Сенсоры собирают важные данные о посадках на Марс с помощью корабля "Настойчивость"

«Танго дельта. Тачдаун подтвержден. Настойчивость в безопасности на поверхности Марса, готовность начать поиск признаков прошлой жизни». Более шести лет команда Mars Entry, Descent, and Landing Instrumentation 2 (MEDLI2) ждала этих слов.

Марсоход NASA Perseverance успешно приземлился 18 февраля 2021 года, начав роботизированное исследование Красной планеты. MEDLI2 была одной из важнейших технологий в защитной аэрокосмической оболочке марсохода, которая помогла задокументировать вход, спуск и посадку (EDL) космического корабля. Все данные MEDLI2 хранились на Perseverance для передачи на Землю после успешной посадки.

Роль MEDLI2 заключалась в сборе важных данных о суровых условиях во время входа «Настойчивости» в атмосферу планеты. Он включал в себя три типа датчиков — термопары, датчики теплового потока и датчики давления — которые измеряли экстремальную температуру и давление во время входа. Он также содержал электронику и оборудование для регистрации тепловых нагрузок и нагрузок от давления, возникающих во время входа и раскрытия парашюта.

MEDLI2 использовал свои измерения для определения нагрева и атмосферных сил, воздействующих на теплозащитный экран и заднюю оболочку. Вместе эти два компонента составляют аэродинамическую оболочку, в которой находился и защищал марсоход Perseverance во время полета на Марс и EDL.

МЭДЛИ-2 включили за пять часов до «Семи минут ужаса» — заключительного семиминутного спуска на Марс. Это дало электронике MEDLI2 время для стабилизации температуры и измерения начальных условий перед входом. После того, как команда получила сообщение об успешной активации MEDLI2, они продолжали отслеживать входящие данные в течение пятичасовой фазы движения перед входом.

Большинство датчиков MEDLI2 и основная электроника были установлены на теплозащитном экране Mars 2020. Примерно через 10 секунд после раскрытия сверхзвукового парашюта МЭДЛИ-2 в последний раз был выключен, так как завершил свою работу. Поскольку для извлечения марсохода «Настойчивость» из входного транспортного средства крайне важно, чтобы теплозащитный экран был отделен, необходимо было отключить MEDLI2 за несколько секунд до отделения, чтобы предотвратить какие-либо проблемы с электропитанием. Жгут, соединяющий теплозащитный экран и заднюю оболочку, был разорван выстрелом из пирорезака, и теплозащитный экран был сброшен.

Perseverance возвращала «данные о критических событиях» в режиме реального времени во время EDL. Он включал подмножество данных MEDLI2, которые позволяли наблюдать за тем, что испытывал входной автомобиль во время входа. Через три дня после успешной посадки Perseverance оставшиеся данные MEDLI2 были переданы обратно на Землю, и начался следующий этап проекта:анализ данных и восстановление производительности.

«Возвращенные данные впечатляют. Это все равно, что увидеть с высоты птичьего полета, что происходит с аэрооболочкой, когда она летит по марсианскому небу. Сигналы датчиков MEDLI2 настолько четкие, что мы можем сразу выделить интересные явления и важные события», — сказал Тодд Уайт, главный исследователь MEDLI2 в Исследовательском центре Эймса НАСА в Силиконовой долине в Калифорнии.

Данные, собранные MEDLI2, также обеспечивают измерения, которые будут использоваться для определения свойств атмосферы, через которую пролетал космический аппарат Mars 2020. MEDLI2 предоставляет важные данные наблюдения EDL, чтобы понять, сколько запаса осталось в записи Perseverance, а также данные, которые будут использоваться для улучшения моделей прогнозирования и инструментов для будущих миссий.

Температуры изоляции теплозащитного экрана, зарегистрированные на протяжении всей фазы ввода, соответствовали прогнозам входа. Пиковая измеренная температура теплозащитного экрана при входе составила 1830 ° F (1000 ° C). Это коррелирует с предполагаемой максимальной внешней температурой теплозащитного экрана около 2550 °F (1400 °C).

Компания MEDLI2 также использовала встроенные термопары, чтобы определить, какая часть защитной изоляции теплозащитного экрана могла быть сожжена или удалена. Все термопары выдержали входной импульс нагрева, что указывает на то, что абляция теплозащитного экрана была очень низкой. Это наблюдение можно использовать для переоценки степени изоляции, необходимой для теплозащитного экрана, чтобы потенциально уменьшить общую массу транспортного средства.

Поверхностное давление также измерялось на протяжении той же фазы, при этом пиковое поверхностное давление теплозащитного экрана соответствовало прогнозам команды при входе. MEDLI2 выбрал разные датчики, чтобы сосредоточиться на точном захвате различных режимов полета. Один датчик охватывал весь диапазон максимальных приземных давлений. Остальные шесть измерений давления теплозащитного экрана имели диапазон, позволяющий более точно фиксировать условия во время сверхзвукового режима полета (примерно от пятикратной скорости звука на Марсе до раскрытия сверхзвукового парашюта). Эти датчики в сочетании с бортовыми инерционными измерениями позволили получить дополнительное представление о том, как ведет себя входной автомобиль, когда воздействие колебаний плотности атмосферы и ветра было более выраженным. Данные о давлении MEDLI2 будут использоваться для улучшения подхода к моделированию для будущих миссий EDL.

MEDLI2 включил датчики в заднюю часть посадочного модуля Mars 2020, область, в которой до сих пор наблюдались ограниченные наблюдения. Поверхностное давление, температура изоляции и прямые измерения поверхностного нагрева включали набор датчиков задней оболочки. Знание поверхностного давления на заднюю часть входящего транспортного средства способствует уменьшению размера зоны приземления. Данные о температуре изоляции задней оболочки находились в пределах первоначальных прогнозов, что можно использовать для уменьшения неопределенности моделирования. Как и в случае с изоляцией теплозащитного экрана, понимание температурных характеристик изоляции задней оболочки может привести к уменьшению массы изоляции задней оболочки. Прямые измерения поверхностного нагрева задней стенки также способствуют уменьшению неопределенности в прогностических моделях.

Данные MEDLI2 также включали ряд «домашних» измерений. К ним относятся ряд компенсационных измерений температуры критических научных датчиков. Большая часть этих служебных данных также представляет большой интерес для команды Mars 2020, чтобы помочь им в их собственных усилиях по реконструкции EDL. Часть вспомогательных измерений включала датчики, встроенные в вспомогательную электронику MEDLI2 (напряжение, внутренняя температура, сердцебиение/часы MEDLI2 и т. д.).

Команда MEDLI2 продолжит анализировать данные в течение следующих шести месяцев, уточняя понимание НАСА атмосферы Марса, экстремальных условий входа и того, насколько хорошо аэрокосмическая оболочка Mars 2020 защитила марсоход. Эти уроки сразу пригодятся для следующих миссий на Марс и даже на Титан.