Mars Exploration Rovers - MER (kompendium)

[Scorus]

CELE NAUKOWE
Do głównych celów naukowych łazików MER należą:
- Zidentyfikowanie różnych rodzajów skał i gleb, zwłaszcza poszukiwania skał wskazujących na przeszła działalność wody (zawierających minerały formujące się w wodzie lub odłożone na drodze precypitacji, ewaporacji, cementacji osadowej lub aktywności hydrotermalnej).
- Zbadanie rozmieszczenia i obfitości różnorodnych minerałów w miejscu lądowania. Strefy lądowania zostały wybrane na podstawie danych z orbiterów skazujących na możliwe przeszłe działanie wody. Badania minerałów w tych strefach są istotne dla teorii opisujących rolę wody w przeszłości Marsa.
- Określenie przestrzennego rozmieszczenia różnych rodzajów skał i gleb w strefie lądowania.
- Określenie natury procesów odpowiedzialnych za ukształtowanie miejsca lądowania i jego charakterystyk chemicznych.
- Zweryfikowanie wyników badań powierzchni z orbity oraz określenie niejednorodności strefy lądowania w różnych skalach.
- Zidentyfikowanie oraz określenie relatywnej ilości minerałów  zawierających wodę lub grupę hydroksylową, albo minerałów żelaza formujących się w wodze.
- Scharakteryzowanie mineralogii i faktury okolicznych skał i gleb oraz określenie procesów odpowiedzialnych za ich powstanie.
- Poszukiwania geologicznych przesłanek przemawiających za istnieniem w przeszłości płynnej wody i warunków środowiskowych sprzyjających rozwojowi życia.

KONSTRUKCJA
Podczas budowy sond MER zastosowano rozwiązana przetestowane podczas misji Mars Pathfinder. Kapsuła z lądownikiem składała się z osłony termicznej i osłony górnej zawierającej spadochron. W czasie lotu międzyplanetarnego była przymocowana do modułu napędowego (Cruise Stage) zapewniającego zasilanie i korekty kursu. Łazik znajdował się w czworościennym lądowniku i był osłonięty trzema płatkami. Inaczej niż w przypadku Pathfindera, lądownik jedynie chronił łazika podczas lądowania i nie posiadał instrumentów naukowych. Całościowa masa sondy wraz z paliwem wynosiła 1 063 kg a bez paliwa – 1 013 kg.

[Scorus]

MODUŁ NAPĘDOWY
Moduł napędowy był bardzo podobny do analogicznego elementu zastsowanego podczas misji Mars Pathfinder. Miał kształt niskiego walca. Jego średnica wynosiła 2.67 m. Całkowita wysokość  wraz z kapsułą wynosiła 1.6 m. Masa bez paliwa wynosiła 193 kg a masa paliwa - 50 kg. Zasadnicza struktura była wykonana z aluminium. Miała postać pierścieni rozpiętych na aluminiowych żebrach. Na górnej powierzchni zainstalowano panele słoneczne. 5 łukowanych sekcji paneli tworzyło okrąg odpowiadający średnicy całego modułu. Panele dostarczały 600W mocy w odległości 1 AU od Słońca i około 300W w okolicach Marsa. W czasie lotu elektronika łazika była chodzona za pomocą odrębnego systemu chłodzenia wypełnionego feronem. Zbiorniki paliwa i linie paliwowe modułu napędowego były utrzymywane we właściwej temperaturze za pomocą grzejników i wielowarstwowej izolacji.

System awioniki modułu napędowego łączył komputer nawigacyjny łazika ze szperaczami gwiazd oraz sensorami Słońca używanymi do ustalania orientacji przestrzennej sondy. Na sondzie zastosowano również zapasowe sensory nawigacyjne. W czasie lotu statek był stabilizowany obrotowo. Tempo wirowania wynosiło 2 rpm. Normalnie panele słoneczne były skierowane na Słońce, co w dużej odległości gwarantowało zwrócenie anten na Ziemię.

System napędowy zawierał 2 lekkie zbiorniki paliwa wykonane ze stopów aluminium. W pojedynczym zbiorniku mieściło się około 31 kg paliwa hydrazydowego. System napędowy służył zarówno do wykonywania korekt trajektorii jak i modyfikacji orientacji przestrzennej. Można było stosować 3 tryby odpaleń silników. Odpalenie silników w osi pojazdu pozwalało na zmiany jego szybkości. Odpalenia silników bocznych powodowały na boczne zmiany orientacji przestrzennej. Służyły do tego 2 zespoły silników zawierające po 8 sztuk silników. Odpalenia pulsacyjne odpowiednich zespołów silników powodowały zmiany precesji wirującego statku kosmicznego.

Łączność zapewniała antena niskiego zysku (Cruise Low-gain Antenna) oraz antena średniego zysku (Cruise Medium-Gain Antenna). Obie anteny pracowały w paśmie X. Antena niskiego zysku została zainstalowana na wewnętrznym pierścieniu struktury mechanicznej pojazdu. Służyła do łączności w małej odległości od Ziemi. Antena średniego zysku znajdowała się na zewnętrznym pierścieniu struktury pojazdu. Służyła do łączności w dużej odległości od Ziemi, gdzie konieczne było większe skupienie wiązki.

[Scorus]

OSŁONA AERODYNAMICZNA
Projekt osłony aerodynamicznej lądownika był oparty na osłonach sond Viking i Mars Pathfinder. Została ona wykonana przez  Lockheed Martin Astronautics w Denver. Składała się z odpowiednio ukształtowanych płyt albuminowych o strukturze plastra miodu pokrytych kompozytem grafitowo – epoksydowym. Na takiej konstrukcji była oparta budowa zarówno osłony tylnej jak i dolnej. Warstwa ablacyjna była oparta na osłonie sond Viking. Powierzchnia ablacyjna była pokryta cienką izolacją z aluminiowanego mylaru chroniącą przed niskimi temperaturami w czasie lotu kosmicznego. Po wejściu w atmosferę odparowała ona bardzo szybko. Kontrolę wewnętrznej temperatury zarówno osłony jak i lądownika zapewniały grzejniki oraz izolacja wielowarstwowa. Niektóre elementy, takie jak poduszki powietrzne, generatory gazu i silniki na paliwo stałe wymagały tylko jednorazowego podgrzania przed wejściem w atmosferę. Masa osłony termicznej wynosiła 78 kg. Osłona górna wraz ze spadochronem i innymi systemami miała masę 209 kg. Łączna masa zespołu wchodzącego w atmosferę wynosiła 820 kg.

Osłona dolna (osłona termiczna) miała przede wszystkich ochronić lądownik podczas wejścia w atmosferę oraz zmienisz jego szybkość. Osłona tylna zawierała spadochron, układy elektroniczne i baterie pozwalające na uruchomienie ładunków pirotechnicznych oddzielających osłonę dolną, silnik inicjujący rozkładanie spadochronu, oraz silniki rakietowe. Odłączenie osłony dolnej umożliwiało 6 mechanizmów pirotechnicznych oraz sprężyny. Orientację sondy podczas lądowania określała tez bezwładnościowa jednostka pomiarowa (Inertial Measurement Unit - IMU) Litton LN-200.

W skład zestawu silników rakietowych wchodziło 6 silników na paliwo stałe. 3 z nich – siniki asysty podczas lądowania (Rocket Assisted Descent - RAD) pracowały przez 4 sekundy. Przykładana przez nie siła odpowiadała około 1 tonie. Układ ten służył do znacznego zredukowania pionowej szybkości sondy. Spadochron redukował szybkość z 400 m/s do 85 m/s, a uderzenia w grunt przy takiej szybkości nie wytrzymałyby poduszki powietrzne. RAD pozwalał na zmniejszenie pionowej szybkości względem powierzchni prawie do 0 na wysokości 10 - 15 metrów. Uruchomienie tych silników było aktywowane przez komputer lądownika. Wszystkie 3 silniki były uruchamiane jednocześnie. W czasie odłączenia lądownika silniki nadal pracowały, dzięki czemu osłona górna unosiła się ku górze i oddalała od lądownika. Eliminowało to ryzyko jej zderzenia z lądownikiem.

3 mniejsze silniki tworzące system impulsów poprzecznych (Transverse Impulse Rocket System - TIRS) pozwalały na pionowe zorientowanie sondy w czasie pracy systemy RAD. Redukowały one szybkość sondy w kierunku horyzontalnym. Silniki te były uruchamiane automatycznie przez oprogramowanie łazika pod wpływem danych z IMU wskazujących na zbytnie nachylenie sondy. Za jednym razem można było uruchomić 2 lub 1 silnik. Nie był to precyzyjny system kontroli orientacji, ale wystarczający do zminimalizowania największych zaburzeń jakie przewidywano ze strony wiatrów. Silniki te mogły pracować przez mniej niż sekundę. TRIS był znacznym udoskonaleniem w stosunku do Mars Pathfinder.

Spadochron został zaprojektowany w oparciu o doświadczenia zgromadzone w trakcie misji Viking i Mars Pathfinder. Głównym parametrami branymi pod uwagę w trakcie prac na nim były siły działające po jego pełnym napełnieniu. Zostały one oszacowane na podstawie gęstości atmosfery, szybkości sondy oraz masy spadochronu. Maksymalne wartości sił były szacowane na 80 100 – 84 600 N. Dla Mars Pathfinder wynosiły one 35 600 N. Dlatego też spadochron dla łazików MEER był o 40% większy od spadochronu Pathindera. Spadochron został wykonany z poliestru i nylonu, tkanin charakteryzujących się dużą wytrzymałością przy małej masie. Podwójny pas łączący spadochron z osłoną górna został wykonany z klevaru. Czasza spadochronu była z nim połączona za pomocą 48 linek. Przed umieszczeniem w osłonie spadochron został bardzo ściśle spakowany a następnie sprasowany kilkakrotnie za pomocą obciążeń. Dzięki temu zajmował maksymalnie małą przestrzeń. Został też wysterylizowany wysoką temperaturą.

Przed oddzieleniem od osłony górnej lądownik został opuszczony na taśmie wykonanej z metalu. Do końca taśmy przymocowana była lina z zylonu o długości około 20 metrów. Zawieszenie lądownika na takiej linie zapewniło odpowiednią przestrzeń do rozłożenia poduszek powietrznych i oddaliło je od pracujących silników RAD. Wzdłuż liny biegły też kable dostarczające do komputera łazika danych z IMU. Pozwalały one na uruchamianie silników TRIS.  Odpowiednio wolne opuszczanie lądownika na linie zapewnił mechanizm hamulcowy umieszczony na jednym z jego płatków.

[Scorus]

LĄDOWNIK
Lądownik miał kształt czworościanu. Jego masa wynosiła 348 kg a masa wraz z łazikiem - 533 kg. Składał się z trójkątnej podstawy do której przymocowany był łazik oraz z 3 trójkątnych płatków. Struktura lądownika była wykonana z materiałów kompozytowych. Składała się z sieci belek pokrytych arkuszami zewnętrznymi. Belki były wykonane z włókien węglowych. Zastosowany materiał był lżejszy nawet od aluminium. Poszczególne elementy były połączone mocowaniami wykonanymi z tytanu. Były one przyklejone do elementów kompozytowych. Łazik był przymocowany do lądownika przez rygle. Ich uwolnienie inicjowały małe ładunki pirotechniczne.

3 płatki lądownika były połączone z jego podstawą za pomocą zawiasów. Były one obsługiwane przez silniki. Każdy z silników mógł podnieść cały lądownik wraz z łazikiem. Silnik znajdował się na każdym płatku. Dzięki temu otwarcie danego płatka mogło ustawić lądownik w pozycji pionowej niezależnie od pozycji w której leżał na powierzchni po lądowaniu. Łazik posiadał przyspieszeniomierze powalające na rozpoznanie kierunku pionowego. Dzięki temu automatycznie wysyłał komendę otwarcia płatka który mógł ustawić lądownik w pozycji pionowej. Po jej uzyskaniu otwierane były pozostałe 2 płatki. Po otwarciu lądownika pozycja płatków w kierunku pionowym mogła być  zmieniana za pomocą silników obsługujących zawiasy. Pozwalało to na otrzymanie optymalnej powierzchni pozwalającej na wyjazd łazika z lądownika niezależnie od możliwych dużych skał pod płatkami.

Płatki lądownika zawierały system opróżniający poduszki powietrzne. Ich zwinięcie gwarantowało, że koła łazika nie zaplączą się w nie podczas wyjazdu. Opróżnienie poduszek trwało około 3 godzin. Po bokach płatków rozciągane były rampy umożliwiające opuszczenie lądownika. Gwarantowały one łagodny wyjazd. Łazik nie mógł się na nich przewrócić. Rampy były wykonane z tkaniny z vectranu. Pokrywały dużą przestrzeń pomiędzy płatkami. Tworzyły kolistą powierzchnię. Zakrywały pozostałości poduszek powietrznych oraz skały które mogłyby przeszkadzać podczas wyjazdu łazika. Układ ramp pozwalał na wybranie kilku kierunków wyjazdu z lądownika.

W jednym z dolnym kątów lądownika znajdowała się antena systemu radarowego. Służył on do określania odległości do powierzchni w końcowym etapie lądowania. Dane te pozwalały na uruchomienie silników RAD w odpowiednim czasie oraz na napompowanie poduszek powietrznych. Inicjowały też odcięcie lądownika od liny z zylonu.

Na jednym z płatków znajdowała się antena UHF. Wysyłała ona potwierdzenia wykonania krytych operacji podczas lądowania. Dane te były odbierane przez orbiter Mars Global Surveyor podczas lądowań obu łazików.

W dolnej części lądownika znajdowała się pojedyncza kamera służąca do oceny ruchu lądownika (Descent Imager Motion Estimation Subsystem - DIMES). Głównym celem kamery było określenie  szybkości lądownika w kierunku horyzontalnym w czasie ostatniej 0.5 minuty lądowania. Dane te były używane przez system wyzwalający poszczególne czynności w końcowym etapie lądowania. Kamera ta uzyskała 3 monochromatyczne zdjęcia strefy lądowania począwszy od wysokości 2.4 km ponad powierzchnią. Były one też używane do planowania działań po lądowaniu i obok zdjęć z MGS dostarczyły kontekstu geologicznego opisującego strefę lądowania.

Poduszki powietrzne lądownika były bardzo podobne do poduszek Mars Pathfinder. Pozwalały na zamotywanie uderzenia w powierzchnię i chroniły przed ostrymi skałami. Poduszki musiały zostać niezawodnie rozłożone w czasie kilku sekund. Były wykonane z vectranu. Był on materiałem bardzo dogodnym do tego celu. Był około 2 razy odporniejszy od klevaru i lepiej znosił niskie temperatury. Lądownik posiadał 4 poduszki z których każda składała się z 6 worków. Worki były połączone ze sobą. Połączenie zwiększało elastyczność poduszek i polepszało złagodzenie uderzenia w grunt. Poduszki nie były bezpośrednio połączone z lądownikiem. Łączenia miały postać lin przebiegających w poprzek worków. Liny te nadawały też kulisty kształt workom, co ułatwiało ich napełnianie. Napełnienie poduszek umożliwiały 3 generatory gazu.

[Scorus]

ŁAZIK
Łazik ma kształt w przybliżeniu prostopadłościenny, jego masa wynosi 185 kg. Jego główną częścią jest tzw ciepła obudowa elektroniki (Warm Electronics Box - WEB). Zawiera on układy elektroniczne, baterie i inne systemy. Umożliwia utrzymywanie ich w stałej temperaturze.

Główne komponenty łazika nie powinny znajdować się w temperaturze niższej niż -40ºC i wyższej od +40ºC we wszystkich fazach misji. W miejscach lądowań łazików maksymalne temperatury gruntu w czasie dnia wynoszą około +22ºC, a minimalne w nocy - -99ºC. Temperatury atmosfery wahają się od -3ºC w dzień do -96ºC w nocy. Kontrola temperatury jest zapewniona przez złotą farbę, izolację z aerożelu, grzejniki, termostaty i radiatory. Warstwa złotej farby zmniejsza ilość ciepła które ucieka z wnętrza WEB. Podobną funkcję spełnia też aerożel. Jest on identyczny z aerożelem zastosowanym w kolektorze pyłu kometarnego sondy Stardust. Dzięki złotej farbie i izolacji aerożelowej do ogrzewania łazika jest wykorzystywane ciepło produkowane przez elektronikę. Łazik poosiada zarówno grzejniki elektryczne jak i 8 radioizotopowych jednostek grzewczych (Radioisotope Heater Unit - RHU). Dzięki zastosowaniu RHU znacznie zmalało zapotrzebowanie na energię z baterii w czasie nocy. Jeden RHU stale produkuje około 1W energii cieplnej. Termostat wykonuje pomiary temperatur różnych komponentów łazika i automatycznie włącza lub wyłącza grzejniki elektryczne. Baterie łazika są jego kluczowym elementem, więc kontrola ich temperatury była bardzo istotna. Zawierają one 6 RHU, grzejniki elektryczne i są podłączone do 2 radiatorów na zewnątrz łazika niezależnie od innych komponentów. Grzejniki elektryczne baterii są uruchamiane automatycznie gdy temperatura baterii spada poniżej -20ºC. Gdy temperatura osiąga około +20ºC zwiększana jest przepustowość ścieżki przenikania ciepła do radiatorów. W nocy przenoszenie ciepła do radiatorów jest zmniejszane, co pozwala na wykorzystanie ciepła elektroniki do podgrzewania baterii.

Usuwanie nadmiaru ciepła z WEB w czasie lotu międzyplanetarnego umożliwił odrębny system odrzucania ciepła (Heat Rejection System - HRS). Składał się on z pomp umieszczonych na module napędowym i rur połączonych z łazikiem. Odbierały one ciepło produkowane przez elektronikę, bateri i RHU. Przenoszenie ciepła umożliwiał płyn (freon CFC-12), którego temperatura wahadła się pomiędzy -7 ºC a  0ºC. Pompa pozwala na usuwanie do 150W ciepła z łazika.

Na górnej powierzchni WEB znajduje się trójkątny pokład wyposażenia (Rover Equipment Deck - RED) na którym umieszczono antenę paraboliczną dużego zysku (High Gain Antenna - HGA); antenę niskiego zysku (Low Gain Antenna - LGA), antenę UHF (UHF Antenna); wysięgnik kamer (PanCam Mast Assembly - PMA); oraz cele kalibracyjne kamer.

Energii elektrycznej dostarczają panele fotoogniw słonecznych tworzące dwa skrzydła rozciągające się na boki od górnych krawędzi WEB. Każde skrzydło składa się z 2 paneli.  Z tyłu WEB umieszczono dodatkowy, mniejszy panel. Ogniwami słonecznymi jest również wyłożona powierzchnia RED. Typowo system produkuje około 140 W energii elektrycznej w pełnym słońcu przez 4 godziny na Sol. Wystarcza to do normalnego działania. Produkcja energii może wrastać do około 250W. Do jazdy potrzeba minimalnie 100W. Energia ładuje dwie baterie chemiczne z możliwością wielokrotnego ładowania. Na podstawie danych z misji Mars Pathfinder szacowano, że po 90 dniach zdolność produkcji energii spadnie do około 50W z powodu zapylenia paneli, degradacji baterii i zmiany pór roku.

Z przodu WEB, poniżej RED znajduje się zrobotyzowane ramię służące do pozycjonowania instrumentów (Instrument Device Deployment - IDD). Ramię składa się z 2 odcinków i posiada 3 łączniki tworzące jego „stawy”. Pozwala na precyzyjne umieszczenie instrumentów kontaktowych na celu i pod odpowiednim kątem w stosunku do jego powierzchni. Na końcu ramienia znajduje się głowica z instrumentami. Może być obracana o 350 stopni. Struktura ramienia została wykonana z tytanu. Instrumenty na końcu ramienia stanowią aż 30% jego masy. Utrudnia to sterowanie ramieniem. Ramię musiało być jednak maksymalnie lekkie. W miejscach gdzie nie jest potrzebna ciągła struktura z tytanu pozostawiono więc wolne przestrzenie. Gdy instrumenty nie są używane ramię jest złożone. Mocowania utrzymujące ramię w takiej konfiguracji mogą sprostać przeciążeniom do 6G w czasie jazdy po skalistym podłożu. 6G odpowiada opuszczeniu niewielkiego przedmiotu na twarde podłoże z wysokości 20 cm. Mocowanie zastosowane w czasie startu i lądowania mogło wytrzymać przeciążenia rzędu 45G.

Maszt kamer PMA zlokalizowany w przednie części RED pozwolił na umieszczenie kamer na wysokości 1.4 m od podstawy kół. Zapewnia to szerokie pole widzenia i perspektywę z grubsza podobną do ludzkiej. PMA stanowi też peryskop dla instrumentu MiniTES zlokalizowanego we wnętrzu WEB. Głowica masztu zawierająca kamery i otwór wejściowy MiniTES jest obracana przez pojedynczy silnik o 360 stopni w płaszczyźnie poziomej. Oddzielny silnik może też pozycjonować głowicę w poziomie. Dzięki temu kamery mogą patrzeć 90 stopni ponad horyzont i 90 stopni pod horyzont. Dodatkowy trzeci silnik pozwala na pozycjonowanie tworu wejściowego MiniTES 30 stopni nad horyzont lub 30 stopni pod nim. W czasie lotu i lądowania PMA leżał na powierzchni WEB. Po lądowaniu jego rygle mocujące zostały zwolnione poprzez aktywację systemów pirotechnicznych.

Łazik porusza się za pomocą 6 kół o średnicy 25 centymetrów. Koła są przymocowane do dźwigni układu zawieszenia. Konstrukcja układu zawieszenia jest oparta na analogicznym systemie łazika Sojourner. Pozwala on na zachowanie równowagi gdy pod kołami znajdują się skały. Łazik może dzięki temu pokonywać przeszkody większe od średnicy kół. W trakcie projektowania systemu zawieszenia główny nacisk położono na zapobieżenie nagłym zmianom pozycji korpusu łazika podczas jazdy po skalistych powierzchniach. Każde koło posiada własne silniczki. Koła przednie i tylne mogą być poruszane niezależnie za pomocą silników sterowniczych. Dzięki temu łazik  może obracać się o 360 stopni. Sterowanie 4 kołami pozwala też na wykonywanie łuków w trakcie jazdy. Maksymalna szybkość jazdy wynosi 5 cm/s na twardej, płaskiej powierzchni. Szybkość osiąga jednak zwykle 1 cm/s lub mniej. Ruch kół podczas jazdy jest cyklicznie zatrzymywany, a w tym czasie oprogramowanie wyszukuje ewentualne małe przeszkody. Łazik zwykle jedzie przez 10 sekund, zatrzymuje się w celu oszacowania powierzchni, wykonuje jazdę trwającą 20 sekund, ponownie zatrzymuje się i następnie ponownie jedzie przez 10 sekund. Pozwala to na swobodne unikanie przeszkód. Łazik może jeździć po powierzchni o nachyleniu 45 stopni i nie przewrócić się, ale powinien unikać powierzchni o nachyleniu powyżej 30 stopni. Jazdę po powierzchni o większym nachyleniu automatycznie wstrzymuje oprogramowanie. Każde koło posiada listewki, które pozwalają na jazdę zarówno po miękkim piasku jak i wspinanie się po twardej powierzchni. Koła są też okresowo używane do wykonywania rowków w gruncie. Pozwalają dzięki temu na oceny właściwości mechanicznych gleby i odsłaniają świeżą glebę do badań za pomocą instrumentów naukowych.

Łączność z Ziemią dobywa się w paśmie X  przez antenę kierunkową dużego zysku HGA i omnikierunkową antenę małego zysku LGA.  Antena HGA może być obracana w celu precyzyjnego nakierowania na Ziemię. Dzięki temu łazik zwykle nie musi się obracać aby jej używać. Pozwala to na zaoszczędzenie energii. Ponadto antena UHF służy do wymiany danych z orbiterami w obu kierunkach, głównie z 2001 Mars Odyssey. Wykonano też udane testy wymiany danych z Mars Global Surveyor, Mars Express i MRO. Łączność UHF zwiększa ilość jednorazowo wysyłanych danych i pozwala na zaoszczędzenie energii.

Zasadnicze elementy systemu komputerowego łazika tworzą moduł elektroniki (Rover Electronics Module - REM) umieszczony we wnętrzu WEB. Układ wymiany danych z innymi komponentami łazika (Versa Module Europa Bus - VME) jest standardowym interfejsem komunikacyjnym. Pozwala on na zarządzanie instrumentami naukowymi i sensorami inżynieryjnymi oraz sterowanie wszystkimi silnikami łazika. Komputer łazika jest złożony z komponentów o jakości porównywalnej z komputerami osobistymi dostępnymi w czasie jego budowy.

Łazik jest wyposażony w trzy rodzaje pamięci: 128 megabajtów pamięci DRAM; 256 megabajtów pamięci flash RAM; oraz pamięć programowalną EEPROM 3 MB. Zasoby pamięci są około 1000 razy większe niż w przypadku łazika Sojourner.

Informacji na temat orientacji łazika dostarcza trójosiowy bezwładnościowy układ pomiarowy IMU. Pozwala on na pomiary ruchów łazika w poziomie i pionie oraz na pomiary przemieszczeń bocznych. Dane te gwarantują bezpieczeństwo przejazdu i pozwalają na unikanie powierzchni o zbyt dużym nachyleniu. System komputerowy cały czas ministruje stan łazika analizując dane np. na temat temperatury różnych komponentów, napięć i stopnia wypełnienia pamięci.

Na obu łazikach znajduje się chip z zapisanymi 35 000 nazwisk nadesłanymi za pomocą Internetu przez ludzi z całego świata. Był to element promocji misji. Na bocznej powierzchni anteny parabolicznej Spirita znajduje się także plakieta z logo i nazwiskami członków załogi misji STS-107 wahadłowca Columbia.

[Scorus]

WYPOSAŻENIE
W skład aparatury naukowej każdego łazika MER wchodzi 5 przyrządów:
- kamera panoramiczna (Panoramic Camera - PanCam);
- miniaturowy spektrometr emisji cieplnej (Miniature Thermal Emision Spektrometer - MiniTES);
- kamera mikroskopowa (Microscopic Imager - MI);
- narzędzie ścierające skały (Tool Abrasion Rock - RAT);
- spektrometr Mossbauera (Mossbauer Spectrometer - MB);
- spektrometr cząstek alfa i promieniowania rentgenowskiego (Alpha Particle X-Ray Spectrometer - APXS);
- płaszczyzny wyłapujące namagnesowane cząstki pyłu (Magnet Arrays).

Ponadto łazik posiada zestaw kamer inżynieryjnych (Engineering Cameras) - kamery nawigacje (Navigation Cameras - NavCam) oraz cztery kamery unikania niebezpieczeństw (Hazard Avoidance Cameras - HazCam). PanCam i NavCam znakują się na szczycie PMA, na wysokości 1.4 m ponad gruntem. Wysięgnik ten służy także jako peryskop dla MiniTES umieszczonego we wnętrzu WEB. Instrumenty MI, RAT, MB i AXPS umieszczono na końcówce ramienia IDD. Powierzchnie magnetyczne są umieszczone z przodu pokładu wyposażenia. Kamery unikania niebezpieczeństw HazCam znajdują się z przodu i z tyłu WEB.

[Scorus]

PanCam
Kamera panoramiczna jest parą aparatów fotograficznych o wysokiej rozdzielczości. Kamera dostarcza informacji na temat utworów powierzchniowych, kształtu i wielkości pobliskich skał, oraz na temat występowania minerałów tworzących przez wodę dzięki zastosowaniu odpowiednich filtrów. Zdjęcia są też używane do wyboru celów do dokładniejszych badań.

Pojedyncza jednostka PanCam ma masę ok. 270 g. Aparaty znajdują się po przeciwnych stronach rusztowania na szczycie PMA, w odległości 30 cm od siebie tak, że mogą wykonywać zdjęcia stereoskopowe. Każdy aparat ma efektywną długość ogniskowej 38 mm (f/20) i pole widzenia 16.8 x 16.8 stopnia (0.28 mrad na piksel). Oba aparaty posiadają po 8 filtrów, dających możliwość obrazowania multispektralego w zakresie 400 - 1100 nm. Lewy aparat jest zaopatrzony w filtr przezroczysty i filtry dla kanałów:  750 nm (szerokość kanału +/-20 nm), 670 nm (20 nm), 600 nm (20 nm), 530 nm (20 nm), 480 nm (25 nm), 430 nm (kanał wąskopasmowy), oraz filtr słoneczny 440 nm. Prawa kamera posiada następujące filtry: 430 nm (kanał wąskopasmowy), 750 nm (20 nm), 800 nm (20 nm), 860 nm (25 nm), 900 nm (25 nm), 930 nm (30 nm), 980 nm (kanał szerokopasmowy), oraz filtr słoneczny 880 nm. Filtry do obserwacji Słońca są używane w nawigacji. Kierunek do Słońca w połączeniu z porą dnia pozwala na precyzyjne wyznaczenie kierunku w który zwrócony jest łazik.

Wysięgnik z kamerą może obracać się w zakresie 360 stopni, aby można było sfotografować całą okolice. Ponadto kratownica z głowica kamer może obracać się w górę i w dół w łącznym zakresie 180 stopni. Kamera dysponuje detektorem CCD Mitel o wymiarach 1024 x 2048 pikseli. Jest podzielony na dwie części o wymiarach 1024 x 1024 pikseli, z których jedna służy do uzyskiwania obrazów. Instrument może jednorazowo wykonać mozaikę o wymiarach nawet 4000 x 24 000 pikseli. Czas ekspozycji może wynosić do 30 s. Dzięki wąskokątnej optyce oraz dużemu detektorowi CCD kamera charakteryzuje się rozdzielczością przestrzenną ponad 3 razy większą od systemu obrazującego SSI sondy Mars Pathfinder.

Cel kalibracyjny PanCam znajduje się na powierzchni RED. Ma kształt zegara słonecznego. Znajdują się na nim próbki materiałów o różnych barwach, przeznaczone dla różnych filtrów, co pozwala na skalibrowanie obserwacji multispectralnych. Obserwacje cienia rzucanego przez centralną część celu pozwalają na korektę jasności zdjęć.

[Scorus]

MiniTES
Spektrometr promieniowania cieplnego jest kompaktowym spektrometrem podczerwonym zaprojektowanym w celu określenia mineralogii gleb i skał położonych w oddali przez zmierzenie ich profili promieniowania cieplnego. Dane te są wykorzystywane podczas wybierana celów do dalszych badań. Obserwacje w podczerwieni pozwalają na wyeliminowanie wpływu pyłu pokrywającego skały i identyfikację między innymi węglanów, krzemianów, związków organicznych oraz substancji formujących się pod wpływem wody. Urządzenie wykonuje także spektrogramy atmosfery w celu poznania zawartości pary wodnej, pyłu oraz zmierzenia temperatury powietrza. Dane te są porównywane z danymi zebranymi przez instrument TES sondy Mars Global Surveyor.

MiniTES ma masę 2.1 kg . Instrument znajduje się we wnętrzu łazika, pod masztem PMA. Na szczycie wysięgnika, na tym samym poziomie co PanCam umieszczono otwór wlotowy dla promieniowania z obrotowym lustrem. Promieniowanie przechodzi przez otwór do wnętrza masztu, który jest peryskopem. Odbija on światło w dół do teleskopu u swojej podstawy, a on kieruje je do instrumentu. MiniTES jest oparty na interferometrze Michelsona i pokrywa zakres 5 - 29 mikrometrów. Pole widzenia można zmieniać pomiędzy 8 a 20 mrad. Maszt może obracać się w zakresie 360 stopni, a zasięg lustra można zmieniać pomiędzy  -50 i +30 stopni. Teleskop Cassegraina w podstawie masztu dysponuje zwierciadłem o średnicy 6.35 cm, f/12. Wiązka światła z peryskopu jest zorientowana w przybliżeniu równolegle do teleskopu. Teleskop kieruje promieniowanie do interferometru. Instrument używa pojedynczego, nieschłodzonego detektora z deuterowanej triglicyny. Wykonuje pomiary jasności w 167 kanałach podczerwieni. Posiada wewnętrzne (umieszczone wewnątrz pojazdu) i zewnętrzne (w głowicy PMA) cele kalibracyjne obserwowane w okresie bezczynności i okresowo podczas wykonywania badań. Urządzenie działa przede wszystkim w środku dnia (pomiędzy 10 p.m. a 3 a.m. czasu lokalnego), ale może być użyte także w nocy.

[Scorus]

MI
Kamera mikroskopowa służy do bardzo szczegółowego fotografowania skał i gleby. Umożliwia badania wielkości i ukształtowania ziaren w osadach co pomaga w określeniu, czy były formowane przez wodę. Instrument dostarcza też informacji o małych utworów powstających na skutek działalności wulkanicznej lub imkatów. Kamera dostarcza ponadto kontekstu ułatwiającego interpretację danych na temat składu mineralnego i pierwiastkowego badanych obiektów. Informacje na temat wielkości i kształtu drobin tworzący glebę są też istotne w badaniach procesów odpowiedzialnych na formowanie się gleby. Do czasu misji Phoenix MI była najbardziej wysokorozdzielczą kamerą jaką wysłano na Marsa.

Urządzenie składa się z mikroskopowego układu optycznego i układu elektronicznego z detektorem CCD o wymiarach 1024 x 1024 piksele. Długość ogniskowej wynosi 20 mm (f/15). Kamera wykonuje zdjęcia monochromatyczne bez zastosowania specjalistycznych filtrów, ale dzięki wykorzystaniu obrazów wykonanych przez żółtą, przezroczystą osłonę przeciwpyłową soczewki można uzyskać pewne informacje o barwie fotografowanej próbki. Osłona pełni rolę filtra przepuszczającego światło w zakresie 400 - 680 nm. Rozdzielczość obrazów wynosi 30 mikrometrów na piksel, co wystarcza, aby ostro zobaczyć ziarna piasku, ale ziarna pyłu są już niewyraźne. Pole widzenia ma wielkość 31 x 31 mm. Kamera jest nieruchoma i porusza się z całym ramieniem. Jest pozycjonowana w odległości około 63 mm od powierzchni fotografowanego obiektu. Głębokość pola widzenia wynosi zaledwie 3 - 4 mm, co często powoduje kłopoty w odtworzeniu trójwymiarowej faktury próbki. Rozwiązano to nakładając kilka obrazów wykonywanych podczas minimalnych ruchów ramienia za pomocą specjalistycznego oprogramowania opracowanego w Ames. Prowadzi to do otrzymania jednego obrazu dobrej jakości. Nakładając dwa obrazy można także uzyskać zwykły obraz stereoskopowy oraz mozaiki obrazów.

[Scorus]

RAT
Instrument do ścierania skał jest urządzeniem zawierającym tarczę szlifierską używanym do usunięcia z powierzchni badanej skały pyłku i zwietrzałego materiału celem odsłonięcia świeżej powierzchni. Taka powierzchnia, prawdopodobnie nie zmieniona przez warunki środowiskowe jest następnie badana przez inne instrumenty sondy.

RAT charakteryzuje się masą  0.75 kg i poborem mocy 30 W. Przyrząd ma 7 cm średnicy i 10 cm długości. Używa dwóch diamentowych kół szlifierskich. Każde  koło ma dwa zęby wycinające kołowy fragment skały podczas szybkich obrotów. Tarcze obracając się wolno wokół siebie czyszczą kołowy obszar o średnicach 4.5 cm. Wywiercona dziura może mieć głębokość nawet 0.5 cm. Podczas pracy mierzone są zużycia prądu i temperatura instrumentu. Dane te pozwalają na nałożenie ograniczeń na właściwości fizyczne badanej skały. Dla gęstego bazaltu czas wiercenia typowego otworu wynosi ok. 2 godzin.

[Scorus]

MB
Spektrometr Mossbauera został zaprojektowany do badań zawartości minerałów żelaza. Pozwala na identyfikację i określenie koncentracji minerałów trudnych do wykrycia za pomocą pozostałych instrumentów. Dane te są istotne dla oszacowań warunków środowiskowych panujących w przeszłości geologicznej. Pozwala na rozpoznanie minerałów które powstawały przy udziale wody w ciepłym klimacie. Instrument może też badać właściwości magnetyczne skał i gleb.

Instrument MB ma masę 0.55 kg i pobiera 2 W mocy. Może być umieszczony bezpośrednio na badanym materiale. Czas pojedynczego pomiaru wynosi ok. 12 godzin. Moduł elektroniki instrumentu ma masę 0.14 kg i wymiary 16 x 10 x 2.5 cm. Został umieszczony wewnątrz WEB. Głowica instrumentu zainstalowana na końcu ramienia ma wymiary 9.0 x 5.0 x 4.0 cm i masę 0.41 kg. Zawiera dwa radioaktywne źródła 57Co/Rh służące do naświetlania badanej próbki. Wtórne promieniowanie z próbki jest następnie rejestrowane przez detektory promieniowania gamma i promieniowania rentgenowskiego w głowicy przyrządu. Energia kwantów jest charakterystyczna dla określonych substancji i umożliwia ich identyfikację. Spektrogramy kalibracyjne są wykonywane przez kanał odniesienia wewnątrz instrumentu podczas badań próbek. Na łaziku znajduje się także cel kalibracyjny bogaty w magnetyt, który może być bezpośrednio analizowany przez spektrometr.

Urządzenie zbudował zespół Mossbauer Group z Johannes Gutenberg University w Niemczech.

[Scorus]

APXS
Spektrometr cząstek alfa i promieniowania rentgenowskiego służy do określania pierwiastkowego składu skał i gleb w miejscu pracy łazika. Dane te uzupełniają wyniki pomiarów składu mineralnego wykonywane przez inne instrumenty i uwiarygodniają je. Dane na temat składu pierwiastkowego są też istotne do badań procesów formowania skał, procesów atmosferycznych oddziaływań na materiał powierzchniowy, oraz poszukiwań dowodów na przeszłą obecność wody. Urządzenie pozwala na wykrycie wszystkich pierwiastków skałotwórczych. Zawartość wodoru nie może być określona.

Instrument APXS może być umieszczany bezpośrednio na badanej próbce. Urządzenie naświetla próbki cząstkami alfa i promieniowaniem rentgenowskim z radioaktywnego źródła 244Cm, a następnie rejestruje widma energii wtórnych cząstek alfa i promieni X wyemitowanych przez badany materiał. Głowica urządzenia zawiera 6 radioaktywnych źródeł o całkowitym natężeniu promieniowania 30 nCi. Każde źródło jest pokryte aluminiową folią o grubości 3 mikrometrów, która zmniejsza energię emitowanych cząstek alfa do zakresu 5.2 MeV - 5.8 MeV. Energia taka pozwala na wyeliminowanie tła atmosferycznego dwutlenku węgla. Kolimatory z przodu źródeł dają pole widzenia o średnicy 38 mm. Źródła otacza 6 detektorów cząstek alfa. Wewnątrz znajduje się wysokorozdzielczy, krzemowy detektor promieni X. Instrument jest chroniony przed pyłem za pomocą pary osłon. Podczas badań osłony są odsuwane i odsłaniają źródła oraz detektory. Wewnętrzna powierzchnia osłon stanowi też cel kalibracyjny. Elektronika urządzenia znajduje się w WEB.

Instrument może mierzyć zawartość pospolitych pierwiastków takich jak Mg, Al, Si, K, Ca, i Fe oraz rzadszych pierwiastków Na, P, S, Cl, Ti, Cr, oraz Mn. Detektor promieniowania rentgenowskiego pracuje w pasmach 160 eV i 6.4 keV. Detektory cząstek alfa najlepiej mierzą zawartość lżejszych pierwiastków takich jak węgiel i tlen. Najlepsze obserwacje można wykonywać w nocy, gdy temperatury są najniższe zapewniając najlepszą rozdzielczość widmową. Pojedyncze obserwacje trwają co najmniej 10 godzin.

Instrument został zbudowany w Niemczech. Urządzenie jest unowocześnioną wersją instrumentu łazika Sojourner sondy Mars Pathfinder. Wcześniej podobne spektrometry znajdowały się także na niemobilnych lądownikach radzieckich sond Phobos 1 i 2. Urządzenie takie zastosowano też na lądowniku Philae sondy Rosetta. Kolejna jego wersja znajdzie się na łaziku MSL.

[Scorus]

POWIERZCHNIE MAGNETYCZNE
Powierzchnie magnetyczne zostały zaprojektowane w celu zebrania próbek magnetycznych komponentów pyłu atmosferycznego, gleby i skal celem poznania ich składu i pochodzenia. Ich okresowe badania oraz obserwacje zmian tępa ich osadzania dostarczają kolejnych informacji na temat mineralogii i historii geologicznej miejsca lądowania.

Łazik posiada trzy powierzchnie magnetyczne. Jedna znajduje się na instrumencie RAT i służy do zbierania magnetycznego pyłu powstałego podczas borowania skał. Składa się z czterech magnesów o różnych siłach. Każdy ma 0.7 cm średnicy i 0.9 cm grubości. Magnesy po zebraniu pyłu są fotografowane przez kamerę panoramiczną. Później odpowiednie urządzenie przemieszcza magnesy do odpowiedniej tulei. Tam, podczas zimnej nocy marsjańskiej  pył odpada i magnesy są gotowe do kolejnych badań. Kolejna powierzchnia znajduje się z przodu łazika i jest ustawiona pod kątem tak, aby niemagnetyczne drobiny spadały, a przyczepiały się tylko drobiny namagnesowane. Jest następnie analizowana za pomocą spektrometrów MB i APXS. Powierzchnia ta składa się z magnesu wyłapującego cząstki i magnesu filtra. Magnes wyłapujący jest silnym magnesem wychwytującym ziarenka żelaza. Drugi, słabszy magnes wyłapuje inne rodzaje pyłu. Trzecia powierzchnia znajduje się na pokładzie wyposażenia, koło masztu PanCam tak, że może być fotografowana z durzą rozdzielczością. Jest to cienkościenna magnetyczna rurka ustawiona wzdłuż osi symetrii łazika. Magnes jest wystarczająco silny, by wyłapać cząstki niesione przez wiatr. Pył jest gromadzony w pierścieniu odpowiadającym wewnętrznej powierzchni rurki. Środek rurki gromadzi cząstki niemagnetyczne tak, że magnetyczny pył zbiera się w większych odległościach od środka.

Cały układ powierzchni magnetycznych został opracowany w Danii.

[Scorus]

KAMERY INŻYNIERYJNE
W skład kamer inżynieryjnych wchodzą dwie kamery nawigacyjne NavCam i cztery kamery unikania niebezpieczeństw HazCam. Wszystkie kamery używają detektorów CCD o wymiarach 1024 x 1024 pikseli.

Kamery HazCam są ustawione parami na przedzie i z tyłu WEB. Ustawienie kamer względem siebie w każdej parze pozwala na wykonywanie zdjęć stereoskopowych.

Para tylna znajduje się wyżej a para tylna - niżej. Kamery te wykonują zdjęcia  monochromatyczne w zakresie światła widzialnego. Ich pole widzenia ma wymiary 120 x 120 stopni dzięki zastosowaniu soczewki rybie oko. Kamery te obserwują teren na odległość ok. 3 m od łazika wykrywając drobne przeszkody na trasie jego przejazdu. Obrazy są interpretowane przez oprogramowanie pojazdu, które omija wykryte przeszkody. Para przednia jest ponadto stosowana podczas użytkowania ramienia IDD i pozycjonowania jego instrumentów.

Dwie kamery NavCam są ustawione na wysięgniku PMA, obok aparatów kamery panoramicznej. Dają stereoskopowe, monochromatyczne obrazy o rozdzielczości niższej od PanCam. Pole widzenia ma wymiary ok. 45 x 45 stopni. Obrazy są używanego planowania trasy łazika, ale tak jak HazCam umożliwiają także identyfikację przeszkód i omijanie ich. NavCam pozwala na szybkie uzyskanie 360-stopniowej panoramy miejsca pobytu łazika, która ułatwia selekcję dalszych celów badań.

[Scorus]

PROCEDURA LĄDOWANIA
Na krótko przed lądowaniem komunikacja była przełączana z anteny średniego zysku modułu napędowego na antenę małego zysku. Umożliwiało to łączność podczas zmiany konfiguracji przestrzennej poprzedzającej odrzucenie modułu napędowego. Następnie statek kosmiczny obracał się w celu zwrócenia osłony termicznej na Marsa. Potem antena w osłonie aerodynamicznej wysłała proste sygnały radiowe potwierdzające prawidłowy stan sondy. Później służyła ona do potwierdzania wykonania krytycznych operacji podczas lądowania. Następnie moduł napędowy był odrzucany a kapsuła z lądownikiem wchodziła w atmosferę. Całe lądowanie trwało tylko 6 minut. Sonda wchodziła w atmosferę z szybkością 12 000 mil na godzinę. Osłona termiczna rozgrzewała się do temperatury około 1 447st C i wstępnie zmniejszała szybkość sondy. 4 minuty od wejścia w atmosferę szybkość została zmniejszona do około 1000 mil na godzinę. Sonda znajdowała się na wysokości 30 000 stóp. Wtedy rozkładany był spadochron. 20 sekund później odrzucana była osłona termiczna. 10 sekund po jej odrzuceniu, na wysokości 20 000 stóp lądownik był opuszczany na linie pod osłoną górną. Na wysokości 8 000 stóp system radarowy rozpoczynał pomiary odległości do powierzchni oraz szybkości pionowej względem powierzchni. W tym czasie kamera DIMES uzyskała 3 zdjęcia powierzchni. Oprogramowanie porównywało pozycję widocznych na nich utworów o dużym kontraście w celu oszacowania szybkości poziomej sondy. Dane te były istotne dla procedury uruchamiania silników rakietowych. W tym czasie antena łazika zastąpiła antenę osłony aerodynamicznej w transmisji sygnałów do MGS. W dalszej kolejności napełnione zostały poduszki powietrzne oraz odpalone silniki rakietowe na paliwo stałe. Zmniejszyły one szybkość sondy prawie do zera na wysokości 40 stóp.  Na 3 sekundy przed lądowaniem lądownik odcinał się od liny łączącej go z osłoną górną i swobodnie opadał na powierzchnię. Antena łazika transmitowała wtedy tylko sygnał nośny. Szacowano, że lądownik odbije się 3 – 5 razy od powierzchni i przetoczy się na dystansie około 1 kilometra. 14 minut po lądowaniu i 4 minuty po znieruchomieniu łazik wznawiał transmisję prostych impulsów radiowych potwierdzających udane lądowanie. Sygnał wysyłała też antena lądownika na wypadek gdyby łazik znajdował się w orientacji uniemożliwiającej łączność. Po opróżnieniu poduszek powietrznych lądownik otwierał się, a łazik rozkładał panele słoneczne, układ zawieszenia kół oraz maszt kamer. Rozkładanie tych elementów trwało około 80 minut. Następnie łazik transmitował dane opasujące swój stan techniczny do orbitera Mars Odyssey. W nastopnych dniach łazik był przygotowywany do wyjazdu z lądownika.