che verrà aggiunto a una versione migliorata della Mastcam ad alta definizione di Curiosity, gli occhi principali del rover.
Le fotocamere stereoscopiche di Mastcam-Z possono supportare più immagini 3D, che sono ideali per esaminare le caratteristiche geologiche e per esplorare potenziali campioni da lunghe distanze. Caratteristiche come l'erosione e la consistenza del suolo possono essere individuate alla lunghezza di un campo da calcio. Documentare dettagli come questi è importante:potrebbero rivelare indizi geologici e servire come "note sul campo" per contestualizzare i campioni per i futuri scienziati.
"L'uso abituale di immagini 3D ad alta risoluzione potrebbe ripagare alla grande, " Bell ha detto. "Sono utili sia per gli obiettivi scientifici a lungo raggio che per quelli a campo vicino".
Una delle fotocamere ingegneristiche avanzate con un prototipo di obiettivo per le Hazcam, che terrà d'occhio gli ostacoli incontrati dal rover Mars 2020. Credito:NASA/JPL-Caltech
Finalmente, a colori
Lo spirito, I rover Opportunity e Curiosity sono stati tutti progettati con telecamere ingegneristiche per pianificare le unità (Navcam) ed evitare i pericoli (Hazcam). Questi producevano immagini da 1 megapixel in bianco e nero.
Sul nuovo rover, le telecamere di ingegneria sono state aggiornate per acquisire l'alta risoluzione, Immagini a colori da 20 megapixel.
Le loro lenti avranno anche un campo visivo più ampio. Questo è fondamentale per la missione del 2020, che cercherà di massimizzare il tempo dedicato alla scienza e alla raccolta di campioni.
"Le nostre precedenti Navcam scattavano più foto e le univa insieme, " ha detto Colin McKinney di JPL, responsabile della consegna del prodotto per le nuove telecamere di ingegneria. "Con il campo visivo più ampio, otteniamo la stessa prospettiva in un colpo solo."
Ciò significa meno tempo dedicato alla panoramica, scattare foto e cucire. Le fotocamere sono anche in grado di ridurre il motion blur, in modo che possano scattare foto mentre il rover è in movimento.
Un collegamento dati a Marte
C'è una sfida in tutto questo aggiornamento:significa trasmettere più dati attraverso lo spazio.
"Il fattore limitante nella maggior parte dei sistemi di imaging è il collegamento alle telecomunicazioni, " Disse Maki. "Le telecamere sono in grado di acquisire molti più dati di quelli che possono essere inviati sulla Terra."
Per affrontare quel problema, le telecamere rover sono diventate "più intelligenti" nel tempo, soprattutto per quanto riguarda la compressione.
Su spirito e opportunità, la compressione è stata effettuata utilizzando il computer di bordo; su Curiosità, gran parte di questo è stato fatto utilizzando l'elettronica incorporata nella fotocamera. Ciò consente più immagini 3D, colore, e persino video ad alta velocità.
La NASA è anche migliorata nell'usare veicoli spaziali orbitanti come ritrasmettitori di dati. Questo concetto è stato introdotto per le missioni rover con Spirit e Opportunity. L'idea di utilizzare i relè è iniziata come un esperimento con l'orbiter Mars Odyssey della NASA, ha detto Campana.
"Ci aspettavamo di fare quella missione su solo decine di megabit ogni giorno su Marte, o sole, " ha detto. "Quando abbiamo ottenuto il primo sorvolo dell'Odissea, e avevamo circa 100 megabit per sol, ci siamo resi conto che era un gioco completamente nuovo".
La NASA prevede di utilizzare il veicolo spaziale esistente già in orbita su Marte:il Mars Reconnaissance Orbiter, ESPERTO DI, e il Trace Gas Orbiter dell'Agenzia spaziale europea, come relè per la missione Mars 2020, che supporterà le telecamere durante i primi due anni del rover.
