Laboratorium Naukowe o Marsie - Mars Science Laboratory

Laboratorium Nauki o Marsie

Konfiguracja rejsu MSL
Typ misji	Mars Rover
Operator	NASA
ID COSPAR	2011-070A
SATCAT nr.	37936
Strona internetowa	http://mars.jpl.nasa.gov/msl/
Czas trwania misji	Podstawowy: 669 soli marsjańskich      (687 dni) Upłynęło: 3250 soli      (3339 dni)
Właściwości statku kosmicznego
Producent	JPL
Uruchom masę	3839 kg (8463 funtów)
Początek misji
Data uruchomienia	26 listopada 2011, 15:02:00.211 UTC ( 2011-11-26UTC15:02 )
Rakieta	Atlas V 541 (AV-028)
Uruchom witrynę	Przylądek Canaveral SLC-41
Kontrahent	United Launch Alliance
łazik marsjański
Data lądowania	6 sierpnia 2012, 05:17 UTC SCET MSD 49269 05:53 AMT
Lądowisko	„ Bradbury Landing ” w kraterze Gale 4,5895°S 137,4417°E 4°35′22″S 137°26′30″E /  / -4,5895; 137,4417
Flagowy ←  Cassini-Huygens Mars 2020  →

Mars Science Laboratory ( MSL ) to robota sonda kosmiczna misja na Marsa rozpoczęta przez NASA w dniu 26 listopada 2011 roku, który z powodzeniem wylądował Curiosity , a łazik Mars , w Gale Crater w dniu 6 sierpnia 2012. Ogólne cele obejmują bada Marsa przestronności , badanie jego klimatu i geologii oraz zbieranie danych do misji załogowej na Marsa . Łazik niesie ze sobą różnorodne instrumenty naukowe zaprojektowane przez międzynarodowy zespół.

Przegląd

Widok Marsa z Hubble'a : Widać krater Gale . Nieco na lewo i na południe od środka, jest to mała ciemna plama z pyłem ciągnącym się na południe od niej.

MSL z powodzeniem przeprowadził najdokładniejsze lądowanie na Marsie ze wszystkich znanych statków kosmicznych w tym czasie, 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 przypadku MSL osiągnął lądowanie 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 badać przez co najmniej 687 dni ziemskich (1 rok marsjański) w zakresie 5 na 20 km (3,1 na 12,4 mil).

Misja Mars Science Laboratory jest częścią programu Mars Exploration Program NASA , długoterminowego projektu robotycznej eksploracji Marsa , zarządzanego przez Jet Propulsion Laboratory of California Institute of Technology . Całkowity koszt projektu MSL to około 2,5 miliarda dolarów.

Poprzednie odnoszące sukcesy amerykańskie łaziki marsjańskie to Sojourner z misji Mars Pathfinder oraz Mars Exploration Rovers Spirit and Opportunity . Ciekawość jest około dwa razy dłuższa i pięć razy cięższa niż Spirit and Opportunity i niesie ponad dziesięciokrotnie większą masę instrumentów naukowych.

Cele i zadania

Autoportret MSL z Gale Crater sol 85 (31 października 2012).

Misja MSL ma cztery cele naukowe: określenie możliwości zamieszkania miejsca lądowania, w tym roli wody , badanie klimatu i geologii Marsa . Jest to również przydatne przygotowanie do przyszłej ludzkiej misji na Marsa .

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

Biologiczny

• (1) Określ charakter i inwentarz związków węgla organicznego
• (2) Zbadaj chemiczne elementy budulcowe życia (węgiel, wodór, azot, tlen, fosfor i siarka)
• (3) Zidentyfikuj cechy, które mogą reprezentować skutki procesów biologicznych ( biosygnatury )

Geologiczne i geochemiczne

• (4) Zbadaj skład chemiczny, izotopowy i mineralogiczny powierzchni i przypowierzchniowych materiałów geologicznych Marsa
• (5) Interpretuj procesy, które uformowały i zmodyfikowały skały i gleby

Proces planetarny

• (6) Oceń długookresowe (tj. 4 miliardy lat) procesy ewolucji atmosfery na Marsie
• (7) Określ obecny stan, dystrybucję i obieg wody i dwutlenku węgla

Promieniowanie powierzchniowe

• (8) Scharakteryzuj szerokie spektrum promieniowania powierzchniowego, w tym promieniowanie kosmiczne , zjawiska cząstek słonecznych i neutrony wtórne . W ramach swoich eksploracji zmierzył również ekspozycję na promieniowanie we wnętrzu statku kosmicznego podczas podróży na Marsa i kontynuuje pomiary promieniowania podczas eksploracji powierzchni Marsa. Te dane byłyby ważne dla przyszłej misji człowieka .

Po około roku od rozpoczęcia misji na powierzchni i po oszacowaniu, że starożytny Mars mógł być przyjazny 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 rejsu; 2- powłoka tylna; 3- etap zejścia; 4- łazik ciekawość ; 5- osłona termiczna ; 6- Spadochron

System lotu statku kosmicznego miał masę w momencie startu 3893 kg (8583 funtów), składający się z członu rejsowego zasilanego paliwem Ziemia-Mars (539 kg (1188 funtów)), systemu wejścia-zniżania-lądowania (EDL) (2,401 kg (5,293) lb) w tym 390 kg (860 lb) paliwa do lądowania ) oraz mobilny łazik o masie 899 kg (1982 lb) ze zintegrowanym pakietem oprzyrządowania.

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.

• MSL EDL Instrument (MEDLI): Głównym celem projektu MEDLI jest pomiar środowisk aerotermalnych, podpowierzchniowej reakcji materiału osłony termicznej, orientacji pojazdu i gęstości atmosferycznej. Zestaw oprzyrządowania MEDLI został zainstalowany w osłonie termicznej pojazdu wejściowego MSL. Uzyskane dane będą wspierać przyszłe misje na Marsa, dostarczając zmierzonych danych atmosferycznych, aby zweryfikować modele atmosfery Marsa i wyjaśnić marginesy projektowe lądowników 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

Schemat łazika oznaczony kolorami

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

• Komputery: Dwa identyczne komputery pokładowe, zwane „Rover Compute Element” (RCE), zawierają pamięć utwardzoną promieniowaniem, która toleruje ekstremalne promieniowanie z kosmosu i chroni przed cyklami wyłączania. Pamięć każdy komputer obejmuje 256  KB z EEPROM , 256  MB z pamięci DRAM oraz 2  GB z pamięci flash . Dla porównania, 3 MB EEPROM, 128 MB DRAM i 256 MB pamięci flash używanej w Mars Exploration Rovers.

Komputery RCE używają procesora RAD750 (następcy procesora RAD6000 używanego w Mars Exploration Rovers) działającego z częstotliwością 200 MHz. Procesor RAD750 jest zdolny do 400  MIPS , podczas gdy procesor RAD6000 jest zdolny do 35 MIPS. Spośród dwóch komputerów pokładowych jeden jest skonfigurowany jako zapasowy i przejmie kontrolę w przypadku problemów z komputerem głównym.

Łazik jest wyposażony w bezwładnościową jednostkę pomiarową (IMU), która zapewnia 3-osiowe informacje o jego pozycji, które są wykorzystywane w nawigacji łazikiem. Komputery łazika stale monitorują się samodzielnie, aby zapewnić sprawność łazika, na przykład poprzez regulację temperatury łazika. Czynności, takie jak robienie zdjęć, prowadzenie pojazdu i obsługa przyrządów, są wykonywane w sekwencji poleceń, która jest wysyłana z zespołu lotniczego do łazika.

Komputery łazika działają pod kontrolą VxWorks , systemu operacyjnego czasu rzeczywistego firmy Wind River Systems . Podczas wyprawy na Marsa VxWorks uruchomił aplikacje dedykowane do fazy nawigacji i prowadzenia misji, a także dysponował wstępnie zaprogramowaną sekwencją oprogramowania do obsługi złożoności lądowania podczas lądowania. Po wylądowaniu aplikacje zostały zastąpione oprogramowaniem do jazdy po powierzchni i wykonywania czynności naukowych.

Zobacz także: Porównanie wbudowanych systemów komputerowych na pokładzie łazików marsjańskich

Antena Goldstone może odbierać sygnały

Koła pracującego rodzeństwa do Curiosity . Wzór kodu Morse'a (dla " JPL ") jest reprezentowany przez małe (kropka) i duże (kreska) otwory w trzech poziomych liniach na kołach. Kod w każdym wierszu jest odczytywany od prawej do lewej.

• Komunikacja: Curiosity jest wyposażony w kilka środków komunikacji, co zapewnia redundancję. X zespół Małe Deep Space Transponder do komunikacji bezpośrednio na Ziemię poprzez Deep Space Network i UHF Electra -LITE oprogramowania zdefiniowane radia do komunikacji z orbiterów Mars. System na pasmo X składa się z jednego radia, ze wzmacniaczem mocy 15 W i dwóch anten: anteny dookólnej o niskim zysku, która może komunikować się z Ziemią przy bardzo niskich szybkościach transmisji danych (15 bitów/s przy maksymalnym zasięgu), niezależnie od orientacji łazika , oraz antena o wysokim zysku, która może komunikować się z prędkością do 32 kbit/s, ale musi być skierowana. System UHF posiada dwa radia (moc nadawania ok. 9 W), dzielące jedną antenę dookólną. Może komunikować się z Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) i 2001 Mars Odyssey Orbiter (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 na dzień. 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) odbywa się za pośrednictwem łączy przekaźnikowych UHF z MRO i ODY. Zwrot danych w ciągu pierwszych 10 dni wynosił około 31 megabajtów dziennie.

Zazwyczaj 225 kbit/dzień poleceń jest przesyłanych do łazika bezpośrednio z Ziemi, z szybkością 1–2 kbit/s, podczas 15-minutowego (900 sekund) okna transmisji, podczas gdy większe ilości danych zbierane są przez łazik są zwracane przez przekaźnik satelitarny. Opóźnienie jednokierunkowej komunikacji z Ziemią waha się od 4 do 22 minut, w zależności od względnej pozycji planet, przy czym średnia wynosi 12,5 minuty.

Podczas lądowania telemetria była monitorowana przez orbiter Mars Odyssey z 2001 roku , Mars Reconnaissance Orbiter i 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 trwał 13:46 minut w momencie lądowania.

• Systemy mobilności: Curiosity jest wyposażony w sześć kół w zawieszeniu typu rocker-bogie , które służyło również jako podwozie pojazdu, w przeciwieństwie do jego mniejszych poprzedników. Koła są znacznie większe (50 centymetrów (20 cali) średnicy) niż te stosowane w poprzednich łazikach. Każde koło ma knagi i jest niezależnie uruchamiane i przestawiane, co umożliwia wspinanie się po miękkim piasku i wspinanie się po skałach. Cztery narożne koła można kierować niezależnie, co pozwala pojazdowi skręcać w miejscu, a także wykonywać zakręty po łuku. Każde koło ma wzór, który pomaga utrzymać przyczepność i pozostawia ślady na piaszczystej powierzchni Marsa. Ten wzór jest używany przez kamery pokładowe do oceny przebytej odległości. Sam wzorzec jest kodem Morse'a dla „ JPL ” ( •−−− •−−• •−•• ). Bazując na środku masy, pojazd może wytrzymać przechylenie o co najmniej 50 stopni w dowolnym kierunku bez przewracania się, ale automatyczne czujniki ograniczą przechylenie łazika do 30 stopni.

Instrumenty

Cień Ciekawości i Aeolis Mons („Góra Ostra”)

Ogólna strategia analizy zaczyna się od kamer o wysokiej rozdzielczości w poszukiwaniu interesujących cech. Jeśli interesująca jest konkretna powierzchnia, Curiosity może odparować jej niewielką część za pomocą lasera na podczerwień i zbadać otrzymaną sygnaturę widma, 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 próbka wymaga dalszej analizy, Curiosity może wwiercić się w głaz i dostarczyć sproszkowaną próbkę do laboratoriów analitycznych SAM lub CheMin wewnątrz łazika.

• Spektrometr rentgenowski cząstek alfa (APXS): To urządzenie może naświetlać próbki cząstkami alfa i mapować widma promieniowania rentgenowskiego, które są ponownie emitowane w celu określenia składu pierwiastkowego próbek.
• CheMin : CheMin jest skrótem od „Chemistry and Mineralogy” i jestanalizatorem dyfrakcji rentgenowskiej i fluorescencji rentgenowskiej . Zidentyfikuje i określi ilościowo minerały obecne w skałach i glebie, a tym samym oceni udział wody w ich tworzeniu, osadzaniu lub zmianach. Ponadto dane CheMin będą przydatne w poszukiwaniu potencjalnych biosygnatur minerałów, źródeł energii do życia lub wskaźników dla środowisk nadających się do zamieszkania w przeszłości.
• Analiza próbki na Marsie (SAM): Zestaw instrumentów SAM będzie analizować substancje organiczne i gazy z próbek atmosferycznych i stałych. Obejmują oneproporcjetlenu i izotopów węglaw dwutlenku węgla (CO ₂ ) i metanie (CH ₄ ) w atmosferze Marsa w celu rozróżnienia ichpochodzenia geochemicznego lub biologicznego .

Porównanie dawek promieniowania – obejmuje ilość wykrytą podczas podróży z Ziemi na Marsa przez RAD na MSL (2011-2013).

• Detektor oceny promieniowania (RAD): Ten instrument był pierwszym z dziesięciu włączonych instrumentów MSL. Zarówno w drodze, jak i na powierzchni planety będzie charakteryzować szerokie spektrum promieniowania występującego w środowisku marsjańskim. Włączony po starcie, zarejestrował kilka skoków promieniowania spowodowanych przez Słońce. 31 maja 2013 r. naukowcy NASA poinformowali, że możliwa misja człowieka na Marsa może wiązać się z dużym ryzykiem promieniowania w oparciu o ilość promieniowania cząstek energetycznych wykrytą przez RAD w Mars Science Laboratory podczas podróży z Ziemi na Marsa w latach 2011-2012 .

RAD na ciekawości .

• Dynamic Albedo of Neutrons (DAN): Pulsacyjne źródło i detektor neutronów do pomiaru wodoru lub lodu i wody na lub w pobliżu powierzchni Marsa. 18 sierpnia 2012 r. (sol 12) włączono rosyjski instrument naukowy DAN, zaznaczając 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 iczujnik ultrafioletowy dostarczony przez Hiszpanię i Finlandię . Mierzy wilgotność, ciśnienie, temperaturę, prędkość wiatru i promieniowanie ultrafioletowe.
• Kamery: Curiosity ma łącznie siedemnaście kamer. 12 kamer inżynierskich (Hazcams i Navcams) i pięć kamer naukowych. Kamery MAHLI, MARDI i MastCam zostały opracowane przez Malin Space Science Systems i wszystkie mają wspólne elementy konstrukcyjne, takie jak wbudowane elektroniczne moduły przetwarzania obrazu, przetworniki CCD 1600×1200 i filtr wzorcowy RGB Bayer .
  • MastCam : Ten system zapewnia wiele widm i obrazowanie w wiernych kolorach za pomocą dwóch kamer.
  • Mars Hand Lens Imager (MAHLI) : Ten system składa się z kamery zamontowanej na ramieniu robota na łaziku, używanej do pozyskiwania mikroskopowych obrazów skał i gleby. Posiada białe i ultrafioletowe diody LED do oświetlenia.
• ChemCam: Zaprojektowany przez Rogera Wiensa to system instrumentów teledetekcyjnych używanych do erozji powierzchni Marsa w odległości do 10 metrów i pomiaru różnych składników, z których składa się ląd. Blok danych zawiera pierwsze spektroskopia rozpadu indukowany laserem System (LIBS) stosuje się do planetologii i ciekawość jest piąty Science aparat zdalny mikro-Imager (RMI). RMI dostarcza czarno-białe obrazy w rozdzielczości 1024×1024 w polu widzenia 0,02 radiana (1,1 stopnia). Odpowiada to w przybliżeniu obiektywowi 1500 mm w aparacie 35 mm .

MARDI widzi powierzchnię

• Mars Descent Imager (MARDI) : Podczas części opadania na powierzchnię Marsa MARDI wykonał 4 kolorowe obrazy na sekundę, w rozdzielczości 1600×1200 pikseli, z czasem naświetlania wynoszącym 0,9 milisekundy. Zdjęcia wykonywano 4 razy na sekundę, zaczynając na krótko przed oddzieleniem osłony termicznej na wysokości 3,7 km, aż do kilku sekund po przyziemieniu. Dzięki temu uzyskano informacje inżynieryjne dotyczące zarówno ruchu łazika podczas procesu opadania, jak i informacji naukowych o terenie bezpośrednio otaczającym łazik. NASA przeprowadziła descope MARDI w 2007 roku, ale Malin Space Science Systems dostarczyła go z własnych środków. Po wylądowaniu może zająć 1,5 mm (0,059 cala) na piksel w widokach powierzchni, pierwsze z tych zdjęć po lądowaniu zostało zrobione do 27 sierpnia 2012 r. (sol 20).
• Kamery inżynierskie: Istnieje 12 dodatkowych kamer wspierających mobilność:
  • Kamery unikania zagrożeń (Hazcams): Łazik ma parę czarno-białych kamer nawigacyjnych ( Hazcams ) umieszczonych na każdym z czterech rogów. Zapewniają one zamknięte widoki potencjalnych przeszkód, które mają wpaść pod koła.
  • Kamery nawigacyjne (Navcams): Łazik wykorzystuje dwie pary czarno-białych kamer nawigacyjnych zamontowanych na maszcie, aby wspierać nawigację naziemną. Zapewniają one widok terenu z większej odległości.

Historia

Etap rejsowy MSL testowany w Jet Propulsion Laboratory w pobliżu Pasadeny w Kalifornii

Mars Science Laboratory zostało zarekomendowane przez komisję United States National Research Council Decadal Survey jako najważniejsza misja na Marsa dla klasy średniej w 2003 roku. rok. Testowanie i projektowanie komponentów również rozpoczęły się pod koniec 2004 roku, w tym projektowanie przez Aerojet silnika jednopaliwowego zdolnego do dławienia od 15 do 100 procent ciągu przy stałym ciśnieniu wlotowym paliwa.

Przekroczenia kosztów, opóźnienia i uruchomienie

Do listopada 2008 większość prac nad sprzętem i oprogramowaniem została ukończona, a testy były kontynuowane. W tym momencie przekroczenia kosztów wyniosły około 400 milionów dolarów. Próbując dotrzymać daty startu, 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 testów. Ostatecznie koszty opracowania łazika osiągnęły 2,47 miliarda dolarów, czyli w przypadku łazika, który początkowo został sklasyfikowany jako misja średniokosztowa z maksymalnym budżetem 650 milionów dolarów, ale NASA nadal musiała poprosić o dodatkowe 82 miliony dolarów, aby spełnić planowany listopad początek. W 2012 r. projekt został przekroczony o 84 procent.

MSL wystartował na rakiecie Atlas V z Przylądka Canaveral 26 listopada 2011 r. 11 stycznia 2012 r. statek kosmiczny z powodzeniem poprawił 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 Wydziału Nauk Planetarnych NASA.

Curiosity pomyślnie wylądował w kraterze Gale o 05:17:57.3 UTC 6 sierpnia 2012 roku i przesłał zdjęcia 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 wysłany fotografię Curiosity malejącej pod jego spadochron, podjętej przez jego HiRISE aparatu podczas procedury lądowania.

Sześciu starszych członków zespołu Curiosity zaprezentowało 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 , lider wejścia, zejścia i lądowania MSL (EDL); oraz John Grotzinger , naukowiec projektu MSL.

Nazewnictwo

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

Ciekawość to pasja, która napędza nas w codziennym życiu. Staliśmy się odkrywcami i naukowcami z potrzebą zadawania pytań i zastanawiania się.

—  Clara Ma, NASA/JPL Nazwać konkurs łazika

Wybór miejsca lądowania

Aeolis Mons wznosi się ze środka krateru Gale – zielona kropka oznacza miejsce lądowania łazika Curiosity w Aeolis Palus – północ jest w dół

Oceniono ponad 60 miejsc lądowania i do lipca 2011 wybrano krater Gale. Podstawowym celem przy wyborze miejsca lądowania było zidentyfikowanie konkretnego środowiska geologicznego lub zestawu środowisk, które wspierałyby życie drobnoustrojów. Planiści szukali miejsca, które mogłoby przyczynić się do realizacji szerokiej gamy możliwych celów naukowych. Preferowali miejsce lądowania z morfologicznymi i mineralogicznymi dowodami na obecność wody w przeszłości. Ponadto preferowane było miejsce z widmami wskazującymi na wiele uwodnionych minerałów ; Bogatym miejscem byłyby minerały ilaste i sole siarczanowe . Hematyt , inne tlenki żelaza , minerały siarczanowe , minerały krzemianowe , krzemionka i prawdopodobnie minerały chlorkowe sugerowano jako możliwe podłoża do ochrony skamieniałości . Rzeczywiście, wiadomo, że wszystkie ułatwiają zachowanie morfologii i molekuł kopalnych na Ziemi. Trudny teren był preferowany do znajdowania dowodów na warunki do życia, ale łazik musi być w stanie bezpiecznie dotrzeć do miejsca i poruszać się po nim.

Ograniczenia techniczne wymagały miejsca lądowania w odległości mniejszej niż 45° od równika marsjańskiego i mniej niż 1 km nad punktem odniesienia . Podczas pierwszego warsztatu MSL Landing Site zidentyfikowano 33 potencjalne miejsca lądowania. Pod koniec drugiego warsztatu pod koniec 2007 r. lista została zmniejszona do sześciu; w listopadzie 2008 r. liderzy projektu podczas trzeciego warsztatu ograniczyli listę do tych czterech miejsc lądowania:

Czwarty warsztat dotyczący miejsca lądowania odbył się pod koniec września 2010 r., a piąty i ostatni 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

Atlas V rakiety jest zdolny do uruchomienia aż do 8,290 kg (18280 funtów) na orbicie geostacjonarnej transferowego . Atlas V został również użyty do wystrzelenia sondy Mars Reconnaissance Orbiter i sondy New Horizons .

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

Wydarzenie inauguracyjne

MSL został wystrzelony z kompleksu kosmicznego 41 na stacji lotniczej Cape Canaveral w dniu 26 listopada 2011 r. o godzinie 15:02 UTC za pośrednictwem Atlasu V 541 dostarczonego przez United Launch Alliance . Ta dwustopniowa rakieta zawiera 3,8 m (12 ft) Common Core Booster (CCB) napędzany jednym silnikiem RD-180 , cztery solidne boostery (SRB) i jeden drugi stopień Centaur z owiewką ładunku o średnicy 5 m (16 ft) . Program NASA Launch Services koordynował uruchomienie poprzez kontrakt NASA Launch Services (NLS) I.

Rejs

Animacja Mars Science Laboratory „s trajektorii
   Ziemia  ·    Mars  ·   Laboratorium Nauki o Marsie

Etap rejsu

Etap rejsu przeniósł statek kosmiczny MSL przez pustkę kosmiczną i dostarczył go na Marsa. Podróż międzyplanetarna pokonała dystans 352 milionów mil w 253 dni. Etap rejsowy ma swój własny miniaturowy system napędowy , składający się z ośmiu sterów strumieniowych na paliwo hydrazyny w dwóch tytanowych zbiornikach. Posiada również własny system zasilania elektrycznego , składający się z panelu słonecznego i baterii zapewniających ciągłą moc. Po dotarciu do Marsa statek kosmiczny przestał się obracać, a przecinak do kabli oddzielił etap rejsu od powłoki powietrznej. Następnie etap rejsu został skierowany na osobną trajektorię w atmosferę. W grudniu 2012 r. przez Mars Reconnaissance Orbiter zlokalizowano pole szczątków z etapu rejsu . Ponieważ znany jest początkowy rozmiar, prędkość, gęstość i kąt uderzenia sprzętu, dostarczy on informacji o procesach zderzenia na powierzchni Marsa i właściwościach atmosferycznych.

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 pojazdu startowego Atlas V. Przed separacją Centaura statek kosmiczny był stabilizowany przy 2 obr./min w celu kontroli położenia podczas lotu na Marsa z prędkością 36 210 km/h (22 500 mph).

Podczas rejsu osiem silników odrzutowych rozmieszczonych w dwóch klastrach było używanych jako siłowniki do sterowania prędkością obrotową i wykonywania manewrów korekcji trajektorii osiowej lub bocznej . Kręcąc się wokół swojej osi centralnej, utrzymywał stabilną pozycję. Po drodze etap rejsu wykonał cztery manewry korekcji trajektorii, aby dostosować tor lotu statku kosmicznego w kierunku miejsca lądowania. Informacja została wysłana do kontrolerów misji poprzez dwa X-band anteny . Kluczowym zadaniem etapu rejsu było kontrolowanie temperatury wszystkich systemów statku kosmicznego i rozpraszanie w kosmos ciepła wytwarzanego przez źródła energii, takie jak ogniwa słoneczne i silniki. W niektórych systemach koce izolacyjne utrzymywały czułe instrumenty naukowe w temperaturze wyższej niż temperatura kosmiczna bliska zeru absolutnego . Termostaty monitorowały temperatury i w razie potrzeby włączały i wyłączały systemy ogrzewania i chłodzenia.

Wejście, zejście i lądowanie (EDL)

System statków kosmicznych EDL

Lądowanie dużej masy na Marsie jest szczególnie trudne, ponieważ atmosfera jest zbyt cienka, aby same spadochrony i hamowanie w powietrzu były skuteczne, a jednocześnie pozostaje wystarczająco gęsta, aby stwarzać problemy ze stabilnością i uderzeniami podczas zwalniania rakietami wstecznymi . Chociaż niektóre poprzednie misje wykorzystywały poduszki powietrzne do amortyzacji wstrząsu podczas lądowania, łazik Curiosity jest zbyt ciężki, aby było to możliwe. Zamiast tego Curiosity został umieszczony na powierzchni Marsa za pomocą nowego, bardzo dokładnego systemu wejścia, zejścia i lądowania (EDL), który był częścią etapu zejścia statku kosmicznego MSL. Masa tego systemu EDL, łącznie ze spadochronem, dźwigiem, paliwem i pociskiem , wynosi 2401 kg (5293 funtów). Nowatorski system EDL umieścił Curiosity w obrębie elipsy lądowania o wymiarach 20 na 7 km (12,4 na 4,3 mil), w przeciwieństwie do elipsy lądowania o wymiarach 150 na 20 km (93 na 12 mil) w systemach lądowania używanych przez Mars Exploration Rovers.

System przylotu i lądowania (EDL) różni się od systemów używanych w innych misjach tym, że nie wymaga interaktywnego, generowanego naziemnie planu misji. Przez całą fazę lądowania pojazd działa autonomicznie, w oparciu o wgrane oprogramowanie i parametry. System EDL oparto na wywodzącej się z Vikinga konstrukcji aeroshell i układzie napędowym, zapewniającym precyzyjne kierowanie i miękkie lądowanie, w przeciwieństwie do lądowań na poduszce powietrznej, które były używane w połowie lat 90. w misjach Mars Pathfinder i Mars Exploration Rover . Statek kosmiczny wykorzystywał kilka systemów w precyzyjnej kolejności, z sekwencją wejścia, opadania i lądowania podzieloną na cztery części - opisane poniżej, gdy wydarzenia lotu kosmicznego miały miejsce 6 sierpnia 2012 roku.

Wydarzenie EDL – 6 sierpnia 2012 r.

Imprezy związane z wejściem w atmosferę marsjańską, od separacji etapów rejsu po rozmieszczenie spadochronu

Pomimo późnej pory, szczególnie na wschodnim wybrzeżu Stanów Zjednoczonych, gdzie była 1:31 w nocy, lądowanie wzbudziło duże zainteresowanie opinii publicznej. 3,2 miliona obejrzało lądowanie na żywo, przy czym większość oglądała je online, a nie w telewizji, za pośrednictwem telewizji NASA lub telewizji kablowej, która relacjonuje wydarzenie na żywo. Ostateczne miejsce lądowania dla łazika było mniej niż 2,4 km (1,5 mil) od celu po 563,270,400 km (3500000 mil) podróży. Oprócz przesyłania strumieniowego i tradycyjnego oglądania filmów, JPL stworzyło Eyes on the Solar System , trójwymiarową symulację wchodzenia, schodzenia i lądowania w czasie rzeczywistym na podstawie rzeczywistych danych. Ciekawość „s czas przyziemienia reprezentowany w oprogramowaniu, na podstawie przewidywań JPL, było mniej niż 1 sekundę różni się od rzeczywistości.

Faza EDL misji kosmicznej MSL na Marsa trwała tylko siedem minut i rozwijała się automatycznie, zgodnie z zaprogramowanymi wcześniej przez inżynierów JPL, w precyzyjnej kolejności, przy czym sekwencja wejścia, opadania i lądowania odbywała się w czterech różnych fazach zdarzeń:

Wejście z przewodnikiem

Wejście z przewodnikiem to faza, która umożliwiła statkowi kosmicznemu precyzyjne sterowanie 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 zdolność pomogła usunąć niektóre niewiadome dotyczące zagrożeń związanych z lądowaniem, które mogą występować na większych elipsach lądowania. Sterowanie osiągnięto dzięki połączonemu użyciu sterów strumieniowych i wysuwanych mas równoważących. Wyrzucane masy równoważące przesuwają środek masy kapsuły, umożliwiając generowanie wektora siły nośnej podczas fazy atmosferycznej. Komputer nawigacyjny zintegrował pomiary, aby oszacować położenie i położenie kapsuły, które wygenerowały automatyczne polecenia momentu obrotowego. Była to pierwsza misja planetarna, w której zastosowano techniki precyzyjnego lądowania.

Łazik został złożony w osłonie powietrznej, która chroniła go podczas podróży w kosmosie i podczas wejścia w atmosferę Marsa. Dziesięć minut przed wejściem w atmosferę powłoka powietrzna oddzieliła się od etapu przelotu, który zapewniał zasilanie, łączność i napęd podczas długiego lotu na Marsa. Minutę po oddzieleniu się od pocisków na etapie rejsowym wystrzeliły silniki odrzutowe, aby zlikwidować 2-obrotowy obrót statku kosmicznego i osiągnęły orientację z osłoną termiczną skierowaną w stronę Marsa, przygotowując się do wejścia w atmosferę . Osłona termiczna wykonana jest z ablatora węglowego impregnowanego fenolem (PICA). Osłona termiczna o średnicy 4,5 m (15 stóp), która jest największą osłoną cieplną, jaka kiedykolwiek latała w kosmosie, zmniejszyła prędkość statku kosmicznego przez ablację w stosunku do atmosfery marsjańskiej , z prędkości interfejsu atmosferycznego wynoszącej około 5,8 km / s (3,6 mil / s) do około 470 m/s (1500 ft/s), gdzie wystrzelenie spadochronu było możliwe około cztery minuty później. Minutę i 15 sekund po wejściu do osłony termicznej wystąpiły temperatury szczytowe do 2090 °C (3790 °F), ponieważ ciśnienie atmosferyczne przekształcało energię kinetyczną w ciepło. Dziesięć sekund po ogrzaniu piku, to spowolnienie osiągnęło szczyt przy 15 g .

Znaczną część zmniejszenia błędu precyzji lądowania osiągnięto dzięki algorytmowi naprowadzania na wejście, wywodzącemu się z algorytmu używanego do naprowadzania modułów dowodzenia Apollo wracających na Ziemię w programie Apollo . Wskazówki te wykorzystują siłę nośną działającą na pocisk, aby „wylecieć” z każdego wykrytego błędu w zasięgu i w ten sposób dotrzeć do docelowego miejsca lądowania. Aby powłoka mogła unosić się, jej środek masy jest przesunięty względem osi osi, co skutkuje niecentrycznym kątem trymu w locie atmosferycznym. Osiągnięto to poprzez wyrzucenie mas balastowych składających się z dwóch 75 kg (165 funtów) odważników wolframowych na minuty przed wejściem w atmosferę. Wektor siły nośnej był kontrolowany przez cztery zestawy dwóch pędników układu sterowania reakcją (RCS), które wytwarzały około 500 N (110 lbf) ciągu na parę. Ta zdolność do zmiany kierunku unoszenia pozwoliła statkowi kosmicznemu reagować na otaczające środowisko i sterować w kierunku strefy lądowania. Przed wypuszczeniem spadochronu pojazd wlotowy wyrzucił większą masę balastową składającą się z sześciu 25 kg (55 funtów) obciążników wolframowych, tak że usunięto przesunięcie środka ciężkości .

Zejście na spadochronie

Spadochron MSL ma średnicę 16 m (52 ​​ft).

NASA Curiosity Rover i jego spadochron zostały dostrzeżone przez NASA Mars Reconnaissance Orbiter , jak sonda zszedł na powierzchnię. 6 sierpnia 2012 r.

Kiedy faza wejściowa została zakończona i kapsuła zwolniła do około 470 m/s (1500 ft/s) na wysokości około 10 km (6,2 mil), spadochron naddźwiękowy został rozłożony, tak jak to robiły poprzednie lądowniki, takie jak Viking , Mars Pathfinder i łaziki eksploracji Marsa. Spadochron ma 80 linek nośnych, ma ponad 50 m (160 ft) długości i około 16 m (52 ​​ft) średnicy. Spadochron, który może zostać rozmieszczony z prędkością 2,2 Macha, może generować do 289 kN (65 000 lbf) siły oporu w marsjańskiej atmosferze. Po wypuszczeniu 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) w okresie około 2 minut, aż czujniki łazika potwierdziły udane lądowanie. Mars Reconnaissance Orbiter zespół byli w stanie uzyskać obraz o malejącej MSL pod spadochronem.

Zasilany zejście

Zasilany etap zjazdu

Po hamowaniu spadochronem, na wysokości około 1,8 km (1,1 mil), nadal poruszając się z prędkością około 100 m/s (220 mph), łazik i stopień opadania wypadły z powłoki. Etap zniżania to platforma nad łazikiem z ośmioma hydrazynowymi silnikami rakietowymi o zmiennej sile ciągu na ramionach rozciągających się wokół tej platformy, aby spowolnić opadanie. Każdy silnik rakietowy, zwany Mars Lander Engine (MLE), wytwarza od 400 do 3100 N (90 do 697 lbf) ciągu i pochodzi od silników używanych w lądownikach Viking. Wysokościomierz radarowy mierzył wysokość i prędkość, przesyłając dane do komputera pokładowego łazika. W międzyczasie łazik przekształcił się ze złożonej konfiguracji lotu do konfiguracji do lądowania, podczas gdy został opuszczony pod scenę zniżania przez system „podniebnego żurawia”.

Żuraw do nieba

Imprezy wejściowe od wypuszczenia spadochronu przez zjazd z napędem, kończący się na locie dźwigu podniebnego

artystyczna koncepcja ciekawości opuszczana z rakietowego etapu zjazdu.

Z kilku powodów dla MSL wybrano inny system lądowania niż poprzednie lądowniki i łaziki na Marsa. Ciekawość uznano za zbyt ciężką, aby użyć systemu lądowania z poduszką powietrzną, takiego jak używany w Mars Pathfinder i Mars Exploration Rovers . Podejście z lądownikiem na nogach spowodowałoby kilka problemów projektowych. Podczas lądowania musiałby mieć silniki wystarczająco wysoko nad ziemią, aby nie tworzyć chmury pyłu, która mogłaby uszkodzić instrumenty łazika. Wymagałoby to długich nóg do lądowania, które musiałyby mieć znaczną szerokość, aby utrzymać nisko środek ciężkości. Lądownik na nogach wymagałby również ramp, aby łazik mógł zjechać na powierzchnię, co wiązałoby się z dodatkowym ryzykiem dla misji, ponieważ przypadkowe skały lub przechylenie uniemożliwiłyby Curiosity pomyślne odjechanie z lądownika. Stawiając czoła tym wyzwaniom, inżynierowie MSL opracowali nowatorskie rozwiązanie alternatywne: dźwig do nieba. Podniebny żuraw obniżył łazik za pomocą 7,6 m (25 stóp) wiązania do miękkiego lądowania — kołami w dół — na powierzchni Marsa. System ten składa się z ogłowia opuszczającego łazik na trzech nylonowych smyczach oraz kabla elektrycznego przenoszącego informacje i zasilanie między stopniem zniżania a łazikiem. Gdy kable wsparcia i danych się rozwinęły, sześć zmotoryzowanych kół łazika zatrzasnęło się na swoim miejscu. Na około 7,5 m (25 stóp) poniżej poziomu zniżania system dźwigów powietrznych zwolnił do zatrzymania i łazik wylądował. Po wylądowaniu łazik odczekał dwie sekundy, aby potwierdzić, że znajduje się na twardym podłożu, wykrywając ciężar na kołach i odpalił kilka piro (małych urządzeń wybuchowych), aktywując przecinaki kabli na uzdę i pępowiny, aby uwolnić się ze stopnia opadania . Etap zejścia następnie odleciał do lądowania awaryjnego 650 m (2100 stóp) dalej. Koncepcja żurawia do nieba nigdy wcześniej nie była wykorzystywana w misjach.

Lądowisko

Gale Crater to miejsce lądowania MSL. Wewnątrz krateru Gale znajduje się góra o nazwie Aeolis Mons ("Ostra Góra"), składająca się z warstwowych skał, wznosząca się około 5,5 km (18 000 stóp) ponad dno krateru, którą Curiosity zbada. Lądowisko jest sprawne region „Yellowknife” Quad 51 z Aeolis Palus wewnątrz krateru przed górskich. Docelowe miejsce lądowania to obszar eliptyczny o wymiarach 20 na 7 km (12,4 na 4,3 mil). Średnica krateru Gale wynosi 154 km (96 mil).

Miejsce lądowania dla łazika było mniej niż 2,4 km (1,5 mil) od środka planowanej elipsy lądowania, po 563.000.000 km (350.000.000 mil) podróży. NASA nazwała miejsce lądowania łazika Bradbury Landing 16 sol, 22 sierpnia 2012 r. Według NASA około 20 000 do 40 000 odpornych na ciepło zarodników bakteryjnych znajdowało się na Curiosity w momencie startu, a nawet 1000 razy ta liczba mogła nie zostać policzona .

Głoska bezdźwięczna

Filmy

Odtwórz multimedia

MSL startuje z Cape Canaveral .

Odtwórz multimedia

Siedem minut terroru MSL , film NASA opisujący lądowanie.

Odtwórz multimedia

Zejście MSL na powierzchnię krateru Gale .

Odtwórz multimedia

Osłona termiczna MSL uderza w marsjańską ziemię i wznosi chmurę kurzu.

Obrazy

Łazik Curiosity – w pobliżu Bradbury Landing (9 sierpnia 2012).

Ciekawość jest widok z góry Sharpa (20 września, 2012; biały zrównoważony ) ( kolor surowca ).

Ciekawość „s widok z« Rocknest »Patrząc na wschód, w stronę jeziora«Punkt»(w środku) w drodze do« Glenelg Intrygi »(26 listopada 2012; biały zrównoważony ) ( kolor surowca ).

Ciekawość jest widok na Mount Sharp (09 września 2015).

Ciekawość jest widok Mars nieba na zachodzie słońca (luty 2013 r Sun symulowane przez artystę).

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

• MK Lockwooda (2006). „Wprowadzenie: Mars Science Laboratory: The Next Generation of Mars Landers and The following 13 article” (PDF) . Dziennik statków kosmicznych i rakiet . Amerykański Instytut Aeronautyki i Astronautyki . 43 (2): 257. Kod bib : 2006JSpRo..43..257L . doi : 10.2514/1.20678 .
• Grotzinger, JP; Crisp, J .; Vasavada, AR; Andersona, RC; Piekarz, CJ; Barry, R.; Blake, DF; Konrad P.; Edgett, KS; Ferdowski B.; Gellert, R.; Gilberta, JB; Golombek M.; Gomez-Elvira, J.; Hassler, DM; Jandura, L.; Litwak, M.; Mahaffy, P.; Maki, J.; Meyer, M.; Malin, MC; Mitrofanow, I.; Simmonds, JJ; Vaniman, D.; Welch, RV; Wiedeń, RC (2012). "Misja i badanie naukowe laboratorium Mars Science" . Recenzje nauki o kosmosie . 170 (1–4): 5-56. Kod Bibcode : 2012SSRv..170..5G . doi : 10.1007/s11214-012-9892-2 .—przegląd artykułu o MSL, miejscu lądowania i oprzyrządowaniu

Zewnętrzne linki

• Strona główna MSL
• Publikacje naukowe członków zespołu MSL ( PDF )
• MSL – Media Press Kit (listopad 2011) ( PDF )
• Galeria obrazów
  • MSL – NASA/JPL News Channel Videos
  • MSL – Wejście, zejście i lądowanie (EDL) – Film animowany (02:00)
  • MSL – aktualizacje NASA – *POWTÓRKA* Anytime (NASA-YouTube)
  • MSL – „ Ciosity Lands” (08.06.2012) – NASA/JPL – Wideo (03:40)
  • Descent wideo sim&real/narracja , MSL w czasie rzeczywistym/25fps , all/4fp , HiRise
  • MSL - Lądowanie ( „7 minut terroru”)
  • MSL – Lądowanie – Krater Gale – Film animowany/z narracją (02:37)
  • MSL – Podsumowanie misji – Film animowany/rozszerzony (11:20)
  • MSL – „ Ciosity Launch” (26.11.2011) – NASA/Kennedy – wideo (04:00)
  • MSL – NASA/JPL Wirtualna wycieczka – Rover
• MSL – Wejście, zejście i lądowanie (EDL) – Oś czasu/ieee
• MSL – Wejście, zejście i lądowanie (EDL) – Opis. ( PDF )
• MSL – przygotowania przedpremierowe w KSC (obrazy w wysokiej rozdzielczości i panoramy sferyczne)
• Szablon {{ Twitter }} nie ma identyfikatora i nie ma go w Wikidanych.
• MSL – Raw Images , Listing przez JPL (oficjalny)