Сенсоры MEDLI2 захватили критические данные во время посадки Perseverance на Марсе

«Танго дельта. Приземление подтверждено. Perseverance безопасно на поверхности Марса, готовый начать поиск признаков прошлой жизни». Более шести лет команда Mars Entry, Descent, and Landing Instrumentation 2 (MEDLI2) ждала услышать эти слова.

Марсоход NASA Perseverance успешно приземлился 18 февраля 2021 года, начиная свою роботизированную исследовательскую миссию на Красной планете. MEDLI2 был одной из критически важных технологий на защитной аэродинамической оболочке марсохода, которая помогла документировать вход, спуск и посадку (EDL) космического аппарата. Все данные MEDLI2 были сохранены на Perseverance для передачи на Землю после успешной посадки.

Роль MEDLI2 заключалась в сборе критических данных о суровой среде во время входа Perseverance через атмосферу планеты. Он включал три типа сенсоров — термопары, сенсоры теплового потока и датчики давления — которые измеряли экстремальное тепло и давление во время входа. Он также содержал электронику и оборудование для записи тепловых и давленческих нагрузок, испытываемых во время входа и через развертывание парашюта.

MEDLI2 использовал свои измерения для определения нагрева и атмосферных сил, происходивших на теплощите и задней оболочке. Вместе эти два компонента составляют аэродинамическую оболочку, которая размещала и защищала марсоход Perseverance во время перелета к Марсу и EDL.

MEDLI2 был включен за пять часов до «Семи минут террора» — последних семиминутного спуска к Марсу. Это предоставило время для стабилизации температуры электроники MEDLI2 и измерения начальных условий до входа. После того как команда получила указание, что MEDLI2 успешно активирован, они продолжали мониторить входящие данные в течение пятичасовой фазы плавания до входа.

Большинство сенсоров MEDLI2 и основная электроника были установлены на теплощите Mars 2020. Примерно через 10 секунд после развертывания сверхзвукового парашюта, MEDLI2 был выключен в последний раз, так как он выполнил свою работу. Поскольку критически важно для теплощита быть отделенным, чтобы позволить марсоходу Perseverance быть извлеченным из посадочного аппарата, требовалось, чтобы MEDLI2 был выключен за несколько секунд до разделения, чтобы предотвратить любые проблемы с электропитанием. Кабель, соединяющий теплощит и заднюю оболочку, был затем перерезан стрельбой пиро-резателя, и теплощит был сброшен.

Perseverance вернул «критические данные событий» в реальном времени во время EDL. Он включал подмножество данных MEDLI2, что позволило наблюдать, что испытывал посадочный аппарат во время входа. Три дня после успешной посадки Perseverance оставшиеся данные MEDLI2 были переданы обратно на Землю, и началась следующая фаза проекта: анализ данных и реконструкция производительности.

«Возвращенные данные увлекательны. Это как иметь вид с птичьего полета того, что происходит с аэродинамической оболочкой, пока она летит через марсианские небе. Сигналы сенсоров MEDLI2 настолько чисты, что мы могли сразу выделить интересные феномены и критические события», — сказал Тодд Уайт, главный исследователь MEDLI2 в Исследовательском центре NASA Амез в Кремниевой долине Калифорнии.

Данные, собранные MEDLI2, также предоставляют измерения, которые будут использованы для определения свойств атмосферы, через которую пролетел посадочный аппарат Mars 2020. MEDLI2 предоставляет важные наблюдательные данные EDL для понимания того, сколько запаса осталось у входа Perseverance вместе с данными, которые будут использованы для улучшения предиктивных моделей и инструментов для будущих миссий.

Температуры изоляции теплощита, записанные на протяжении всей фазы входа, были согласованы с прогнозами входа. Пиковая измеренная температура в теплощите во время входа составила 1830 °F (1000 °C). Это коррелирует с оцененной пиковой внешней температурой теплощита около 2550 °F (1400 °C).

MEDLI2 также использовал свои встроенные термопары для определения того, сколько защитной изоляции теплощита могло сгореть или аблатироваться. Все термопары выжили импульс нагрева входа, указывая на то, что аблация теплощита была очень низкой. Это наблюдение может быть использовано для переоценки количества изоляции, необходимой на теплощите, для потенциального снижения общей массы посадочного аппарата.

Поверхностные давления также измерялись на протяжении той же фазы с пиковым поверхностным давлением теплощита, соответствующим прогнозам команды входа. MEDLI2 выбрал разные сенсоры для фокусировки на точном захвате разных режимов полета. Один сенсор покрыл полный диапазон максимальных поверхностных давлений. Оставшиеся шесть измерений давления теплощита имели диапазон для более точного захвата условий во время сверхзвукового режима полета (от примерно пятикратной скорости звука на Марсе через развертывание сверхзвукового парашюта). Эти сенсоры, в комбинации с bordo инерциальными измерениями, позволили дополнительное понимание того, как посадочный аппарат выполнялся, когда воздействия вариаций атмосферной плотности и ветров были более выраженными. Данные давления MEDLI2 будут использованы для улучшения подхода моделирования для будущих миссий EDL.

MEDLI2 включал сенсоры на задней оболочке посадочного аппарата Mars 2020, область, которая до сих пор имела ограниченные наблюдения. Поверхностное давление, температура изоляции и прямые измерения поверхностного нагрева составляли комплект сенсоров задней оболочки. Знание поверхностного давления на задней части посадочного аппарата способствует уменьшению размера посадочного эллипса. Данные температуры изоляции задней оболочки были в пределах первоначальных прогнозов, что может быть использовано для снижения неопределенности моделирования. Как и с изоляцией теплощита, понимание производительности температуры изоляции задней оболочки может привести к снижению массы изоляции задней оболочки. Прямые измерения поверхностного нагрева задней оболочки также способствуют снижению неопределенности в предиктивных моделях.

Данные MEDLI2 также включали ряд «хозяйственных» измерений. Они включали ряд компенсирующих измерений температуры критических научных сенсоров. Большая часть этих хозяйственных данных также представляет острый интерес для команды Mars 2020 для помощи в их собственных усилиях по реконструкции EDL. Часть хозяйственных измерений включала сенсоры внутренние к поддерживающей электронике MEDLI2 (напряжения, внутренние температуры, heartbeat/clock MEDLI2 и т.д.).

Команда MEDLI2 продолжит анализировать данные в ближайшие шесть месяцев, уточняя понимание NASA атмосферы Марса, экстремальных условий входа и того, насколько хорошо аэродинамическая оболочка Mars 2020 защитила марсоход. Эти уроки будут немедленно полезны для следующих марсианских миссий и даже миссий, направляющихся к Титану.