Mars Science Laboratory

MSL má dĺžku 3 m (bez robotickej ruky), šírku 2,7 m a výšku po vrchol stožiaru 2,2 metra. Vpredu má umiestnenú 1,9 metra dlhú robotickú ruku s 30 kg otočnou hlavicou obsahujúcou prístroje. Celkovo váži rover 900 kg, z toho takmer 80 kg tvoria vedecké prístroje. Veľkosťou bude odpovedať automobilu Mini Cooper. Pre porovnanie Mars Exploration Rover majú dĺžku 1,6 m a vážia 174 kg, vrátane 6,8 kg vedeckých prístrojov.

MSL počas preletu k Marsu

Rover MSL je schopný prejsť prekážky vysoké 75 cm. Umožňuje mu to šestica kolies, každé s priemerom 0,5 metra. Maximálna rýchlosť posunu terénom je odhadovaná na 90 m za hodinu. Ale priemerná rýchlosť posunu môže byť asi 30 m za hodinu, v závislosti na výkone, náročnosti terénu, sklzu, a viditeľnosti. Očakáva sa, že MSL urazí počas svojej dvojročnej misie minimálne 19 km.

Schéma komponentov plánovaného roveru

MSL bude poháňaný rádioizotopovým termoelektrickým generátorom (MMRTG), ktorý je vylepšenou verziou podobného generátora RTG úspešne použitého na sondách Viking 1 a Viking 2 v roku 1976. Slnečná energia nie je efektívny zdroj pre operácie na povrchu Marsu, pretože solárne panely nemusia účinne fungovať vo vysokých zemepisných šírkach Marsu, v zatienených oblastiach alebo v prašných podmienkach. Okrem toho slnečnú energiu neposkytujú v noci, a tým obmedzujú schopnosť roveru udržiavať stálu teplotu a tým znižujú priemernú dĺžku života elektroniky. MMRTG poskytuje spoľahlivý, stály výkon cez deň aj v noci, odpadové teplo sa dá použiť na zahriatie systémov a uvoľňovanie elektrickej energie pre prevádzku vozidla a nástrojov. Jeho teoretická životnosť by mala byť minimálne 14 rokov. MMRTG má rozmery 64 x 66 cm a hmotnosť 45 kg, je umiestnený v zadnej časti vozidla.

Niektoré citlivé prístroje musia mať stálu teplotu. Použitím tekutiny čerpanej prostredníctvom 200 metrov rúrok v tele MSL budú citlivé súčasti udržované pri stálych teplotách. Teploty v oblasti, kde by mohol MSL pristáť, sa môžu meniť od 30 do −127 °C. Ohrievače boli položené vedľa niektorých komponentov a prebytočné teplo od MMRTG je odvedené pomocou HRS k týmto ohrievačom. HRS môže tiež chladiť komponenty podľa potreby.

Prázdne telo a podvozok roveru

Dva identické počítače na palube roveru sú nazývané angl. Rover Electronics Module (REM), obsahujú pamäte schopné vydržať extrémne prostredie a žiarenie. Každá pamäť počítača zahrnuje 256 kB EEPROM, 256 MB DRAM a 2 GB flash pamäte. To je porovnateľné s 3 MB EEPROM, 128 MB DRAM, a 256 MB flash pamäte používanej v Mars Exploration Rover.

REM používajú počítače s procesorom RAD750, ktorý je nástupcom RAD6000 CPU použitého v Mars Exploration Rovers. RAD750 procesor je schopný výkonu až 400 MIPS, zatiaľ čo RAD6000 procesor je schopný len 35 MIPS.

Robotické rameno roveru s otočnou hlavicou s prístrojmi

Rover má inerciálnu meraciu jednotku (IMU), ktorá poskytuje 3-osé informácie o jeho pozícii, používanej pri navigácii roveru. Počítače roveru neustále sledujú svoje vlastné systémy na udržanie prevádzky vozidla, napríklad reguláciu teploty roveru. Aktivity ako fotografovanie, riadenie a prevádzku nástrojov sú vykonávané sekvenciami príkazov, ktoré sú odoslané zo Zeme k roveru. V prípade problémov s hlavným počítačom má vozidlo záložný počítač, ktorý môže prevziať kontrolu a pokračovať v misii.

• Mastcam – systém dvoch dvojmegapixelových kamier umiestnených na stožiari roveru, umožňujú zobrazovať okolie roveru vo veľkých detailoch a dokonca v pohybe, ľavá kamera je širokouhlá, pravá má teleobjektív
• ChemCam – spektroskopická kamera s pulzným infračerveným laserom, umožňuje diaľkovú chemickú analýzu objektov
• APXS – röntgenový spektrometer umiestnený na robotickej ruke vozidla
• MAHLI – kamera umiestnená na otočnej hlave robotickej ruky, slúži ako digitálna lupa a vďaka LED diódam môže pracovať aj v noci
• CheMin – chemické a mineralogické laboratórium využívajúce meranie röntgenovej difrakcie a fluorescencie
• SAM – analyzátor vzoriek využívajúci integrovaný plynový chromatograf a laserový spektrometer
• REMS – meteorologická stanica, španielsky prístroj
• RAD – detektor radiácie
• DAN – neutrónový detektor vodíku, ruský prístroj
• MARDI – zostupová vysokorozlišujúca kamera zaznamenavajúca pristátie roveru

Pristátie veľkej sondy na Marse je ťažká úloha: Atmosféra je veľmi hustá na použitie rakiet používaných na silné brzdenie, ale príliš riedka na použitie padákov. Aj keď niektoré predchádzajúce misie použili na pristátie airbagy a brzdili až na povrchu, MSL je pre túto voľbu príliš veľký. Preto bol pre MSL vyvinutý nový spôsob pristátia, ktorý nebol dovtedy nikdy odskúšaný v reálnych podmienkach. Jeho najinovatívnejšou fázou je tzv. aktívny zostup, ktorý zabezpečí raketový pristávací žeriav (nazývaný aj „nebeský žeriav – skycrane“). Pod ním bude umiestnený samotný rover, ktorý sa z neho po dostatočnom zbrzdení z určitej výšky spustí na lanách priamo na povrch.

MSL pristávacia schéma pre vstup do vonkajšej atmosféry

Pre zostup MSL bola v presnom poradí použitá kombinácia niekoľkých systémov, podľa nich možno celú operáciu rozdeliť na štyri fázy:

MSL pristávacia schéma pre zostup padákom, zbrzdený vstup, a pristátie sky crane

MSL sa priblížil k cieľovému bodu na povrch Marsu pomocou presného systému pre „priblíženie, prelet a pristátie (EDL)“, ktorý využíval skúseností z modulov Apollo: na korekciu dráhy sa využíval vztlakový efekt pri prelete atmosférou. Rozloženie vztlakových síl po povrchu modulu a následné účinky na smer letu sa regulovali zmenou polohy ťažiska voči ose vztlakového povrchu, a to pomocou pohyblivých závaží.

Záber zo zostupovej kamery MARDI zachytávajúci oddelenie tepelného štítu

Navigačný systém nasmeroval sondu k zvolenému cieľovému bodu s presnosťou do 10 km, teda do pristávacej elipsy s dĺžkou hlavnej osi max 20 km. Pre porovnanie, MER vozidlá Spirit a Opportunity pristávali do elíps s dĺžkou 150 km.

Pristávanie pomocou raketového "nebeského žeriavu"

Hlavným zdrojom nepresnosti bol prelet a brzdenie v atmosfére. Pre ďalšie spresnenie dráhy letu a zacielenie boli k dispozícii tiež štyri páry trysiek Reaktívneho riadiaceho systému (RCS), každý pár s ťahom cca 500 N.

Vozidlo je pri prelete vesmírom aj následnom zostupe atmosférou Marsu chránené tepelným štítom.

Podobne ako Viking, Mars Pathfinder aj Mars Exploration Rovers, tiež MSL bol spomalený veľkým padákom. Po riadenom vstupe do atmosféry, kedy bola kapsula spomalená na Mach 2, boli odhodené vyvažovacie závažia a bol otvorený padák pre nadzvukové rýchlosti. Po niekoľkých sekundách sa od zostavy oddelil teraz už nepotrebný 4,5 metrový tepelný štít, ktorý dopadol na povrch.

Asi minútu na to sa vozidlo s pristávacím žeriavom odpojilo od aerodynamického štítu s padákom a vypadlo z neho: Následné ďalšie brzdenie umožnili hydrazínové raketové motory žeriavu. Trysky boli na koncoch ramien okolo žeriavu, ktorý niesol vozidlo pod sebou. Pristávací žeriav pomocou radaru meral výšku a zostupovú rýchlosť a podľa nej aktívne menil ťah motorov. Táto fáza zostupu potrvala necelú minútu.

Jeden z prvých záberov po pristátí v kráteri Gale, v pozadí sa vypína hora Mount Sharp

Samotné pristátie bolo mäkké. Vozidlo sa spustilo z pristávacieho žeriavu priamo na kolesá káblom a lanami dlhými približne 7,5 m: Dole sa po dobu 2 sekundy uisťovalo o polohe na pevnej zemi, potom kábel odpálilo malými náložami. Žeriav počas toho času "levitoval" na plameňoch. Po odpojení odletel čo najďalej, kde havaroval. Pojazdné laboratórium sa mohlo rovno vydať na prieskum Marsu. Plánované pristátie s pomocou „nebeského žeriavu“ bolo najinovatívnejším technologickým príspevkom misie Curiosity a nikdy predtým nebolo použité pri reálnej misii.

Na Zemi bola informácia o dosadnutí potvrdená o 5:32 UTC. Krátko na to dorazili aj prvé snímky z miesta pristátia. Postupne sa preveroval stav systémov roveru po pristátí a na Zem boli priebežne posielané aj ďalšie snímky. Na druhý deň (sol 1) rover vyklopil vysokoziskovú anténu a na Zem odoslal záznam zo zostupovej kamery MARDI, na ktorom bolo prvýkrát v histórii zachytené pristávanie kozmickej sondy na Marse z pohľadu samotného roveru. Na ďalší deň (sol 2) bol vyklopený aj stožiar roveru a navigačné kamery na ňom umiestnené začali snímať 360° panorámu okolia miesta pristátia.