Mars Science Laboratory

Den här artikeln handlar om rymdfärden till Mars. För yt-rover, se Nyfikenhet (rover) . För händelser och fynd på Mars, se Timeline of Mars Science Laboratory .

Mars Science Laboratory
MSL cruise stage configuration (PIA14831).png
MSL kryssningskonfiguration
Uppdragstyp Mars rover
Operatör NASA
COSPAR ID 2011-070A Edit this at Wikidata
SATCAT nr. 37936
Hemsida http://mars.jpl.nasa.gov/msl/
Uppdragets varaktighet

Primär: 669 marssols (687 dagar) Förfluten: 10 år, 6 månader, 26 dagar
Rymdskeppsegenskaper
Tillverkare JPL
Lanseringsmassa 3 839 kg (8 463 lb)
Uppdragets början
Lanseringsdag   26 november 2011, 15:02:00.211 ( 2011-11-26UTC15:02 ) UTC
Raket Atlas V 541 (AV-028)
Starta webbplats Cape Canaveral SLC-41
Entreprenör United Launch Alliance
Mars rover
Landningsdatum
6 augusti 2012, 05:17 UTC (för 10 år, 6 månader och 26 dagar sedan )
Landningsplats Bradbury landar i Gale Crater
Kört avstånd 27,55 km (17,12 mi) på Mars den 24 februari 2022
Mars Science Laboratory mission logo.png  

Mars Science Laboratory ( MSL ) är ett robotiskt rymdsonduppdrag till Mars som lanserades av NASA den 26 november 2011, som framgångsrikt landade Curiosity , en Mars-rover , i Gale Crater den 6 augusti 2012. De övergripande målen inkluderar att undersöka Mars beboelighet , studerar dess klimat och geologi och samlar in data för ett mänskligt uppdrag till Mars . Rovern bär en mängd olika vetenskapliga instrument designade av ett internationellt team.

Översikt

Hubble- vy över Mars: Gale-kratern kan ses. Något till vänster och söder om mitten är det en liten mörk fläck med damm som följer söderut från den.

MSL genomförde framgångsrikt den mest exakta marslandningen av någon känd rymdfarkost vid den tiden, och träffade en liten mållandningsellips på endast 7 gånger 20 km (4,3 gånger 12,4 mi), i Aeolis Palus-regionen i Gale Crater . I händelsen uppnådde MSL en landning 2,4 km (1,5 mi) österut och 400 m (1 300 fot) norr om mitten av målet. Denna plats är nära berget Aeolis Mons (alias "Mount Sharp"). Roveruppdraget är inställt på att utforska under minst 687 jorddagar (1 marsår) över en räckvidd på 5 gånger 20 km (3,1 gånger 12,4 mi).

Mars Science Laboratory-uppdraget är en del av NASA:s Mars Exploration Program , ett långsiktigt arbete för robotutforskning av Mars som hanteras av Jet Propulsion Laboratory of California Institute of Technology . Den totala kostnaden för MSL-projektet är cirka 2,5 miljarder USD.

Tidigare framgångsrika amerikanska Mars-rovers inkluderar Sojourner från Mars Pathfinder- uppdraget och Mars Exploration Rovers Spirit and Opportunity . Nyfikenhet är ungefär dubbelt så lång och fem gånger så tung som Spirit and Opportunity , och bär över tio gånger massan av vetenskapliga instrument.

Mål och syfte

MSL självporträtt från Gale Crater sol 85 (31 oktober 2012).
För resultat och fynd, se Tidslinje för Mars Science Laboratory .

MSL-uppdraget har fyra vetenskapliga mål: Bestäm landningsplatsens beboelighet inklusive vattnets roll , studiet av klimatet och Mars geologi . Det är också en användbar förberedelse för ett framtida mänskligt uppdrag till Mars .

För att bidra till dessa mål har MSL åtta huvudsakliga vetenskapliga mål:

Biologisk
Geologiska och geokemiska
Planetarisk process
Ytstrålning

Ungefär ett år in i ytuppdraget, och efter att ha bedömt att forntida Mars kunde ha varit gästvänligt för mikrobiellt liv, utvecklades MSL-uppdragets mål till att utveckla prediktiva modeller för bevarandeprocessen av organiska föreningar och biomolekyler ; en gren av paleontologin som kallas tafonomi .

Specifikationer

Rymdskepp

Mars Science Laboratory i slutmontering
Diagram över MSL-rymdfarkosten: 1- Kryssningssteg; 2- Backshell; 3- Nedstigningssteg; 4- Curiosity rover ; 5- Värmesköld ; 6- Fallskärm

Rymdfarkostens flygsystem hade en massa vid uppskjutning på 3 893 kg (8 583 lb), bestående av ett kryssningssteg med Earth-Mars-bränsle (539 kg (1 188 lb)), systemet för entry-descent-landing (EDL) (2 401 kg (5 293) lb) inklusive 390 kg (860 lb) landande drivmedel ), och en 899 kg (1 982 lb) mobil rover med ett integrerat instrumentpaket.

MSL-rymdfarkosten inkluderar rymdfärdsspecifika instrument, förutom att använda ett av roverinstrumenten - Radiation Assessment Detector (RAD) - under rymdfärden till Mars.

  • MSL EDL Instrument (MEDLI): MEDLI-projektets huvudmål är att mäta aerotermiska miljöer, värmesköldmaterialrespons under ytan, fordonsorientering och atmosfärisk densitet. MEDLI-instrumentsviten installerades i värmeskölden på MSL-entréfordonet. De insamlade uppgifterna kommer att stödja framtida Mars-uppdrag genom att tillhandahålla uppmätta atmosfäriska data för att validera Mars- atmosfärmodeller och förtydliga landerdesignmarginalerna för framtida Mars-uppdrag. MEDLI-instrumenteringen består av tre huvuddelsystem: MEDLI Integrated Sensor Plugs (MISP), Mars Entry Atmospheric Data System (MEADS) och Sensor Support Electronics (SSE).

Rover

Färgkodat roverdiagram
Huvudartikel: Curiosity (rover) § Specifikationer

Curiosity rover har en massa på 899 kg (1 982 lb), kan färdas upp till 90 m (300 fot) per timme på sitt sexhjuliga rocker-boggisystem, drivs av en multi-mission radioisotop termoelectric generator (MMRTG) , och kommunicerar i både X-band och UHF-band.

  • Datorer: De två identiska roverdatorerna ombord, kallade "Rover Compute Element" (RCE), innehåller strålningshärdat minne för att tolerera extrem strålning från rymden och för att skydda mot avstängningscykler. Varje dators minne innehåller 256 KB EEPROM , 256 MB DRAM och 2 GB flashminne . Detta kan jämföras med 3 MB EEPROM, 128 MB DRAM och 256 MB flashminne som används i Mars Exploration Rovers.
RCE-datorerna använder RAD750 CPU (en efterföljare till RAD6000 CPU som används i Mars Exploration Rovers) som arbetar på 200 MHz. RAD750-processorn klarar upp till 400 MIPS , medan RAD6000-processorn klarar upp till 35 MIPS. Av de två omborddatorerna är en konfigurerad som backup, och tar över vid problem med huvuddatorn.
Rovern har en tröghetsmätenhet (IMU) som ger 3-axlig information om dess position, vilket används vid rovernavigering. Roverns datorer är ständigt självövervakande för att hålla rovern i drift, till exempel genom att reglera roverns temperatur. Aktiviteter som att ta bilder, köra och använda instrumenten utförs i en kommandosekvens som skickas från flygteamet till rovern.

Roverns datorer kör VxWorks , ett realtidsoperativsystem från Wind River Systems . Under resan till Mars körde VxWorks applikationer dedikerade till navigerings- och vägledningsfasen av uppdraget, och hade även en förprogrammerad mjukvarusekvens för att hantera komplexiteten i entry-descent-landing. När de väl landat ersattes applikationerna med programvara för att köra på ytan och utföra vetenskapliga aktiviteter.

Se även: Jämförelse av inbyggda datorsystem ombord på Mars rovers
Goldstone- antenn kan ta emot signaler
Hjul av ett arbetande syskon till Curiosity . Morsekodmönstret (för " JPL ") representeras av små (prickar) och stora (streck) hål i tre horisontella linjer på hjulen. Koden på varje rad läses från höger till vänster.
  • Kommunikation: Curiosity är utrustad med flera kommunikationsmedel, för redundans. En X-band Small Deep Space Transponder för kommunikation direkt till jorden via NASA Deep Space Network och en UHF Electra -Lite mjukvarudefinierad radio för kommunikation med Mars orbiters. X-bandssystemet har en radio, med en 15 W effektförstärkare, och två antenner: en rundstrålande antenn med låg förstärkning som kan kommunicera med jorden vid mycket låga datahastigheter (15 bitar/s vid maximal räckvidd), oavsett roverorientering , och en högförstärkningsantenn som kan kommunicera i hastigheter upp till 32 kbit/s, men som måste riktas. UHF-systemet har två radioapparater (cirka 9 W sändningseffekt), som delar en rundstrålande antenn. Denna kan kommunicera med Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) och 2001 Mars Odyssey orbiter (ODY) i hastigheter upp till 2 Mbit/s respektive 256 kbit/s, men varje orbiter kan bara kommunicera med Curiosity i cirka 8 minuter per dag. Orbitarna har större antenner och kraftfullare radioapparater och kan vidarebefordra data till jorden snabbare än vad rovern kunde göra direkt. Därför är det mesta av data som returneras av Curiosity (MSL) via UHF-relälänkarna med MRO och ODY. Dataåtergången under de första 10 dagarna var cirka 31 megabyte per dag.
Normalt sänds 225 kbit/dag av kommandon till rover direkt från jorden, med en datahastighet på 1–2 kbit/s, under ett 15-minuters (900 sekunder) sändningsfönster, medan de större volymerna data samlas in av rover returneras via satellitrelä. Envägskommunikationsfördröjningen med jorden varierar från 4 till 22 minuter, beroende på planeternas relativa positioner, med 12,5 minuter som genomsnittet.
Vid landning övervakades telemetri av 2001 års Mars Odyssey orbiter, Mars Reconnaissance Orbiter och ESA:s Mars Express . Odyssey kan förmedla UHF-telemetri tillbaka till jorden i realtid. Stafetttiden varierar med avståndet mellan de två planeterna och tog 13:46 minuter vid landningstillfället.
  • Rörlighetssystem: Curiosity är utrustad med sex hjul i en vippbogieupphängning, som även fungerade som landningsställ för fordonet, till skillnad från sina mindre föregångare. Hjulen är betydligt större (50 centimeter (20 tum) i diameter) än de som användes på tidigare rovers. Varje hjul har klossar och är oberoende manövrerade och växlade, vilket ger möjlighet att klättra i mjuk sand och klättra över stenar. De fyra hörnhjulen kan styras oberoende av varandra, vilket gör att fordonet kan svänga på plats samt utföra bågsvängar. Varje hjul har ett mönster som hjälper det att bibehålla dragkraft och lämnar mönstrade spår i Mars sandiga yta. Det mönstret används av kameror ombord för att bedöma tillryggalagd sträcka. Själva mönstret är morsekod för " JPL " ( •−−− •−−• •−•• ) . Baserat på massans centrum kan fordonet motstå en lutning på minst 50 grader i vilken riktning som helst utan att välta, men automatiska sensorer kommer att begränsa rovern från att överskrida 30-graders tilt.

Instrument

Huvudinstrument
APXS – Alfapartikelröntgenspektrometer
ChemCam – Kemi och kamerakomplex
CheMin – Kemi och Mineralogi
DAN – Dynamic Albedo of Neutrons
Hazcam – Hazard Avoidance Camera
MAHLI – Mars Hand Lens Imager
MARDI – Mars Descent Imager
MastCam – Mastkamera
MEDLI – MSL EDL Instrument
Navcam – Navigationskamera
RAD – Strålningsbedömningsdetektor
REMS – Rover Environmental Monitoring Station
SAM – Provanalys på Mars
Huvudartikel: Curiosity (rover) § Instrument
Skuggan av Curiosity och Aeolis Mons ("Mount Sharp")

Den allmänna analysstrategin börjar med högupplösta kameror för att leta efter funktioner av intresse. Om en viss yta är av intresse Curiosity förånga en liten del av den med en infraröd laser och undersöka den resulterande spektrasignaturen för att fråga bergets elementära sammansättning. Om den signaturen intriger, kommer rovern att använda sin långa arm för att svänga över ett mikroskop och en röntgenspektrometer för att ta en närmare titt. Om provet kräver ytterligare analys, Curiosity borra i stenblocket och leverera ett pulveriserat prov till antingen SAM eller CheMin analytiska laboratorier inuti rovern.

Jämförelse av strålningsdoser – inkluderar mängden upptäckt på resan från jorden till Mars av RAD på MSL (2011–2013).
RAD om nyfikenhet . _
  • Dynamic Albedo of Neutrons (DAN): En pulsad neutronkälla och detektor för att mäta väte eller is och vatten vid eller nära Mars yta. Den 18 augusti 2012 (sol 12) slogs det ryska vetenskapsinstrumentet DAN på, vilket markerade framgången för ett rysk-amerikanskt samarbete på Mars yta och det första fungerande ryska vetenskapsinstrumentet på Mars yta sedan Mars 3 slutade sända över fyrtio år sedan. Instrumentet är utformat för att detektera vatten under ytan.
  • Rover Environmental Monitoring Station (REMS): Meteorologiskt paket och en ultraviolett sensor tillhandahållen av Spanien och Finland . Den mäter luftfuktighet, tryck, temperaturer, vindhastigheter och ultraviolett strålning.
  • Kameror: Curiosity har totalt sjutton kameror. 12 tekniska kameror (Hazcams och Navcams) och fem vetenskapskameror. MAHLI-, MARDI- och MastCam-kameror utvecklades av Malin Space Science Systems och de delar alla gemensamma designkomponenter, såsom inbyggda elektroniska bildbehandlingsboxar , 1600×1200 CCD och ett RGB Bayer-mönsterfilter .
    • MastCam : Detta system ger flera spektra och sanna färgbilder med två kameror.
    • Mars Hand Lens Imager (MAHLI) : Detta system består av en kamera monterad på en robotarm på rovern, som används för att ta mikroskopiska bilder av sten och jord. Den har vita och ultravioletta lysdioder för belysning.
  • ChemCam: Designad av Roger Wiens är ett system av fjärranalysinstrument som används för att erodera Mars-ytan upp till 10 meter bort och mäta de olika komponenterna som utgör landet. Nyttolasten inkluderar det första för laserinducerad nedbrytningsspektroskopi (LIBS) som ska användas för planetarisk vetenskap, och Curiositys femte vetenskapskamera , fjärrmikrobildaren (RMI). RMI ger svartvita bilder med en upplösning på 1024×1024 i ett synfält på 0,02 radianer (1,1 grader). Detta motsvarar ungefär ett 1500 mm objektiv på en 35 mm kamera.
MARDI ser på ytan
  • Mars Descent Imager (MARDI) : Under en del av nedstigningen till Mars yta tog MARDI 4 färgbilder per sekund, vid 1600×1200 pixlar, med en exponeringstid på 0,9 millisekunder. Bilderna togs 4 gånger per sekund, med början strax före värmesköldavskiljningen på 3,7 km höjd, tills några sekunder efter landning. Detta gav teknisk information om både roverns rörelse under nedstigningsprocessen och vetenskaplig information om terrängen omedelbart kring rovern. NASA avslöjade MARDI 2007, men Malin Space Science Systems bidrog med det med sina egna resurser. Efter landning kunde det ta 1,5 mm (0,059 tum) per pixel vyer av ytan, de första av dessa efterlandningsbilder togs den 27 augusti 2012 (sol 20).
  • Tekniska kameror: Det finns ytterligare 12 kameror som stöder mobilitet:
    • Faroavvikande kameror (Hazcams): Rovern har ett par svartvita navigeringskameror ( Hazcams ) placerade i vart och ett av dess fyra hörn. Dessa ger slutna vyer av potentiella hinder på väg att gå under hjulen.
    • Navigationskameror (Navcams): Rovern använder två par svartvita navigationskameror monterade på masten för att stödja marknavigering. Dessa ger en längre sikt över terrängen framför dig.

Historia

MSL:s kryssningssteg testas vid Jet Propulsion Laboratory nära Pasadena , Kalifornien

Mars Science Laboratory rekommenderades av United States National Research Councils Decadal Survey-kommitté som det högsta prioriterade medelklassens Mars-uppdraget 2003. NASA efterlyste förslag för roverns vetenskapliga instrument i april 2004, och åtta förslag valdes ut den 14 december av det. år. Tester och design av komponenter påbörjades också i slutet av 2004, inklusive Aerojets design av en motor med monopropellant med förmåga att gasa från 15–100 procent dragkraft med ett fast drivmedelsinloppstryck.

Kostnadsöverskridanden, förseningar och lansering

I november 2008 var den mesta hård- och mjukvaruutvecklingen klar och testerna fortsatte. Vid denna tidpunkt var kostnadsöverskridandet cirka 400 miljoner dollar. I försöken att nå lanseringsdatumet togs flera instrument och en cache för prover bort och andra instrument och kameror förenklades för att förenkla testning och integration av rover. Nästa månad försenade NASA lanseringen till slutet av 2011 på grund av otillräcklig testtid. Så småningom nådde kostnaderna för att utveckla rovern 2,47 miljarder dollar, detsamma för en rover som från början hade klassificerats som ett medelkostnadsuppdrag med en maximal budget på 650 miljoner dollar, men NASA var fortfarande tvungen att be om ytterligare 82 miljoner dollar för att klara den planerade november lansera. Från och med 2012 drabbades projektet av en överskridande av 84 procent.

MSL avfyrades på en Atlas V -raket från Cape Canaveral den 26 november 2011. Den 11 januari 2012 förfinade rymdfarkosten framgångsrikt sin bana med en tre timmar lång serie avskjutningar med propellermotorer, vilket förlängde roverns landningstid med cirka 14 timmar. När MSL lanserades var programmets chef Doug McCuistion från NASA:s Planetary Science Division.

Curiosity landade framgångsrikt i Gale-kratern klockan 05:17:57.3 UTC den 6 augusti 2012 och överförde Hazcam- bilder som bekräftade orienteringen. På grund av avståndet Mars-Jord vid landningstillfället och radiosignalernas begränsade hastighet registrerades inte landningen på jorden under ytterligare 14 minuter. Mars Reconnaissance Orbiter skickade ett fotografi av Curiosity som sänkte sig under sin fallskärm, taget av dess HiRISE -kamera, under landningsproceduren.

Sex seniora medlemmar i Curiosity -teamet presenterade en presskonferens några timmar efter landning, de var: John Grunsfeld , NASA-assistentadministratör; Charles Elachi , regissör, ​​JPL; Peter Theisinger , MSL-projektledare; Richard Cook, MSL biträdande projektledare; Adam Steltzner , MSL inträde, nedstigning och landning (EDL) ledning; och John Grotzinger , MSL-projektforskare.

Namngivning

Mellan den 23 och 29 mars 2009 rankade allmänheten nio finalistrovernamn (Adventure, Amelia, Journey, Perception, Pursuit, Sunrise, Vision, Wonder och Curiosity) genom en offentlig omröstning på NASA:s webbplats. Den 27 maj 2009 tillkännagavs det vinnande namnet Curiosity . Namnet hade skickats in i en uppsatstävling av Clara Ma, en sjätteklassare från Kansas.

Nyfikenhet är passionen som driver oss genom vår vardag. Vi har blivit upptäcktsresande och vetenskapsmän med vårt behov av att ställa frågor och att undra.

— Clara Ma, NASA/JPL Namnge Rover-tävlingen

Val av landningsplats

Aeolis Mons reser sig från mitten av Gale-kratern – Grön prick markerar landningsplatsen för Curiosity- rover i Aeolis Palus – North är nere

Över 60 landningsplatser utvärderades, och i juli 2011 valdes Gale-kratern. Ett primärt mål när man valde landningsplats var att identifiera en viss geologisk miljö, eller uppsättning miljöer, som skulle stödja mikrobiellt liv. Planerare letade efter en webbplats som kunde bidra till en mängd olika möjliga vetenskapliga mål. De föredrog en landningsplats med både morfologiska och mineralogiska bevis för tidigare vatten. föredrogs en plats med spektra som indikerar flera hydratiserade mineraler ; lermineraler och sulfatsalter skulle utgöra en rik plats. Hematit , andra järnoxider , sulfatmineraler, silikatmineraler , kiseldioxid och möjligen kloridmineraler föreslogs som möjliga substrat för fossil bevarande . Alla är faktiskt kända för att underlätta bevarandet av fossila morfologier och molekyler på jorden. Svår terräng gynnades för att hitta bevis på beboeliga förhållanden, men rovern måste säkert kunna nå platsen och köra inom den.

Tekniska begränsningar krävde en landningsplats mindre än 45° från Mars ekvator och mindre än 1 km över referensdatumet . Vid den första MSL-landningsplatsens workshop identifierades 33 potentiella landningsplatser. I slutet av den andra workshopen i slutet av 2007 reducerades listan till sex; i november 2008 reducerade projektledare vid en tredje workshop listan till dessa fyra landningsplatser:

namn Plats Elevation Anteckningar
Eberswalde kraterdeltat −1 450 m (−4 760 fot) Forntida floddeltat.
Holden Crater Fläkt −1 940 m (−6 360 fot) Torr sjöbädd.
Gale Crater −4 451 m (−14 603 fot)
Har ett 5 km (3,1 mi) högt berg av lagermaterial nära mitten. Vald.
Mawrth Vallis webbplats 2 −2 246 m (–7 369 fot) Kanal uthuggen av katastrofala översvämningar.

En fjärde workshop för landningsplats hölls i slutet av september 2010 och den femte och sista workshopen 16–18 maj 2011. Den 22 juli 2011 tillkännagavs att Gale Crater hade valts ut som landningsplats för Mars Science Laboratory-uppdraget .

Lansera

MSL lanserades från Cape Canaveral

Starta fordonet

Atlas V bärraket kan skjuta upp upp till 8 290 kg (18 280 lb) till geostationär överföringsbana . Atlas V användes också för att lansera Mars Reconnaissance Orbiter och New Horizons- sonden.

Det första och andra steget, tillsammans med de solida raketmotorerna, staplades den 9 oktober 2011, nära startrampen. Kåpan som innehåller MSL transporterades till startrampen den 3 november 2011.

Lanseringshändelse

MSL lanserades från Cape Canaveral Air Force Station Space Launch Complex 41 den 26 november 2011, klockan 15:02 UTC via Atlas V 541 från United Launch Alliance . Denna tvåstegsraket inkluderar en 3,8 m (12 fot) Common Core Booster (CCB) som drivs av en RD-180- motor, fyra solida raketboosters (SRB) och ett Centaur andrasteg med en 5 m (16 fot) diameter nyttolastkåpa . NASA Launch Services Program koordinerade uppskjutningen via NASA Launch Services (NLS) I Contract.

Kryssning


    Animation av Mars Science Laboratorys bana Jorden   · Mars   · Mars   Science Laboratory

Kryssningsetapp

Kryssningsstadiet bar MSL-rymdfarkosten genom rymdens tomrum och levererade den till Mars. Den interplanetära resan täckte sträckan 352 miljoner miles på 253 dagar. Kryssningssteget har sitt eget framdrivningssystem i miniatyr , bestående av åtta propeller som använder hydrazinbränsle i två titantankar . Den har också ett eget elsystem , som består av en solpanel och ett batteri för att ge kontinuerlig ström. När de nådde Mars slutade rymdfarkosten att snurra och en kabelskärare skilde kryssningssteget från aeroshell. Sedan omdirigerades kryssningssteget till en separat bana in i atmosfären. I december 2012 lokaliserades skräpfältet från kryssningsstadiet av Mars Reconnaissance Orbiter . Eftersom den initiala storleken, hastigheten, densiteten och anslagsvinkeln för hårdvaran är kända, kommer den att ge information om stötprocesser på Mars yta och atmosfäriska egenskaper.

Mars överföringsbana

MSL-rymdskeppet lämnade jordens omloppsbana och sattes in i en heliocentrisk Mars-överföringsbana den 26 november 2011, kort efter uppskjutningen, av Centaur-stegen i Atlas V-raketen. Innan Centaur-separationen spinnstabiliserades rymdfarkosten vid 2 rpm för attitydkontroll under kryssningen på 36 210 km/h (22 500 mph) till Mars.

Under kryssningen användes åtta propeller anordnade i två kluster som ställdon för att kontrollera spinnhastigheten och utföra axiella eller laterala korrigeringsmanövrar . Genom att snurra runt sin centrala axel bibehöll den en stabil attityd. Längs vägen utförde kryssningssteget fyra korrigeringsmanövrar för att justera rymdfarkostens väg mot sin landningsplats. Information skickades till uppdragsledare via två X- bandsantenner . En nyckeluppgift för kryssningssteget var att kontrollera temperaturen på alla rymdfarkostsystem och sprida värmen som genereras av kraftkällor, såsom solceller och motorer, ut i rymden. I vissa system isolerande filtar känsliga vetenskapliga instrument varmare än rymdens nästan absoluta nolltemperatur. Termostater övervakade temperaturer och slog på eller av värme- och kylsystem efter behov.

Ingång, nedstigning och landning (EDL)

EDL rymdfarkostsystem

Se även: Tidslinje för Mars Science Laboratory

Att landa en stor massa på Mars är särskilt utmanande eftersom atmosfären är för tunn för att enbart fallskärmar och aerobromsning ska vara effektiva, samtidigt som den förblir tillräckligt tjock för att skapa stabilitets- och stötproblem vid inbromsning med retroraketer . Även om vissa tidigare uppdrag har använt krockkuddar för att dämpa chocken vid landning, är Curiosity -rovern för tung för att detta ska vara ett alternativ. Istället sattes Curiosity ner på Mars yta med hjälp av ett nytt system för ingång, nedstigning och landning (EDL) med hög precision som var en del av MSL-rymdfarkostens nedstigningsstadium. Massan av detta EDL-system, inklusive fallskärm, skyskran, bränsle och aeroskal , är 2 401 kg (5 293 lb). Det nya EDL-systemet placerade Curiosity inom en 20 x 7 km (12,4 x 4,3 mi) landningsellips, i motsats till den 150 x 20 km (93 x 12 mi) landningsellipsen för landningssystemen som används av Mars Exploration Rovers.

Entry-descent-landing (EDL)-systemet skiljer sig från de som används för andra uppdrag genom att det inte kräver en interaktiv, markgenererad uppdragsplan. Under hela landningsfasen agerar fordonet autonomt, baserat på förinstallerad programvara och parametrar. EDL-systemet var baserat på en Viking-härledd aeroskalstruktur och framdrivningssystem för en precisionsstyrd instigning och mjuklandning, i kontrast till krockkuddelandningarna som användes i mitten av 1990-talet av uppdragen Mars Pathfinder och Mars Exploration Rover . Rymdfarkosten använde flera system i en exakt ordning, med ingångs-, nedstignings- och landningssekvensen uppdelad i fyra delar – som beskrivs nedan när rymdfärdshändelserna utspelade sig den 6 augusti 2012.

EDL-evenemang – 6 augusti 2012

Entréhändelser från Mars-atmosfären från separation av kryssningssteg till fallskärmsplacering

Trots sin sena timme, särskilt på USA:s östkust där klockan var 01:31, skapade landningen stort allmänintresse. 3,2 miljoner såg landningen live och de flesta tittade online istället för på tv via NASA TV eller kabelnyhetsnätverk som täckte evenemanget live. Den sista landningsplatsen för rovern var mindre än 2,4 km (1,5 mi) från sitt mål efter en 563 270 400 km (350 000 000 mi) resa. Förutom streaming och traditionell videotittande, gjorde JPL Eyes on the Solar System , en tredimensionell realtidssimulering av insteg, nedstigning och landning baserad på verklig data. Curiositys touchdown -tid som representerad i programvaran, baserad på JPL-förutsägelser, skilde sig mindre än 1 sekund från verkligheten.

EDL-fasen av MSL-rymdfärdsuppdraget till Mars tog bara sju minuter och vecklades ut automatiskt, som programmerats av JPL-ingenjörer i förväg, i en exakt ordning, med in-, nedstignings- och landningssekvensen i fyra distinkta händelsefaser:

Guidad entré

Den guidade ingången är den fas som gjorde det möjligt för rymdfarkosten att styra med precision till sin planerade landningsplats

Precisionsguidad instigning använde sig av ombordsdatorförmåga för att styra sig själv mot den förutbestämda landningsplatsen, vilket förbättrade landningsnoggrannheten från en räckvidd på hundratals kilometer till 20 kilometer (12 mi). Denna förmåga hjälpte till att ta bort några av osäkerheterna kring landningsrisker som kan finnas i större landningsellipser. Styrningen uppnåddes genom den kombinerade användningen av propeller och utstötbara balansmassor. De utstötbara balansmassorna förskjuter kapselns massacentrum vilket möjliggör generering av en lyftvektor under den atmosfäriska fasen. En navigationsdator integrerade mätningarna för att uppskatta kapselns position och inställning som genererade automatiska vridmomentkommandon. Detta var det första planetariska uppdraget att använda precisionslandningstekniker.

Rovern fälldes upp i ett aeroskal som skyddade den under färden genom rymden och under det atmosfäriska intåget på Mars. Tio minuter före atmosfärens intåg separerade aeroshell från kryssningssteget som gav kraft, kommunikation och framdrivning under den långa flygningen till Mars. En minut efter separation från kryssningssteget avfyrade propeller på aeroskalet för att avbryta rymdfarkostens 2-rpm rotation och uppnådde en orientering med värmeskölden vänd mot Mars som förberedelse för atmosfäriskt inträde . Värmeskölden är gjord av fenolimpregnerad kolablator (PICA). Värmeskölden med en diameter på 4,5 m (15 fot), som är den största värmeskölden som någonsin flugit i rymden, minskade farten på rymdskeppet genom ablation mot Mars-atmosfären , från den atmosfäriska gränssnittshastigheten på cirka 5,8 km/s (3,6 mi/s) s) ner till cirka 470 m/s (1 500 ft/s), där fallskärmsplacering var möjlig cirka fyra minuter senare. En minut och 15 sekunder efter inträdet upplevde värmeskölden topptemperaturer på upp till 2 090 °C (3 790 °F) när atmosfärstryck omvandlade kinetisk energi till värme. Tio sekunder efter maximal uppvärmning toppade den retardationen vid 15 g .

Mycket av minskningen av landningsprecisionsfelet åstadkoms av en ingångsvägledningsalgoritm, härledd från algoritmen som används för vägledning av Apollo Command Modules som återvänder till jorden i Apollo-programmet . Denna styrning använder den lyftkraft som aeroshellen upplever för att "flyga ut" alla upptäckta fel i räckvidden och därigenom komma fram till den avsedda landningsplatsen. För att aeroskalet ska ha lyft är dess masscentrum förskjutet från den axiella mittlinjen vilket resulterar i en off-center trimvinkel vid atmosfärisk flygning. Detta åstadkoms genom att kasta ut ballastmassor bestående av två 75 kg (165 lb) volframvikter minuter innan atmosfäriskt inträde. Lyftvektorn styrdes av fyra uppsättningar av två reaktionskontrollsystem (RCS) thrustrar som producerade ungefär 500 N (110 lbf) dragkraft per par. Denna förmåga att ändra lyftriktningens riktning gjorde att rymdfarkosten kunde reagera på den omgivande miljön och styra mot landningszonen. Före fallskärmsplaceringen kastade infartsfordonet ut mer ballastmassa bestående av sex 25 kg (55 lb) tungstenvikter så att tyngdpunktsförskjutningen togs bort.

Fallskärmsnedstigning

MSL:s fallskärm är 16 m (52 ​​fot) i diameter.
NASA:s Curiosity- rover och dess fallskärm upptäcktes av NASA:s Mars Reconnaissance Orbiter när sonden gick ner till ytan. 6 augusti 2012.

När inträdesfasen var klar och kapseln saktades ner till cirka 470 m/s (1 500 ft/s) på cirka 10 km (6,2 mi) höjd, utlöstes överljudsfallskärmen, vilket gjordes av tidigare landare som Viking , Mars Pathfinder och Mars Exploration Rovers. Fallskärmen har 80 upphängningslinor, är över 50 m (160 fot) lång och är cirka 16 m (52 ​​fot) i diameter. Fallskärmen kan sättas ut vid Mach 2.2 och kan generera upp till 289 kN (65 000 lbf) dragkraft i Mars atmosfär. Efter att fallskärmen sattes ut separerade värmeskölden och föll bort. En kamera under rovern fick cirka 5 bilder per sekund (med en upplösning på 1600×1200 pixlar) under 3,7 km (2,3 mi) under en period av cirka 2 minuter tills roversensorerna bekräftade en lyckad landning. Mars Reconnaissance Orbiter- teamet lyckades skaffa en bild av MSL som faller under fallskärmen.

Motordriven nedstigning

Det motordrivna nedstigningssteget

Efter fallskärmsbromsningen, på cirka 1,8 km (1,1 mi) höjd, fortfarande på väg i cirka 100 m/s (220 mph), föll rover- och nedstigningssteget ur aeroshellen. Nedstigningssteget är en plattform ovanför rovern med åtta monopropellant hydrazinraketpropeller med variabel dragkraft på armar som sträcker sig runt denna plattform för att bromsa nedstigningen. Varje raketpropell, kallad Mars Lander Engine (MLE), producerar 400 till 3 100 N (90 till 697 lbf) dragkraft och härleddes från de som användes på Vikinglandare. En radarhöjdmätare mätte höjd och hastighet och matade data till roverns flygdator. Under tiden förvandlades rover från sin stuvade flygkonfiguration till en landningskonfiguration medan den sänktes under nedstigningssteget av "sky crane"-systemet.

Sky crane

Inträdeshändelser från fallskärmsplacering till motornedstigning som slutar vid skyskranen
Artistens uppfattning om nyfikenhet sänks från det raketdrivna nedstigningsstadiet.

Av flera skäl valdes ett annat landningssystem för MSL jämfört med tidigare Mars-landare och rovers. Nyfikenhet ansågs vara för tung för att använda krockkuddelandningssystemet som användes på Mars Pathfinder och Mars Exploration Rovers . En lander med ben skulle ha orsakat flera designproblem. Den skulle ha behövt ha motorer tillräckligt högt över marken vid landning för att inte bilda ett dammmoln som skulle kunna skada roverns instrument. Detta skulle ha krävt långa landningsben som skulle behöva ha betydande bredd för att hålla tyngdpunkten låg. En landare med ben skulle också ha krävt ramper så att rovern kunde köra ner till ytan, vilket skulle ha medfört extra risk för uppdraget på de slumpmässiga stenarna eller tilt skulle hindra Curiosity från att lyckas köra av landaren. Inför dessa utmaningar kom MSL-ingenjörerna på en ny alternativ lösning: himmelskranen. Skycrane-systemet sänkte rovern med en 7,6 m (25 fot) tjuder till en mjuk landning — hjul ner — på Mars yta. Detta system består av ett träns som sänker roveren på tre nylontjuder och en elektrisk kabel som transporterar information och kraft mellan nedstigningssteget och rover. När stöd- och datakablarna rullades upp, snäppte roverns sex motordrivna hjul på plats. Vid ungefär 7,5 m (25 fot) under nedstigningsstadiet saktade luftkransystemet till att stanna och rovern landade. Efter att rovern landat, väntade den två sekunder för att bekräfta att den var på fast mark genom att detektera vikten på hjulen och avfyrade flera pyros (små sprängladdningar) aktiverande kabelskärare på tränsen och navelsträngarna för att frigöra sig från nedstigningsstadiet . Nedstigningssteget flög sedan iväg till en kraschlandning 650 m (2 100 fot) bort. Sky crane-konceptet hade aldrig använts i uppdrag tidigare.

Landningsplats

Huvudartiklar: Bradbury Landing and Gale (krater)

Gale Crater är MSLs landningsplats. Inom Gale Crater finns ett berg, som heter Aeolis Mons ("Mount Sharp"), av skiktade stenar, som reser sig cirka 5,5 km (18 000 fot) över kraterbotten, som Curiosity kommer att undersöka. Landningsplatsen är en slät region i "Yellowknife" Quad 51 av Aeolis Palus inne i kratern framför berget. Målplatsen för landningsplatsen var ett elliptiskt område på 20 gånger 7 km (12,4 gånger 4,3 mi). Gale Craters diameter är 154 km (96 mi).

Landningsplatsen för rovern var mindre än 2,4 km (1,5 mi) från mitten av den planerade landningsellipsen, efter en 563 000 000 km (350 000 000 mi) resa. NASA döpte roverlandningsplatsen till Bradbury Landing på sol 16, 22 augusti 2012. Enligt NASA var uppskattningsvis 20 000 till 40 000 värmeresistenta bakteriesporer på Curiosity vid lanseringen, och så mycket som 1 000 gånger det antalet kanske inte har räknats .

Media

videoklipp

MSL lanseras från Cape Canaveral .
MSL:s Seven Minutes of Terror , en NASA-video som beskriver landningen.
MSL:s nedstigning till ytan av Gale Crater .
MSL:s värmesköld träffar marken på mars och reser upp ett moln av damm.

Bilder

Curiosity rover – nära Bradbury Landing (9 augusti 2012).
Curiositys syn på Mount Sharp (20 september 2012; vitbalanserad ) ( rå färg) .
Curiositys vy från " Rocknest " som ser österut mot "Point Lake" (mitten) på vägen till " Glenelg Intrigue " (26 november 2012; vitbalanserad ) ( rå färg ).
Curiositys syn på Mount Sharp (9 september 2015).
Curiositys syn på Mars himmel vid solnedgången (februari 2013; Solen simulerad av konstnären).

Se även

Vidare läsning

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Mars_Science_Laboratory&oldid=1138595899 "