Mars Science Laboratory - Mars Science Laboratory

Mars Science Laboratory
Konfigurace MSL cruise stage (PIA14831) .png
Konfigurace MSL cruise
Typ mise Mars rover
Operátor NASA
ID COSPARU 2011-070A
SATCAT č. 37936
webová stránka http://mars.jpl.nasa.gov/msl/
Délka mise Primární: 669 marťanských solů
     (687 dní)
Uplynulo: 3250 solů
     (3339 dní)
Vlastnosti kosmických lodí
Výrobce JPL
Spustit hmotu 3839 kg (8463 lb)
Začátek mise
Datum spuštění 26. listopadu 2011, 15: 02: 00.211 UTC ( 2011-11-26UTC15: 02 ) 
Raketa Atlas V 541 (AV-028)
Spusťte web Mys Canaveral SLC-41
Dodavatel United Launch Alliance
Mars rover
Datum přistání 6. srpna 2012, 05:17 UTC SCET
MSD 49269 05:53 AMT
Přistávací místo Bradbury Landing “ v kráteru Gale 4,5895 ° S 137,4417 ° E
4 ° 35'22 "S 137 ° 26'30" E /  / -4,5895; 137,4417
Logo mise Mars Science Laboratory logo.png  

Mars Science Laboratory ( MSL ) je mise robotické vesmírné sondy na Mars, kterou vypustila NASA 26. listopadu 2011 a která 6. srpna 2012 úspěšně přistála na roveru Mars Curiosity v kráteru Gale . Celkové cíle zahrnují zkoumání obyvatelnosti Marsu , studovat jeho klima a geologii a sbírat data pro lidskou misi na Mars . Rover nese řadu vědeckých přístrojů navržených mezinárodním týmem.

Přehled

Hubbleův pohled na Mars: Kráter Gale je vidět. Mírně vlevo a jižně od centra je to malé tmavé místo s prachem, který se od něj táhne jižně.

MSL úspěšně provedlo nejpřesnější marťanské přistání ze všech známých kosmických lodí v té době, zasáhlo malou cílovou přistávací elipsu pouhých 7 krát 20 km (4,3 x 12,4 mil) v oblasti Aeolis Palus v kráteru Gale. V případě, MSL dosáhl přistání 2,4 km (1,5 mil) na východ a 400 m (1300 stop) severně od středu cíle. Toto místo se nachází v blízkosti hory Aeolis Mons (alias „Mount Sharp“). Mise Rover je připravena prozkoumat nejméně 687 pozemských dní (1 marťanský rok) v dosahu 5 x 20 km (3,1 x 12,4 mil).

Mise Mars Science Laboratory je součástí programu NASA Mars Exploration Program , dlouhodobého úsilí o robotický průzkum Marsu, který je řízen Jet Propulsion Laboratory z California Institute of Technology . Celkové náklady na projekt MSL jsou asi 2,5 miliardy USD.

Mezi předchozí úspěšné americké rovery Mars patří Sojourner z mise Mars Pathfinder a Mars Exploration Rovers Spirit and Opportunity . Zvědavost je asi dvakrát tak dlouhá a pětkrát těžší než Duch a příležitost a unese více než desetkrát více vědeckých nástrojů.

Záměry a cíle

MSL autoportrét z Gale Crater sol 85 (31. října 2012).

Mise MSL má čtyři vědecké cíle: určit obyvatelnost místa přistání, včetně role vody , studium klimatu a geologie Marsu . Je to také užitečná příprava na budoucí lidskou misi na Mars .

Aby MSL přispělo k těmto cílům, má osm hlavních vědeckých cílů:

Biologický
Geologické a geochemické
  • (4) Zkoumejte chemické, izotopové a mineralogické složení marťanských povrchových a geologických materiálů blízkého povrchu
  • (5) Interpretujte procesy, které vytvořily a upravily horniny a půdy
Planetární proces
Povrchové záření

Asi po jednom roce mise na povrch a po posouzení, že starověký Mars mohl být pohostinný vůči mikrobiálnímu životu, se cíle mise MSL vyvinuly ve vývoj prediktivních modelů pro konzervační proces organických sloučenin a biomolekul ; pobočka paleontologie zvaná tafonomie .

Specifikace

Kosmická loď

Mars Science Laboratory ve finální montáži
Schéma kosmické lodi MSL: 1- fáze plavby; 2- zadní kryt; 3- Stupeň sestupu; 4- Rover zvědavosti ; 5- Tepelný štít ; 6- Padák

Letový systém kosmické lodi měl při startu hmotnost 3 893 kg (8583 lb), skládající se z plavebního stupně poháněného Zemi a Marsu (539 kg (1 188 lb)), systému vstup-sestup-přistání (EDL) (2 401 kg (5 293) lb) včetně 390 kg (860 lb) přistávacího paliva ) a 899 kg (1,982 lb) mobilního roveru s integrovaným balíkem přístrojů.

Kosmická loď MSL zahrnuje nástroje specifické pro vesmírné lety, kromě využití jednoho z roverových přístrojů-Radiation assessment detector (RAD)-během vesmírného letu na Mars.

  • Nástroj MSL EDL (MEDLI): Hlavním cílem projektu MEDLI je měřit aerotermální prostředí, odezvu materiálu podpovrchového tepelného štítu, orientaci vozidla a hustotu atmosféry. Sada přístrojů MEDLI byla nainstalována v tepelném štítu vstupního vozidla MSL. Získaná data podpoří budoucí mise na Marsu poskytnutím naměřených atmosférických údajů k ověření modelů atmosféry Marsu a vyjasnění okrajů návrhu přistávacího modulu pro budoucí mise na Marsu. Přístrojové vybavení MEDLI se skládá ze tří hlavních subsystémů: Integrované senzorové zástrčky MEDLI (MISP), Mars Entry Atmospheric Data System (MEADS) a Sensor Support Electronics (SSE).

Rover

Barevně kódovaný diagram vozítka

Rover Curiosity má hmotnost 899 kg (1 982 lb), dokáže cestovat až 90 m (300 ft) za hodinu na svém šestikolovém systému kolébkového podvozku, je poháněn víceúčelovým radioizotopovým termoelektrickým generátorem (MMRTG) a komunikuje v pásmech X i UHF.

  • Počítače: Dva identické palubní počítače roverů, nazývané „Rover Compute Element“ (RCE), obsahují radiem ztvrdlou paměť, která toleruje extrémní záření z vesmíru a chrání před cykly vypínání. Paměť Každý počítač zahrnuje 256  KB z EEPROM , 256  MB s DRAM a 2  GB ve flash paměti . To je srovnatelné s 3 MB EEPROM, 128 MB DRAM a 256 MB flash paměti použité v rovinách Mars Exploration.
RCE počítače pomocí RAD750 procesor (následník RAD6000 CPU používané v Mars Exploration Rover), pracující na 200 MHz. CPU RAD750 je schopen až 400 MIPS , zatímco procesor RAD6000  až 35 MIPS. Ze dvou palubních počítačů je jeden nakonfigurován jako záložní a v případě problémů s hlavním počítačem převezme kontrolu.
Rover má inerciální měřicí jednotku (IMU), která poskytuje 3osé informace o své poloze, která se používá v navigaci roveru. Počítače vozítka neustále monitorují, aby udržely vozítko v provozu, například regulací teploty vozítka. Činnosti, jako je fotografování, řízení a ovládání přístrojů, se provádějí v příkazové sekvenci, která je vyslána letovým týmem do roveru.

Na počítačích roveru běží VxWorks , operační systém v reálném čase od Wind River Systems . Během cesty na Mars VxWorks provozoval aplikace určené pro navigační a naváděcí fázi mise a měl také předem naprogramovanou softwarovou sekvenci pro zvládnutí složitosti vstup-sestup-přistání. Po přistání byly aplikace nahrazeny softwarem pro jízdu na povrchu a provádění vědeckých činností.

Anténa Goldstone může přijímat signály
Kola pracujícího sourozence do Curiosity . Vzor Morseovy abecedy (pro „ JPL “) je znázorněn malými (tečkami) a velkými (pomlčkovými) otvory ve třech vodorovných čarách na kolech. Kód na každém řádku se čte zprava doleva.
  • Komunikace: Curiosity je vybavena několika komunikačními prostředky pro nadbytečnost. X band Small Deep Space transpondéru pro komunikaci přímo k Zemi prostřednictvím Deep Space Network a UHF Electra -Lite softwarově definovaného rádia pro komunikaci s Mars sond. Systém X-band má jedno rádio s výkonovým zesilovačem 15 W a dvě antény: všesměrovou anténu s nízkým ziskem, která dokáže komunikovat se Zemí při velmi nízkých přenosových rychlostech (15 bit/s v maximálním dosahu), bez ohledu na orientaci roveru , a anténa s vysokým ziskem, která může komunikovat rychlostí až 32 kbit/s, ale musí být zaměřena. Systém UHF má dvě vysílačky (vysílací výkon přibližně 9 W), sdílející jednu všesměrovou anténu. To může komunikovat s Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) a 2001 Mars Odyssey orbiter (ODY) rychlostí až 2 Mbit/s, respektive 256 kbit/s, ale každý orbiter je schopen komunikovat s Curiosity pouze asi 8 minut za den. Orbitery mají větší antény a výkonnější rádia a mohou přenášet data na Zemi rychleji, než by to mohl rover dělat přímo. Většina dat vrácených Curiosity (MSL) je proto přes UHF reléové odkazy s MRO a ODY. Návratnost dat během prvních 10 dnů byla přibližně 31 megabajtů za den.
Typicky 225 kbit/den příkazů je přenášeno do roveru přímo ze Země, rychlostí dat 1–2 kbit/s, během 15minutového (900 sekund) vysílacího okna, zatímco větší objemy dat shromážděné roverem jsou vráceny přes satelitní relé. Jednosměrné zpoždění komunikace se Zemí se pohybuje od 4 do 22 minut, v závislosti na relativních polohách planet, přičemž průměr je 12,5 minuty.
Při přistání byla telemetrie monitorována orbiterem Mars Odyssey 2001 , Mars Reconnaissance Orbiter a ESA Mars Express . Odyssey je schopná předávat UHF telemetrii zpět na Zemi v reálném čase. Čas relé se mění podle vzdálenosti mezi oběma planetami a v době přistání trval 13:46 minut.
  • Mobilní systémy: Curiosity je na rozdíl od menších předchůdců vybaven šesti koly v odpružení vahadlem , které zároveň sloužilo jako podvozek vozidla. Kola jsou podstatně větší (50 centimetrů (20 palců) v průměru) než ta, která byla použita u předchozích roverů. Každé kolo má zarážky a je nezávisle ovládáno a vybaveno, což umožňuje lezení v měkkém písku a škrábání po skalách. Čtyři rohové kola lze nezávisle řídit, což umožňuje vozidlu zatáčet na místě a provádět obloukové zatáčky. Každé kolo má vzorec, který mu pomáhá udržovat trakci a zanechává vzorované stopy na písečném povrchu Marsu. Tento vzorec používají palubní kamery k posouzení ujeté vzdálenosti. Samotný vzorec je morseovka pro „ JPL “ ( • −−− • −− • • - •• ). Na základě těžiště může vozidlo odolat náklonu nejméně 50 stupňů v libovolném směru, aniž by se převrátilo, ale automatické senzory omezí vozítko v překročení náklonu 30 stupňů.

Nástroje

Hlavní nástroje
APXS -rentgenový spektrometr Alpha Particle
ChemCam - komplex chemie a kamery
CheMin - chemie a mineralogie
DAN - dynamické albedo neutronů
Hazcam - kamera zabraňující nebezpečí
MAHLI - Mars Hand Lens Imager
MARDI - Mars Descent Imager
MastCam - stožárová kamera
MEDLI - nástroj MSL EDL
Navcam - navigační kamera
RAD - detektor hodnocení záření
REMS - Rover Monitorovací stanice životního prostředí
SAM - Analýza vzorků na Marsu
Stín zvědavosti a Aeolis Mons („Mount Sharp“)

Obecná analytická strategie začíná kamerami s vysokým rozlišením, které hledají zajímavé funkce. Pokud je konkrétní povrch zajímavý, může Curiosity odpařit jeho malou část infračerveným laserem a prozkoumat výsledný podpis spektra, aby se dotázal na základní složení horniny. Pokud tento podpis zaujme, bude rover pomocí dlouhého ramene houpat přes mikroskop a rentgenový spektrometr, aby se podíval blíže. Pokud vzorek vyžaduje další analýzu, Curiosity může vrtat do balvanu a doručit práškový vzorek buď do analytické laboratoře SAM nebo CheMin uvnitř roveru.

Porovnání dávek záření - zahrnuje množství detekované na cestě ze Země na Mars pomocí RAD na MSL (2011–2013).
RAD na Curiosity .
  • Dynamic Albedo of Neutrons (DAN): Pulzní zdroj neutronů a detektor pro měření vodíku nebo ledu a vody na povrchu Marsu nebo v jeho blízkosti. Dne 18. srpna 2012 (sol 12) ruské vědě nástroje, Dane, byl zapnut, značení úspěch rusko-americká spolupráce na povrchu Marsu a první pracovní ruského sci-nástroj na povrchu Marsu, protože Mars 3 zastaveno vysílání před více než čtyřiceti lety. Přístroj je určen k detekci podpovrchové vody.
  • Rover Environmental Monitoring Station (REMS): Meteorologický balíček a ultrafialové čidlo od Španělska a Finska . Měří vlhkost, tlak, teploty, rychlosti větru a ultrafialové záření.
  • Kamery: Curiosity má celkově sedmnáct kamer. 12 technických kamer (Hazcams a Navcams) a pět vědeckých kamer. Kamery MAHLI, MARDI a MastCam byly vyvinuty společností Malin Space Science Systems a všechny sdílejí společné konstrukční komponenty, jako jsou palubní elektronické zpracovatelské boxy, CCD 1600 × 1200 a filtr RGB Bayer .
    • MastCam : Tento systém poskytuje zobrazení několika spekter a věrných barev pomocí dvou kamer.
    • Mars Hand Lens Imager (MAHLI) : Tento systém se skládá z kamery připevněné k robotickému ramenu na roveru, která slouží k pořizování mikroskopických obrazů hornin a půdy. Pro osvětlení má bílé a ultrafialové LED diody.
  • ChemCam: Navržený Rogerem Wiensem je systém nástrojů pro dálkové snímání, které slouží k erozi marťanského povrchu až do vzdálenosti 10 metrů a měření různých složek, které tvoří zemi. Užitečné zatížení obsahuje první laserem buzeného spektroskopie (LIBS) systém, který má být použit pro planetární vědy a zvědavost je pátý věda kamera, vzdálený mikro-imager (RMI). RMI poskytuje černobílé obrázky v rozlišení 1024 × 1024 v zorném poli 0,02 radiánu (1,1 stupně). To je přibližně ekvivalentní objektivu 1 500 mm na 35 mm fotoaparátu.
MARDI si prohlíží povrch
  • Mars Descent Imager (MARDI) : Během části sestupu na povrch Marsu získal MARDI 4 barevné obrázky za sekundu při 1600 × 1200 pixelech s expoziční dobou 0,9 milisekundy. Snímky byly pořízeny 4krát za sekundu, počínaje krátce před oddělením tepelného štítu ve výšce 3,7 km, až několik sekund po přistání. To poskytlo technické informace o pohybu roveru během procesu klesání a vědecké informace o terénu bezprostředně obklopujícím rover. NASA MARDI v roce 2007 zrušila, ale společnost Malin Space Science Systems do něj přispěla svými vlastními zdroji. Po přistání to mohlo trvat 1,5 mm (0,059 palce) na pixelové zobrazení povrchu, první z těchto fotografií po přistání byly pořízeny 27. srpna 2012 (sol 20).
  • Technické kamery: K dispozici je dalších 12 kamer, které podporují mobilitu:
    • Kamery pro vyhýbání se nebezpečí (Hazcams): Rover má v každém ze svých čtyř rohů dvojici černobílých navigačních kamer ( Hazcams ). Ty poskytují uzavřené pohledy na potenciální překážky, které se chystají jít pod kola.
    • Navigační kamery (Navcams): Rover používá k podpoře pozemní navigace dva páry černobílých navigačních kamer namontovaných na stožáru. Ty poskytují výhled do dálky na terén před sebou.

Dějiny

Stupeň plavby MSL se testuje v Jet Propulsion Laboratory poblíž Pasadeny v Kalifornii

Laboratoř vědy Mars byla doporučena výborem Decadal Survey Spojených států pro národní výzkum jako mise Marsu střední třídy střední třídy v roce 2003. NASA v dubnu 2004 vyzvala k předložení návrhů vědeckých přístrojů roveru a 14. prosince bylo vybráno osm návrhů. rok. Testování a návrh komponent také začala na konci roku 2004, včetně Aerojet ‚s projektováním v monopropellant motoru s možností přidání plynu od 15 do 100 procent tah s pevnou pohonné vstupním tlakem.

Překročení nákladů, zpoždění a spuštění

V listopadu 2008 byla většina vývoje hardwaru a softwaru dokončena a testování pokračovalo. V tomto okamžiku byly překročení nákladů přibližně 400 milionů dolarů. Při pokusech splnit datum spuštění bylo odstraněno několik nástrojů a mezipaměť pro vzorky a další nástroje a kamery byly zjednodušeny, aby se zjednodušilo testování a integrace roveru. Příští měsíc NASA odložila start na konec roku 2011 kvůli nedostatečnému času testování. Nakonec náklady na vývoj roveru dosáhly 2,47 miliardy USD, tj. Na rover, který byl původně klasifikován jako středně nákladná mise s maximálním rozpočtem 650 milionů USD, přesto NASA stále musela požádat o dalších 82 milionů USD na splnění plánovaného listopadu. zahájení. V roce 2012 došlo k překročení projektu o 84 procent.

MSL odstartovala na raketu Atlas V z mysu Canaveral 26. listopadu 2011. 11. ledna 2012 sonda úspěšně vylepšila svoji trajektorii tříhodinovou sérií odpalovacích motorů, čímž se doba přistání roveru posunula zhruba o 14 hodin. Když byla spuštěna MSL, ředitelem programu byl Doug McCuistion z divize NASA Planetary Science Division.

Curiosity úspěšně přistála v kráteru Gale v 05: 17: 57,3 UTC 6. srpna 2012 a přenesla snímky Hazcam potvrzující orientaci. Vzhledem k vzdálenosti Mars-Země v době přistání a omezené rychlosti rádiových signálů nebylo přistání na Zemi registrováno dalších 14 minut. Mars Reconnaissance Orbiter poslal fotografii Curiosity Descending pod jeho padákem, které byly přidány jeho HiRISE kamerou, v průběhu řízení přistání.

Šest vedoucích členů týmu Curiosity představilo tiskovou konferenci několik hodin po přistání: John Grunsfeld , přidružený správce NASA; Charles Elachi , ředitel JPL; Peter Theisinger , projektový manažer MSL; Richard Cook, zástupce projektového manažera MSL; Adam Steltzner , vedení MSL, sestup a přistání (EDL); a John Grotzinger , vědecký pracovník MSL.

Pojmenování

Mezi 23. a 29. březnem 2009 zařadila široká veřejnost prostřednictvím veřejného hlasování na webových stránkách NASA devět finalistů jmen roverů (Adventure, Amelia, Journey, Perception, Pursuit, Sunrise, Vision, Wonder a Curiosity). 27. května 2009 bylo oznámeno, že vítězné jméno je Curiosity . Jméno zadala v esejistické soutěži Clara Ma, žákyně šesté třídy z Kansasu.

Zvědavost je vášeň, která nás vede našimi každodenními životy. Stali jsme se průzkumníky a vědci, kteří potřebují klást otázky a přemýšlet.

-  Clara Ma, NASA/JPL Pojmenujte soutěž Rover

Výběr místa přistání

Aeolis Mons stoupá ze středu kráteru Gale - zelená tečka označuje místo přistání roveru Curiosity v Aeolis Palus - sever je dole

Bylo hodnoceno více než 60 přistávacích míst a do července 2011 byl vybrán kráter Gale. Primárním cílem při výběru místa přistání bylo identifikovat konkrétní geologické prostředí nebo soubor prostředí, která by podporovala mikrobiální život. Plánovači hledali web, který by mohl přispět k celé řadě možných vědeckých cílů. Dali přednost místu přistání s morfologickými i mineralogickými důkazy o minulé vodě. Dále bylo upřednostňováno místo se spektry indikujícími více hydratovaných minerálů ; jílové minerály a síranové soli by představovaly bohaté naleziště. Hematit , další oxidy železa , síranové minerály, silikátové minerály , oxid křemičitý a případně chloridové minerály byly navrženy jako možné substráty pro uchování fosilních zdrojů . Skutečně je známo, že všechny usnadňují zachování fosilních morfologií a molekul na Zemi. Obtížný terén byl oblíben pro hledání důkazů o obyvatelných podmínkách, ale rover musí být schopen bezpečně dosáhnout místa a řídit v něm.

Technická omezení vyžadovala místo přistání méně než 45 ° od marťanského rovníku a méně než 1 km nad referenčním vztažným bodem . Na prvním workshopu MSL Landing Site bylo identifikováno 33 potenciálních přistávacích míst. Na konci druhého workshopu na konci roku 2007 byl seznam zúžen na šest; v listopadu 2008 vedoucí projektu na třetím workshopu omezili seznam na tato čtyři místa přistání:

název Umístění Nadmořská výška Poznámky
Kráterová delta Eberswalde 23 ° 52 's 326 ° 44' východní délky / 23,86 ° S 326,73 ° E / -23,86; 326,73 −1450 m (−4,760 ft) Starověká říční delta.
Holden kráterový fanoušek 26 ° 22 's 325 ° 06 ' východní délky / 26,37 ° J 325,10 ° E / -26,37; 325,10 −1940 m (−6,360 ft) Suché dno jezera.
Kráter vichřice 4 ° 29 's 137 ° 25 ' východní délky / 4,49 ° J 137,42 ° E / -4,49; 137,42 −4,451 m (−14,603 ft) Obsahuje 5 km (3,1 mil) vysokou horu
vrstveného materiálu poblíž centra. Vybraný.
Web Mawrth Vallis 2 24 ° 01 'severní šířky 341 ° 02' východní délky / 24,01 ° N 341,03 ° E / 24,01; 341,03 −2 246 m (−7 369 ft) Kanál vytesaný katastrofickými povodněmi.

Čtvrtý workshop místa přistání se konal koncem září 2010 a pátý a poslední workshop 16. - 18. května 2011. 22. července 2011 bylo oznámeno, že kráter Gale byl vybrán jako místo přistání mise Mars Science Laboratory .

Zahájení

MSL vypuštěna z mysu Canaveral

Spusťte vozidlo

Atlas V startu vozidla je schopen zahájit až 8,290 kg (18280 lb) na geostacionární oběžnou dráhu . Atlas V byl také použit ke spuštění sondy Mars Reconnaissance Orbiter a sondy New Horizons .

První a druhý stupeň spolu s raketovými motory na tuhá paliva byly stohovány 9. října 2011 poblíž odpalovací rampy. Kapotáž obsahující MSL byla převezena na odpalovací rampu 3. listopadu 2011.

Spustit událost

MSL byl vypuštěn z komplexu 41 Space Launch Complex 41 Cape Canaveral Air Space Station 26. listopadu 2011 v 15:02 UTC prostřednictvím Atlasu V 541 poskytnutého United Launch Alliance . Tato dvoustupňová raketa obsahuje 3,8 m (12 ft) Common Core Booster (CCB) poháněný jedním motorem RD-180 , čtyřmi pevnými raketovými posilovači (SRB) a jedním druhým stupněm Centaur s kapotáží užitečného zatížení o průměru 5 m (16 ft) . Program NASA Launch Services koordinoval spuštění prostřednictvím smlouvy NASA Launch Services (NLS) I.

Plavba

Animace Mars Science Laboratory je trajektorie
   Země  ·    Mars  ·   Mars Science Laboratory

Plavba etapa

Plavba nesla kosmickou loď MSL prázdnotou vesmíru a doručila ji na Mars. Meziplanetární cesta urazila vzdálenost 352 milionů mil za 253 dní. Plavba má vlastní miniaturní pohonný systém, který se skládá z osmi trysek využívajících hydrazinové palivo ve dvou titanových nádržích. Má také vlastní systém elektrické energie , který se skládá ze solárního pole a baterie zajišťující nepřetržité napájení. Po dosažení Marsu se kosmická loď přestala točit a řezačka kabelů oddělila plavební stupeň od aeroskoly. Poté byla fáze plavby odkloněna na samostatnou trajektorii do atmosféry. V prosinci 2012 bylo pole trosek z plavebního stádia lokalizováno Mars Reconnaissance Orbiter . Protože jsou známy počáteční velikost, rychlost, hustota a úhel nárazu hardwaru, poskytne informace o procesech nárazu na povrch Marsu a atmosférických vlastnostech.

Oběžná dráha Marsu

Kosmická loď MSL opustila oběžnou dráhu Země a byla vložena na heliocentrickou přenosovou oběžnou dráhu Marsu 26. listopadu 2011, krátce po startu, Centaurovým horním stupněm nosné rakety Atlas V. Před oddělením Kentaura byla kosmická loď stabilizována na 2 otáčky za minutu pro řízení polohy během plavby na Marsu rychlostí 36 210 km/h (22 500 mph).

Během plavby bylo použito osm pohonů uspořádaných ve dvou klastrech jako akční členy pro řízení rychlosti odstřeďování a provádění manévrů korekce axiální nebo laterální trajektorie . Tím, že se točil kolem své centrální osy, si udržoval stabilní postoj. Cestou etapa plavby prováděla čtyři manévry korekce trajektorie, aby upravila dráhu kosmické lodi směrem k místu přistání. Informace byly zaslány k řadičům mise dvěma X-band antény . Klíčovým úkolem fáze plavby bylo řízení teploty všech systémů kosmických lodí a odvádění tepla generovaného zdroji energie, jako jsou solární články a motory, do vesmíru. V některých systémech izolační přikrývky udržovaly citlivé vědecké přístroje teplejší než téměř absolutní nulová teplota vesmíru. Termostaty monitorovaly teploty a podle potřeby zapínaly a vypínaly topné a chladicí systémy.

Vstup, sestup a přistání (EDL)

Systém kosmických lodí EDL

Přistání velké hmoty na Mars je obzvláště náročné, protože atmosféra je příliš tenká na to, aby byly padáky a samotné aerobraking účinné, a přitom zůstaly dostatečně silné, aby při zpomalování pomocí retrorocketů vytvářely problémy se stabilitou a nárazem . Ačkoli některé předchozí mise používaly airbagy k tlumení šoku z přistání, rover Curiosity je příliš těžký na to, aby to bylo možné. Místo toho byla Curiosity položena na marťanský povrch pomocí nového vysoce přesného systému vstupu, klesání a přistání (EDL), který byl součástí sestupného stupně kosmických lodí MSL. Hmotnost tohoto systému EDL, včetně padáku, jeřábu, paliva a aeroskoly , je 2 401 kg (5 293 lb). Nový EDL systém umístil Curiosity do přistávací elipsy o rozměrech 20 x 7 km, na rozdíl od přistávací elipsy 150 x 20 km od přistávacích systémů používaných rovery Mars Exploration.

Systém EDL (Entry-Descent-Landing) se liší od systémů používaných pro jiné mise v tom, že nevyžaduje interaktivní plán mise vytvořený ze země. Během celé přistávací fáze působí vozidlo autonomně, na základě předinstalovaného softwaru a parametrů. Systém EDL byl založen na vikinské struktuře aeroshell a pohonném systému pro precizně vedený vstup a měkké přistání, na rozdíl od přistání airbagů, které byly použity v polovině 90. let misemi Mars Pathfinder a Mars Exploration Rover . Kosmická loď používala několik systémů v přesném pořadí, přičemž sekvence vstupu, sestupu a přistání byla rozdělena do čtyř částí - níže popsaných jako události vesmírných let se odehrály 6. srpna 2012.

Akce EDL - 6. srpna 2012

Události vstupu do marťanské atmosféry od oddělení fáze plavby po nasazení padáku

Navzdory pozdní hodině, zejména na východním pobřeží USA, kde bylo 1:31 ráno, přistání vyvolalo značný veřejný zájem. 3,2 milionu sledovalo přistání v přímém přenosu, přičemž většina sledovala online místo v televizi prostřednictvím NASA TV nebo kabelových zpravodajských sítí, které událost živě sledovaly . Konečné místo přistání roveru bylo méně než 2,4 km od cíle po 563 270 400 km (350 000 000 mi) cestě. Kromě streamování a tradičního sledování videa vytvořil JPL Eyes on the Solar System , trojrozměrnou simulaci vstupu, sestupu a přistání v reálném čase na základě skutečných dat. Zvědavost je čas přistání jak je znázorněno na software, na základě JPL předpovědím bylo méně než 1 sekundu odlišná od reality.

Fáze EDL vesmírné mise MSL na Mars trvala pouhých sedm minut a probíhala automaticky, jak naprogramovali inženýři JPL předem, v přesném pořadí, přičemž sekvence vstupu, sestupu a přistání probíhala ve čtyřech různých fázích události:

Vstup s průvodcem

Vedený vstup je fáze, která kosmické lodi umožnila přesně se navést na plánované místo přistání

Přesně vedený vstup využíval palubní výpočetní schopnost řídit se k předem určenému místu přistání, což zlepšovalo přesnost přistání z rozsahu stovek kilometrů až 20 kilometrů (12 mi). Tato schopnost pomohla odstranit některé nejistoty nebezpečí přistání, které by mohly být ve větších přistávacích elipsách. Řízení bylo dosaženo kombinovaným použitím trysek a vysouvacích vyvažovacích hmot. Vysunutelné vyvažovací hmoty posunují těžiště kapsle, což umožňuje generování vektoru výtahu během atmosférické fáze. Navigační počítač integrovaný měření odhadnout polohu a postoj kapsle, která vygenerovala automatizované moment příkazů. Jednalo se o první planetární misi, která používala přesné přistávací techniky.

Rover byl složen do aeroskoly, která ho chránila při cestování vesmírem a při atmosférickém vstupu na Mars. Deset minut před vstupem do atmosféry se aeroskola oddělila od fáze plavby, která zajišťovala energii, komunikaci a pohon během dlouhého letu na Mars. Minutu po oddělení od tempomatu vystřelovaly rakety na aeroskoře, aby se zrušila rotace kosmické lodi o 2 otáčky za minutu a dosáhlo se orientace s tepelným štítem směrem k Marsu v rámci přípravy na vstup do atmosféry . Tepelný štít je vyroben z fenolického impregnovaného uhlíkového ablátoru (PICA). Tepelný štít o průměru 4,5 m (15 stop), což je největší tepelný štít, jaký kdy byl ve vesmíru letěn, snižoval rychlost kosmické lodi ablací proti atmosféře Marsu z rychlosti atmosférického rozhraní přibližně 5,8 km/s (3,6 mi/ s) až na přibližně 470 m/s (1 500 ft/s), kde bylo nasazení padáku možné asi o čtyři minuty později. Jednu minutu a 15 sekund po vstupu zaznamenal tepelný štít špičkové teploty až 2090 ° C (3790 ° F), protože atmosférický tlak přeměňoval kinetickou energii na teplo. Deset sekund po špičkovém zahřátí dosáhlo toto zpomalení vrcholu na 15 g .

Velkou část snížení chyby přesnosti přistání bylo dosaženo pomocí naváděcího algoritmu, odvozeného z algoritmu používaného pro navádění řídících modulů Apollo vracejících se na Zemi v programu Apollo . Toto vedení využívá zvedací sílu, kterou zažívá aeroskola, k „vylétnutí“ jakékoli zjištěné chyby v dosahu a tím k dosažení cílového místa přistání. Aby měl aeroshell vztlak, je jeho těžiště odsazeno od osové osy, což má za následek mimostředný úhel oříznutí při atmosférickém letu. Toho bylo dosaženo vysunutím balastních hmot skládajících se ze dvou 75 kg (165 lb) wolframových hmot minut před vstupem do atmosféry. Výtahový vektor byl řízen čtyřmi sadami dvou tryskových pohonných systémů reakčního systému (RCS), které vytvářely přibližně 500 N (110 lbf) tahu na pár. Tato schopnost změnit směr vztlaku umožnila kosmické lodi reagovat na okolní prostředí a směřovat k přistávací zóně. Před spuštěním padáku vysunulo vstupní vozidlo více balastní hmoty sestávající ze šesti 25 kg (55 lb) wolframových závaží tak, že bylo odstraněno odsazení těžiště .

Padák sestup

Padák MSL má průměr 16 m (52 ​​ft).
Když sonda sestoupila na povrch, spatřil rover NASA Curiosity a jeho padák NASA Mars Reconnaissance Orbiter . 06.08.2012.

Když byla vstupní fáze dokončena a kapsle zpomalila na asi 470 m/s (1 500 ft/s) ve výšce asi 10 km (6,2 mil), nasadil se nadzvukový padák , jak to udělali předchozí přistávači jako Viking , Mars Pathfinder a rovery pro průzkum Marsu. Padák má 80 závěsných šňůr, je dlouhý přes 50 m (160 stop) a má průměr asi 16 m (52 ​​stop). Padák, který lze nasadit na Mach 2,2, může v atmosféře Marsu generovat až 289 kN (65 000 lbf) tažné síly . Poté, co byl padák nasazen, se tepelný štít oddělil a spadl. Kamera pod roverem zaznamenávala asi 5 snímků za sekundu (s rozlišením 1600 × 1200 pixelů) pod 3,7 km (2,3 mil) po dobu asi 2 minut, dokud senzory roveru nepotvrdily úspěšné přistání. Mars Reconnaissance Orbiter týmu podařilo získat obraz MSL Descending pod padáku.

Poháněný sestup

Výkonný sestupový stupeň

Po brzdění padákem, ve výšce asi 1,8 km (1,1 mil), stále cestující rychlostí asi 100 m/s (220 mph), rover a sestupová fáze vypadly z aeroskoly. Stupeň sestupu je platforma nad roverem s osmi monopelivými hydrazinovými raketovými tryskami s proměnným tahem na pažích, které se rozprostírají kolem této plošiny, aby zpomalily sestup. Každý raketový pohon, nazývaný Mars Lander Engine (MLE), produkuje tah 400 až 3100 N (90 až 697 lbf) a byl odvozen od těch, které se používaly na vikingských přistávačkách. Radarový výškoměr měřil nadmořskou výšku a rychlost a přenášel data do letového počítače roveru. Mezitím se rover transformoval ze své uložené letové konfigurace na přistávací konfiguraci a byl spuštěn pod sestupový stupeň systémem „sky crane“.

Sky jeřáb

Vstupní události od nasazení padáku přes poháněný sestup končící na obloze jeřábem
Umělcova koncepce Ion of Curiosity se spouští z raketového sestupového stupně.

Z několika důvodů byl pro MSL zvolen jiný přistávací systém ve srovnání s předchozími přistávacími letouny a rovery na Marsu. Zvědavost byla považována za příliš těžkou na to, aby bylo možné použít přistávací systém airbagů, který se používá na roverech Mars Pathfinder a Mars Exploration . Přistávací přistávací systém s nohama by způsobil několik konstrukčních problémů. Při přistání by bylo potřeba mít motory dostatečně vysoko nad zemí, aby se nevytvořil oblak prachu, který by mohl poškodit nástroje roveru. To by vyžadovalo dlouhé přistávací nohy, které by musely mít značnou šířku, aby bylo těžiště nízké. Nožní přistávací modul by také vyžadoval rampy, aby mohl rover sjet dolů na povrch, což by pro misi představovalo zvýšené riziko v případě náhodných skal nebo naklonění by zabránilo Curiosity v úspěšném odjezdu z přistávacího modulu. Tváří v tvář těmto výzvám inženýři MSL přišli s novým alternativním řešením: nebeský jeřáb. Systém nebeského jeřábu spustil rover 7,6 m (25 ft) popruhem na měkké přistání - kola dolů - na povrch Marsu. Tento systém se skládá z uzdy spouštění vozítka na třech nylonových popruzích a elektrického kabelu přenášejícího informace a energii mezi sestupovým stupněm a roverem. Když se odvíjely podpůrné a datové kabely, šest motorizovaných kol roveru zacvaklo na místo. Přibližně 7,5 m (25 stop) pod stupněm sestupu se jeřábový systém zpomalil a rover přistál. Poté, co se rover dotkl, čekal dvě sekundy, aby potvrdil, že je na pevné zemi, detekováním závaží na kolech a vypálil několik pyros (malých výbušných zařízení) aktivujících řezače kabelů na uzdu a pupeční šňůry, aby se osvobodil ze stupně sestupu . Stupeň sestupu poté odletěl na nouzové přistání vzdálené 650 m (2100 stop). Koncept nebeského jeřábu nebyl v misích nikdy dříve použit.

Přistávací místo

Gale Crater je místo přistání MSL. V kráteru Gale je hora, zvaná Aeolis Mons („Mount Sharp“), z vrstevnatých skal, tyčící se asi 5,5 km (18 000 stop) nad dnem kráteru, kterou Curiosity prozkoumá. Místo přistání je hladký region „Yellowknife“ Quad 51 z Aeolis Palus uvnitř kráteru před hory. Cílovým místem přistání byla eliptická oblast 20 x 7 km (12,4 x 4,3 mil). Průměr kráteru Gale je 154 km (96 mi).

Místo přistání roveru bylo méně než 2,4 km (1,5 mil) od středu plánované přistávací elipsy po 563 000 000 km (350 000 000 mi) cestě. NASA pojmenovala místo přistání roveru Bradbury Landing 16. srpna, 22. srpna 2012. Podle NASA bylo na Curiosity při startu odhadem 20 000 až 40 000 žáruvzdorných bakteriálních spór a až 1 000krát toto číslo nemuselo být započítáno. .

Média

Videa

MSL's Seven Minutes of Terror , video NASA popisující přistání.
Sestup MSL na povrch kráteru Gale .
Tepelný štít MSL zasáhl marťanskou zem a zvýšil oblak prachu.

snímky

Curiosity rover - poblíž Bradbury Landing (9. srpna 2012).
Zvědavost je pohled na horu Sharp (20. září, 2012; bílá vyvážený ) ( surový barva ).
Zvědavosti ‚s pohled z‚ Rocknest ‘Při pohledu na východ směrem k‚Lake Point‘(uprostřed) na cestě k‚ Glenelg pletich ‘(26. listopadu 2012; bílá vyvážená ) ( raw barva ).
Zvědavost je výhled na horu Sharp (09.9.2015).
Zvědavost je pohled na Mars oblohy při západu slunce (únor 2013; Sun simulovány umělce).

Viz také

Reference

Další čtení

externí odkazy