Laboratorium Nauki o Marsie

Ten artykuł dotyczy misji kosmicznej na Marsa. W przypadku łazika powierzchniowego zobacz Curiosity (łazik) . Aby zapoznać się z wydarzeniami i odkryciami na Marsie, zobacz Kalendarium Mars Science Laboratory .

Laboratorium Nauki o Marsie
MSL cruise stage configuration (PIA14831).png
Konfiguracja rejsu MSL
Typ misji Łazik marsjański
Operator NASA
IDENTYFIKATOR COSPAR 2011-070A Edit this at Wikidata
SATCAT nr. 37936
Strona internetowa http://mars.jpl.nasa.gov/msl/
Czas trwania misji

zoli marsjańskich (687 dni) Upłynął: 10 lat, 6 miesięcy, 26 dni
Właściwości statków kosmicznych
Producent JPL
Uruchom masę 3839 kg (8463 funtów)
Początek misji
Data uruchomienia   26 listopada 2011, 15:02:00.211 ( 2011-11-26UTC15:02 ) UTC
Rakieta Atlas V 541 (AV-028)
Uruchom witrynę Przylądek Canaveral SLC-41
Wykonawca Zjednoczony Sojusz Startowy
Łazik marsjański
Data lądowania
6 sierpnia 2012, 05:17 UTC (10 lat, 6 miesięcy i 26 dni temu )
Lądowisko Lądowanie Bradbury'ego w kraterze Gale
Przejechany dystans 27,55 km (17,12 mil) na Marsie na dzień 24 lutego 2022 r
Mars Science Laboratory mission logo.png  

Mars Science Laboratory ( MSL ) to misja zrobotyzowanej sondy kosmicznej wysłana na Marsa przez NASA 26 listopada 2011 r., która z powodzeniem wylądowała łazikiem marsjańskim Curiosity w kraterze Gale 6 sierpnia 2012 r. Ogólne cele obejmują zbadanie możliwości zamieszkania na Marsie , badanie jego klimatu i geologii oraz zbieranie danych na potrzeby misji załogowej na Marsa . Łazik przewozi różnorodne instrumenty naukowe zaprojektowane przez międzynarodowy zespół.

Przegląd

Widok Marsa z Hubble'a : widać krater Gale . Nieco na lewo i na południe od centrum jest to mała ciemna plamka z pyłem ciągnącym się od niej na południe.

MSL z powodzeniem przeprowadził najdokładniejsze lądowanie na Marsie ze wszystkich znanych wówczas statków kosmicznych, uderzając w małą elipsę lądowania celu o wymiarach zaledwie 7 na 20 km (4,3 na 12,4 mil) w regionie Aeolis Palus w kraterze Gale . W takim przypadku MSL wylądował 2,4 km (1,5 mil) na wschód i 400 m (1300 stóp) na północ od środka celu. Ta lokalizacja znajduje się w pobliżu góry Aeolis Mons (znanej również jako „Mount Sharp”). Misja łazika ma na celu eksplorację przez co najmniej 687 ziemskich dni (1 rok marsjański) w zakresie 5 na 20 km (3,1 na 12,4 mil).

Programu Eksploracji Marsa NASA , długofalowego przedsięwzięcia mającego na celu robotyczną eksplorację Marsa , zarządzanego przez Laboratorium Napędu Odrzutowego Kalifornijskiego Instytutu Technologicznego . Całkowity koszt projektu MSL to około 2,5 miliarda USD.

Wśród wcześniejszych udanych amerykańskich łazików marsjańskich znalazł się Sojourner z misji Mars Pathfinder oraz łaziki do eksploracji Marsa Spirit i Opportunity . Curiosity jest około dwa razy dłuższa i pięć razy cięższa niż Spirit i Opportunity i przenosi ponad dziesięć razy więcej instrumentów naukowych.

Cele i zadania

Autoportret MSL z Gale Crater sol 85 (31 października 2012).
Aby zapoznać się z wynikami i ustaleniami, zobacz Oś czasu Mars Science Laboratory .

możliwości zamieszkania miejsca lądowania, w tym roli wody , badanie klimatu i geologii Marsa . Jest to również przydatne przygotowanie do przyszłej misji człowieka na Marsa .

Aby przyczynić się do tych celów, MSL ma osiem głównych celów naukowych:

Biologiczny
Geologiczne i geochemiczne
Proces planetarny
Promieniowanie powierzchniowe

Po około roku misji na powierzchni i po ocenieniu, że starożytny Mars mógł być gościnny dla życia drobnoustrojów, cele misji MSL ewoluowały w kierunku opracowania modeli predykcyjnych dla procesu konserwacji związków organicznych i biomolekuł ; gałąź paleontologii zwana tafonomią .

Specyfikacje

Statek kosmiczny

Mars Science Laboratory w końcowym montażu
Schemat statku kosmicznego MSL: 1- Etap przelotowy; 2- Tylna skorupa; 3- Etap zejścia; 4- Łazik Curiosity ; 5- Osłona termiczna ; 6- Spadochron

System lotu statku kosmicznego miał masę podczas startu 3893 kg (8583 funtów) i składał się z etapu rejsowego napędzanego Ziemią-Marsem (539 kg (1188 funtów)), systemu wejścia-zejścia-lądowania (EDL) (2401 kg (5293 funtów) lb), w tym 390 kg (860 funtów) paliwa do lądowania ) i ruchomy łazik o masie 899 kg (1982 funtów) ze zintegrowanym pakietem przyrządów.

Statek kosmiczny MSL zawiera instrumenty specyficzne dla lotów kosmicznych, oprócz wykorzystania jednego z instrumentów łazika — detektora oceny promieniowania (RAD) — podczas tranzytu lotu kosmicznego na Marsa.

  • Instrument MSL EDL (MEDLI): Głównym celem projektu MEDLI jest pomiar środowisk aerotermicznych, reakcji materiału podpowierzchniowej osłony termicznej, orientacji pojazdu i gęstości atmosfery. Zestaw oprzyrządowania MEDLI został zainstalowany w osłonie termicznej pojazdu wjazdowego MSL. Uzyskane dane będą wspierać przyszłe misje marsjańskie, dostarczając zmierzone dane atmosferyczne w celu sprawdzenia atmosfery marsjańskiej modele i wyjaśnić marginesy projektu lądownika w przyszłych misjach marsjańskich. Oprzyrządowanie MEDLI składa się z trzech głównych podsystemów: MEDLI Integrated Sensor Plugs (MISP), Mars Entry Atmospheric Data System (MEADS) oraz Sensor Support Electronics (SSE).

Wędrowiec

Oznaczony kolorami schemat łazika
Główny artykuł: Curiosity (łazik) § Specyfikacje

Curiosity ma masę 899 kg (1982 funtów), może podróżować z prędkością do 90 m (300 stóp) na godzinę na swoim sześciokołowym systemie rocker-bogie, jest zasilany przez wielozadaniowy radioizotopowy generator termoelektryczny (MMRTG ) i komunikuje się zarówno w paśmie X , jak i UHF.

  • Komputery: Dwa identyczne komputery pokładowe łazików, zwane „Rover Compute Element” (RCE), zawierają pamięć wzmocnioną promieniowaniem , aby tolerować ekstremalne promieniowanie z kosmosu i chronić przed cyklami wyłączania zasilania. Pamięć każdego komputera obejmuje 256 KB pamięci EEPROM , 256 MB pamięci DRAM i 2 GB pamięci flash . Można to porównać do 3 MB pamięci EEPROM, 128 MB pamięci DRAM i 256 MB pamięci flash używanych w łazikach Mars Exploration Rovers.
Komputery RCE wykorzystują procesor RAD750 (następca procesora RAD6000 używanego w łazikach Mars Exploration Rovers) pracujący z częstotliwością 200 MHz. Procesor RAD750 jest w stanie osiągnąć do 400 MIPS , podczas gdy procesor RAD6000 może osiągnąć do 35 MIPS. Z dwóch komputerów pokładowych jeden jest skonfigurowany jako zapasowy i przejmie kontrolę w przypadku problemów z komputerem głównym.
Łazik ma inercyjną jednostkę pomiarową (IMU), która dostarcza 3-osiowe informacje o swojej pozycji, co jest wykorzystywane w nawigacji łazika. Komputery łazika stale samomonitorują się, aby utrzymać działanie łazika, na przykład regulując temperaturę łazika. Czynności takie jak robienie zdjęć, jazda i obsługa przyrządów są wykonywane w sekwencji poleceń wysyłanych przez zespół lotniczy do łazika.

Komputery łazika działają pod kontrolą VxWorks , systemu operacyjnego czasu rzeczywistego firmy Wind River Systems . Podczas podróży na Marsa VxWorks uruchomił aplikacje przeznaczone do fazy nawigacji i naprowadzania misji, a także miał wstępnie zaprogramowaną sekwencję oprogramowania do obsługi złożoności wejścia-zjazdu-lądowania. Po wylądowaniu aplikacje zostały zastąpione oprogramowaniem do jazdy po powierzchni i wykonywania czynności naukowych.

Zobacz też: Porównanie wbudowanych systemów komputerowych na pokładzie łazików marsjańskich
Goldstone może odbierać sygnały
Koła pracującego rodzeństwa Curiosity . Wzór alfabetu Morse'a (od „ JPL ”) jest reprezentowany przez małe (kropka) i duże (kreska) otwory w trzech poziomych liniach na kołach. Kod w każdej linii jest czytany od prawej do lewej.
  • Komunikacja: Curiosity jest wyposażony w kilka środków komunikacji w celu zapewnienia redundancji. Transponder Small Deep Space Transponder w paśmie X do komunikacji bezpośrednio z Ziemią za pośrednictwem NASA Deep Space Network oraz programowalne radio UHF Electra -Lite do komunikacji z orbiterami Marsa. System pasma X ma jedno radio ze wzmacniaczem mocy 15 W i dwie anteny: antenę dookólną o niskim wzmocnieniu, która może komunikować się z Ziemią z bardzo niską szybkością transmisji danych (15 bitów / s przy maksymalnym zasięgu), niezależnie od orientacji łazika , oraz antena o dużym wzmocnieniu, która może komunikować się z prędkością do 32 kbit/s, ale musi być wycelowana. System UHF ma dwa radia (moc nadawania około 9 W), współdzielące jedną antenę dookólną. To może komunikować się z Orbiter Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) i orbiter Mars Odyssey 2001 (ODY) z prędkością odpowiednio do 2 Mbit/s i 256 kbit/s, ale każdy orbiter jest w stanie komunikować się z Curiosity tylko przez około 8 minut dziennie. Orbitery mają większe anteny i mocniejsze radia i mogą przekazywać dane na Ziemię szybciej niż łazik mógłby to zrobić bezpośrednio. Dlatego większość danych zwracanych przez Curiosity (MSL) jest przesyłana przez łącza przekaźnikowe UHF z MRO i ODY. Zwrot danych w ciągu pierwszych 10 dni wynosił około 31 megabajtów dziennie.
Zwykle 225 kbit/dzień poleceń jest przesyłanych do łazika bezpośrednio z Ziemi, z szybkością transmisji danych 1-2 kbit/s, podczas 15-minutowego (900 sekund) okna nadawczego, podczas gdy większe ilości danych gromadzonych przez łazik są zwracane przez przekaźnik satelitarny. Jednokierunkowe opóźnienie komunikacji z Ziemią waha się od 4 do 22 minut, w zależności od względnego położenia planet, przy czym średnio 12,5 minuty.
Podczas lądowania telemetria była monitorowana przez orbiter Mars Odyssey 2001 , Mars Reconnaissance Orbiter i należący do ESA Mars Express . Odyssey jest w stanie przekazywać telemetrię UHF z powrotem na Ziemię w czasie rzeczywistym. Czas sztafety zmienia się w zależności od odległości między dwiema planetami i w momencie lądowania trwał 13:46 minut.
  • Systemy mobilności: Curiosity jest wyposażony w sześć kół w bujanym wózku zawieszenie, które służyło również jako podwozie pojazdu, w przeciwieństwie do jego mniejszych poprzedników. Koła są znacznie większe (o średnicy 50 centymetrów (20 cali)) niż te używane w poprzednich łazikach. Każde koło ma knagi i jest niezależnie uruchamiane i przełączane, co umożliwia wspinanie się po miękkim piasku i wspinanie się po skałach. Cztery koła narożne mogą być niezależnie kierowane, co pozwala pojazdowi skręcać w miejscu, a także wykonywać łukowe zakręty. Każde koło ma wzór, który pomaga utrzymać przyczepność i pozostawia wzorzyste ślady na piaszczystej powierzchni Marsa. Ten wzór jest używany przez kamery pokładowe do oceny przebytej odległości. Sam wzór to alfabet Morse'a dla „ JPL ” ( •−−− •−−• •−•• ). Opierając się na środku masy, pojazd może wytrzymać przechylenie o co najmniej 50 stopni w dowolnym kierunku bez przewrócenia się, ale automatyczne czujniki ograniczą przechylenie łazika o więcej niż 30 stopni.

Instrumenty

Główne instrumenty
APXS – spektrometr rentgenowski cząstek alfa
ChemCam – kompleks chemiczno-kamerowy
CheMin – chemia i mineralogia
DAN – dynamiczne albedo neutronów
Hazcam – kamera unikania zagrożeń
MAHLI – Mars Hand Lens Imager
MARDI – Mars Descent Imager
MastCam – kamera masztowa
MEDLI – MSL EDL Instrument
Navcam – Kamera nawigacyjna
RAD – Detektor oceny promieniowania
REMS – Stacja monitorowania środowiska łazika
SAM – analiza próbek na Marsie
Główny artykuł: Curiosity (łazik) § Instrumenty
Cień ciekawości i Aeolis Mons („Mount Sharp”)

Ogólna strategia analizy zaczyna się od kamer o wysokiej rozdzielczości w celu wyszukania interesujących cech. Jeśli interesująca jest konkretna powierzchnia, Curiosity może odparować niewielką jej część za pomocą lasera na podczerwień i zbadać wynikową sygnaturę widmową, aby zbadać skład pierwiastkowy skały. Jeśli ta sygnatura zaintryguje, łazik użyje swojego długiego ramienia, aby przechylić się nad mikroskopem i spektrometrem rentgenowskim , aby przyjrzeć się bliżej. Jeśli okaz wymaga dalszej analizy, Curiosity może wiercić w głazie i dostarczyć sproszkowaną próbkę do SAM lub laboratoria analityczne CheMin wewnątrz łazika.

Porównanie dawek promieniowania – obejmuje ilość wykrytą podczas podróży z Ziemi na Marsa przez RAD na MSL (2011–2013).
RAD w Curiosity . _
  • Dynamiczne albedo neutronów (DAN): Pulsacyjne źródło neutronów i detektor do pomiaru wodoru lub lodu i wody na powierzchni Marsa lub w jej pobliżu. 18 sierpnia 2012 r. (sol 12) włączono rosyjski instrument naukowy DAN, co oznaczało sukces rosyjsko-amerykańskiej współpracy na powierzchni Marsa i pierwszy działający rosyjski instrument naukowy na powierzchni Marsa od czasu, gdy Mars 3 przestał nadawać ponad czterdzieści lat temu. Przyrząd jest przeznaczony do wykrywania wody podpowierzchniowej.
  • Rover Environmental Monitoring Station (REMS): Pakiet meteorologiczny i czujnik ultrafioletowy dostarczone przez Hiszpanię i Finlandię . Mierzy wilgotność, ciśnienie, temperaturę, prędkość wiatru i promieniowanie ultrafioletowe.
  • Kamery: Curiosity ma łącznie siedemnaście kamer. 12 kamer inżynieryjnych (Hazcams i Navcams) oraz pięć kamer naukowych. Kamery MAHLI, MARDI i MastCam zostały opracowane przez firmę Malin Space Science Systems i wszystkie mają wspólne elementy konstrukcyjne, takie jak wbudowane elektroniczne układy przetwarzania obrazu , matryce CCD 1600 × 1200 oraz filtr wzorcowy RGB Bayer .
    • MastCam : ten system zapewnia wiele widm i obrazowanie w rzeczywistych kolorach za pomocą dwóch kamer.
    • Mars Hand Lens Imager (MAHLI) : Ten system składa się z kamery zamontowanej na ramieniu robota łazika, używanej do pozyskiwania mikroskopijnych obrazów skał i gleby. Posiada białe i ultrafioletowe diody LED do podświetlenia.
  • ChemCam: zaprojektowany przez Rogera Wiensa to system instrumentów teledetekcyjnych służących do erozji powierzchni Marsa z odległości do 10 metrów i pomiaru różnych składników tworzących ląd. Ładunek obejmuje pierwszy laserowej spektroskopii przebicia ( LIBS) do wykorzystania w badaniach planetarnych oraz piątą kamerę naukową Curiosity , zdalny mikroobraz (RMI). RMI zapewnia czarno-białe obrazy w rozdzielczości 1024×1024 w polu widzenia 0,02 radiana (1,1 stopnia). Jest to w przybliżeniu odpowiednik obiektywu 1500 mm w 35 mm .
MARDI obserwuje powierzchnię
  • Mars Descent Imager (MARDI) : Podczas części zejścia na powierzchnię Marsa, MARDI uzyskał 4 kolorowe obrazy na sekundę, w rozdzielczości 1600×1200 pikseli, z czasem naświetlania 0,9 milisekundy. Zdjęcia robiono 4 razy na sekundę, zaczynając na krótko przed oddzieleniem się osłony termicznej na wysokości 3,7 km, aż do kilku sekund po przyziemieniu. Dostarczyło to informacji inżynierskich zarówno o ruchu łazika podczas opadania, jak i informacji naukowych o terenie bezpośrednio otaczającym łazik. NASA zbadała MARDI w 2007 roku, ale Malin Space Science Systems wniosła go z własnych środków. Po wylądowaniu może zająć widok powierzchni 1,5 mm (0,059 cala) na piksel. Pierwsze z tych zdjęć po wylądowaniu wykonano do 27 sierpnia 2012 r. (sol 20).
  • Kamery inżynieryjne: Dostępnych jest 12 dodatkowych kamer obsługujących mobilność:
    • Kamery unikania zagrożeń (Hazcams): Łazik ma parę czarno-białych kamer nawigacyjnych ( Hazcams ) umieszczonych na każdym z czterech rogów. Zapewniają one zbliżone widoki potencjalnych przeszkód, które mają przejechać pod kołami.
    • Kamery nawigacyjne (Navcams): Łazik wykorzystuje dwie pary czarno-białych kamer nawigacyjnych zamontowanych na maszcie do obsługi nawigacji naziemnej. Zapewniają one obserwację terenu z większej odległości.

Historia

Etap wycieczkowy MSL jest testowany w Jet Propulsion Laboratory w pobliżu Pasadeny w Kalifornii

Mars Science Laboratory zostało zarekomendowane przez komitet National Research Council National Research Council w 2003 r. jako najważniejsza misja marsjańska klasy średniej w 2003 r. NASA wezwała do składania propozycji dotyczących instrumentów naukowych łazika w kwietniu 2004 r., a 14 grudnia wybrano osiem propozycji. rok. Testowanie i projektowanie komponentów również rozpoczęło się pod koniec 2004 r., W tym zaprojektowanie przez Aerojet silnika jednośmigłowego z możliwością dławienia od 15 do 100 procent ciągu przy stałym ciśnieniu wlotowym paliwa napędowego.

Przekroczenia kosztów, opóźnienia i uruchomienie

Do listopada 2008 r. zakończono większość prac rozwojowych nad sprzętem i oprogramowaniem i kontynuowano testy. W tym momencie przekroczenia kosztów wyniosły około 400 milionów dolarów. Próbując dotrzymać daty premiery, usunięto kilka instrumentów i pamięć podręczną na próbki, a inne instrumenty i kamery zostały uproszczone, aby uprościć testowanie i integrację łazika. W następnym miesiącu NASA opóźniła start do końca 2011 roku z powodu niewystarczającego czasu na testy. Ostatecznie koszty opracowania łazika sięgnęły 2,47 miliarda dolarów, co w przypadku łazika, który początkowo był sklasyfikowany jako misja średniokosztowa z maksymalnym budżetem 650 milionów dolarów, jednak NASA wciąż musiała poprosić o dodatkowe 82 miliony dolarów, aby sprostać planowanym listopadowym początek. Od 2012 roku projekt został przekroczony o 84 procent.

MSL wystartował rakietą Atlas V z Przylądka Canaveral 26 listopada 2011 r. 11 stycznia 2012 r. statek kosmiczny z powodzeniem udoskonalił swoją trajektorię za pomocą trzygodzinnej serii odpaleń silnika sterowego, przyspieszając czas lądowania łazika o około 14 godzin. Kiedy MSL został uruchomiony, dyrektorem programu był Doug McCuistion z Planetary Science Division NASA.

Curiosity z powodzeniem wylądował w kraterze Gale o godzinie 05:17:57,3 UTC 6 sierpnia 2012 r. I przesłał obrazy Hazcam potwierdzające orientację. Ze względu na odległość Mars-Ziemia w momencie lądowania i ograniczoną prędkość sygnałów radiowych, lądowanie nie zostało zarejestrowane na Ziemi przez kolejne 14 minut. Mars Reconnaissance Orbiter przesłał zdjęcie Curiosity schodzącej na spadochronie, zrobione przez kamerę HiRISE podczas procedury lądowania.

Sześciu starszych członków zespołu Curiosity przedstawiło konferencję prasową kilka godzin po wylądowaniu, byli to: John Grunsfeld , zastępca administratora NASA; Charles Elachi , reżyser, JPL; Peter Theisinger , kierownik projektu MSL; Richard Cook, zastępca kierownika projektu MSL; Adam Steltzner , prowadzący MSL przy wejściu, zejściu i lądowaniu (EDL); oraz John Grotzinger , naukowiec projektu MSL.

Nazewnictwo

Między 23 a 29 marca 2009 r. opinia publiczna sklasyfikowała dziewięć nazw łazików finalistów (Adventure, Amelia, Journey, Perception, Pursuit, Sunrise, Vision, Wonder i Curiosity) w publicznej ankiecie na stronie internetowej NASA. 27 maja 2009 roku ogłoszono, że zwycięską nazwą jest Curiosity . Imię zostało zgłoszone w konkursie na esej przez Clarę Ma, szóstoklasistkę z Kansas.

Ciekawość to pasja, która napędza nas przez nasze codzienne życie. Staliśmy się odkrywcami i naukowcami z potrzebą zadawania pytań i zastanawiania się.

— Clara Ma, NASA/JPL Konkurs na nazwę łazika

Wybór miejsca lądowania

Aeolis Mons wznosi się ze środka krateru Gale – Zielona kropka oznacza miejsce lądowania łazika Curiosity w Aeolis Palus – Północ jest na dole

Oceniono ponad 60 miejsc lądowania i do lipca 2011 wybrano krater Gale. Głównym celem przy wyborze miejsca lądowania było zidentyfikowanie konkretnego środowiska geologicznego lub zestawu środowisk, które wspierałyby życie mikrobiologiczne. Planiści szukali miejsca, które mogłoby przyczynić się do realizacji szerokiej gamy możliwych celów naukowych. Preferowali miejsce lądowania z dowodami morfologicznymi i mineralogicznymi na dawną wodę. preferowane było miejsce z widmami wskazującymi na wiele uwodnionych minerałów ; minerały ilaste i sole siarczanowe stanowiłyby bogate stanowisko. Krwawień , inne tlenki żelaza , minerały siarczanowe , minerały krzemianowe , krzemionka i prawdopodobnie minerały chlorkowe zostały zasugerowane jako możliwe substraty do zachowania skamieniałości . Rzeczywiście, wszystkie są znane z tego, że ułatwiają zachowanie morfologii skamielin i cząsteczek na Ziemi. Trudny teren był preferowany do znalezienia dowodów na warunki nadające się do życia, ale łazik musi być w stanie bezpiecznie dotrzeć do miejsca i przejechać po nim.

Ograniczenia inżynieryjne wymagały lądowania mniej niż 45° od marsjańskiego równika i mniej niż 1 km powyżej punktu odniesienia . Podczas pierwszych warsztatów MSL Landing Site zidentyfikowano 33 potencjalne miejsca lądowania. Pod koniec drugiego warsztatu pod koniec 2007 r. lista została zredukowana do sześciu; w listopadzie 2008 r. liderzy projektu na trzecim warsztacie ograniczyli listę do tych czterech miejsc lądowania:

Nazwa Lokalizacja Podniesienie Notatki
Delta krateru Eberswalde −1450 m (−4760 stóp) Starożytna delta rzeki.
krateru Holdena −1940 m (−6360 stóp) Suche dno jeziora.
Krater Gale −4451 m (−14603 stóp)
Zawiera 5-kilometrową (3,1 mil) górę warstwowego materiału w pobliżu środka. Wybrany.
Mawrth Vallis Miejsce 2 −2246 m (−7369 stóp) Kanał wyrzeźbiony przez katastrofalne powodzie.

Czwarte warsztaty dotyczące miejsca lądowania odbyły się pod koniec września 2010 r., A piąte i ostatnie warsztaty odbyły się w dniach 16–18 maja 2011 r. 22 lipca 2011 r. Ogłoszono, że krater Gale został wybrany jako miejsce lądowania misji Mars Science Laboratory .

Początek

MSL wystartował z Cape Canaveral

Uruchom pojazd

Rakieta nośna Atlas V jest w stanie wynieść do 8290 kg (18280 funtów) na geostacjonarną orbitę transferową . Atlas V był również używany do wystrzelenia sondy Mars Reconnaissance Orbiter i sondy New Horizons .

Pierwszy i drugi stopień wraz z silnikami rakietowymi na paliwo stałe zostały ułożone 9 października 2011 r. W pobliżu wyrzutni. Owiewka zawierająca MSL została przetransportowana na platformę startową 3 listopada 2011 r.

Uruchom wydarzenie

MSL został wystrzelony z Cape Canaveral Air Force Station Space Launch Complex 41 26 listopada 2011 r. O godzinie 15:02 UTC za pośrednictwem Atlas V 541 dostarczonego przez United Launch Alliance . Ta dwustopniowa rakieta zawiera 3,8 m (12 stóp) Common Core Booster (CCB) napędzany jednym silnikiem RD-180 , cztery dopalacze rakiet na paliwo stałe (SRB) i jeden drugi stopień Centaura z owiewką ładunkową o średnicy 5 m (16 stóp) . Program NASA Launch Services koordynował start za pośrednictwem kontraktu NASA Launch Services (NLS) I.

Rejs


    Animacja trajektorii   Mars Science Laboratory Ziemia ·   Mars ·   Mars Science Laboratory

Etap rejsu

Etap wycieczkowy przeniósł statek kosmiczny MSL przez pustkę kosmiczną i dostarczył go na Marsa. Podróż międzyplanetarna pokonała dystans 352 milionów mil w 253 dni. Etap wycieczkowy ma własny miniaturowy napędowy , składający się z ośmiu silników odrzutowych wykorzystujących paliwo hydrazynowe w dwóch tytanowych zbiornikach. Posiada również własny system zasilania energią elektryczną , składający się z panelu słonecznego i akumulator zapewniający ciągłą moc. Po dotarciu na Marsa statek kosmiczny przestał się obracać, a przecinak do kabli oddzielił stopień wycieczkowy od skorupy. Następnie etap rejsu został skierowany na oddzielną trajektorię do atmosfery. Mars Reconnaissance Orbiter zlokalizowała pole szczątków z etapu rejsowego . Ponieważ znane są początkowe rozmiary, prędkość, gęstość i kąt uderzenia sprzętu, dostarczy on informacji o procesach zderzenia na powierzchni Marsa i właściwościach atmosfery.

Orbita transferowa Marsa

Sonda MSL opuściła orbitę Ziemi i została umieszczona na heliocentrycznej orbicie transferowej Marsa 26 listopada 2011 r., krótko po wystrzeleniu, przez górny stopień Centaura rakiety nośnej Atlas V. Przed separacją Centaura statek kosmiczny był stabilizowany obrotowo przy 2 obrotach na minutę w celu kontroli położenia podczas rejsu na Marsa z prędkością 36 210 km / h (22 500 mil / h).

Podczas rejsu osiem silników odrzutowych rozmieszczonych w dwóch grupach służyło jako siłowniki do kontrolowania prędkości wirowania i wykonywania manewrów korekcji trajektorii osiowej lub bocznej. Obracając się wokół swojej centralnej osi, utrzymywał stabilną pozycję. Po drodze etap wycieczkowy wykonał cztery manewry korekcji trajektorii, aby dostosować ścieżkę statku kosmicznego w kierunku miejsca lądowania. Informacje przesyłano do kontrolerów misji za pośrednictwem dwóch anten pasma X. Kluczowym zadaniem etapu rejsowego było kontrolowanie temperatury wszystkich systemów statku kosmicznego i rozpraszanie ciepła wytwarzanego przez źródła zasilania, takie jak ogniwa słoneczne i silniki w kosmos. W niektórych systemach koce izolacyjne utrzymywały wrażliwe instrumenty naukowe w temperaturze wyższej niż temperatura w kosmosie bliska zeru absolutnemu . Termostaty monitorowały temperaturę iw razie potrzeby włączały lub wyłączały systemy ogrzewania i chłodzenia.

Wejście, zejście i lądowanie (EDL)

System statku kosmicznego EDL

Zobacz też: Kalendarium Mars Science Laboratory

Lądowanie dużej masy na Marsie jest szczególnie trudne, ponieważ atmosfera jest zbyt rzadka, aby spadochrony i samo hamowanie aerodynamiczne były skuteczne, a jednocześnie pozostaje wystarczająco gruba, aby stwarzać problemy ze stabilnością i uderzeniami podczas zwalniania za pomocą rakiet retro . Chociaż niektóre poprzednie misje wykorzystywały poduszki powietrzne do amortyzacji wstrząsów podczas lądowania, łazik Curiosity jest zbyt ciężki, aby było to możliwe. Zamiast tego Ciekawość został umieszczony na powierzchni Marsa przy użyciu nowego, bardzo dokładnego systemu wejścia, zejścia i lądowania (EDL), który był częścią etapu opadania statku kosmicznego MSL. Masa tego systemu EDL, w tym spadochronu, dźwigu, paliwa i skorupy , wynosi 2401 kg (5293 funtów). Nowatorski system EDL umieścił Curiosity w obrębie elipsy lądowania 20 na 7 km (12,4 na 4,3 mil), w przeciwieństwie do elipsy lądowania 150 na 20 km (93 na 12 mil) systemów lądowania używanych przez łaziki eksploracyjne Marsa.

System wejścia-zejścia-lądowania (EDL) różni się od tych używanych w innych misjach tym, że nie wymaga interaktywnego, generowanego na ziemi planu misji. Podczas całej fazy lądowania pojazd działa autonomicznie, w oparciu o wgrane oprogramowanie i parametry. System EDL był oparty na wywodzącej się z wikingów i systemie napędowym, zapewniającym precyzyjne wejście i miękkie lądowanie, w przeciwieństwie do lądowania na poduszce powietrznej, które było używane w połowie lat 90. przez Mars Pathfinder i Mars Exploration Rover misje. Statek kosmiczny wykorzystywał kilka systemów w precyzyjnej kolejności, z sekwencją wchodzenia, opadania i lądowania podzieloną na cztery części - opisane poniżej, jak wydarzenia związane z lotami kosmicznymi miały miejsce 6 sierpnia 2012 r.

Wydarzenie EDL – 6 sierpnia 2012 r

Zdarzenia związane z wejściem w marsjańską atmosferę, od separacji etapu rejsu po rozłożenie spadochronu

Pomimo późnej godziny, szczególnie na wschodnim wybrzeżu Stanów Zjednoczonych, gdzie była godzina 1:31, lądowanie wzbudziło duże zainteresowanie opinii publicznej. 3,2 miliona oglądało lądowanie na żywo, z czego większość oglądała go online zamiast w telewizji za pośrednictwem NASA TV lub kablowych sieci informacyjnych relacjonujących to wydarzenie na żywo. Ostateczne miejsce lądowania łazika znajdowało się mniej niż 2,4 km (1,5 mil) od celu po przebyciu 563 270 400 km (350 000 000 mil). Oprócz przesyłania strumieniowego i tradycyjnego oglądania wideo, JPL stworzył Eyes on the Solar System , trójwymiarową symulację wejścia, zejścia i lądowania w czasie rzeczywistym, opartą na rzeczywistych danych. Ciekawość Czas przyziemienia przedstawiony w oprogramowaniu, oparty na przewidywaniach JPL, różnił się o mniej niż 1 sekundę od rzeczywistości.

Faza EDL misji lotu kosmicznego MSL na Marsa trwała zaledwie siedem minut i rozwijała się automatycznie, zgodnie z wcześniejszym zaprogramowaniem przez inżynierów JPL, w dokładnej kolejności, z sekwencją wejścia, zejścia i lądowania występującą w czterech odrębnych fazach zdarzenia:

Wejście z przewodnikiem

Wejście z przewodnikiem to faza, która pozwoliła statkowi kosmicznemu precyzyjnie skierować się do planowanego miejsca lądowania

Precyzyjne wejście z przewodnikiem wykorzystywało pokładową zdolność obliczeniową do kierowania się w kierunku wcześniej określonego miejsca lądowania, poprawiając dokładność lądowania z zakresu od setek kilometrów do 20 kilometrów (12 mil). Ta funkcja pomogła usunąć niektóre niepewności związane z niebezpieczeństwami lądowania, które mogą występować w przypadku większych elips lądowania. Sterowanie osiągnięto dzięki połączonemu zastosowaniu silników odrzutowych i wyrzucanych mas równoważących. Wypychane masy równoważące przesuwają środek masy kapsuły, umożliwiając generowanie wektora siły nośnej podczas fazy atmosferycznej. Komputer nawigacyjny zintegrował pomiary, aby oszacować pozycję i położenie kapsuły, która generowała automatyczne polecenia momentu obrotowego. Była to pierwsza misja planetarna, w której zastosowano techniki precyzyjnego lądowania.

Łazik został złożony w aeropowłokę , która chroniła go podczas podróży w kosmosie i podczas wejścia w atmosferę Marsa. Dziesięć minut przed wejściem w atmosferę aeropowłoka oddzieliła się od stopnia wycieczkowego, który zapewniał zasilanie, komunikację i napęd podczas długiego lotu na Marsa. Minutę po oddzieleniu się od sterów strumieniowych na powłoce lotniczej wystrzelił, aby anulować obrót statku kosmicznego o 2 obroty na minutę i osiągnął orientację z osłoną termiczną skierowaną w stronę Marsa, przygotowując się do wejścia w atmosferę . Osłona termiczna wykonana jest z ablatora węglowego impregnowanego fenolem (CYCERO). Osłona termiczna o średnicy 4,5 m (15 stóp), która jest największą osłoną termiczną, jaką kiedykolwiek użyto w kosmosie, zmniejszyła prędkość statku kosmicznego poprzez ablację względem marsjańskiej atmosfery , z prędkości na granicy faz atmosfery około 5,8 km/s (3,6 mil/ s) do około 470 m / s (1500 ft / s), gdzie otwarcie spadochronu było możliwe około cztery minuty później. Minutę i 15 sekund po wejściu osłona termiczna doświadczyła szczytowych temperatur do 2090 ° C (3790 ° F), gdy ciśnienie atmosferyczne przekształciło energię kinetyczną w ciepło. Dziesięć sekund po szczytowym nagrzaniu, to spowolnienie osiągnęło wartość szczytową 15 g .

Znaczną część zmniejszenia błędu dokładności lądowania osiągnięto dzięki algorytmowi naprowadzania na wejście, wywodzącemu się z algorytmu używanego do naprowadzania modułów dowodzenia Apollo powracających na Ziemię w programie Apollo . Te wskazówki wykorzystują siłę nośną, której doświadcza skorupa aero, aby „wylecieć” z każdego wykrytego błędu w zasięgu, a tym samym dotrzeć do docelowego miejsca lądowania. Aby skorupa aerozolowa miała siłę nośną, jej środek ciężkości jest przesunięty względem osiowej linii środkowej, co skutkuje przesunięciem kąta trymu w locie atmosferycznym. Osiągnięto to poprzez wyrzucenie mas balastowych składających się z dwóch 75 kg (165 funtów) wolfram na kilka minut przed wejściem do atmosfery. Wektor siły nośnej był kontrolowany przez cztery zestawy dwóch systemu kontroli reakcji (RCS), które wytwarzały około 500 N (110 funtów siły) ciągu na parę. Ta możliwość zmiany kierunku wznoszenia pozwoliła statkowi kosmicznemu reagować na otoczenie i kierować się w stronę strefy lądowania. Przed otwarciem spadochronu pojazd wejściowy wyrzucił większą masę balastową składającą się z sześciu 25-kilogramowych (55 funtów) wolframowych obciążników, tak że środka ciężkości zostało usunięte.

Opuszczenie spadochronu

Spadochron MSL ma średnicę 16 m (52 ​​stopy).
Należący do NASA łazik Curiosity i jego spadochron zostały zauważone przez sondę Mars Reconnaissance Orbiter , gdy sonda schodziła na powierzchnię. 6 sierpnia 2012 r.

Kiedy faza wejścia została zakończona, a kapsuła zwolniła do około 470 m/s (1500 stóp/s) na wysokości około 10 km (6,2 mil), naddźwiękowy spadochron otworzył się, podobnie jak poprzednie lądowniki, takie jak Viking , Mars Pathfinder i łaziki do eksploracji Marsa. Spadochron ma 80 linek nośnych, ma ponad 50 m długości i około 16 m średnicy. Spadochron, który można rozłożyć z prędkością 2,2 Macha, może wygenerować siłę oporu do 289 kN (65 000 funtów siły) w marsjańskiej atmosferze. Po otwarciu spadochronu osłona termiczna oddzieliła się i odpadła. Kamera pod łazikiem rejestrowała około 5 klatek na sekundę (z rozdzielczością 1600 × 1200 pikseli) poniżej 3,7 km (2,3 mil) przez około 2 minuty, aż czujniki łazika potwierdziły pomyślne lądowanie. Zespół Mars Reconnaissance Orbiter był w stanie uzyskać obraz MSL opadającego pod spadochronem.

Zejście z napędem

Elektryczny etap zjazdu

Po hamowaniu spadochronem, na wysokości około 1,8 km (1,1 mil), nadal poruszając się z prędkością około 100 m / s (220 mil / h), łazik i stopień opadania wypadły z powłoki aero. Etap zejścia to platforma nad łazikiem z ośmioma hydrazynami o zmiennym ciągu silniki rakietowe na ramionach rozciągających się wokół tej platformy, aby spowolnić opadanie. Każdy silnik rakietowy, zwany Mars Lander Engine (MLE), wytwarza ciąg od 400 do 3100 N (90 do 697 funtów siły) i wywodzi się z tych używanych w lądownikach Viking. Wysokościomierz radarowy mierzył wysokość i prędkość, przekazując dane do komputera pokładowego łazika. W międzyczasie łazik przekształcił się z konfiguracji do lotu złożonego w konfigurację do lądowania, gdy był opuszczany poniżej etapu opadania przez system „niebodźwigu”.

Żuraw nieba

Zdarzenia związane z wejściem od rozłożenia spadochronu przez zjazd z napędem do lotu dźwigiem
Artystyczna koncepcja Ciekawości opuszczana z rakietowego etapu opadania.

Z kilku powodów wybrano inny system lądowania dla MSL w porównaniu z poprzednimi lądownikami i łazikami marsjańskimi. Curiosity został uznany za zbyt ciężki, aby używać systemu lądowania z poduszką powietrzną, takiego jak używany w łazikach Mars Pathfinder i Mars Exploration Rovers . Podejście lądownika na nogach spowodowałoby kilka problemów projektowych. Musiałby mieć silniki wystarczająco wysoko nad ziemią podczas lądowania, aby nie tworzyć chmury pyłu, która mogłaby uszkodzić instrumenty łazika. Wymagałoby to długich nóg do lądowania, które musiałyby mieć znaczną szerokość, aby utrzymać środek ciężkości nisko. Lądownik na nogach wymagałby również ramp, aby łazik mógł zjechać na powierzchnię, co wiązałoby się z dodatkowym ryzykiem dla misji na przypadkowych skałach lub przechyleniu, które uniemożliwiłyby Curiosity od możliwości udanego odjechania z lądownika. W obliczu tych wyzwań inżynierowie MSL opracowali nowatorskie rozwiązanie alternatywne: dźwig powietrzny. System dźwigu powietrznego obniżył łazik z liną o długości 7,6 m (25 stóp) do miękkiego lądowania - z opuszczonymi kołami - na powierzchni Marsa. System ten składa się z uzdy opuszczającej łazik na trzech nylonowych linach oraz kabla elektrycznego przenoszącego informacje i zasilanie między etapem zniżania a łazikiem. Gdy kable pomocnicze i kable danych rozwinęły się, sześć zmotoryzowanych kół łazika wskoczyło na swoje miejsce. Na około 7,5 m (25 stóp) poniżej stopnia zniżania system suwnicy zwolnił i zatrzymał się, a łazik wylądował. Po wylądowaniu łazik odczekał dwie sekundy, aby potwierdzić, że jest na twardym gruncie, wykrywając ciężar na kołach i wystrzelił kilka piros (małe urządzenia wybuchowe) aktywujące przecinaki do kabli na uzdę i pępowinach, aby uwolnić się ze sceny opadania. Etap zniżania odleciał następnie do awaryjnego lądowania w odległości 650 m (2100 stóp). Koncepcja żurawia powietrznego nigdy wcześniej nie była używana w misjach.

Lądowisko

Główne artykuły: Bradbury Landing and Gale (krater)

Gale Crater to miejsce lądowania MSL. Wewnątrz krateru Gale znajduje się góra o nazwie Aeolis Mons („Ostra Góra”), złożona z warstwowych skał, wznosząca się około 5,5 km (18 000 stóp) nad dnem krateru, którą Curiosity zbada. Lądowisko to gładki obszar w „Yellowknife” Quad 51 Aeolis Palus wewnątrz krateru przed górą. Docelowym miejscem lądowania był eliptyczny obszar o wymiarach 20 na 7 km (12,4 na 4,3 mil). Średnica krateru Gale wynosi 154 km (96 mil).

Miejsce lądowania łazika znajdowało się mniej niż 2,4 km (1,5 mil) od środka planowanej elipsy lądowania, po przebyciu 563 000 000 km (350 000 000 mil). NASA nazwała miejsce lądowania łazika Bradbury Landing 16 sierpnia 2012 r. Według NASA szacuje się, że w momencie startu na Curiosity znajdowało się od 20 000 do 40 000 żaroodpornych przetrwalników bakteryjnych , a nawet 1000 razy więcej mogło nie zostać policzone .

Głoska bezdźwięczna

Filmy

MSL startuje z Cape Canaveral .
MSL's Seven Minutes of Terror , film NASA opisujący lądowanie.
MSL na powierzchnię krateru Gale .
MSL uderza w marsjańską ziemię i wzbija chmurę pyłu.

Obrazy

  • Curiosity's landing site is on Aeolis Palus near Mount Sharp in Gale Crater – north is down.

    Lądowisko Curiosity znajduje się na Aeolis Palus w pobliżu góry Sharp w kraterze Gale – północ jest na dole.

  • Ejected Heat Shield as the rover descended to the Martian surface (August 6, 2012 05:17 UTC).

    Wyrzucona osłona termiczna, gdy łazik schodził na powierzchnię Marsa (6 sierpnia 2012 r., 05:17 UTC).

  • Curiosity descending under its parachute, as viewed by HiRISE (MRO) (August 6, 2012).

    Curiosity opadający na spadochronie widziany przez HiRISE ( MRO ) (6 sierpnia 2012).

  • MSL's debris field on August 17, 2012 (3-D versions: rover and parachute).

    Pole szczątków MSL w dniu 17 sierpnia 2012 r. (Wersje 3D: łazik i spadochron ).

  • Curiosity's landing site (Bradbury Landing) viewed by HiRISE (MRO) (August 14, 2012).

    Lądowisko Curiosity ( Bradbury Landing ) oglądane przez HiRISE ( MRO ) (14 sierpnia 2012).

  • Curiosity's first image after landing – The rover's wheel can be seen (August 6, 2012).

    Curiosity po wylądowaniu – widać koło łazika (6 sierpnia 2012).

  • Curiosity's first color image of the Martian landscape (August 6, 2012).

    Pierwsze kolorowe zdjęcie marsjańskiego krajobrazu wykonane przez Curiosity (6 sierpnia 2012).

  • Curiosity's first test drive (Bradbury Landing) (August 22, 2012).[157]

    Pierwsza jazda próbna Curiosity ( Bradbury Landing ) (22 sierpnia 2012).

Łazik Curiosity - w pobliżu Bradbury Landing (9 sierpnia 2012).
Widok Mount Sharp z Curiosity (20 września 2012; balans bieli ) ( kolor surowy ).
Widok Curiosity z „ Rocknest ” patrząc na wschód w kierunku „Point Lake” (w środku) w drodze do „ Glenelg Intrigue ” (26 listopada 2012 r.; balans bieli ) ( kolor surowy ).
Widok Curiosity na Mount Sharp (9 września 2015).
Widok marsjańskiego nieba o zachodzie słońca z Curiosity (luty 2013; symulowane słońce przez artystę).

Zobacz też

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrane z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Mars_Science_Laboratory&oldid=1138595899 ”