Mars Science Laboratory

Mars Science Laboratory
MSL cruise stage configuration (PIA14831).png
MSL Cruise -Konfiguration
Missionstyp Mars Rover
Operator NASA
Cospar ID 2011-070a Edit this at Wikidata
Satcat nein. 37936
Webseite http://mars.jpl.nasa.gov/msl/
Missionsdauer Grundschule: 669 Martianer Sols
(687 Tage)
Verstrichen: 3548 Sols
(9 Jahre, 11 Monate, 24 Tage)
Raumfahrzeuge Eigenschaften
Hersteller Jpl
Startmasse 3.839 kg (8.463 lb)[1]
Missionsstart
Erscheinungsdatum 26. November 2011, 15: 02: 00.211koordinierte Weltzeit[2][3][4]
Rakete Atlas V 541 (AV-028)
Startplatz Cape Canaveral SLC-41[5]
Auftragnehmer United Launch Alliance
Mars Rover
Landungstermin 6. August 2012, 05:17 UTC
(9 Jahre, 11 Monate und 25 Tage)
Landeplatz Bradbury Landing in Sturmkrater
4 ° 35'22 ″ s 137 ° 26'30 ″ e/4,5895 ° S 137,4417 ° E[6][7]
Entfernung 27,55 km (17,12 mi) auf dem Mars ab dem 24. Februar 2022[8]
Mars Science Laboratory mission logo.png  

Mars Science Laboratory (MSL) ist ein Roboter Weltraumsonde Mission an Mars gestartet von NASA am 26. November 2011,[2] was erfolgreich gelandet ist Neugier, a Mars Rover, in Sturmkrater am 6. August 2012.[3][9][10][11] Zu den Gesamtzielen gehört die Untersuchung des Mars. Bewohnbarkeit, studieren Klima und Geologieund sammeln Daten für a menschliche Mission zum Mars.[12] Der Rover verfügt über eine Vielzahl von wissenschaftlichen Instrumenten, die von einem internationalen Team entworfen wurden.[13]

Überblick

Hubble Blick auf den Mars: Sturmkrater kann gesehen werden. Etwas links und südlich des Zentrums ist es ein kleiner dunkler Fleck mit Staub nach Süden.

Die MSL führte zu dieser Zeit erfolgreich die genaueste Marsianlandung eines bekannten Raumfahrzeugs durch und traf eine kleine Ziellandung von nur 7 x 20 km (4,3 x 12,4 mi).[14] in dem Aeolis Palus Region des Sturmkraters. Für den Fall erreichte MSL eine Landung von 2,4 km östlich und 400 m nördlich des Zentrums des Ziels.[15][16] Dieser Ort befindet sich in der Nähe des Berges Aeolis Mons (a.k.a. "Mount Sharp").[17][18] Die Rover -Mission soll mindestens 687 Earth Days (1 Mars -Jahr) über einen Bereich von 5 x 20 km (3,1 x 12,4 mi) erkunden.[19]

Die Mission des Mars Science Laboratory ist Teil der NASAs Mars Exploration -Programm, eine langfristige Anstrengung für den Roboter Erforschung des Mars das wird von der verwaltet Jet Propulsion Laboratory von Kalifornisches Institut der Technologie. Die Gesamtkosten des MSL -Projekts betragen etwa 2,5 Milliarden US -Dollar.[20][21]

Zu den früheren erfolgreichen US -Mars Rovers gehören Sojourner von dem Mars Pathfinder Mission und die Mars Exploration Rovers Geist und Gelegenheit. Neugier ist ungefähr doppelt so lang und fünfmal so schwer wie Geist und Gelegenheit,[22] und trägt mehr als das Zehnfache der Masse wissenschaftlicher Instrumente.[23]

Ziele und Ziele

MSL Selbstporträt von Sturmkrater Sol 85 (31. Oktober 2012).

Die MSL -Mission hat vier wissenschaftliche Ziele: Bestimmen Sie den Landeplatz des Landeplatzes Bewohnbarkeit einschließlich der Rolle des Wassersdas Studium der Klima und die Geologie des Mars. Es ist auch nützliche Vorbereitung auf eine Zukunft menschliche Mission zum Mars.

Um zu diesen Zielen beizutragen, hat MSL acht wissenschaftliche Hauptziele:[24]

Biologisch
Geologisch und geochemisch
  • (4) die Chemikalie untersuchen, Isotopund mineralogische Zusammensetzung der Marsoberfläche und der geologischen Materialien nahezu Oberfläche
  • (5) die gebildeten Prozesse interpretieren und Modifizierte Gesteine ​​und Böden
Planetenprozess
Oberflächenstrahlung
  • (8) charakterisieren das breite Spektrum der Oberflächenstrahlung, einschließlich kosmische Strahlung, Solarpartikelereignisse und sekundäre Neutronen. Im Rahmen seiner Untersuchung maß es auch die Strahlungsexposition im Inneren des Raumfahrzeugs, als sie zum Mars reiste, und es wird die Strahlungsmessungen fortgesetzt, während es die Oberfläche des Mars untersucht. Diese Daten wären für eine Zukunft wichtig menschliche Mission.[25]

Etwa ein Jahr nach der Oberflächenmission und nach der Ermittlung, dass der alte Mars für mikrobielles Leben gastfreundlich sein können, entwickelten sich die Missionsziele für die Entwicklung von Vorhersagemodellen für den Erhaltungsprozess von organische Verbindungen und Biomoleküle; ein Zweig der Paläontologie genannt Taphonomie.[26]

Spezifikationen

Raumfahrzeug

Mars Science Laboratory in der Endversammlung
Diagramm des MSL -Raumfahrzeugs: 1- Kreuzfahrtbühne; 2- Rückschale; 3- Abstiegsstufe; 4- Neugier Rover; 5- Hitzeschild; 6- Fallschirm

Das Flugzeugflugsystem hatte beim Start von 3.893 kg eine Masse Kreuzfahrtbühne 539 kg (1,188 lb)), das Einstiegsmond-Landungssystem (EDL) (2.401 kg), einschließlich 390 kg Landung (860 lb) Landung Treibmittel) und ein mobiler Rover von 899 kg (1.982 lb) mit einem integrierten Instrumentenpaket.[1][27]

Das MSL-Raumfahrzeug umfasst neben einem der Rover-Instrumente-Strahlungsbewertungsdetektor (RAD)-während des Weltraumflugentransits zu Mars auch eine der Rover-Instrumente-Strahlungsbewertungsdetektor (RAD).

  • MSL EDL Instrument (Medli): Das Hauptziel des MEDLI-Projekts ist es, die Aerothermieumgebungen, die Reaktion des Wärmeschilds unter der Oberfläche zu messen, Fahrzeugorientierung und atmosphärische Dichte.[28] Die Medli Instrumentation Suite wurde in der Wärmescheibe des MSL -Eingangsfahrzeugs installiert. Die erfassten Daten werden zukünftige MARS -Missionen unterstützen, indem sie gemessene atmosphärische Daten zur Validierung bereitstellen Mars Atmosphäre Modelle und klären Sie die Lander -Design -Margen für zukünftige Mars -Missionen. Die Medli -Instrumentierung besteht aus drei Hauptsubsystemen: Medli Integrated Sensor Plugs (MISP), Mars Entry Atmospheric Data System (MEADS) und der Sensor Support Electronics (SSE).

Rover

Farbcodiertes Rover-Diagramm

Neugier Rover hat eine Masse von 1.982 lb (899 kg), die bis zu 90 m (300 ft) pro Stunde auf seinem sechsräderischen Rocker-Bogie-System fahren können, wird von a angetrieben Multi-Mission-Radioisotop-thermoelektrischer Generator (MMRTG) und kommuniziert in beiden X Band und UHF -Bands.

  • Computers: Die beiden identischen On-Board-Rover-Computer, genannt "Rover Compute Element" (RCE), enthalten strahlungsgehärtet Gedächtnis, um die extreme Strahlung vom Raum zu tolerieren und sich vor Stromversorgungszyklen zu schützen. Der Speicher jedes Computers enthält 256KB von Eeprom, 256Mb von Dram, und 2Gb von Flash-Speicher.[29] Dies entspricht 3 MB EEPROM, 128 MB DRAM und 256 MB Flash -Speicher, die in den Mars Exploration Rovers verwendet werden.[30]
Die RCE -Computer verwenden die Rad750 Zentralprozessor (ein Nachfolger der Rad6000 CPU, die in den Mars Exploration Rovers verwendet werden), die bei 200 MHz operieren.[31][32][33] Die RAD750 -CPU ist bis zu 400 in der LageMIPS, während die RAD6000 -CPU bis zu 35 MIPs in der Lage ist.[34][35] Von den beiden Bordcomputern wird eine als Sicherung konfiguriert und wird bei Problemen mit dem Hauptcomputer übernommen.[29]
Der Rover verfügt über eine Trägheitsmesseinheit (IMU), die 3-Achsen-Informationen zu seiner Position liefert, die in der Rover-Navigation verwendet wird.[29] Die Computer des Rovers sind ständig selbstüberwachend, um den Rover-Betrieb zu halten, beispielsweise durch die Regulierung der Temperatur des Rovers.[29] Aktivitäten wie Fotos, Fahren und Betrieb der Instrumente werden in einer Befehlssequenz durchgeführt, die vom Flugteam an den Rover gesendet wird.[29]

Die Computer des Rover laufen VxWorks, a Echtzeit-Betriebssystem aus Wind River -Systeme.[36] Während der Reise zum Mars führten VXWORKS Anwendungen für die Navigations- und Leitphase der Mission aus und hatten auch eine vorprogrammierte Software-Sequenz für die Umgang mit der Komplexität des Einstiegsanzents. Nach dem Land gelandet wurden die Anwendungen durch Software zum Fahren auf der Oberfläche und zur Durchführung wissenschaftlicher Aktivitäten ersetzt.[37][38][39]

Goldstein Antenne kann Signale empfangen
Räder eines funktionierenden Geschwisters zu Neugier. Das Morse -Code -Muster (für "Jpl") wird durch kleine (Punkt-) und große (Armaturenbrett-) Löcher in drei horizontalen Linien auf den Rädern dargestellt. Der Code in jeder Zeile wird von rechts nach links gelesen.
  • Kommunikation: Neugier ist mit mehreren Kommunikationsmitteln für Redundanz ausgestattet. Ein X Band Kleiner Deep Space Transponder für Kommunikation direkt über die Erde über die NASA Deep Space Network[40] und ein Uhf Elektra-Lite Software-definiertes Radio für die Kommunikation mit Mars -Orbiter.[27]: 46 Das X-Band-System verfügt über ein Radio mit einem 15-W-Leistungsverstärker und zwei Antennen: eine omnidirektionale Antenne mit niedriger Gewinn, die mit sehr niedrigen Datenraten (15 Bit/s bei maximalem Bereich) mit der Erde kommunizieren kann, unabhängig von der Rover-Orientierung , und eine Hochgewinnantenne, die mit Geschwindigkeiten von bis zu 32 kbit/s kommunizieren kann, muss aber gerichtet sein. Das UHF -System verfügt über zwei Radios[27]: 81), teilen eine omnidirektionale Antenne. Dies kann mit dem kommunizieren Mars Aufklärungsorbiter (Mro) und 2001 Mars Odyssey Orbiter (ODY) mit Geschwindigkeiten von bis zu 2 Mbit/s bzw. 256 kbit/s, aber jeder Orbiter kann nur mit kommunizieren Neugier für ca. 8 Minuten pro Tag.[41] Die Orbiter haben größere Antennen und leistungsfähigere Radios und können Daten schneller auf die Erde weitergeben, als der Rover direkt tun könnte. Daher die meisten Daten zurückgegeben von Neugier (MSL) erfolgt über die UHF -Relaisverbindungen mit MRO und ODY. Die Daten kehrten in den ersten 10 Tagen zurück.
Typischerweise werden 225 kbit/Tag Befehlsbefehl werden über Satellitenrelais zurückgegeben.[27]: 46 Die Einweg-Kommunikationsverzögerung mit der Erde variiert je nach relativen Positionen der Planeten, wobei 12,5 Minuten der Durchschnitt sind.[42]
Bei der Landung wurde die Telemetrie von der überwacht 2001 Mars Odyssey Orbiter, Mars Aufklärungsorbiter und ESAs Mars Express. Odyssey ist in der Lage, die UHF -Telemetrie in Echtzeit auf die Erde zurückzugeben. Die Relaiszeit variiert mit dem Abstand zwischen den beiden Planeten und dauerte zum Zeitpunkt der Landung 13:46 Minuten.[43][44]
  • Mobilitätssysteme: Neugier ist mit sechs Rädern in a ausgestattet Rocker-Bogie Aufhängung, die im Gegensatz zu seinen kleineren Vorgängern auch als Fahrwerk für das Fahrzeug diente.[45][46] Die Räder sind signifikant größer (50 Zentimeter) als die bei vorherigen Rover verwendeten. Jedes Rad hat Stollen und ist unabhängig betätigt und ausgerichtet, was zum Klettern in weichem Sand und durch das Rühren über Steine ​​sorgt. Die vier Eckräder können unabhängig gesteuert werden, sodass sich das Fahrzeug an Ort und Stelle drehen und Lichtbogenwunden ausführen kann.[27] Jedes Rad hat ein Muster, das es hilft, die Traktion aufrechtzuerhalten und gemusterte Gleise in der Sandoberfläche des Mars aufrechtzuerhalten. Dieses Muster wird von Bordkameras verwendet, um die zurückgelegte Strecke zu beurteilen. Das Muster selbst ist Morse-Code zum "Jpl"(• - - - • - - • • - ••).[47] Basierend auf dem Massenzentrum kann das Fahrzeug einer Neigung von mindestens 50 Grad in jede Richtung standhalten, ohne umzukehren, aber automatische Sensoren verhindern den Rover die Neigung von 30 Grad.[27]

Instrumente

Hauptinstrumente
APXs - Alpha-Partikel-Röntgenspektrometer
Chemcam - Chemie und Kamerakomplex
Chemin - Chemie und Mineralogie
Dan - Dynamische Albedo von Neutronen
Hazcam - Gefährdung Kamera
Mahli - Mars Handlinsenbilder
Mardi - Mars -Abstammungsbilder
Mastcam - Mastkamera
Medli - MSL EDL Instrument
Navcam - Navigationskamera
Rad - Detektor für Strahlungsbewertungen
Rems - Rover Environmental Monitoring Station
SAM - Probenanalyse am Mars
Der Schatten von Neugier und Aeolis Mons ("Mount Sharp")

Die allgemeine Analysestrategie beginnt mit hochauflösenden Kameras, um nach Interessenmerkmalen zu suchen. Wenn eine bestimmte Oberfläche von Interesse ist, Neugier Kann einen kleinen Teil davon mit einem Infrarotlaser verdampfen und die resultierende Spektrensignatur untersuchen, um die elementare Zusammensetzung des Gesteins abzufragen. Wenn diese Signatur intrigen, wird der Rover seinen langen Arm verwenden, um über a zu schwingen Mikroskop und ein Röntgenspektrometer einen genaueren Blick darauf werfen. Wenn die Probe eine weitere Analyse rechtfertigt, Neugier kann in den Felsbrocken bohren und eine pulverisierte Probe an beide liefern SAM oder der Chemin Analytische Laboratorien im Rover.[48][49][50]

Vergleich von Strahlungsdosen - umfasst die Menge, die auf der Reise von der Erde zum Mars nachgewiesen wurde Rad auf der MSL (2011–2013).[58][59][60]
Das Rad an Neugier.
  • Dynamische Albedo von Neutronen (DAN): Ein gepulster Neutronenquelle und Detektor für die Messung Wasserstoff oder Eis und Wasser an oder in der Nähe der Marsoberfläche.[62][63] Am 18. August 2012 (SOL 12) wurde das russische Wissenschaftsinstrument Dan eingeschaltet,[64] Kennzeichnung des Erfolgs einer russisch-amerikanischen Zusammenarbeit auf der Oberfläche des Mars und des ersten arbeitenden russischen Wissenschaftsinstruments auf der Marsianeroberfläche seitdem Mars 3 Hör vor über vierzig Jahren aufgehört zu übertragen.[65] Das Instrument ist so konzipiert, dass er unterirdisches Wasser erfasst.[64]
  • Rover Environmental Monitoring Station (REMS): Meteorologisches Paket und ein Ultraviolett Sensor zur Verfügung gestellt von Spanien und Finnland.[66] Es misst Luftfeuchtigkeit, Druck, Temperaturen, Windgeschwindigkeiten und ultraviolette Strahlung.[66]
  • Kameras: Neugier hat siebzehn Kameras insgesamt.[67] 12 Ingenieurkameras (Hazcams und Navcams) und fünf Wissenschaftskameras. Die Kameras von Mahli, Mardi und Mastcam wurden von entwickelt von Malin Space Science Systems und sie alle teilen gemeinsame Konstruktionskomponenten, wie z. Bildgebungsverarbeitung Kisten, 1600 × 1200 CCDs, und ein RGB Bayer -Musterfilter.[68][69][70][71][72][73]
    • Mastcam: Dieses System bietet mehrere Spektren und wahre Farbe Bildgebung mit zwei Kameras.
    • Mars Handlinsenbilder (Mahli): Dieses System besteht aus einer Kamera, die an einem Roboterarm auf dem Rover montiert ist und zum Aufnehmen mikroskopischer Bilder von Gestein und Boden verwendet wird. Es hat weiße und ultraviolette LEDs zur Beleuchtung.
  • Chemcam: Entworfen von Roger Wiens ist ein System von Fernerkundungsinstrumenten, mit denen die Marsoberfläche in bis zu 10 Metern entfernt und die verschiedenen Komponenten gemessen wird, aus denen das Land besteht.[74] Die Nutzlast enthält die erste Laser-induzierte Breakdown-Spektroskopie (LIBS) System, das für die Planetenwissenschaft verwendet werden soll, und Neugier's Fünfte Wissenschaftskamera, The Remote Micro-Imager (RMI). Der RMI liefert Schwarz-Weiß-Bilder bei einer Auflösung von 1024 × 1024 in einem Sichtfeld von 0,02 Radian (1,1 Grad).[75] Dies entspricht ungefähr einem 1600 -mm -Objektiv auf a 35 mm Kamera.
Mardi sieht die Oberfläche an
  • Mars -Abstammungsbilder (Mardi): Während eines Teils des Abstiegs zur Marsoberfläche sammelte Mardi 4 Farbbilder pro Sekunde mit 1600 × 1200 Pixel mit einer Belichtungszeit von 0,9 Millisekunden. Die Bilder wurden 4 -mal pro Sekunde aufgenommen, kurz vor der Trennung von Heatshield in einer Höhe von 3,7 km bis einige Sekunden nach dem Touchdown. Dies lieferte technische Informationen über die Bewegung des Rovers während des Abstiegsprozesses und die wissenschaftlichen Informationen über das Gelände, die sofort den Rover umgeben. Die NASA hat Mardi im Jahr 2007 entlassen, aber Malin Space Science Systems hat es mit eigenen Ressourcen beigetragen.[76] Nach der Landung konnte es 1,5 mm (0,059 Zoll) pro Pixelansicht der Oberfläche dauern,[77] Die erste dieser Nachländerfotos wurde bis zum 27. August 2012 (SOL 20) aufgenommen.[78]
  • Engineering -Kameras: Es gibt 12 zusätzliche Kameras, die die Mobilität unterstützen:
    • Hazard -Vermeidungskameras (Hazcams): Der Rover hat ein Paar Schwarz -Weiß -Navigationskameras (Hazcams) befindet sich an jedem seiner vier Ecken.[79] Diese bieten geschlossene Ansichten potenzieller Hindernisse, die unter die Räder gehen können.
    • Navigationskameras (Navcams): Der Rover verwendet zwei Paare schwarz -weißer Navigationskameras, die am Mast montiert sind, um die Bodennavigation zu unterstützen.[79] Diese bieten eine längere Aussicht auf das bevorstehende Gelände.

Geschichte

Die Kreuzfahrtbühne der MSL werden am getestet Jet Propulsion Laboratory nahe Pasadena, Kalifornien

Das Mars Science Laboratory wurde vom Decadal Survey Committee des US-amerikanischen Forschungsrates als oberste Prioritätsmission der Mittelklasse im Jahr 2003 empfohlen.[80] Die NASA forderte Vorschläge für die wissenschaftlichen Instrumente des Rover im April 2004.[81] und acht Vorschläge wurden am 14. Dezember dieses Jahres ausgewählt.[81] Die Prüfung und das Design von Komponenten begannen auch Ende 2004, einschließlich AerojetEntwerfen von a Monopropellant Motor mit der Fähigkeit, mit einem Schub von 15 bis 100 Prozent mit einem festen Treibmittel -Einlassdruck zu drosseln.[81]

Kostenüberschreitungen, Verzögerungen und Starten

Bis November 2008 war die meisten Hardware- und Softwareentwicklung abgeschlossen, und die Tests wurden fortgesetzt.[82] Zu diesem Zeitpunkt betrugen die Kostenüberschreitungen ungefähr 400 Millionen US -Dollar. Bei den Versuchen, das Startdatum zu erfüllen, wurden mehrere Instrumente und ein Cache für Proben entfernt und andere Instrumente und Kameras vereinfacht, um die Prüfung und Integration des Rovers zu vereinfachen.[83][84] Im nächsten Monat verzögerte die NASA den Start auf Ende 2011 aufgrund einer unzureichenden Testzeit.[85][86][87] Schließlich erreichten die Kosten für die Entwicklung des Rover 2,47 Milliarden US Start. Ab 2012 erlitt das Projekt eine Überschreitung von 84 Prozent.[88]

MSL wurde auf einem gestartet Atlas v Rakete von Cape Canaveral Am 26. November 2011.[89] Am 11. Januar 2012 verfeinerte das Raumschiff seine Flugbahn erfolgreich mit einer dreistündigen Serie von Triebwerksbrennungen und förderte die Landezeit des Rovers um etwa 14 Stunden. Als MSL gestartet wurde, war der Direktor des Programms Doug McCuision der planetary Science Division der NASA.[90]

Neugier erfolgreich gelandet in der Sturmkrater um 05: 17: 57.3 UTC am 6. August 2012,[3][9][10][11] und übertragen Hazcam Bilder, die Orientierung bestätigen.[11] Aufgrund der Mars-Erde-Entfernung zum Zeitpunkt der Landung und der Begrenzte Geschwindigkeit Von Funksignalen wurde die Landung auf der Erde noch 14 Minuten lang nicht registriert.[11] Das Mars Aufklärungsorbiter schickte ein Foto von Neugier unter seinem Fallschirm herabsteigen, von seinem aufgenommen Hirise Kamera, während des Landevorgangs.

Sechs hochrangige Mitglieder der Neugier Das Team präsentierte einige Stunden nach der Landung eine Pressekonferenz, es waren: John Grunsfeld, NASA Associate Administrator; Charles Elachi, Direktor, JPL; Peter Thesinger, MSL -Projektmanager; Richard Cook, stellvertretender Projektmanager von MSL; Adam Steltzner, MSL -Eintrag, Abstieg und Landung (EDL); und John Grotzinger, MSL -Projektwissenschaftler.[91]

Benennung

Zwischen dem 23. und 29. März 2009 belegte die breite Öffentlichkeit neun Finalist Rover -Namen (Adventure, Amelia, Reise, Wahrnehmung, Verfolgung, Sonnenaufgang, Vision, Wunder und Neugier)[92] durch eine öffentliche Umfrage auf der NASA -Website.[93] Am 27. Mai 2009 wurde der Siegername angekündigt, um es zu sein Neugier. Der Name wurde in einem Essay-Wettbewerb von Clara Ma, einem Sechstklässler aus Kansas, eingereicht.[93][94][95]

Neugier ist die Leidenschaft, die uns durch unseren Alltag treibt. Wir sind Entdecker und Wissenschaftler geworden, bei denen wir Fragen stellen und uns wundern müssen.

-Clara MA, NASA/JPL Name The Rover Contest

Auswahl an Landeplatz

Aeolis Mons steigt aus der Mitte in SturmkraterGrüner Punkt markiert die Neugier Rover Landeplatz in Aeolis Palus[96][97] - Norden ist unten

Über 60 Landeplätze wurden bewertet, und bis Juli 2011 wurde Gale Crater ausgewählt. Ein Hauptziel bei der Auswahl des Landeplatzes war es, eine bestimmte geologische Umgebung oder eine Reihe von Umgebungen zu identifizieren, die das mikrobielle Leben unterstützen würden. Planer suchten nach einer Website, die zu einer Vielzahl möglicher wissenschaftlicher Ziele beitragen könnte. Sie bevorzugten einen Landeplatz mit morphologischen und mineralogischen Beweisen für früheres Wasser. Darüber hinaus eine Stelle mit Spektren, die mehrere angibt hydratisierte Mineralien wurde bevorzugt; Tonmineralien und Sulfat Salze würden eine reiche Stätte darstellen. Hematit, Sonstiges Eisenoxide, Sulfatmineralien, Silikatmineralien, Kieselsäure, und möglicherweise Chlorid Mineralien wurden als mögliche Substrate für vorgeschlagen Fossilienerhaltung. In der Tat ist bekannt, dass alle die Erhaltung fossiler Morphologien und Moleküle auf der Erde erleichtern.[98] Schwieriges Gelände wurde bevorzugt, um Beweise für lebenswerte Bedingungen zu finden, aber der Rover muss in der Lage sein, den Standort sicher zu erreichen und darin zu fahren.[99]

Engineering -Einschränkungen forderten einen Landeplatz von weniger als 45 ° vom Marsäquator und weniger als 1 km über der Referenz Datum.[100] Bei der ersten MSL -Landungsstelle wurden 33 potenzielle Landeorte identifiziert.[101] Am Ende des zweiten Workshops Ende 2007 wurde die Liste auf sechs reduziert;[102][103] Im November 2008 reduzierten die Projektleiter in einem dritten Workshop die Liste auf diese vier Landeplätze:[104][105][106][107]

Name Ort Elevation Anmerkungen
Eberswalde -Krater Delta 23 ° 52's 326 ° 44'E/23,86 ° S 326,73 ° E –1,450 m (–4.760 ft) Altes Flussdelta.[108]
Holden Crater Fan 26 ° 22's 325 ° 06'E/26,37 ° S 325.10 ° E –1,940 m (–6.360 ft) Trockener Seebett.[109]
Sturmkrater 4 ° 29's 137 ° 25'E/4,49 ° S 137,42 ° E –4.451 m (–14,603 ft) Merkmale 5 km großer Berg
von geschichteten Materialien in der Nähe der Mitte.[110] Ausgewählt.[96]
Mawrth Vallis Standort 2 24 ° 01'n 341 ° 02'E/24,01 ° N 341,03 ° E –2,246 m (–7,369 ft) Kanal durch katastrophale Überschwemmungen geschnitzt.[111]

Ende September 2010 fand ein vierter Workshop zum Landeplatz statt.[112] und der fünfte und letzte Workshop vom 16. bis 18. Mai 2011.[113] Am 22. Juli 2011 wurde angekündigt, dass dies angekündigt wurde Sturmkrater war als Landeplatz der Mars Science Laboratory Mission ausgewählt worden.

Start

Die MSL wurde von Cape Canaveral gestartet

Startfahrzeug

Das Atlas v Das Trägerfahrzeug kann bis zu 8.290 kg (18.280 lb) auf den Markt bringen Geostationäre Übertragungsumlaufbahn.[114] Der Atlas V wurde auch verwendet, um die zu starten Mars Aufklärungsorbiter und die Neue Horizonte Sonde.[5][115]

Die erste und zweite Etappe sowie die Festkörper -Raketenmotoren wurden am 9. Oktober 2011 in der Nähe des Startpads gestapelt.[116] Die Verkleidung mit MSL wurde am 3. November 2011 zum Startpad transportiert.[117]

Auftaktveranstaltung

MSL wurde aus gestartet Cape Canaveral Air Force Station Space Startkomplex 41 am 26. November 2011 um 15:02 UTC über die Atlas V 541 zur Verfügung gestellt von United Launch Alliance.[118] Dies Zweistufe Rakete Beinhaltet einen 12 ft (3,8 m) Common Core Booster (CCB) von einem angetrieben RD-180 Motor, vier Solid Rocket Booster (SRB) und einer Zentaur zweite Etage mit einem Durchmesser von 5 m (16 ft) Nutzlastverkleidung.[119] Die NASA Startdiensteprogramm koordinierte den Start über die NASA Launch Services (NLS) I -Vertrag.[120]

Kreuzfahrt

Animation des Mars Science Laboratory's Flugbahn
 Erde ·  Mars ·  Mars Science Laboratory

Kreuzfahrtbühne

Die Kreuzfahrtstufe trug das MSL -Raumschiff durch die Leerraum und lieferte sie dem Mars. Die interplanetäre Reise bedeckte die Entfernung von 352 Millionen Meilen in 253 Tagen.[121] Die Kreuzfahrtbühne hat eine eigene Miniatur Antrieb System, bestehend aus acht Triebwerken verwendet Hydrazin Kraftstoff in zwei Titan Panzer.[122] Es hat auch seine eigene elektrisches Stromversorgungssystem, bestehend aus a Solararray und Batterie zur Bereitstellung kontinuierlicher Leistung. Nach dem Erreichen des Mars hörte das Raumschiff auf, sich zu drehen, und ein Kabelschneider trennte die Kreuzfahrtstufe von der Aeroshell.[122] Dann wurde die Kreuzfahrtstufe in eine separate Flugbahn in die Atmosphäre umgeleitet.[123][124] Im Dezember 2012 befand sich das Trümmerfeld von der Kreuzfahrtbühne von der Mars Aufklärungsorbiter. Da die anfängliche Größe, Geschwindigkeit, Dichte und der Einflusswinkel der Hardware bekannt sind, werden Informationen zu Auswirkungen auf die Auswirkungsprozesse auf der Mars -Oberfläche und den atmosphärischen Eigenschaften bereitgestellt.[125]

Mars Transfer Orbit

Das MSL -Raumschiff ging ab Erdumlaufbahn und wurde in a eingefügt Heliozentrisch Mars Transfer Orbit am 26. November 2011 kurz nach dem Start von der Centaur Oberstufe des Atlas V -Trägerfahrzeugs.[119] Vor der Centaur-Trennung wurde das Raumschiff bei 2 U / min für Spin-stabilisiert Einstellungskontrolle während der 36.210 km/h (22.500 Meilen pro Stunde) nach Mars.[126]

Während der Kreuzfahrt wurden acht in zwei Cluster arrangierte Triebwerke verwendet als Aktuatoren Um die Spinrate zu kontrollieren und axial oder lateral durchzuführen Flugbahn Korrekturmanöver.[27] Indem es sich über seine zentrale Achse drehte, hielt es eine stabile Haltung bei.[27][127][128] Unterwegs führte die Kreuzfahrtbühne vier Manöver von Trajektorienkorrekturen durch, um den Weg des Raumfahrzeugs in Richtung des Landesortes anzupassen.[129] Informationen wurden über zwei x-Band an Mission Controller gesendet Antennen.[122] Eine wichtige Aufgabe der Kreuzfahrtstufe bestand darin, die Temperatur aller Raumfahrzeuge zu steuern und die von Stromquellen erzeugte Wärme wie z. Solarzellen und Motoren in den Weltraum. In einigen Systemen, isolierende Decken hielt sensible wissenschaftliche Instrumente wärmer als die näher.Absoluter Nullpunkt Raumtemperatur. Die Thermostate überwachten die Temperaturen und schaltete die Heiz- und Kühlsysteme nach Bedarf ein oder aus.[122]

Eintritt, Abstieg und Landung (EDL)

EDL -Raumschiff -System

Die Landung einer großen Messe auf dem Mars ist besonders herausfordernd, da die Atmosphäre ist zu dünn für Fallschirme und Aerobraking allein, um effektiv zu sein,[130] während sie dick genug bleiben, um Stabilitäts- und Aufprallprobleme zu verursachen Retrorockets.[130] Obwohl einige frühere Missionen verwendet wurden Airbags Um den Schock der Landung zu kissen, die Neugier Rover ist zu schwer, als dass dies eine Option ist. Stattdessen, Neugier wurde auf der Marsoberfläche unter Verwendung eines neuen Systems mit hoher Genauigkeit, Abstieg und Landung (EDL) gesetzt, das Teil der MSL-Abstiegsstufe war. Die Masse dieses EDL -Systems, einschließlich Fallschirm, Sky Crane, Treibstoff und Aeroshell, IS 2.401 kg (5.293 lb).[131] Das Roman EDL -System platziert Neugier Innerhalb einer 20 x 7 km (4,3 x 4,3 mi) Landung Ellipse,[97] Im Gegensatz zu den 150 x 20 km (93 x 12 mi) Landungselipse der Landesysteme, die von den Mars Exploration Rovers verwendet wurden.[132]

Das EDL-System (Einstiegscent-Landing) unterscheidet sich von denen, die für andere Missionen verwendet werden, da es keinen interaktiven, grundlegenden Missionsplan erfordert. Während der gesamten Landungsphase handelt das Fahrzeug autonom, basierend auf vorbelasteten Software und Parametern.[27] Das EDL -System basierte auf einem Viking abgeleitet Aeroshell-Struktur- und Antriebssystem für einen Präzisionsgeführten und weich Mars Pathfinder und Mars Exploration Rover Missionen. Das Raumschiff verwendete mehrere Systeme in einer genauen Reihenfolge, wobei der Eintritt, der Abstieg und die Landungssequenz in vier Teile zerlegt wurden[132][133]- Im Folgenden wurden am 6. August 2012 die Weltraumflugereignisse entfaltet.

EDL Event - August 6, 2012

Marsatmosphäreneintrittsereignisse von der Trennung von Kreuzfahrtbühnen bis hin zum Parachute -Einsatz

Trotz seiner späten Stunde, insbesondere an der Ostküste der Vereinigten Staaten, wo es 1:31 Uhr morgens war, war es[9] Die Landung weckte ein erhebliches öffentliches Interesse. 3,2 Millionen sahen sich die Landung live an, wobei die meisten online anstatt im Fernsehen über sehen NASA -Fernseher oder Kabelnachrichtennetze über die Veranstaltung live.[134] Der letzte Landeplatz für den Rover betrug nach einer Reise von 563.270.400 km weniger als 1,5 mi von seinem Ziel entfernt.[39] Neben dem Streaming und traditionellen Videoansicht machte JPL auch Augen auf das Sonnensystem, eine dreidimensionale Echtzeitsimulation von Einstieg, Abstieg und Landung basierend auf realen Daten. Neugier's Die Touchdown -Zeit, wie in der Software auf der Grundlage von JPL -Vorhersagen dargestellt, war weniger als 1 Sekunde anders als die Realität.[135]

Die EDL -Phase der MSL SpaceFlight -Mission zum Mars dauerte nur sieben Minuten und entfaltete sich automatisch, wie von JPL -Ingenieuren im Voraus in einer genauen Reihenfolge mit Eintritt, Abstieg und Landesequenz in vier unterschiedlichen Ereignisphasen programmiert:[132][133]

Geführter Eintrag

Der geführte Eintrag ist die Phase, die es dem Raumschiff ermöglichte

Präzisionsgeführte Eingabe nutzte die Fähigkeit, sich in die Lage zu halten, sich in die vorbestimmte Landeplatzstelle zu lenken, wodurch die Landegenauigkeit von einer Reihe von Hunderten von Kilometern auf 20 Kilometer (12 mi) verbessert wurde. Diese Fähigkeit hat dazu beigetragen, einige der Unsicherheiten über Landungsgefahren zu entfernen, die in größeren Landungselipsen vorhanden sein könnten.[136] Die Lenkung wurde durch den kombinierten Einsatz von Triebwerken und ejektierbaren Gleichgewichtsmassen erreicht.[137] Die ausgewählbaren Gleichgewichtsmassen verschieben das Kapselzentrum der Massenerzeugung von a Vektor heben Während der atmosphärischen Phase. Ein Navigationscomputer integrierte die Messungen, um die Position zu schätzen und Attitüde der Kapsel, die automatisierte Drehmomentbefehle erzeugt. Dies war die erste planetarische Mission, die Präzisions -Landungstechniken einsetzte.

Der Rover wurde innerhalb eines zusammengeklappt Aeroshell das schützte es während der Reise durch den Raum und während der Atmosphärischer Einstieg am Mars. Zehn Minuten vor dem atmosphärischen Eintritt trennte sich der Aeroshell von der Kreuzfahrtstufe, die während des langen Fluges zum Mars Strom, Kommunikation und Antrieb lieferte. Eine Minute nach der Trennung von den Thrustern der Kreuzfahrtstufe auf dem Aeroshell feuerte die 2-rpm Atmosphärischer Einstieg.[138] Der Wärmeschild besteht aus Phenol imprägnierte Kohlenstoffablator (Pica). Der 4,5 m (15 ft) Durchmesser -Wärmeschild, der größte Wärmeschild, der jemals im Weltraum geflogen ist.[139] reduzierte die Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs durch Ablation gegen die Marsatmosphäre, aus der atmosphärischen Grenzflächengeschwindigkeit von ungefähr 5,8 km/s (3,6 mi/s) auf ungefähr 470 m/s (1.500 ft/s), wo etwa vier Minuten später der Fallschirmeinsatz möglich war. Eine Minute und 15 Sekunden nach dem Eintritt erlebten der Wärmeschild Spitzentemperaturen von bis zu 2.090 ° C, da der atmosphärische Druck die kinetische Energie in Wärme umgewandelte. Zehn Sekunden nach der Spitzenheizung erreichte diese Verzögerung einen Höhepunkt bei 15 g.[138]

Ein Großteil der Reduzierung des Precision -Fehlers von Lande wurde durch einen Eintrags -Leitlinienalgorithmus ausgeführt, der aus dem Algorithmus abgeleitet wurde, der zur Leitlinie des Apollo -Befehlsmodule Rückkehr zur Erde in der Apollo -Programm.[138] In dieser Leitfaden wird die von der Aeroshell erlebte Hebekraft verwendet, um alle erkannten Fehler im Reichweite zu "fliegen" und dadurch an der gezielten Landeplatzierung zu gelangen. Damit der Aeroshell einen Anstieg hat, ist der Massenzentrum von der axialen Mittellinie ausgeglichen, was zu einem Off-Center-Trimmwinkel im atmosphärischen Flug führt. Dies wurde erreicht, indem Ballastmassen aus zwei 75 kg (165 lb) ausgeworfen wurden, Wolfram Gewichte Minuten vor atmosphärischem Eintritt.[138] Der Aufzugsvektor wurde durch vier Sätze von zwei Sätzen gesteuert Reaktionskontrollsystem (RCS) Triebwerke, die ungefähr 500 n (110 lbf) Schub pro Paar produzierten. Diese Fähigkeit, das Zeigen der Auftriebsrichtung zu verändern, ermöglichte es dem Raumschiff, auf die Umgebungsumgebung zu reagieren und in die Landezone zu steuern. Vor dem Einsatz des Fallschirm Schwerpunkt Der Offset wurde entfernt.[138]

Fallschirmabstieg

Der Fallschirm von MSL hat einen Durchmesser von 16 m (52 ​​ft).
NASAs Neugier Rover und sein Fallschirm wurden von NASAs entdeckt Mars Aufklärungsorbiter als die Sonde zur Oberfläche herabstieg. 6. August 2012.

Wenn die Eintrittsphase abgeschlossen war und die Kapsel auf etwa 470 m/s (1.500 Fuß/s) in etwa 10 km (6,2 mi) Höhe verlangsamte, das Überschall Fallschirm eingesetzt,[140] Wie von früheren Lehren wie geschehen, z. Wikinger, Mars Pathfinder und der Mars Exploration Rovers. Der Fallschirm hat 80 Suspensionslinien, ist über 50 m lang und hat einen Durchmesser von etwa 16 m (52 ​​Fuß).[141] In der Lage, bei Mach 2.2 eingesetzt zu werden, kann der Fallschirm bis zu 289 kN (65.000 lbf) von erzeugen Zugkraft in der Marsatmosphäre.[141] Nachdem der Fallschirm eingesetzt worden war, trennte sich der Hitzeschild und fiel weg. Eine Kamera unter dem Rover erhielt etwa 5 Bilder pro Sekunde (mit einer Auflösung von 1600 × 1200 Pixel) unter 3,7 km während eines Zeitraums von etwa 2 Minuten, bis die Rover -Sensoren eine erfolgreiche Landung bestätigten.[142] Das Mars Aufklärungsorbiter Das Team konnte ein Bild der MSL erwerben, die unter dem Fallschirm abfällt.[143]

Antriebsabstieg

Die angetriebene Abstiegsstufe

Nach dem Fallschirmbremsen in einer Höhe von etwa 1,8 km und immer noch in etwa 100 m/s (220 Meilen pro Stunde) fiel die Rover- und Abfahrtsstufe aus dem Aeroshell.[140] Die Abstiegsphase ist eine Plattform über dem Rover mit acht variablen Schub Monopropellant Hydrazin Raketenverträge auf Armen, die sich um diese Plattform erstrecken, um den Abstieg zu verlangsamen. Jeder Raketenmesser, der Mars Landermotor (MLE) bezeichnet wird,[144] produziert 400 bis 3.100 n (90 bis 697 lbf) Schub und wurden von denen abgeleitet, die an den Wikingerlander verwendet wurden.[145] Ein Radar -Höhenmesser gemessene Höhe und Geschwindigkeit und füttert Daten auf den Flugcomputer des Rover. In der Zwischenzeit verwandelte sich der Rover von seiner verstauten Flugkonfiguration zu einer Landungskonfiguration, während er durch das "Sky Crane" -System unter der Abstiegsphase gesenkt wird.

Himmelskran

Eintrittsereignisse vom Fallschirmeinsatz bis hin zu einem angetriebenen Abstieg, der am Sky Crane Flyaway endet
Konzeption des Künstlers von Neugier von der raketenbetriebenen Abstiegsstufe abgesenkt werden.

Aus mehreren Gründen wurde ein anderes Landesystem für MSL im Vergleich zu früheren Mars -Lander und Rovers ausgewählt. Neugier wurde als zu schwer angesehen, um das Airbag -Landungssystem wie auf dem verwendet zu verwenden Mars Pathfinder und Mars Exploration Rovers. Ein Beinlander -Ansatz hätte mehrere Designprobleme verursacht.[138] Es müsste Motoren über dem Boden hoch genug haben, wenn sie keine Staubwolke bilden, die die Instrumente des Rovers beschädigen könnte. Dies hätte lange Landebeine erforderlich, die eine erhebliche Breite hätten, um den Schwerpunkt niedrig zu halten. Ein Beinlander hätte auch Rampen benötigt, damit der Rover an die Oberfläche fahren könnte, was ein zusätzliches Risiko für die Mission für die zufälligen Steine ​​oder die Neigung ausgelöst hätte, die verhindern würde Neugier aus der Fähigkeit, den Lander erfolgreich abzuführen. Angesichts dieser Herausforderungen hatten die MSL -Ingenieure eine neuartige alternative Lösung: The Sky Crane.[138] Das Sky -Kransystem senkte den Rover mit einem 25 -ft (25 ft).[138] An der Oberfläche des Mars an eine weiche Landung - rägige Räume.[140][146][147] Dieses System besteht aus einem Zaumzeug, der den Rover auf drei Nylon -Tethers und einem elektrischen Kabelinformationen und Strom zwischen der Abstiegsstufe und Rover senkt. Als die Support- und Datenkabel nicht überarbeitet wurden, schnappten sich die sechs motorisierten Räder des Rover in Position. Bei rund 7,5 m (25 ft) unter der Abstiegsstufe wurde das Himmelsystem zum Stillstand und der Rover landete auf. Nachdem der Rover gelandet war, wartete er zwei Sekunden, um zu bestätigen, dass er auf festem Boden war, indem er das Gewicht auf den Rädern erkannte und mehrere feuerte Pyros (Kleine Sprenggeräte) Aktivieren Kabelschneider auf dem Zaum und Nabelschnur, um sich von der Abstiegsstufe zu befreien. Die Abstiegsstufe flog dann zu einem Crash -Landung von 650 m (2.100 Fuß) entfernt.[148] Das Sky Crane -Konzept war noch nie in Missionen verwendet worden.[149]

Landeplatz

Sturmkrater Ist die MSL -Landungsstelle.[96][150][151] Innerhalb von Gale Crater ist ein Berg genannt Aeolis Mons ("Mount Sharp"),[17][18][152] von geschichteten Steinen, die etwa 5,5 km über dem Kraterboden steigen, das Neugier werde untersuchen. Der Landeplatz ist eine glatte Region in "Yellowknife". Quad 51[153][154][155][156] von Aeolis Palus im Krater vor dem Berg. Der Standort der Ziellandung war ein elliptischer Bereich von 20 bis 7 km (12,4 x 4,3 mi).[97] Der Durchmesser des Sturmkraters beträgt 96 mi.

Der Landeplatz für den Rover betrug nach einer Reise von 563.000.000 km weniger als 2,4 km von der Mitte der geplanten Landungselipse entfernt.[157] Die NASA nannte den Rover Landing Site Bradbury Landing Am Sol 16, 22. August 2012.[158] Laut der NASA schätzungsweise 20.000 bis 40.000 hitzebeständige Bakteriensporen waren Neugier Beim Start und bis zu 1.000 -mal wurde diese Zahl möglicherweise nicht gezählt.[159]

Medien

Videos

MSL Starts von Cape Canaveral.
MSLs Sieben Minuten Terror, ein NASA -Video, das die Landung beschreibt.
MSLs Abstieg zur Oberfläche von Sturmkrater.
MSLs Wärmeschild schlägt Marsgelände und erhöhen eine Staubwolke.

Bilder

Neugier Rover - nahe Bradbury Landing (9. August 2012).
Neugier's Sicht von Montieren scharf (20. September 2012; weiß ausgeglichen) (rohe Farbe).
Neugier's Blick aus dem "Rocknest"Auf dem Weg nach Osten in Richtung" Point Lake "(Mitte) schauen"Glenelg Intrige"(26. November 2012; weiß ausgeglichen) (rohe Farbe).
Neugier's Blick auf den Mount Sharp (9. September 2015).
Neugier's Sicht von Mars Himmel bei Sonnenuntergang (Februar 2013; Sonne vom Künstler simuliert).

Siehe auch

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