Mars Exploration Rover ( MER ) – A NASA programja a Mars bolygó felfedezésére két azonos típusú, űrhajók felszínén mozgó mobil segítségével . A program tudományos igazgatója Steve Squires .
A program során a MER-A Spirit (Spirit) és a MER-B Opportunity (Opportunity) második generációs rovereket sikeresen eljuttatták a Marsra . A Spirit roverrel ereszkedő jármű lágy landolást hajtott végre a Marson 2004. január 4- én a Gusev-kráterben (a leszállóhely koordinátái: 14,5718° D, 175,4785° K). A leszálló az Opportunity roverrel lágy leszállást hajtott végre a Marson 2004. január 25- én a Meridian-fennsíkon (leszállási hely koordinátái - 1,95 ° S 354,47 ° E).
A 90 napos rover alapélettartamával a Spirit több mint 6 évig működött 2011 -ig, az Opportunity pedig 2012-ben rekordot döntött egy űrszonda Mars felszínén való működésének időtartamában, és 2018 júniusáig működött. leállította az adatátvitelt egy globális porvihar miatt a Marson. Az Opportunity rover küldetés 2019. február 13-án ért véget.
A roverek nevét a hagyományos NASA-verseny keretében egy 9 éves orosz származású lány, Sophie Collis adta, aki Szibériában született, és egy arizonai amerikai család fogadta örökbe . A Spirit ("Spirit") és az Opportunity ("Kedvező lehetőség") neveket jóváhagyták. [1] .
A küldetés fő célja az üledékes kőzetek tanulmányozása volt , amelyekről azt feltételezték, hogy kráterekben ( Guseva , Erebus ) keletkeztek, ahol valaha tó, tenger vagy egy egész óceán lehetett.
A Mars Exploration Rover misszióhoz a következő tudományos feladatokat tűzték ki [2] :
A MER projekt automatikus bolygóközi állomása egy leszálló járműből és egy repülési modulból áll. A marsi légkörben a lassulás és a lágy leszállás különböző szakaszaihoz a leszálló jármű kúpos hőpajzsot, ejtőernyőrendszert, szilárd rakétahajtóműveket és gömb alakú légpárnákat tartalmaz.
Fő összetevők | Összetevő | Súly | Kiegészítés |
---|---|---|---|
Repülési modul | 243 kg | beleértve 50 kg üzemanyagot | |
Leereszkedő jármű | hőpajzs | 78 kg | |
Hátsó képernyő és ejtőernyő | 209 kg | ||
leszálló platform | 348 kg | ||
Teljes | 878 kg | ||
rover | 185 kg | ||
Teljes súly | 1063 kg |
A rovernek 6 kereke van. Az áramforrás a 140 wattig terjedő napelemek [3] . A 185 kg tömegű rover csiszológéppel, több kamerával, mikrokamerával ( MI ) és a manipulátorra szerelt két spektrométerrel van felszerelve [4] [5] .
A rover forgószerkezete szervohajtások alapján készül . Az ilyen meghajtók az első és a hátsó kerekeken találhatók, a középső párnak nincsenek ilyen részei. A rover első és hátsó kerekeinek forgása elektromos motorok segítségével történik , amelyek a készülék mozgását biztosító motoroktól függetlenül működnek.
Amikor a rovernek el kell fordulnia, a motorok bekapcsolnak, és a kerekeket a kívánt szögbe fordítják. A hátralévő időben a motorok éppen ellenkezőleg, megakadályozzák a fordulást, így a készülék nem téved el a kerekek kaotikus mozgása miatt. A forgófék üzemmódok közötti váltás relé segítségével történik .
Ezenkívül a rover képes ásni a talajt (árok), forgatva az egyik első kereket, miközben mozdulatlan marad.
A fedélzeti számítógép 20 MHz -es RAD6000 . A robot üzemi hőmérséklete mínusz 40 és plusz 40 °C között van. Alacsony hőmérsékleten történő üzemeltetéshez radioizotópos fűtőtestet használnak, amely szükség esetén elektromos fűtőtestekkel is kiegészíthető [6] . A hőszigeteléshez aerogélt és aranyfóliát használnak .
Rover eszközök:
A rover kar a következő eszközöket tartalmazza:
A kamera felbontása - 1024x1024 pixel . A fogadott adatokat ICER tömörítéssel tároljuk a későbbi továbbításhoz.
A fűtőelemek , akkumulátorok és egyéb alkatrészek nem képesek túlélni a hideg marsi éjszakákat, ezért az "elektronikával ellátott hőblokkban" vannak. Az éjszakai hőmérséklet -105°C-ra csökkenhet. Az akkumulátorok hőmérsékletének -20 °C felett kell lennie, amikor a rover rendszereit táplálják, és 0 °C feletti töltéskor. Az "elektronikával ellátott hőegység" fűtése az elektromos és nyolc radioizotópos fűtőelemek, valamint az elektronika által termelt hő hatására történik [9] .
Mindegyik radioizotópos fűtőberendezés körülbelül egy watt hőt termel, és körülbelül 2,7 gramm plutónium-dioxidot tartalmaz ceruzaradír méretű és alakú pelletekben. Mindegyik gyöngy platina-ródium ötvözet fémhéjba van burkolva, és több réteg szén-grafit kompozit anyag veszi körül, így az egész egység méretében és alakjában egy C-méretű akkumulátorhoz hasonlít . Ezt a több védőrétegű kialakítást tesztelték, a fűtőelemek belsejében plutónium-dioxid található, ami nagymértékben csökkenti a bolygó szennyeződésének kockázatát, ha a rover leszálláskor lezuhan. Más űrhajók, köztük a Mars Pathfinder és a Sojourner rover , csak radioizotópos fűtőberendezéseket használtak az elektronika optimális hőmérsékleten tartására [9] .
A rover összes rendszere egy erős számítógéptől függ, amely védett az alacsony hőmérséklet hatásaitól. A rover közepén egy fontos "meleg elektronikai doboz" ( eng. warm electronics box , "WEB") található, amely az Opportunity mozgásáért, valamint a manipulátor telepítéséért felelős. Fedélzeti számítógép - körülbelül ugyanolyan teljesítményű, mint egy jó laptop (2003-ra). A memória körülbelül 1000-szer nagyobb, mint elődjének, a Sojourner rovernek [10] .
Az Opportunity fedélzeti számítógépe 32 bites sugárzásálló „ RAD6000 ” processzorra épül, amely 20 MHz-es frekvencián működik. 128 megabájt RAM-ot és 256 megabájt flash memóriát tartalmaz [10] .
A rover fontos rendszerei egy „rover electronics” nevű modulba vannak beépítve, amely a „termikus elektronikai blokkban” van rögzítve. Ez a modul pontosan a rover közepén található. A tömbök falán lévő arany bevonat segít megkötni a fűtőtestek által termelt hőt, mert a Marson az éjszakai hőmérséklet -96 Celsius-fokra csökkenhet. A hőszigetelés egy réteg aerogél . Az Airgel egy egyedülálló anyag, amely rekordalacsony sűrűséggel és számos egyedi tulajdonsággal rendelkezik: keménység, átlátszóság, hőállóság, rendkívül alacsony hővezető képesség stb. Levegő környezetben normál körülmények között egy ilyen fém mikrorács sűrűsége 1,9 kg / m³ a rácson belüli levegő miatt sűrűsége csak másfélszerese a levegőnek, ezért az aerogélt "szilárd füstnek" nevezik. [tíz]
Egy tehetetlenségi mérőeszköz megbecsüli a rover dőlését, és segít a precíz mozgásokban. [tíz]
A fő számítógép a rover rendszeres karbantartását is végzi. Szoftvere biztosítja az összes rendszer megfelelő működését. [tíz]
A Mars Pathfinder küldetéshez hasonlóan a roverek rendszereinek áramellátásához szükséges áramot napelemek állítják elő . A napelemek a roverek "szárnyain" helyezkednek el, és egyedi cellákból állnak, ami jelentősen növeli a küldetés megbízhatóságát. Kifejezetten a " Spirit " és az "Opportunity" számára tervezték , hogy a lehető legnagyobb fénygyűjtő területet elérjék (lásd a bal oldali képet) .
Egy másik újdonság a roverek számára a háromrétegű gallium-arzenid hozzáadása . Ez az első háromrétegű napelem-rendszerek használata a Mars-kutatás történetében. Az akkumulátorcellák több napfényt képesek elnyelni, mint a Sojourner roverre 1997-ben telepített régebbi verzió. A napelemek a rover napelemeinek három rétegében helyezkednek el, ezért több napfényt képesek elnyelni, és ennek eredményeként több áramot tudnak termelni a roverek lítium-ion akkumulátorainak újratöltéséhez. .
A Mars Pathfinder küldetés során a Sojourner rover egyetlen 40 Ah-s lítium akkumulátort használt. A Mars Exploration Rovers küldetésben a roverek két, egyenként 8 Ah kapacitású lítium-ion akkumulátort használnak. Az Opportunity Marson való tartózkodása alatt a napelemek maximális energiatermelése megközelítette a 900 Wh-t 1 marsi nap, azaz szol alatt. A Spirit és az Opportunity napelemsorai átlagosan 410 Wh/sol teljesítményt produkáltak (a marsi por fokozatos felhalmozódása miatt).
A Mars Exploration Rovers küldetés roverei a Mars Odyssey keringőt használják közvetítőként, amely folyamatosan a "vörös bolygó" körül kering.
16 percig a „kommunikációs” zónában tartózkodik a roverrel, majd eltűnik a horizonton. Az "Opportunity" 10 percig "kommunikálhat" a keringővel, ezalatt adatokat kap a rovertől [11] .
A tudományos adatok túlnyomó többsége a rover „UHF antennáján” keresztül jut el a Földre a küldetés legénységéhez, amelyet a Mars Odyssey keringővel való kommunikációra is használnak. A Mars Odysseus mindkét rovertől kapott tudományos adatok nagy részét továbbítja. Egy másik keringő, a Mars Global Surveyor az összes adat mintegy 8%-át továbbította, mielőtt 2006 novemberében 10 éves működés után meghibásodott. Kis mennyiségű adatot közvetlenül továbbítottak a Földre egy "X-sávos" antennán keresztül. [tizenegy]
Az erős " X-sávos " antennákkal rendelkező orbiterek nagyobb sebességgel képesek adatokat továbbítani a Földre. Az átviteli sebesség alacsony, ezért ennek növelésére megépült a Deep Space Communications Complex , melynek fő parabolaantennájának átmérője 70 méter. [tizenegy]
Kommunikáció a repülési modullalA Flight Module két antennával volt felszerelve, amelyek szükségesek a Földdel való kommunikáció fenntartásához. Alacsony erősítésű körirányú antennát használtak, amikor a hajó a Föld közelében volt. Tekintettel arra, hogy minden irányba jelet küld, nem kell a Földre mutatnia, hogy másik kommunikációs csatornára váltson. Ezt követően egy átlagos erősítésű, erősen irányított antenna kerül játékba, a sikeres működéshez a Föld felé kell irányítani , az antennának nagyobb volt az ereje, mivel repülés közben fokozatosan nőtt a távolság a Földtől. [tizenegy]
A Mars Exploration Rovers küldetés roverei a veszélyes zónákat figyelő rendszerrel rendelkeznek, így a mozgás során a roverek biztonságosan elkerülhetik azokat. Ennek a rendszernek a megvalósítása az első a Mars tanulmányozásának történetében, amelyet a Carnegie Mellon Egyetemen fejlesztettek ki.
Két másik hasonló programot egyetlen szoftverbe vontak össze az általános teljesítmény javítása érdekében. Az első figyeli a motor működését, vezérli a rover kerekeit, a tisztítókefét, valamint a kőzetfúró szerszámot (RAT). A második figyeli a rover napelemeinek működését , átirányítja az energiát két akkumulátorra , éjszakai számítógépként szolgál, és vezérli a rover óráját is. [12]
Összesen húsz kamera , amelyek segítenek a rovereknek a Marson becsapódó víz nyomainak felkutatásában, kiváló minőségű fényképeket készít a Földről a bolygóról. A Mars Exploration Rovers küldetés kamerái nagyon nagy felbontásban készítenek képeket, ami a kutatás történetének legmagasabb értéke. [12]
A technológia fejlődése elősegítette a kamerák könnyebbé és kompaktabbá tételét, lehetővé téve, hogy minden roverre kilenc kamera szerelhető fel, egy leszállási platformonként (DIMES). A Jet Propulsion Laboratory - ban kifejlesztett rover-kamerák a legfejlettebb kamerák, amelyek valaha más bolygón landoltak. [12]
Az adattömörítő rendszert szintén a Jet Propulsion Laboratory-ban fejlesztették ki, ez lehetővé teszi az adatok mennyiségének csökkentését a későbbi Földre továbbításhoz. Az ICER wavelet transzformáción alapul , és képes feldolgozni a képeket. Például egy 12 MB-os kép végül 1 MB-ra tömörül, és így sokkal kevesebb helyet foglal el a memóriakártyán. A program az összes képet 30 képből álló csoportokra osztja, ez az eljárás jelentősen csökkenti a képek elvesztésének kockázatát, amikor azokat a Földre, az ausztráliai Deep Space Networksbe küldik . [12]
Szintén újítás ehhez a küldetéshez a környező terület térképeinek elkészítése. A tudományos csapat számára ez nagyon értékes, mivel a térképek lehetővé teszik az átjárhatóság, a dőlésszög, valamint a napfázis meghatározását. A sztereó képek lehetővé teszik a csapat számára, hogy 3D képeket készítsenek, ami lehetővé teszi a megfigyelt objektum helyének pontos meghatározását. Az ezekből az adatokból készített térképek lehetővé teszik a csapat számára, hogy megtudja, mekkora távolságot kell megtennie a rovernek ahhoz, hogy elérje a kívánt objektumot, és a manipulátor irányítását is segítik. [12]
A mérnököknek azzal a ijesztő feladattal kellett szembenézniük, hogy az űrszonda sebességét 20 000 km/h -ról 20 km/h -ra csökkentsék a visszatérés során, amikor az elérte a Mars felszínét . [13]
Továbbfejlesztett ejtőernyő és légzsákA Mars Exploration Rovers küldetése a belépéshez, a leszálláshoz és a leszálláshoz elődei fejlesztéseinek nagy részét felhasználta: a Viking Mission és a Mars Pathfinder fejlesztéseit . Az ereszkedés lassítása érdekében a küldetés az 1970-es évek végén elindított Viking Mission , valamint az 1997 -es Mars Pathfinder Mission örökölt ejtőernyős technológiáját használja. A Mars Exploration Rovers missziós űrrepülőgépek jóval nehezebbek a korábbiaknál, az ejtőernyő alapkialakítása változatlan, de 40%-kal nagyobb területtel rendelkezik, mint elődei. [13]
A légzsákokat is továbbfejlesztették, ezt a leszállást mérséklő technológiát a Mars Pathfinder küldetésben használták . A leszállóegység körül, amelyben a rover volt, huszonnégy felfújt cella volt. A légzsákok nagyon tartós szintetikus „Vectran” anyagból készülnek. Ugyanebből az anyagból űrruhákat készítenek . Az űrhajó tömegének növekedésével ismét erősebb légzsákokat kellett építeni. Számos ejtési teszt kimutatta, hogy a többlettömeg súlyos sérüléseket és az anyag szakadását okozza. A mérnökök a légzsákok kettős burkolatát fejlesztették ki, hogy megakadályozzák a súlyos sérüléseket a nagy sebességű leszállások során, ahol a légzsákok érintkezésbe kerülhetnek éles sziklákkal és a Vörös Bolygó egyéb geológiai jellemzőivel. [13]
Rakétamotorok használata a süllyedés lassításáraAz űrhajó süllyedési sebességének csökkentésére három sugárhajtóművet (RAD) használtak, amelyek az oldalain helyezkedtek el. A leszállóegység aljára szerelt radarkészlet ( RLS ) határozta meg a felszíntől való távolságot. Amikor a leszálló 1,5 km-es magasságban volt, a radarrendszer aktiválta a „Descent Image Motion Estimation Subsystem” (DIMES) kamerát. A kamera három fényképet készített a felszínről (4 másodperces késleltetéssel), ami lehetővé tette a leszálló jármű vízszintes sebességének automatikus meghatározását. Nem sokkal később a Mars Exploration Rovers küldetés új meghajtórendszere megkezdte a Spirit rover süllyedését . Ahogy az várható volt, erős szél fúj a Gusev-kráterben , amely oldalról a másikra rázta a Spirit leszállómodulját, megakadályozva a biztonságos leszállást. A Vector Thruster System (TIRS) megakadályozta a szabálytalan oldalirányú mozgást, ami stabilabb leszállót eredményezett leszállás közben. Az Opportunity ereszkedése során a Meridian-fennsíkon kedvezőbb volt az időjárás, mint a Gusev-kráternek, így nem kellett a TIRS rendszerüket használni a süllyedés stabilizálására. [13]
A Spirit és az Opportunity különféle akadályok, valamint a Mars sziklás terepének leküzdésére való képességgel készült. A Sojourner rover felfüggesztési rendszerét a Mars Exploration Rovers küldetéshez módosították. [tizennégy]
Az új szoftver segít elkerülni az akadályokat mozgás közben. Amikor elkerülhetetlen a sziklával való érintkezés, egy fejlett felfüggesztési rendszer lép működésbe , amellyel a rover sokkal könnyebben manőverezhető. [tizennégy]
A felfüggesztés a rover hátuljához van rögzítve. A kerekek mérete megnőtt, és a kialakításuk is javult. Mindegyik kerék átmérője 26 centiméter. Belső és külső részüket egy speciális spirális szerkezet köti össze, amely lehetővé teszi az ütési erő felvételét és megakadályozza annak szétterülését. A felfüggesztési rendszer lehetővé teszi az akadályok, például a kövek jobb leküzdését, amelyek nagyobbak lehetnek, mint maguk a kerekek. Mindegyik kerék futófelület-mintázattal rendelkezik, jellegzetes fülekkel, amelyek jobb tapadást biztosítanak sziklákon és puha talajon. A kerekek belső része a "Solimid" nevű anyagból készült, amely nagyon alacsony hőmérsékleten is megőrzi rugalmasságát, ezért ideális a Mars zord körülményeihez. [tizennégy]
A Mars Exploration Rovers küldetés rovereinek fizikai tulajdonságai jobbak, mint az 1997 -es Sojourner roveré, ezért a Spiritnek és az Opportunitynak nagyobb autonómiára van szüksége. A mérnökök továbbfejlesztették az automatikus navigációs vezetési szoftvert, lehetővé téve tereptérképek készítését, így a roverek önellátóbbakká váltak. [tizennégy]
Amikor a rover önálló mozgási parancsot kap, elemezni kezdi a környező területet, majd sztereó képeket készít, amelyekkel kiválasztja a legjobb biztonságos útvonalat. A rovereknek el kell kerülniük az útjukba eső akadályokat, így a roverek felismerik őket sztereó képeiken. Ez az újítás nagyobb távolságok megtételét tette lehetővé, mint a Földről történő kézi navigációval. 2004. augusztus közepén az Opportunity rover automatikus önnavigációt használva 230 métert tett meg (az Eagle Crater és az Endurance Crater közötti távolság egyharmada ), a Spirit rover pedig több mint 1250 métert a tervezett 3000 méteres útból. a "Columbia Hills". [tizennégy]
Az automatikus navigációs rendszer két sztereó kamera egyikével képeket készít a környező területről. A sztereó képeket ezután 3D-s tereptérképekké alakítják, amelyeket a rover szoftvere automatikusan generál. A szoftver meghatározza az átjárhatóság mértékét, a terep biztonságosságát, az akadályok magasságát, a talaj sűrűségét és a felszín szögét. A több tucat lehetséges út közül a rover a legrövidebb, legbiztonságosabb utat választja céljához. Ezután 0,5-2 méter megtétele után (attól függően, hogy hány akadály van az útjában) a rover megáll, és elemzi a közelben lévő akadályokat. Az egész folyamat addig ismétlődik, amíg el nem éri a célt, vagy amíg a Földről megálljt parancsot nem kap. [tizennégy]
A Mars Exploration Rovers küldetés vezetői szoftvere fejlettebb, mint a Sojourneré. Sojourner biztonsági rendszere minden kanyarnál csak 20 pontot tudott elkapni; A Spirit and Opportunity biztonsági rendszere általában több mint 16 000 pontot rögzít . A roverek átlagsebessége, beleértve az akadálykerülést is, körülbelül 34 méter óránként – tízszer gyorsabb, mint a Sojourner-é. Sojourner munkája mindhárom hónapja alatt valamivel több mint 100 métert tett meg. A Szellem és a Lehetőség ugyanazon a napon túllépte ezt a jelet; A Spirit 124 métert utazott a Sol 125-ön, az Opportunity pedig 141 métert a Sol 82-n. [tizennégy]
A Mars Exploration Rovers küldetés másik újítása a szoftver által vezérelt vizuális odometria hozzáadása. Ha a roverrel homokos vagy sziklás területen halad át, kerekei megcsúszhatnak, és ezért helytelen kilométer-értéket adnak. A vizuális kilométer-mérő segít kijavítani ezeket az értékeket azáltal, hogy megmutatja, mekkora utat tett meg a rover. Úgy működik, hogy összehasonlítja a rövid megállás előtt és után készült képeket, és automatikusan több tucat feltűnő objektumot (például sziklákat, keréknyomokat és homokdűnéket) talál, miközben követi az egymást követő képek közötti távolságot. Ha ezeket 3D-s képekké egyesítjük, sokkal több információ érhető el – mindez sokkal egyszerűbb és pontosabb, mint a kerék fordulatszámával megtett távolságot kiszámítani. [tizennégy]
AMC az összeszerelésben (lehetőség)
Delta-2 rakéta kilövése az AMS-ből a roverrel (Spirit)
Leszáll a Mars légkörébe való visszatérés során
A leszálló jármű ejtőernyős és rakétamotorjai leszállás előtt
Lander légzsákok
Leereszkedő modul leszállás párnázással
Leszállási platform a Marson (Spirit)
Rover nyomai a marsi felszínen (lehetőség)
Rover Manipulátor (Spirit)
A MER rover fő panoráma kamerája
Az első nézet a Mars felszínéről a roverről (Spirit), Gusev kráter területéről
![]() |
---|
Mars Exploration Rover Program | ||
---|---|---|
Fő |
| |
Marsjáró "Spirit" |
| |
Marsjáró, az Opportunity |
| |
Eszközök |
| |
Összefüggő |
|
A Mars felfedezése űrhajóval | |
---|---|
Repülő | |
Orbitális | |
Leszállás | |
roverek | |
Marshalls | |
Tervezett |
|
Javasolt |
|
Sikertelen | |
Törölve |
|
Lásd még | |
Az aktív űrhajók félkövérrel vannak kiemelve |