?

Log in

No account? Create an account

Научно-популярно о космосе и астрономии

Предыдущий пост Поделиться Следующий пост
В глубины Марса с термометром
lozga
Идея погрузить научные приборы поглубже в Марс возникала и раньше, но этим аппаратам до сих пор не везло. "Марс-96" с пенетраторами, которые смогли бы погрузиться на 5-6 метров, не сумел улететь с земной орбиты. Mars Polar Lander с похожими мини-зондами, способными погрузиться на полметра, вошел в атмосферу и бесследно пропал. 5 мая к Марсу отправится новая миссия InSight, одна из целей которой погрузить ленту с термодатчиками на глубину до 5 метров.

01.jpeg
InSight на поверхности Марса, рисунок NASA

Аппарат


02.jpeg
Вид InSight на разных этапах полета, здесь и далее фото и рисунки NASA

Конструктивно InSight построен на базе успешного зонда Phoenix, благополучно севшего на Марс в 2008 году. Аппарат состоит из перелетной ступени, аэрооболочки с теплозащитой, парашюта и самого зонда. Полная масса - 727 кг, из них сам зонд весит 360 кг. Для экономии веса и денег применено не только повторное использование уже работавших на Марсе конструкций, но и остроумные технические решения - например, на перелетной ступени нет своих двигателей, поэтому в аэрооболочке прорезаны отверстия под выхлопы двигателей, установленных на раме зонда. В двигательной системе отсутствуют баки с газом наддува. Обычно они обеспечивают неизменное давление топлива на входе в двигатели и постоянство их характеристик. На InSight с каждой секундой работы двигателей давление будет падать, и система управления будет пересчитывать ухудшающуюся тягу двигателей.

03.jpeg
Перелетная ступень

Перелетная ступень массой 80 кг несет на себе солнечные панели, звездные и солнечные датчики, а также антенны. Солнечные панели не могут поворачиваться, поэтому в первые месяцы полета аппарата, пока он будет находиться недалеко от Солнца, InSight займет положение под углом к нему, а потом переориентируется так, чтобы панели стали перпендикулярны солнечному свету. Интересно, что, в отличие от Curiosity, перелетная ступень не будет стабилизироваться закруткой, вместо этого система управления будет поддерживать постоянную трехосную ориентацию. Перелетная ступень будет сброшена незадолго до входа в атмосферу.

04.jpeg
Аэрооблолочка

Аэрооболочка состоит из шестидесятидвухкилограммового теплозащитного щита и задней части массой 110 кг. Конструктивно она является копией аэрооболочки зонда Phoenix, а инженерные решения вроде угла полураствора конуса в 70° восходят аж к "Викингам" 70-х годов 20 века. В качестве теплозащиты используется абляционный (испаряющийся) материал, который применялся на всех американских марсианских аппаратах кроме Curiosity. Толщина теплозащитного слоя немного увеличена по сравнению с Phoenix, потому что ожидалось, что InSight будет садиться в марсианскую пылевую бурю, и теплозащита будет сильнее обдираться песком. Однако перенос старта с 2016 на 2018 год из-за неготовности одного из научных приборов привел к тому, что скорость входа в атмосферу (и нагрузка на теплозащиту) окажутся ниже первоначальных.

05.jpeg
Парашют

Парашют в целом аналогичен таковому у Phoenix и отличается только усиленными стропами для того, чтобы выдержать на увеличившуюся на 15% нагрузку. Он должен будет раскрыться на высоте 10,5 км и скорости 1,7М.

06.jpeg
InSight в сложенном виде под оболочкой

Конструктивно InSight во многом базируется на Phoenix, и это хорошо заметно - у него похожая шестиугольная рама, такие же круглые солнечные панели и три раскладные посадочные опоры. Самым большим отличием является бортовой компьютер - Phoenix был сделан на основе отмененного Mars Surveyor, который должен был стартовать в 2001 году, поэтому компьютер на нем остался на технологиях 90-х годов. На InSight, по неподтвержденной информации, установлен современный RAD-750, успешно работающий на Juno, MAVEN, GRAIL. А вот литий-ионные аккумуляторы на InSight стоят совершенно такие же, как и на Phoenix, несмотря на прогресс в этой области за последние десять лет.



Процесс посадки InSight аналогичен Phoenix (на видео выше именно он). На высоте 5,5 км должен включиться посадочный радар, на 1,1 км зонд отделится от верхней части аэрооболочки с парашютом и начнет спуск на 12 двигателях, работающих в импульсном режиме. Вблизи от поверхности ему нужно будет затормозить и сесть со скоростью не выше 2,4 м/с. Посадочные опоры должны выдержать одновременно уклон 16° и камни до 40 см.

07.jpeg
Один из аппаратов MarCO

Интересно, что InSight будет лететь к Марсу не один - вместе с ним отправятся два первых в истории межпланетных кубсата MarCO - "WALL-E" и "EVA". Их задачей будет технологическая демонстрация работы кубсатов в дальнем космосе - оба аппарата должны будут ретранслировать на Землю телеметрию InSight во время посадки.

Научные приборы


На борту InSight установлены три научных прибора.

08.jpeg

SEIS – Seismic Experiment for Interior Structure - это самый чувствительный сейсмометр из всех когда-либо установленных на космических зондах. На Марс сейсмометры отправляли и раньше, но, например, на "Викингах" один отказал, а второй оказался практически бесполезным из-за того, что стоял на самом аппарате и фиксировал порывы ветра и вибрацию техники вместо полезных данных. Поэтому в случае InSight сейсмометр выгрузят на поверхность и накроют специальным колпаком для защиты от помех из-за ветра и перепадов температуры.

09.jpeg
Колпак SEIS в разрезе

Главными чувствительными элементами SEIS являются два типа сенсоров, расположенных внутри вакуумной сферы - три широкополосных сейсмометра с обратными маятниками дополняются тремя сенсорами, фиксирующими короткопериодические события. Основные сенсоры дополняются множеством других датчиков и метеостанцией, аналогичной Curiosity, для учета и исключения метеорологических помех. Прибор разработан вместе учеными и инженерами США, Франции, Великобритании и Швейцарии и стал главной головной болью миссии - из-за нарушения его герметичности старт пришлось задержать на два года. Отдельной сложной задачей стала защита этого очень чувствительного прибора на старте от вибраций ракеты-носителя.

10.jpeg

HP3 – Heat-Flow and Physical Properties Probe представляет собой по сути пятиметровую ленту с термометром на каждые 35 см. Для того, чтобы она смогла погрузиться в Марс, создан специальный "крот", который работает по принципу забивания свай - груз на пружинке будет ударять в нижнюю часть конструкции, погружая ее все глубже. Цикл займет 200 миллисекунд и должен будет погружать "крота" на 0,1-1 мм. Каждые 50 см "крот" будет останавливаться на трое суток, чтобы измерить температурную проводимость на этой глубине.

11.jpeg
"Крот" и лента с датчиками крупным планом

Кроме этого, на раме зонда установлен радиометр, который будет измерять температуру на поверхности. Полученные данные дадут геологам крайне ценную информацию об истории Марса и о жизненном цикле каменистых планет в целом. Также температурный профиль может помочь узнать, как именно Марс терял свое магнитное поле.

12.jpeg
Вид сверху на раму InSight, антенны отмечены стрелкой

RISE – Rotation and Interior Structure Experiment - этот эксперимент предназначен для очень точного определения параметров вращения Марса вокруг своей оси. Технически это реализовано через транспондер и две антенны, передающие сигнал на Землю. Антенны направлены в стороны, потому что когда Земля находится невысоко над горизонтом, измерения наиболее точны. Знание того, как вращается Марс, какие прецессию и нутацию он испытывает, поможет узнать больше о ядре планеты, находится ли оно в жидком или же твердом состоянии.

13.jpeg



Для того, чтобы переставить с рамы на поверхность Марса сейсмометр RISE и термометр HP3, потребовалась специальная рука-манипулятор, которая конструктивно аналогична манипулятору отмененного зонда Mars Surveyor. Также на InSight стоят две камеры - одна на манипуляторе, другая на раме, там, где она сможет увидеть установленные на поверхности приборы.

Старт


По плану старт должен состояться 5 мая в 14:05 МСК. Для выведения зонда используется ракета Atlas V самой легкой версии 401. Сначала вторая ступень и зонд должны выйти на низкую орбиту, а, спустя виток, двигатель второй ступени включится во второй раз, и InSight должен будет оказаться на пути к Марсу.

14.jpeg
Схема выведения, изображение ULA



Я в социальных сетях:
Вконтакте, Facebook, Twitter, Instagram, YouTube

attentioneer.jpg

Записи из этого журнала по тегу «космические аппараты»


promo lozga november 4, 2014 17:00
Buy for 20 tokens
Привет! Добро пожаловать в блог, посвященный популяризации космонавтики, астрономии, и, шире, науки и прогресса человечества. Если вы зашли ко мне впервые, рекомендую почитать длинные серии постов по тегам: Серия "Незаметные сложности космической техники". Рассказы о том, как и почему ракеты и…

  • 1

А когда он на Марсе окажется?


Интересно, успеют ли при нашей жизни запустить человека туда. И сможет ли он вернуться.
Техника поражает - по сложности круче хитроумных наручных часов и наверное на уровне с ИТЭРом.

Сомневаюсь, что в ближайшие лет 50 отправят.

РИТЭГ простой - топливо загрузил и работает. Да и InSight относится к сравнительно бюджетным аппаратам.

успеть можно лет за 10, вопрос зачем

Если успеют, то китайцы. Им, нужно, остальным вряд ли.

Сначала придется отработать технологии:
1) производства реактивного топлива на марсе
2) возврата грузов с марса
3) посадки тяжелого (10+ т) модуля на марс

Эти технологии будут испытаны в в рамках беспилотной миссии с возвратом груза. Т.е. мы прежде увидим доставку образцов марсианского грунта на землю.

Вот тогда и поговорим (с)

Edited at 2018-05-03 09:25 (UTC)

- D[,I 4'0#YQ'Uhl:\(֜Ah}B& Po<d

с СЫРЬЁМ ПРОБЛЕМ НЕТ! Это углекислый газ атмосферы Марса...
Технологичнее всего будет разложить его на СО +О2
Жидкий угарный газ вполне прекрасное ракетное топливо, а для старта с Марса не нужны рекордные значения удельного импульса. Орбитальная скорость на НОМ всего 3500 м/с

Оптимальная по КПД скорость истечения =3500/1,6=2190 м/с

Для отлёта с НОМ к Земле разумнее использовать уже ресурсы Фобоса, там наверно найдём Лёд для водородного топлива.

Edited at 2018-05-03 20:40 (UTC)

И говорить тогда начнем о ЗСЖО и о темновом биосинтезе.
Темновом, поскольку фотосинтез слишком громоздкий для космического корабля середины XXI в.

Edited at 2018-05-03 20:56 (UTC)

В СпейсХ уже начали строить прототип такого корабля.Не на бумаге, в железе (вернее, в углепластике)

Только там не 10 тонн на поверхность Марса, а 150 (240 вместе с кораблем)

Марс-2020 будет тестировать производство кислорода на месте. Роберт Зубрин строил демо образец в Мартин-Мариетта по производству метана.
Возврат тоже прорабатывается в рамках доставки марсианского грунта на землю
Сажать тяжелые системы - это да, но тут надо делать, а никто, почему-то, кроме Маска, делать этого не хотят

сложная в посадочном отношении миссия. Очень много факторов которые могут пойти не так.

Остаётся надеятся на экспертизу НАСА в посадках на марс, пока что даже ЕСА отдыхает в этом отношении.

Общий алгоритм отработан, так еще "Викинги" садились. И почти идентичный Phoenix.

  • 1