System mikroobrazowej analizy pyłu

MIDAS
Operator ESA
Producent Austrii, Holandii i Niemiec
Typ instrumentu Mikroskop sił atomowych
Funkcjonować Analizator elementarny
Czas trwania misji 12 lat, 6 miesięcy, 28 dni
Rozpoczęły się operacje 6 sierpnia 2014 r
Zaprzestano działalności 30 września 2016 r
Nieruchomości
Masa 8,0 kg
Pobór energii 7,4 W
Statek kosmiczny gospodarza
Statek kosmiczny Statek kosmiczny Rosetta
Operator Europejska Agencja Kosmiczna
Data uruchomienia 2 marca 2004 ( 02.03.2004 )
Rakieta Ariane 5G + V-158
Uruchom witrynę Kourou ELA-3
IDENTYFIKATOR COSPAR 2004-006A
Orbita Kometa 67P/Czuriumow-Gerasimenko

Mikroobrazowy system analizy pyłu ( MIDAS ) jest jednym z kilku instrumentów misji Rosetta Europejskiej Agencji Kosmicznej , które badały in situ środowisko wokół aktywnej komety 67P/Churyumov-Gerasimenko , gdy leciała ona do wewnętrznego Układu Słonecznego . MIDAS to mikroskop sił atomowych (AFM) przeznaczony do zbierania cząstek pyłu emitowane z komety, a następnie zeskanować je bardzo ostrą końcówką przypominającą igłę, aby określić ich strukturę 3D, rozmiar i teksturę z bardzo wysoką rozdzielczością (4 nanometry ).

Cele nauki

MIDAS jest pierwszym instrumentem zdolnym do obrazowania najmniejszych cząstek pyłu kometarnego in-situ . Wykazano, że niektóre cząsteczki pyłu międzyplanetarnego zebrane w stratosferze Ziemi mają pochodzenie kometarne, ale ich dokładne pochodzenie jest zwykle nieznane. Misja Stardust zwróciła wiele cząstek pyłu kometarnego, zebranych podczas szybkiego przelotu komety 81P/Wild w aerożelu , ale zostały one silnie zmodyfikowane, zmiażdżone i stopione podczas hamowania i powrotu na Ziemię. MIDAS był używany przede wszystkim w cząstkach o wielkości kilku mikrometrów średnicy lub mniejszej.

Poprzez zbieranie i obrazowanie cząstek pyłu — maleńkich kawałków skał, lodu i związków organicznych — emitowanych przez kometę 67P/Czuriumow-Gierasimienko podczas jej przechodzenia przez wewnętrzny Układ Słoneczny, MIDAS odpowiada na następujące pytania:

  1. Jaka jest wielkość i morfologia poszczególnych ziaren?
  2. Jaka jest historia zmian poszczególnych ziaren?
  3. Jaki jest rozkład wielkości najmniejszych cząstek?
  4. Czy ziarna są krystaliczne czy amorficzne ?
  5. Czy ziarna są zwarte, czy bardzo porowate i „puszyste”?
  6. Jaki jest najmniejszy „element budulcowy” ziarna?

Ponieważ uważa się, że komety są starożytne i zawierają niezmienioną materię od czasu ich powstania we wczesnym Układzie Słonecznym, pytania te bezpośrednio pomogą wesprzeć teorie dotyczące formowania się Układu Słonecznego. Głównym badaczem jest Mark Bentley z Instytutu Badań Kosmicznych ( IWF ) w Austrii. Sprzęt jest dostarczany przez uniwersytety w Austrii, Holandii i Niemczech.

Opis instrumentu

MIDAS jest zamontowany na nadirowym panelu sondy Rosetta i składa się z trzech głównych podsystemów oraz skrzynki z elektroniką:

  • lejek, przesłona i kolimator do kontroli zbierania kurzu
  • etap obsługi próbek w celu zebrania zebranego pyłu i manipulowania nim
  • mikroskop sił atomowych.

Zbieranie pyłu odbywa się w pobliżu komety poprzez otwarcie migawki i umieszczenie jednego z 61 celów bezpośrednio za lejkiem. Kolimator zapewnia naświetlanie tylko jednego celu naraz. Cele są prostokątne i mają wymiary 1,4 × 2,4 mm wielkości i są montowane na obwodzie koła. Obracanie tego pokrętła przesuwa cel z pozycji zbierania kurzu (ekspozycji) do pozycji analizy (skanowania). Po zebraniu wystarczającej ilości pyłu przesłona jest zamykana, a odsłonięty cel przesuwa się przed jednym z 16 wsporników. Każdy wspornik jest wyposażony w ostrą końcówkę; ponieważ mogą one ulec zużyciu podczas pracy, szesnaście końcówek zapewnia redundancję na jeden rok nominalnej eksploatacji.

Wsporniki i końcówki

Każdy wspornik MIDAS jest piezorezystancyjny, co oznacza, że ​​jego ugięcie jest mierzone zmianą rezystancji, a nie odbiciem światła laserowego od wspornika, jak w wielu komercyjnych instrumentach. W ten sposób unika się potrzeby skomplikowanego ustawiania optycznego, a instrument może być wystarczająco wytrzymały, aby wytrzymać start. Szesnaście wsporników jest przenoszonych w celu zapewnienia redundancji, każdy z ostrym końcem o długości około 10 µm. Cztery są pokryte stopem kobaltu, aby umożliwić mikroskopię sił magnetycznych zebranego pyłu.

Obsługa próbek

Tarcze MIDAS, na których zbierane są cząsteczki pyłu, są wykonane z krzemu i mają kształt prostokąta o wymiarach 1,4 × 2,4 mm . Większość jest pokryta zol-żelem powłoka, która pomaga w przyklejaniu cząstek do celów. Przewożone są również trzy tarcze kalibracyjne, które umożliwiają kalibrację skanera w XY i Z oraz umożliwiają odwzorowanie kształtu końcówki. Wszystkie 64 tarcze są zamontowane na obwodzie koła, które obraca się, aby wybrać próbkę, zapewnić zgrubne pozycjonowanie Y i przesunąć próbki z pozycji naświetlania do pozycji skanowania. Koło można również przesuwać w bok, przesuwając koło przed każdym z 16 wsporników i umożliwiając zgrubne pozycjonowanie X.

Etap podejścia zgrubnego

Przed zeskanowaniem próbki należy zbliżyć mikroskop do próbki. Osiąga się to dzięki zgrubnemu stopniowi zbliżania napędzanemu przez szczotkowany silnik prądu stałego zamknięty w ciśnieniowym mieszku próżniowym. Silnik ten napędza wrzeciono, które z kolei podnosi lub opuszcza koło umieszczone w sprężynowym klinie, jak pokazano na schemacie. [ który? ] Pozwala to na przesunięcie całego stolika mikroskopu o około 0,5 mm.

Przykładowy etap

Sercem instrumentu jest precyzyjny stolik XYZ o przesuwie około 100 × 100 µm w kierunku XY i 10 µm w kierunku Z. Ten etap , napędzany przez siłowniki piezoelektryczne , przesuwa wybrany wspornik i końcówkę po próbce w układzie rastrowym, mierząc wysokość próbki w każdym punkcie.

Specyfikacje instrumentów

Poniższa tabela podsumowuje najważniejsze cechy instrumentu:

Parametr Wydajność podczas lotu
Masa 8,0 kg
Moc 7,4 W (średnio)
Rozdzielczość boczna 3,8 nm
Rozdzielczość wysokości 0,16 nm
Zakres wysokości 8 µm
Pole skanowania min.: 0,97 µm, maks.: 94 µm
Rozdzielczość obrazu 32 × 32 - 512 × 512 pikseli, 14 bitów/piksel
Tryby pracy Kontaktowy, dynamiczny, magnetyczny
Kanały danych Topografia, sygnał błędu, przesunięcie fazowe, wspornik DC, AC, napięcie X/Y/Z i położenie

Kiedy sonda została wyprowadzona z trybu hibernacji 20 stycznia 2014 r., oprogramowanie komputera MIDAS zostało zaktualizowane, a instrument jest kalibrowany i testowany.

Wyniki

Chociaż MIDAS był eksploatowany podczas długiej (10-letniej) fazy rejsu, nigdy nie znajdował się w środowisku, w którym spodziewano się znacznego zapylenia. W związku z tym jedynymi dostępnymi do tej pory wynikami są skany referencyjne wzorców kalibracyjnych i wzorców ślepych. Dane naukowe powinny być publicznie dostępne, gdy misja rozpocznie fazę badań podstawowych w listopadzie 2014 r., z zastrzeżeniem zwykłego 6-miesięcznego okresu zastrzeżonego. Dane zostały udostępnione za pośrednictwem ESA Planetary Science Archive (PSA) , gdzie dostępna jest dedykowana sekcja Rosetty .

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Micro-Imaging_Dust_Analysis_System&oldid=1119521825 ”