Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Пакет "Тепловой поток и физические свойства" (HP 3 )
Пакет "Тепловой поток и физические свойства" (HP3) (обрезано) .png
Впечатление художника от HP 3 на поверхности Марса
ОператорНАСА
ПроизводительНемецкий аэрокосмический центр (DLR)
Тип инструментаинфракрасный радиометр , датчик
теплопроводности
ФункцияГеофизика Марса
Продолжительность миссии2 года на Марсе (планируется)
Начались операцииПосадка: 26 ноября 2018 г.
Интернет сайтМарс .nasa .gov / insight / mission / instruments / hp3 /
Характеристики
Масса3 кг (6,6 фунта)
Потребляемая мощность2 Вт
Хост космический корабль
Космический корабльПосадочный модуль InSight Mars
ОператорНАСА
Дата запуска5 мая 2018, 11:05 UTC ( 2018-05-05UTC11: 05 ) 
РакетаАтлас V 401 [1]
Запустить сайтVandenberg SLC-3E [1]
COSPAR ID2018-042A

Пакет « Тепловой поток и физические свойства» ( HP 3 ) - это научная полезная нагрузка на борту посадочного модуля InSight, в которой есть инструменты для изучения теплового потока и других тепловых свойств Марса . Один из инструментов, роющий зонд по прозвищу «Крот», предназначен для проникновения на глубину 5 м (16 футов) под поверхностью Марса. В марте 2019 года крот зарылся на несколько сантиметров, но затем из-за различных сценариев не смог продвинуться дальше. В следующем году были приложены дополнительные усилия для решения проблем. [2] 14 января 2021 года было объявлено, что попытки пробурить марсианскую поверхность с помощью этого устройства были прекращены. [3]

HP 3 был предоставлен Немецким аэрокосмическим центром (DLR). Ударный механизм внутри крота был разработан польской компанией Astronika и Центром космических исследований Польской академии наук по контракту и в сотрудничестве с DLR. [4] [5]

Главный исследователь - Тилман Спон из Немецкого аэрокосмического центра. [6] [7]

Обзор [ править ]

Обзорная анимация HP 3

Миссия направлена ​​на изучение происхождения и разнообразия планет земной группы . [6] Ожидается, что информация из пакета теплового потока HP 3 покажет, сформировались ли Марс и Земля из одного и того же материала, и определит, насколько активны внутренние части Марса сегодня. [6] [7] [8] [9] Дополнительные научные цели включают определение толщины коры Марса, состава его мантии и тепловых характеристик недр, таких как градиент температуры и тепловой поток. [10]

Вместе с сейсмометром миссия оценит размер ядра Марса и будет ли оно жидким или твердым. [11] Вибрации, создаваемые кротом, будут отслеживаться SEIS, чтобы узнать о местных недрах. [12]

Помимо крота, HP 3 включает в себя инфракрасный радиометр (HP3-RAD), установленный на посадочной платформе, также предоставленный DLR. [13] [14] [15]

     
Схема, показывающая компоненты HP 3

Датчик теплового потока HP 3 состоит из следующих подсистем: [16]

  • Несущая конструкция (SS) - корпус, в который входят:
    • Инженерная привязь (ET) для связи между опорной конструкцией для спускаемого аппарата
    • Научный трос (ТЕМ-П) - это гибкая печатная плата с 14 платиновыми термометрами сопротивления для измерения тепловых свойств реголита.
    • Оптический измеритель длины троса (TLM) для измерения развернутой длины научного троса
  • Инфракрасный радиометр (HP3-RAD) для измерения температуры поверхности.
  • Электронный блок управления Back end electronics (BEE)
  • Пенетрометр кротов для рытья под землей
    • Датчик теплопроводности активный ТЕМ-А
    • Наклономер STATIL для определения ориентации и направления крота.

Развитие [ править ]

HP 3 перед запуском. Слева направо: крот, научная привязь, опорная конструкция и инженерная привязь.

HP 3 был разработан Громовым В.В. и соавт. в 1997 году [4] [17] и впервые был запущен в качестве прибора PLUTO в неудачной миссии 2003 года на Марс « Бигль-2 ». [4] HP 3 получил дальнейшее развитие и был предложен в 2001 году для миссии на Меркурий , [18] в 2009 году в Европейское космическое агентство как часть полезной нагрузки Humboldt на борту посадочного модуля ExoMars , [19] [18] в 2010 году для миссию на Луну, [20] а в 2011 году она была предложена программе NASA Discovery в качестве полезной нагрузки для InSight.Марсианский посадочный модуль, известный в то время как GEMS (Станция геофизического мониторинга). [8] InSight был запущен 5 мая 2018 г. и приземлился 26 ноября 2018 г.

Моль пенетрометр [ править ]

Крот описывается как «самовзбивающийся гвоздь» и был разработан, чтобы зарываться под поверхность Марса, таща за собой трос со встроенными нагревателями и датчиками температуры. Цель состоит в том, чтобы измерить тепловые свойства внутренней части Марса и, таким образом, раскрыть уникальную информацию о геологической истории планеты. [4]

Ройный крот представляет собой заостренный цилиндр с гладкой внешней поверхностью примерно 35 см (14 дюймов) в длину и 3,5 см (1,4 дюйма) в диаметре. Он содержит нагреватель для определения теплопроводности во время спуска и тянет за трос, оборудованный точными датчиками тепла, расположенными с интервалами 10 см (3,9 дюйма) для измерения профиля температуры под поверхностью. [6] [7]

Блок пенетратора «Крот» предназначен для размещения рядом с спускаемым аппаратом на участке длиной около 3 м и шириной 2 м. [21] Общая масса системы составляет примерно 3 кг (6,6 фунта), и она потребляет максимум2  ватт- сек, пока моль активна. [7]

Для перемещения крот использует двигатель и коробку передач (предоставленную Maxon ) и ролик с кулачками, который периодически нагружает пружину, соединенную со стержнем, который действует как молот. После выхода из кулачка молот ускоряется вниз, ударяясь о внешний кожух и пробивая реголит . Между тем, подавляющая масса движется вверх, и его кинетическая энергия компенсируется гравитационным потенциалом и сжатием тормозной пружины и проволочной спирали на противоположной стороне крота. [4]

В принципе, каждые 50 см (20 дюймов) зонд испускает тепловой импульс, а его датчики измеряют, как тепловой импульс изменяется со временем. Если материал корки является проводником тепла, например, металл, импульс будет быстро затухать. [7] Кроту сначала дают остыть в течение двух дней, затем нагревают примерно до 10 ° C (50 ° F) в течение 24 часов. Датчики температуры в тросе измеряют, насколько быстро это происходит, что говорит ученым о теплопроводности почвы. [22] Вместе эти измерения дают скорость потока тепла изнутри.

Первоначально предполагалось, что крот HP 3 достигнет глубины 5 м (16 футов) за 40 дней. [23] Когда крот прячется, он также генерирует вибрации, которые SEIS может обнаружить, что может дать информацию о недрах Марса. [12]

Анимация зарывающегося в Марс крота HP 3 .

Усилия по проникновению [ править ]

В марте 2019 года HP 3 начал зарываться в песок на поверхности, но через несколько сантиметров остановился из-за того, что изначально предполагалось как большая скала. [24] Дальнейший анализ и тестирование модели на Земле показали, что проблема может быть связана с недостаточным трением. В июне 2019 года дополнительные доказательства этого были обнаружены, когда опорная конструкция была снята с мола HP 3 . Марсианский реголит оказался сжатым, и вокруг зонда образовалась щель.

Была реализована техника с использованием роботизированной руки спускаемого аппарата, которая давила на почву рядом с зондом, чтобы увеличить трение с почвой. [25] [26] [27] [28] В конечном счете, этот метод не смог создать достаточную направленную вниз силу, поскольку зонд HP 3 находился на пределе диапазона действия руки. [28]

Вместо этого команда использовала роботизированный совок, чтобы прижать зонд к краю отверстия. Первоначально этот метод казался успешным, поскольку зонд продолжал копать в течение двух недель, пока не оказался на одном уровне с поверхностью. [29] [30] В это время открытая верхняя часть зонда была слишком маленькой для того, чтобы совок мог надавить на нее, поэтому совок был перемещен так, чтобы надавливать на почву возле зонда. К сожалению, это заставило зонд снова откатиться из-за необычных свойств почвы и низкого атмосферного давления. [31] Когда зонд отскочил, рыхлая почва заполнила область под ним и снова наполовину подняла зонд. [32] В январе 2020 года команда снова использовала метод закрепления, но зонд снова вылетел после того, как совок был перемещен. [33]

В феврале 2020 года команда повторно оценила риски отталкивания задней крышки крота непосредственно с помощью роботизированного совка и определила процедуру приемлемой. Процедура продвигалась медленно из-за необходимости перемещать лопатку после каждого1,5 см хода. В июне 2020 года вершина крота достигла поверхности реголита. [34] Крот вошел на поверхность под углом 30 градусов от вертикали, но этот угол может уменьшиться, если будет достигнута большая глубина. [35]

В июле 2020 года выяснилось, что крот подпрыгивает на месте под черпаком, что говорит о недостаточном трении для продолжения копания. Предлагаемое решение заключалось в том, чтобы заполнить яму песком, чтобы распределить давление от роботизированного ковша, тем самым увеличивая трение. Эта процедура была проведена в начале августа 2020 года. [36]

В конце августа 2020 года тест показал положительные результаты. Черпак прикладывал направленную вниз силу к песку, покрывающему родинку, при выполнении ударов молотком. Это испытание привело к прогрессу на несколько миллиметров [37] и в конечном итоге закопало инструмент. В октябре 2020 года верхняя часть крота находилась ниже поверхности Марса, и было принято решение соскрести еще две ложки реголита и утрамбовать их роботизированным совком. [38] Отбойные молотки планировалось продолжить в январе 2021 года.

Последние попытки углубить зонд были предприняты 9 января 2021 года; после того, как они оказались безуспешными, было принято решение прекратить попытки копать глубже. 14 января 2021 года НАСА объявило, что, поскольку последняя попытка похоронить «крота» провалилась, команда сдалась, и часть миссии с тепловым зондом была объявлена ​​завершенной. Ведущий ученый эксперимента Тилман Спон сказал, что «Марс и наш героический крот остаются несовместимыми». [39] Научная группа определила, что свойства почвы в месте приземления слишком отличались от тех, для которых был разработан прибор. В течение нескольких лет команда пыталась использовать множество различных средств, чтобы заставить крота закопаться, но в конечном итоге попытки не достигли целевой глубины. Трения между почвой и зондом было недостаточно, чтобы крот забился глубже.

Крот действительно погребен полностью; верхняя часть родинки находится на 2–3 сантиметра ниже поверхности Марса (при длине самой родинки около 40 сантиметров глубина, таким образом, составляла около 43 сантиметров). Чтобы иметь возможность производить полезные тепловые измерения, минимальная требуемая глубина была определена как минимум 3 метра. [ необходима цитата ]

Несмотря на неудачу, операции с кротом действительно научили команду миссии многому о почве на площадке Insight, о проведении раскопок / бурения на Марсе и о работе с роботизированной рукой посадочного модуля. Спасение крота, в котором рука использовалась незапланированными до миссии способами. Сейсмометр ( SEIS ), радиоэксперимент ( RISE ) и метеорологические приборы ( TWINS ) продолжают работать, поскольку миссия посадочного модуля на поверхность Марса была продлена на два года, до конца декабря 2022 года [40].

Попытки HP 3 пробить марсианскую поверхность

  • Инжиниринг анализ после того, как моль исходной задачи к выводу , что в нижней части моль составляла около 12-14 дюймов (30-36 см) вглубь марсианского грунта, с небольшим количеством его верхней части еще внутри HP 3 опорной конструкции.

  • Инсайт «с НР 3 Компоненты после подъема опорной конструкции от моль. На этом изображении показана область сжатого реголита вокруг пенетрометра Mole.

  • Первоначальный успех техники пиннинга показан на этом покадровом видео, на котором зонд проникает в реголит.

  • HP 3 видно после того, как он отступил примерно на полпути из вырытой норы.

  • Посадочный модуль Insight использует совок для надавливания на заднюю крышку крота HP 3 .

  • Крот HP 3 на поверхности Марса, при этом ковш посадочного модуля нажимает на его заднюю крышку.

  • Крот после того, как робот-совок засыпал песком

  • Посадочный модуль Mars InSight - «Крот» - последние усилия
    (9 января 2021 г.)

Инфракрасный радиометр HP3-RAD [ править ]

HP 3 включает в себя инфракрасный радиометр для измерения температуры поверхности, предоставленный DLR и основанный на радиометре MARA для миссии Hayabusa2 . [13] [14] [15] HP3-RAD использует детекторы на термобатареях для измерения трех спектральных диапазонов:8–14 мкм ,16–19 мкм и7,8–9,6 мкм . [41] HP3-RAD имеет массу 120 г (4,2 унции). [41]

При посадке детектор был защищен съемной крышкой. [41] Крышка также служит ориентиром для калибровки прибора, поддерживая калибровку HP3-RAD на месте. [41]

Инфракрасные радиометры были отправлены на Марс в 1969 году в качестве одного из четырех основных приборов на пролетающих космических кораблях Mariner 6 и Mariner 7 , и наблюдения помогли вызвать научную революцию в знаниях о Марсе. [42] [43] Результаты инфракрасного радиометра Mariner 6 и 7 показали, что атмосфера Марса состоит в основном из углекислого газа (CO 2 ), и обнаружены следы воды на поверхности Марса . [42]

См. Также [ править ]

  • Mini-TES , инфракрасный прибор на марсоходах 2003 г.

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Кларк, Стивен (19 декабря 2013 г.). «Марс спускаемый аппарат для запуска из Калифорнии на Atlas 5 в 2016 году» . Космический полет сейчас . Проверено 20 декабря 2013 года .
  2. ^ «НАСА использует роботизированную руку InSight, чтобы протолкнуть тепловой зонд на Марс - ExtremeTech» . www.extremetech.com . Проверено 22 марта 2020 .
  3. ↑ Данн, Марсия (14 января 2021 г.). «RIP: Марсокопатель кусает пыль после 2 лет на красной планете» . Ассошиэйтед Пресс . Проверено 14 января 2021 года .
  4. ^ a b c d e Ударный механизм для эксперимента HP3 (InSight) . (PDF) Ежи Григорчук1, Лукаш Висьневский1, Бартош Кендзиора1, Мацей Борис, Рафал Пшибыла1, Томаш Кучиньский1, Мацей Оссовский, Войцех Кониор, Олаф Кремер, Тильман Спонзиа и Марта. Европейский симпозиум по космическим механизмам и трибологии ; 2016 г.
  5. ^ "Польский Крет полетит на Марс" . Наука в Польше . Проверено 5 мая 2018 .
  6. ^ а б в г Банердт, В. Брюс (2012). InSight - Геофизическая миссия на Марс (PDF) . 26-е заседание аналитической группы по программе исследования Марса. 4 октября 2012 года. Монровия, Калифорния.
  7. ^ a b c d e "Тепловой зонд | Инструменты" . Посадочный модуль НАСА InSight Mars . Проверено 13 апреля 2020 .
  8. ^ а б Гротт, М .; Spohn, T .; Банердт, ВБ; Смрекар, С .; Хадсон, TL; и другие. (Октябрь 2011 г.). Измерение теплового потока на Марсе: пакет тепловых потоков и физических свойств на GEMS (PDF) . Совместное совещание EPSC-DPS 2011 г. 2–7 октября 2011 г. Нант, Франция. Bibcode : 2011epsc.conf..379G . EPSC-DPS2011-379-1.
  9. ^ Agle, DC (20 августа 2012). «Новое понимание Марса ожидается от новой миссии НАСА» . НАСА.
  10. ^ mars.nasa.gov. «Цели | Наука» . Посадочный модуль НАСА InSight Mars . Дата обращения 3 сентября 2019 .
  11. ↑ Кремер, Кен (2 марта 2012 г.). «НАСА предложило посадочный модуль InSight», который в 2016 году сможет достичь центра Марса » . Вселенная сегодня . Проверено 27 марта 2012 года .
  12. ^ a b mars.nasa.gov. «Операции на поверхности | Хронология» . Посадочный модуль НАСА InSight Mars . Проверено 24 декабря 2018 года .
  13. ^ a b Banerdt, W. Bruce (7 марта 2013 г.). InSight: геофизическая миссия к недрам земной планеты (PDF) . Комитет по астробиологии и планетологии. 6–8 марта 2013 года. Вашингтон, округ Колумбия.
  14. ^ a b «InSight: в глубине» . Исследование Солнечной системы . НАСА . Проверено 2 февраля 2018 .
  15. ^ а б Гротт, М .; и другие. (Июль 2017 г.). "Радиометр МАСКОТ МАРА для миссии Хаябуса 2". Обзоры космической науки . 208 (1–4): 413–431. Bibcode : 2017SSRv..208..413G . DOI : 10.1007 / s11214-016-0272-1 . S2CID 118245538 . 
  16. ^ "Датчик теплового потока HP3" . Портал DLR . Дата обращения 4 июня 2020 .
  17. ^ Громов В.В. и др .: Пенетрометр мобильный - «крот» для исследования недр. В Proc. 7-го Европейского симпозиума по космической механике и трибологии. 1997 г.
  18. ^ a b Пакет тепловых потоков и физических свойств для поверхности Меркурия . Тилман Спон, Карстен Зайферлин. Планетарная и космическая наука 49 (14-15): 1571-1577 декабрь 2001 г. DOI : 10.1016 / S0032-0633 (01) 00094-0
  19. ^ HP3 на ExoMars . Krause, C .; Иззо, М .; Re, E .; Mehls, C .; Richter, L .; Косте, П. Генеральная ассамблея EGU 2009 г., состоявшаяся 19–24 апреля 2009 г. в Вене, Австрия.
  20. ^ Измерение теплового потока на Луне - Пакет HP3 теплового потока и физических свойств. (PDF) Т. Спон, М. Гротт, Л. Рихтер, Дж. Нолленберг, С. Е. Смрекар и команда разработчиков HP3. Наземная геофизика на Луне (2010). Лунно-планетный институт, конференция 2010.
  21. ^ «Развертывание инструментов - SEIS / Mars InSight» . www.seis-insight.eu . Проверено 26 декабря 2018 года .
  22. ^ «НАСА InSight готовится к измерению температуры Марса» . НАСА / Лаборатория реактивного движения . 13 февраля 2019 . Проверено 13 апреля 2020 .
  23. ^ «Поверхностные операции» . Посадочный модуль НАСА InSight Mars . Проверено 13 апреля 2020 .
  24. ↑ Дикинсон, Дэвид (11 марта 2019 г.). "Крот" Mars Insight наткнулся на препятствие " . Небо и телескоп . ООО «ААС Скай Паблишинг» . Проверено 1 сентября 2019 года .
  25. ↑ Дикинсон, Дэвид (3 июля 2019 г.). «Стратегия возвращения посадочного модуля Mars Insight в буровой бизнес» . Небо и телескоп . ООО «ААС Скай Паблишинг» . Проверено 31 августа 2019 года .
  26. ^ «НАСА InSight обнажает„Mole “ » . НАСА / Лаборатория реактивного движения . Проверено 31 августа 2019 года .
  27. ↑ Дворский, Георгий. «Вот как НАСА может спасти сильно застрявший тепловой зонд InSight» . Gizmodo . Проверено 4 октября 2019 года .
  28. ^ a b Гоф, Эван (18 октября 2019 г.). «Успех! НАСА подтверждает, что крот снова работает» . Вселенная сегодня . Проверено 19 октября 2019 года .
  29. ^ Кузер, Аманда. «Посадочный модуль НАСА на Марс, возможно, сможет спасти свою застрявшую« кроту » » . CNET . Проверено 14 октября 2019 года .
  30. ^ Greicius, Тони (17 октября 2019). «Крот Mars InSight снова движется» . НАСА . Проверено 19 октября 2019 года .
  31. ^ mars.nasa.gov. «Крот Mars InSight частично вышел из своей дыры» . Посадочный модуль НАСА InSight Mars . Проверено 28 октября 2019 года .
  32. ^ Palca, Джо (29 ноября 2019). «Крот не копает Марс: инженеры НАСА пытаются выяснить, почему» . NPR.org . Проверено 29 ноября 2019 года .
  33. ^ "InSight, чтобы попытаться столкнуть крота на поверхность Марса" . SpaceNews.com . 21 февраля 2020 . Проверено 25 февраля 2020 года .
  34. ^ Spohn, Тильман (3 июня 2020). «Журнал экспедиции InSight» . Блоги DLR . Дата обращения 4 июня 2020 .
  35. ^ "Крот InSight медленно продвигается к поверхности Марса" . SpaceNews.com . 5 мая 2020 . Дата обращения 7 мая 2020 .
  36. ^ Spohn, Тильман (10 августа 2020). «Миссия Mars InSight:« Крот »находится« внутри », и« последние штрихи »« на виду » » . Блоги DLR . Проверено 7 сентября 2020 .
  37. ^ «Операция НАСА по спасению посадочного модуля Insight Mars делает успехи в спасении« застрявшего »зонда | TESLARATI» . www.teslarati.com . Проверено 17 сентября 2020 года .
  38. ↑ Гоф, Эван (16 октября 2020 г.). «Крот InSight теперь полностью похоронен!» . Вселенная сегодня . Проверено 19 октября 2020 года .
  39. ↑ Данн, Марсия (14 января 2021 г.). «RIP: Марсокопатель кусает пыль после 2 лет на красной планете» . Ассошиэйтед Пресс . Проверено 14 января 2021 года .
  40. ^ "Крот НАСА InSight завершает свое путешествие на Марс" . Лаборатория реактивного движения. 14 января 2021 . Проверено 15 января 2021 года .
  41. ^ a b c d Копп, Эмануэль; Мюллер, Нильс; Гротт, Матиас; Уолтер, Инго; Кнолленберг, Йорг; Ханшке, Франк; Кесслер, Эрнст; Мейер, Ханс-Георг (1 сентября 2016 г.). Стройник, Мария (ред.). «HP3-RAD: компактная конструкция радиометра с калибровкой на месте для исследования на месте» (PDF) . Инфракрасное дистанционное зондирование и приборы Xxiv . 9973 : 99730Т. Bibcode : 2016SPIE.9973E..0TK . DOI : 10.1117 / 12.2236190 . S2CID 125699932 .  
  42. ^ а б «Инфракрасный спектрометр и исследование Марса» . Американское химическое общество . Проверено 26 декабря 2018 года .
  43. ^ Chdse, SC (1 марта 1969). «Инфракрасный радиометр для морской миссии 1969 года на Марс». Прикладная оптика . 8 (3): 639. DOI : 10,1364 / AO.8.000639 . ISSN 1559-128X . PMID 20072273 .  

Внешние ссылки [ править ]

  • Молотковый механизм для эксперимента HP3 на борту InSight . (PDF)