Mars Exploration Rover

Den stabila versionen checkades ut den 13 maj 2022 . Det finns overifierade ändringar i mallar eller .

Mars Exploration Rover ( MER ) - NASA :s program för att utforska planeten Mars med två av samma typ av mobiler som rör sig på ytan av rymdfarkoster . Den vetenskapliga chefen för programmet är Steve Squires .

Under programmet levererades den andra generationens rovers MER-A Spirit (Spirit) och MER-B Opportunity (Opportunity) framgångsrikt till Mars . Nedstigningsfordonet med Spirit-rovern gjorde en mjuklandning på Mars den 4 januari 2004 i Gusev-kratern (landningsplatsens koordinater är 14,5718° S, 175,4785° E). Landaren med Opportunity-rovern gjorde en mjuklandning på Mars den 25 januari 2004 på Meridian Plateau (landningsplatskoordinater - 1,95 ° S 354,47 ° E).

Med en baslivstid på 90 dagar för rover, fungerade Spirit i mer än 6 år fram till 2011 , och Opportunity satte rekord för hur länge ett rymdskepp på Mars yta var i drift 2012 och fortsatte att arbeta fram till juni 2018, tills det slutade sända data på grund av en global dammstorm på Mars. Opportunity-roveruppdraget avslutades den 13 februari 2019.

Namn på rovers

Namnen på rovers gavs som en del av den traditionella NASA-tävlingen av en 9-årig tjej av ryskt ursprung, Sophie Collis, som föddes i Sibirien och adopterades av en amerikansk familj från Arizona . Namnen Spirit ("Spirit") och Opportunity ("Godsam möjlighet") godkändes. [1] .

Uppdragets mål

Huvudsyftet med uppdraget var att studera sedimentära bergarter , som skulle ha bildats i kratrar ( Guseva , Erebus ), där det en gång kunde finnas en sjö, ett hav eller ett helt hav.

Följande vetenskapliga uppgifter sattes för Mars Exploration Rover-uppdraget [2] :

Apparatdesign

Den automatiska interplanetära stationen för MER-projektet inkluderar ett nedstigningsfordon och en flygmodul. För olika stadier av retardation i Mars-atmosfären och mjuklandning innehåller nedstigningsfordonet en konisk värmesköld, ett fallskärmssystem, solida raketmotorer och sfäriska luftkuddar.

Massa av huvudkomponenterna i AMC
Huvudkomponenter Komponent Vikt Tillägg
Flygmodul 243 kg inklusive 50 kg bränsle
Nedstigningsfordon värmesköld 78 kg
Bakskärm och fallskärm 209 kg
landningsplattform 348 kg
Total 878 kg
rover 185 kg
Totalvikt 1063 kg

Rovern har 6 hjul. Elkällan är solpaneler med en kapacitet på upp till 140 watt [ 3] . Med en massa på 185 kg är rovern utrustad med en slipmaskin, flera kameror, en mikrokamera ( MI ) och två spektrometrar monterade på manipulatorn [4] [5] .

Roverens roterande mekanism är gjord på basis av servodrivningar . Sådana drivenheter är placerade på vart och ett av fram- och bakhjulen, mittparet har inte sådana delar. Rotationen av roverens fram- och bakhjul utförs med hjälp av elektriska motorer , som fungerar oberoende av motorerna som säkerställer apparatens rörelse.

När rovern behöver svänga slår motorerna på och vrider hjulen till önskad vinkel. Hela resten av tiden hindrar motorerna tvärtom svängen, så att enheten inte går vilse på grund av hjulens kaotiska rörelse. Växling mellan svängbromslägen utförs med hjälp av ett relä .

Rovern kan också gräva marken (diket), rotera ett av framhjulen samtidigt som den förblir orörlig.

Inbyggd dator är byggd på en 20 MHz RAD6000- . Robotens driftstemperatur är från minus 40 till plus 40 °C. För drift vid låga temperaturer används en radioisotopvärmare som även kan kompletteras med elvärmare vid behov [6] . Aerogel och guldfolie används för värmeisolering .

Rover verktyg:

Roverarmen innehåller följande verktyg:

Kameraupplösning - 1024x1024 pixlar . Den mottagna datan lagras med ICER-komprimering för senare överföring.

Batterier och värmare

Värmare , batterier och andra komponenter kan inte överleva de kalla marsnätterna, så de är i "termoblocket med elektronik". Nattetemperaturerna kan sjunka till -105°C. Temperaturen på batterierna måste vara över -20 °C när de driver roverns system och över 0 °C när de laddas. Uppvärmningen av den "termiska enheten med elektronik" sker på grund av elektriska och åtta radioisotopvärmare, samt på grund av värmen som alstras från elektroniken [9] .

Varje radioisotopvärmare producerar cirka en watt värme och innehåller cirka 2,7 gram plutoniumdioxid i pellets av storlek och form som ett suddgummi. Varje pärla är inkapslad i ett metallskal av platina-rodiumlegering och omgiven av flera lager av kol-grafitkompositmaterial, vilket gör att hela enheten liknar ett C- batteri i storlek och form . Denna design med flera skyddande lager har testats, med plutoniumdioxid inuti värmeelementen, vilket kraftigt minskar risken för kontaminering av planeten om rovern kraschar vid landning. Andra rymdfarkoster, inklusive Mars Pathfinder och Sojourner-rover , har endast använt radioisotopvärmare för att hålla elektroniken vid den optimala temperaturen [9] .

Designfunktioner

Alla system av rover är beroende av en kraftfull dator som är skyddad från effekterna av låga temperaturer. I mitten av rover finns en viktig "varm elektroniklåda" ( eng.  varm elektroniklåda , "WEB"), som ansvarar för rörelsen av Opportunity, såväl som för utplaceringen av manipulatorn. Inbyggd dator - ungefär samma kraft som en bra bärbar dator (för 2003). Minnet är cirka 1000 gånger större än det från föregångaren Sojourner-rover [10] .

Opportunitys inbyggda dator är byggd på en 32-bitars strålningsbeständig " RAD6000 "-processor som arbetar med en frekvens på 20 MHz. Innehåller 128 megabyte RAM och 256 megabyte flashminne [10] .

Roverens viktiga system är installerade i en modul som kallas "roverelektronik", som är fixerad i "termoelektronikblocket". Denna modul är placerad exakt i mitten av rovern. Guldbeläggningen på blockens väggar hjälper till att fånga upp den genererade värmen från värmarna, eftersom nattetemperaturerna på Mars kan sjunka till -96 grader Celsius. Värmeisolering är ett lager av aerogel . Aerogel är ett unikt material med rekordlåg densitet och ett antal unika egenskaper: hårdhet, transparens, värmebeständighet, extremt låg värmeledningsförmåga etc. I en luftmiljö under normala förhållanden är densiteten hos ett sådant metallmikrogitter 1,9 kg / m³ på grund av intragitterluften är dess densitet bara 1,5 gånger luftens densitet, vilket är anledningen till att aerogel kallas "fast rök". [tio]

En tröghetsmätanordning uppskattar roverns lutning och hjälper till att göra exakta rörelser. [tio]

Huvuddatorn utför också regelbundet underhåll av rovern. Dess mjukvara säkerställer att alla system fungerar korrekt. [tio]

Kraftgenerering

Liksom med Mars Pathfinder-uppdraget genereras den elektricitet som behövs för att driva roverssystemen av solpaneler . Solpaneler är placerade på "vingarna" av rovers och består av individuella celler, vilket avsevärt ökar tillförlitligheten för uppdraget. Designad specifikt för " Spirit " och "Möjlighet" för att uppnå det maximala området för insamling av ljus, så långt som möjligt (se bilden till vänster) .

En annan nyhet för rovers är tillsatsen av ett trippelskikt av galliumarsenid . Detta är den första användningen av trelagers solpaneler i Mars-utforskningens historia. Battericellerna kan absorbera mer solljus än den äldre versionen som installerades på Sojourner rover 1997. Solcellerna finns i tre lager av roverns solpaneler, och kan därför absorbera mer solljus, och som ett resultat kan de generera mer elektricitet för att ladda roverns litiumjonbatterier . .

På Mars Pathfinder-uppdraget använde Sojourner-roveren ett enda 40 Ah litiumbatteri. I Mars Exploration Rovers -uppdraget använder rovers två litiumjonbatterier med en kapacitet på 8 Ah vardera. Under Opportunitys vistelse på Mars var den maximala energiproduktionen från solpaneler nära 900 Wh på 1 marsdag, eller sol. Spirit and Opportunitys solpaneler producerade i genomsnitt 410 Wh/sol (på grund av den gradvisa ansamlingen av marsdamm på dem).

Kommunikation

Kommunikation med orbiters

Roverna i Mars Exploration Rovers- uppdraget använder Mars Odyssey orbiter , som ständigt kretsar runt den "röda planeten", som ett relä.

I 16 minuter är han i "kommunikations"-zonen med rovern, varefter han försvinner över horisonten. "Opportunity" kan "kommunicera" med orbitern i 10 minuter, under denna period tar den emot data från rovern [11] .

Den stora majoriteten av vetenskaplig data överförs till uppdragsbesättningen till jorden via roverns "UHF-antenn", som också används för att kommunicera med Mars Odyssey-banan. Mars Odysseus överför huvuddelen av de vetenskapliga data som tas emot från båda rovers. En annan orbiter, Mars Global Surveyor , överförde cirka 8 % av all data innan den misslyckades i november 2006 efter 10 års drift. En liten mängd data överfördes direkt till jorden via en "X-band"-antenn. [elva]

Orbiters med kraftfulla " X-band " antenner kan överföra data till jorden i en högre hastighet. Överföringshastigheten är låg, därför byggdes Deep Space Communications Complex för att öka den, vars diameter på huvudparabolantennen är 70 meter. [elva]

Kommunikation med flygmodulen

Flygmodulen var utrustad med två antenner som var nödvändiga för att upprätthålla kommunikationen med jorden. En rundstrålande antenn med låg förstärkning användes när fartyget var nära jorden. På grund av att den skickar en signal i alla riktningar behöver den inte peka mot jorden för att byta till en annan kommunikationskanal. Därefter kommer en starkt riktad antenn med en genomsnittlig förstärkning in, för framgångsrik drift måste den riktas mot jorden , antennen hade mer kraft, eftersom avståndet till jorden gradvis ökade under flygningen. [elva]

Utom fara

Roverna i Mars Exploration Rovers- uppdraget har ett system för att övervaka farliga zoner, och därför kan roverna säkert undvika dem under rörelsen. Implementeringen av detta system är den första i historien om studien av Mars, utvecklad vid Carnegie Mellon University.

Två andra liknande program har slagits samman till en programvara för att förbättra den övergripande prestandan. Den första övervakar motorns funktion, styr hjulen på rover, rengöringsborsten samt bergborrverktyget (RAT). Den andra övervakar driften av roverns solpaneler , omdirigerar energi till två batterier , fungerar som nattdator och styr även roverns klocka. [12]

Förbättrad syn

Totalt tjugo kameror som hjälper rovers att söka efter spår av vattenpåverkan på Mars förser jorden med högkvalitativa fotografier av planeten. Kamerorna i Mars Exploration Rovers- uppdraget tar bilder med mycket hög upplösning, vilket är den högsta i utforskningshistorien. [12]

Teknikens framsteg har hjälpt till att göra kameror lättare och mer kompakta, vilket gör att nio kameror kan monteras på varje rover, en per nedstigningsplattform (DIMES). Roverkamerorna, utvecklade vid Jet Propulsion Laboratory , är de mest avancerade kamerorna som någonsin landat på en annan planet. [12]

Förbättrad datakomprimering

Datakomprimeringssystemet utvecklades också vid Jet Propulsion Laboratory, det låter dig minska mängden data för efterföljande överföring till jorden. ICER är baserat på wavelet-transformationer , med förmågan att bearbeta bilder. Till exempel kommer en 12 MB bild så småningom att komprimeras till 1 MB, och därmed ta mycket mindre plats på minneskortet. Programmet delar upp alla bilder i grupper om 30 bilder vardera, denna procedur minskar avsevärt risken att tappa bilder när de skickas till jorden, till Deep Space Networks i Australien . [12]

Skapa terrängkartor medan du rör dig

En innovation för detta uppdrag är också möjligheten att skapa kartor över det omgivande området. För det vetenskapliga laget är detta mycket värdefullt, eftersom kartorna låter dig bestämma framkomligheten, lutningsvinkeln såväl som solfasen. Stereobilder gör att teamet kan skapa 3D-bilder, vilket gör det möjligt att exakt bestämma platsen för det observerade objektet. Kartorna som utvecklats från dessa data låter teamet veta hur långt rovern behöver resa för att nå det önskade objektet, och de hjälper också till att peka manipulatorn. [12]

Soft Landing Technology

Ingenjörer stod inför den skrämmande uppgiften att minska rymdfarkostens hastighet från 20 000 km/h under återinträde till 20 km/h när den träffade Mars yta . [13]

Förbättrad fallskärm och krockkuddar

För insteg, nedstigning och landning använde Mars Exploration Rovers- uppdraget mycket av utvecklingen av sina föregångare: Vikingmissionen och Mars Pathfinder . För att bromsa nedstigningstakten använder uppdraget den äldre fallskärmstekniken från Viking Mission som lanserades i slutet av 1970-talet, såväl som 1997 års Mars Pathfinder Mission . Mars Exploration Rovers uppdragsrymdfarkoster är mycket tyngre än de tidigare, fallskärmens grundläggande design förblir densamma, men den har 40 % större yta än sina föregångare. [13]

Krockkuddar har också förbättrats, denna landningsreducerande teknik användes i Mars Pathfinder-uppdraget . Runt landern, som innehöll roveren , fanns tjugofyra uppblåsta celler. Krockkuddarna är tillverkade av ett mycket slitstarkt syntetiskt material som kallas "Vectran". Samma material används för att göra rymddräkter . Återigen, när rymdfarkostens vikt ökade, behövde starkare krockkuddar byggas. Flera falltester har visat att den extra massan orsakar allvarliga skador och rivning av materialet. Ingenjörer har utvecklat en dubbel skal av krockkuddar för att förhindra allvarliga skador under höghastighetslandningar där krockkuddarna kan komma i kontakt med vassa stenar och andra geologiska egenskaper hos den röda planeten. [13]

Använder raketmotorer för att bromsa sjunkhastigheten

För att minska rymdfarkostens nedstigningshastighet användes tre jetmotorer (RADs) placerade på dess sidor. En radaruppsättning ( RLS ) monterad i botten av landaren bestämde avståndet till ytan. När landaren var på en höjd av 1,5 km aktiverade radarsystemet kameran "Descent Image Motion Estimation Subsystem" (DIMES). Kameran tog tre fotografier av ytan (med en fördröjning på 4 sekunder), vilket gjorde det möjligt att automatiskt bestämma den horisontella hastigheten för nedstigningsfordonet. En tid senare började Mars Exploration Rovers -uppdragets nya framdrivningssystem nedstigningen av Spirit -rover . Som väntat blåser det starka vindar i Gusev-kratern , som skakade Spirits nedstigningsmodul från sida till sida, vilket hindrade den från en säker landning. Vector Thruster System (TIRS) förhindrade oregelbundna rörelser från sida till sida, vilket resulterade i en mer stabil landning under landning. Under Opportunitys nedstigning hade Meridian Plateau gynnsammare väder än Gusev Crater, så det fanns inget behov av att använda deras TIRS-system för att stabilisera nedstigningen. [13]

Förbättrad rovermobilitet

Spirit och Opportunity designades med förmågan att övervinna olika hinder, såväl som Mars steniga terräng. Upphängningssystemet på Sojourner-rovern modifierades för Mars Exploration Rovers-uppdraget. [fjorton]

Ny mjukvara hjälper till att undvika hinder under förflyttning. När kontakt med berget är oundviklig kommer ett avancerat fjädringssystem till spel, med vilket rovern är mycket lättare att manövrera. [fjorton]

Fjädringssystemet är fäst på baksidan av rovern. Hjulen har utökats i storlek och även förbättrat sin design. Varje hjul har en diameter på 26 centimeter. Deras inre och yttre delar är förbundna med en speciell spiralstruktur, som gör att du kan absorbera slagkraften och förhindra att den sprids. Fjädringssystemet gör att du bättre kan övervinna hinder, som stenar, som kan vara större än själva hjulen. Varje hjul har ett slitbanemönster med distinkta klackar som ger förbättrat grepp på stenar och mjukt underlag. Den inre delen av hjulen är gjord av ett material som kallas "Solimide", som behåller sin elasticitet även vid mycket låga temperaturer och är därför idealiskt för Mars tuffa förhållanden. [fjorton]

Att resa längs vägarna med minsta motstånd

Roverna i Mars Exploration Rovers- uppdraget har bättre fysiska egenskaper än de från 1997 Sojourner- rover, och därför behöver Spirit och Opportunity mer autonomi. Ingenjörer har förbättrat körprogramvaran för automatisk navigering, med möjligheten att göra terrängkartor, vilket gör rovers mer självförsörjande. [fjorton]

När rovern får ett kommando att röra sig självständigt börjar den analysera omgivningen, varefter den gör stereobilder, med vilka den väljer den bästa säkra vägen. Roverarna måste undvika alla hinder i deras väg, så roverna känner igen dem i sina stereobilder. Denna innovation gjorde det möjligt att resa längre sträckor än med manuell navigering från jorden. I mitten av augusti 2004 reste Opportunity-rovern, med hjälp av automatisk självnavigering, 230 meter (en tredjedel av avståndet mellan Eagle Crater och Endurance Crater ), Spirit-rovern mer än 1250 meter, av en planerad 3000 meters körning till "Columbia Hills". [fjorton]

Det automatiska navigationssystemet tar bilder av omgivningen med en av två stereokameror. Stereobilderna konverteras sedan till 3D-terrängkartor, som automatiskt genereras av rover-mjukvaran. Mjukvaran bestämmer graden av framkomlighet, om terrängen är säker, höjden på hindren, jordens densitet och ytans vinkel. Från dussintals möjliga vägar väljer rover den kortaste, säkraste vägen till sitt mål. Sedan, efter att ha färdats från 0,5 till 2 meter (beroende på hur många hinder som finns i dess väg), stannar roveren och analyserar de hinder som finns i närheten. Hela processen upprepas tills den når sin destination, eller tills den får order om att stanna från jorden. [fjorton]

Körmjukvaran på Mars Exploration Rovers-uppdraget är mer avancerad än Sojourners. Sojourners säkerhetssystem kunde bara ta 20 poäng vid varje tur; Spirit and Opportunitys säkerhetssystem fångar vanligtvis över 16 000 poäng . Medelhastigheten för rovers, inklusive undvikande av hinder, är cirka 34 meter i timmen – tio gånger snabbare än Sojourners. Under alla tre månaderna av sitt arbete reste Sojourner drygt 100 meter. Ande och tillfälle passerade det märket samma dag; Spirit reste 124 meter på Sol 125 och Opportunity reste 141 meter på Sol 82. [fjorton]

En annan innovation i Mars Exploration Rovers-uppdraget är tillägget av mjukvarukontrollerad visuell odometri . När rovern körs över ett sandigt eller stenigt område kan dess hjul slira och därför ge felaktiga mätvärden. Visuell odometri hjälper till att korrigera dessa värden genom att visa hur långt rovern faktiskt åkte. Det fungerar genom att jämföra bilder tagna före och efter ett kort stopp och automatiskt hitta dussintals iögonfallande föremål (som stenar, hjulspår och sanddyner) samtidigt som avståndet mellan på varandra följande bilder spåras. Att kombinera dem till 3D-bilder ger mycket mer information - allt detta är mycket enklare och mer exakt än att beräkna avståndet tillryggalagt av antalet varv på hjulet. [fjorton]

Galleri

Panorama

Filmografi

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Maxim Borisov. Namnen på de amerikanska rovers gavs av en nioårig föräldralös från Sibirien . Grani.Ru (10 juni 2003). Tillträdesdatum: 17 maj 2010. Arkiverad från originalet 24 augusti 2011.
  2. ↑ Mars rovers vetenskapliga mål  (eng.)  (otillgänglig länk) . NASA. Hämtad 5 juni 2011. Arkiverad från originalet 24 augusti 2011.
  3. ↑ Mars Exploration Rover Mission: The Mission (länk ej tillgänglig) . Hämtad 11 augusti 2012. Arkiverad från originalet 11 januari 2014. 
  4. ↑ Chang, Kenneth . Martian Robots, Tar order from a Manhattan Walk-Up , The New York Times  (7 november 2004). Arkiverad från originalet den 3 april 2015. Hämtad 9 april 2009.
  5. ↑ Squires, Steve. Roving Mars: Spirit, Opportunity, and the Exploration of the Red Planet  (engelska) . — Hyperion Press, 2005. - S. 113-117. - ISBN 978-1-4013-0149-1 .
  6. ↑ MER - Batterier och värmare (ej tillgänglig länk) . Jet Propulsion Laboratory . NASA. Hämtad 13 augusti 2012. Arkiverad från originalet 18 oktober 2012. 
  7. ↑ Mars rover Opportunity hittar spår av sötvatten . Hämtad 26 juni 2020. Arkiverad från originalet 12 april 2021.
  8. ↑ Spirit rover hittar kristallint salt, möjligen havssalt . Hämtad 26 juli 2018. Arkiverad från originalet 11 juli 2018.
  9. ↑ 1 2 Batterier och värmare (ej tillgänglig länk) . Hämtad 26 juli 2018. Arkiverad från originalet 9 juni 2012. 
  10. ↑ 1 2 3 4 5 Teknologier av bred nytta: Avionics (länk ej tillgänglig) . Hämtad 26 juli 2018. Arkiverad från originalet 25 februari 2014. 
  11. ↑ 1 2 3 4 Teknologier med bred nytta: Telekommunikation Arkiverad 1 mars 2014 på Wayback Machine // marsrover.nasa.gov
  12. ↑ 1 2 3 4 5 Teknologier med bred nytta: Software Engineering (länk ej tillgänglig) . Hämtad 26 juli 2018. Arkiverad från originalet 1 mars 2014. 
  13. ↑ 1 2 3 4 Utforskning på plats och provåterkomst: Inresa, nedstigning och landning (länk ej tillgänglig) . Hämtad 26 juli 2018. Arkiverad från originalet 3 december 2013. 
  14. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 In-situ Exploration och provåterkomst: Autonomous Planetary Mobility (länk ej tillgänglig) . Hämtad 26 juli 2018. Arkiverad från originalet 3 december 2013. 

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
 Mars Exploration Rover- program
Main
Mars rover "Spirit"
Möjlighet för Mars rover
Verktyg
Relaterad
 Utforskning av Mars med rymdskepp
Flygande
Orbital
Landning
rovers
Marshalls
Planerad
Föreslog
Misslyckad
Inställt
se även
Aktiva rymdfarkoster är markerade med fet stil