Phoenix Mars Lander è stata una sonda robotica sviluppata dalla NASA per l'esplorazione del pianeta Marte. La missione scientifica della sonda era studiare l'ambiente marziano per verificarne la possibilità di sostenere forme di vita microbiche e per studiare l'eventuale presenza di acqua nell'ambiente. La sonda è stata lanciata il 4 agosto 2007 alle 05:26:34 am EDT da un razzo Delta II 7925 prodotto dalla Boeing ed è atterrata su Marte il 25 maggio 2008 alle 23:38 UTC. La sonda è stata creata da un programma congiunto del Lunar and Planetary Laboratory dell'Università dell'Arizona sotto direzione NASA. Al programma parteciparono anche università statunitensi, canadesi, svizzere, tedesche, la Canadian Space Agency ed alcune imprese aerospaziali. La sonda è atterrata nei pressi della calotta polare settentrionale del pianeta, una regione ricca di ghiaccio, e un braccio robot ha cercato nel terreno artico eventuali tracce di acqua e microbi. La missione si è conclusa il 10 novembre 2008.
Il lander Phoenix è la sesta sonda ad atterrare sul pianeta rosso e la terza, dopo i Viking 1 e 2 ad utilizzare dei propulsori per controllare la discesa.
Sviluppo La NASA ha selezionato la missione Phoenix dell'Università dell'Arizona per il lancio del 2007 nell'agosto del 2003. La missione è stata la prima di una serie di piccole missioni note come Scout progettate per competere con il Mars Exploration Program dell'Agenzia Spaziale Europea. La selezione per la missione Phoenix durò due anni e si svolse in competizione con altri istituti. I 325 milioni di dollari pagati dalla NASA per la missione superarono di sei volte come costo qualunque precedente ricerca svolta dall'Università dell'Arizona. Il costo totale della missione è stato di 420 milioni di dollari.
Il Dr. Peter H. Smith del Lunar and Planetary Laboratory dell'Università dell'Arizona, direttore del progetto, scelse per la missione il nome Phoenix prendendo spunto dalla fenice della mitologia, l'uccello in grado di risorgere dalle proprie ceneri. Con Phoenix, infatti, fu ripresa la progettazione di un lander che avrebbe dovuto essere lanciato nel 2001 ma la cui missione era stata cancellata. La Lockheed Martin comunque lo aveva quasi completato e decise di mantenerlo in sospeso per poterlo riutilizzare. Dopo la selezione Smith disse "Sono molto felice di poter iniziare il vero lavoro che porterà ad una missione di successo su Marte".
Phoenix è stato un programma congiunto del Lunar and Planetary Laboratory dell'Università dell'Arizona sotto direzione NASA. Gli strumenti scientifici sono stati sviluppati dall'Università della California, il Jet Propulsion Laboratory di Pasadena della NASA si è occupato del progetto della missione e della sua gestione. La Lockheed Martin Space Systems di Denver (Colorado) ha prodotto la sonda e si è occupata delle verifiche della stessa. La Canadian Space Agency ha sviluppato la stazione meteorologica, compreso un innovativo sensore atmosferico basato su tecnologia laser. Tra gli istituti di ricerca secondari vi sono il Malin Space Science Systems (California), il Max Planck Institute for Solar System Research (Germania), il NASA Ames Research Center (California), il NASA Johnson Space Center (Texas), l'Optech Incorporated, l'Istituto SETI, il Texas A&M University, la Tufts University, l'University of Colorado, l'University of Michigan, l'Università di Neuchâtel (Svizzera), l'University of Texas at Dallas, l'University of Washington, la Università Washington a Saint Louis, e la York University (Canada).
Il 2 giugno 2005 dopo le prime critiche dei membri il progetto preliminare venne rivisto e la NASA lo approvò per la realizzazione.
Caratteristiche tecniche La sonda è atterrata utilizzando i razzi per rallentare la discesa, così come era accaduto nel programma Viking. Nel 2007 il professore Dirk Schulze-Makuch della Washington State University inviò un documento all'American Astronomical Society nel quale ipotizzava che i razzi delle missioni Viking potessero aver ucciso gli eventuali microrganismi presenti nella zona dell'atterraggio. Tale ipotesi arrivò quando la missione era oramai in fase avanzata e modifiche sostanziali non potevano essere fatte senza rimandare la missione. Chris McKay uno degli scienziati che si occupavano del progetto per la NASA affermò pubblicamente di ritenere tali preoccupazioni infondate. Esperimenti condotti da Nilton Penno dell'Università del Michigan con i suoi studenti hanno analizzato l'influenza dei razzi sulla superficie ed hanno evidenziato che il danneggiamento è minimo. Le modalità di atterraggio non avrebbero dovuto quindi influenzare la missione.
Strumenti ed esperimenti scientifici Il lander della missione Phoenix era derivato da quello che avrebbe dovuto atterrare su Marte nella missione Mars Surveyor. Quest'ultimo era stato quasi completato dalla Lockheed Martin quando, nel 2000, la NASA annullò la missione, e da allora fu conservato in una camera controllata fino al finanziamento della missione Phoenix.
Rinominata Phoenix, venne integrata una versione migliorata della fotocamera panoramica dell'University of Arizona e uno strumento di analisi degli elementi volatili derivato da quello presente nel Mars Polar Lander: inoltre la sonda includeva esperimenti sviluppati per il programma Mars Surveyor 2001 come il braccio robot e il microscopio per le analisi chimiche e batteriologiche. Gli strumenti scientifici includevano una fotocamera per le immagini durante la discesa e degli strumenti meteorologici.
Braccio robotizzato Il braccio robotico era stato progettato con una estensione di ed era in grado di scavare la superficie sabbiosa fino ad una profondità di . Venne progettato e costruito dalla Alliance Spacesystems LLC.
Robotic Arm Camera (RAC) La Robotic Arm Camera (RAC) era una camera fotografica attaccata al braccio robotico in prossimità della pala, per riprendere immagini a colori dell'area e verificare i campioni raccolti. La camera venne progettata dalla University of Arizona e dal Max Planck Institute for Solar System Research (Germania).
Surface Stereo Imager (SSI) La camera fotografica primaria della sonda era il Surface Stereo Imager (SSI), una camera fotografica stereo che riprese diverse immagini della regione artica marziana. Lo strumento utilizzava il sole come riferimento per determinare la distorsione atmosferica dovuta a polvere e altri fattori. Venne costruita dall' University of Arizona in collaborazione con il Max Planck Institute for Solar System Research.
Thermal and Evolved Gas Analyzer (TEGA) Il Thermal and evolved Gas analyzer (TEGA) era costituito da una piccola fornace ad alta temperatura e uno spettrometro di massa. Venne utilizzato per riscaldare i campioni del suolo e determinare la composizione dei vapori risultanti. Erano presenti otto camere, delle dimensioni di una penna a sfera, ciascuna in grafo di analizzare un campione, Lo strumento misurò anche i composti organici volatili, come il metano, fino ad una concentrazione di 10 ppb. Lo strumento TEGA venne costruito dall'University of Arizona e la University of Texas at Dallas.
Mars Descent Imager (MARDI) La camera Mars Descent Imager era progettata per riprendere immagini del sito di atterraggio durante gli ultimi 3 minuti di discesa della sonda. Tuttavia, in un test prima del lancio, venne rilevato un problema in una scheda di interfaccia che poteva potenzialmente causare un danneggiamento dei dati. Il potenziale problema poteva verificarsi se la scheda di interfaccia riceveva una immagine dallo strumento MARDI durante una fase critica della discesa finale, con la perdita dei dati provenienti dalla piattaforma inerziale, di importanza critica nel controllo della discesa e atterraggio della sonda. Questo rischio venne considerato inaccettabile, e fu deciso di non utilizzare la camera MARDI, poiché il problema venne scoperto troppo tardi per essere riparato.
La camera MARDI venne costruita dalla Malin Space Science Systems, originalmente progettata per la missione Mars Surveyor.
Microscopy, electrochemistry, and conductivity analyzer (MECA) Il Microscopy, Electrochemistry, and Conductivity Analyzer (MECA) era uno strumento progettato originalmente per il Mars Surveyor, costituito da un analizzatore per la chimica umida (Wet chemistry Lab), un microscopio ottico e a forza atomica, costruito da un consorzio svizzero guidato dalla Università di Neuchâtel, una sonda termica e una sonda conduttiva.
Il MECA era in grado di analizzare particelle di suolo fino a , determinandone la composizione degli ioni idrosolubili e misurando la conduttività termica ed elettrica attraverso una sonda posta nel braccio robotico.
Sample wheel and translation stage Lo strumento permetteva di portare i campioni prelevati dal braccio robotico al microscopio ottico e a scansione atomica. È stato progettato dall'Imperial College London.
Microscopio ottico Il microscopio ottico, progettato dalla università dell'Arizona, era in grado di riprendere immagini del suolo marziano fino ad una risoluzione di 256 pixel/mm o 16 micrometri/pixel. Il campo visivo era di 2×2 mm, illuminato da 9 led rossi, verdi e blu o da tre led a luce ultravioletta. Il sensore CCD del microscopio aveva l'elettronica condivisa con la camera montata sul braccio robotico.
Microscopio a forza atomica Il microscopio a forza atomica aveva accesso ad una piccola area del campione inviato al microscopio ottico. Lo strumento effettuava una scansione con una risoluzione massima di , ed è stato costruito da un consorzio svizzero guidato dall'università di Neuchâtel.
Chimica umida Il sensore è stato progettato e costruito da Thermo Fisher Scientific. Le analisi avvenivano aggiungendo acqua al campione di suolo prelevato dal braccio robotico e misurando successivamente gli ioni dissolti nell'acqua provenienti dal campione, come sodio, magnesio, calcio e zolfo. Queste informazioni erano necessarie per la valutazione della compatibilità biologica del suolo, sia per eventuali microorganismi marziani che per i futuri astronauti.
Lo strumento conteneva quattro camere identiche, ciascuna fornita di 26 sensori, e un sensore di temperatura. La concentrazione degli ioni era determinata tramite la misurazione del cambiamento di potenziale elettrico attraverso membrane che erano attraversate dagli ioni stessi. Due elettrodi sensibili all'ossigeno e all'anidride carbonica funzionavano con lo stesso principio, ma con membrane permeabili ai gas. Altri sensori erano dedicati alla ciclovoltammetria e voltammetria di ridissoluzione anodica.
Thermal and Electrical Conductivity Probe (TECP)
Il Thermal and Electrical Conductivity Probe possedeva quattro sonde per la misurazione nel terreno di temperatura, umidità relativa, conduttività termica, conduttività elettrica, permittività dielettrica, velocità del vento e temperaura atmosferica.
Una sonda utilizzava degli elementi riscaldanti interni per inviare un impulso di calore, e registrava l'intervallo durante il qual e il calore veniva dissipato nel terreno. La velocità di propagazione del calore permetteva la misurazione della conduttività termica, il calore specifico e la diffusività termica.
Le sonde misuravano la permittività dielettrica e la conduttività elettrica per determinare l'umidità e la salinità del terreno. Mentre le prime due sonde misuravano i sali e le proprietà termiche, le altre due misuravano la quantità di acqua.
Stazione meteorologica La Meteorological Station (MET) registrava quotidianamente le condizioni meteorologiche. Era equipaggiata con sensori per misurare il vento, la pressione e la temperatura. Inoltre era presente un lidar per la misurazione della quantità di particelle di polvere nell'aria. La stazione meteorologica era progettata in Canada dalla Optech e MDA e la Canadian Space Agency, con contributi di University of Alberta, Università di Aarhus (Danimarca), Università Dalhousie, Finnish Meteorological Institute.