Mit einem Thermometer in die Tiefen des Mars

Die Idee, wissenschaftliche Instrumente tiefer in den Mars einzutauchen, kam früher auf, aber diese Geräte haben immer noch Pech. "Mars-96" mit Penetratoren, die 5-6 Meter eintauchen konnten, konnte nicht von der Erdumlaufbahn wegfliegen. Mars Polar Lander mit ähnlichen Mini-Sonden, die einen halben Meter tauchen können, trat in die Atmosphäre ein und verschwand spurlos. Am 5. Mai wird eine neue InSight-Mission zum Mars gehen. Eines der Ziele besteht darin, das Band mit Temperatursensoren bis zu einer Tiefe von 5 Metern einzutauchen.


InSight auf der Marsoberfläche, NASA-Zeichnung

Gerät

Ansicht von InSight in verschiedenen Flugphasen, im Folgenden Fotos und Zeichnungen der NASA

Strukturell basiert InSight auf der erfolgreichen Phoenix-Sonde, die 2008 erfolgreich auf dem Mars gelandet ist. Das Gerät besteht aus einer Flugbühne, einer Aero-Hülle mit Wärmeschutz, einem Fallschirm und der Sonde selbst. Bruttogewicht - 727 kg, wovon die Sonde selbst 360 kg wiegt. Um Gewicht und Geld zu sparen, wurde nicht nur die Wiederverwendung der bereits auf dem Mars arbeitenden Strukturen verwendet, sondern auch geniale technische Lösungen. Beispielsweise befinden sich keine Motoren in der Kippphase. Daher werden Löcher in die Antennenhülle für Abgase von Motoren gebohrt, die am Sondenrahmen montiert sind. Das Antriebssystem enthält keine Ladegastanks. Normalerweise sorgen sie für einen konstanten Kraftstoffdruck am Einlass der Motoren und für die Konstanz ihrer Eigenschaften. In InSight sinkt mit jeder Sekunde des Motorbetriebs der Druck und das Steuerungssystem berichtet über den sich verschlechternden Motorschub.


Migrationsstadium

Die 80 kg schwere Flugstufe trägt Sonnenkollektoren, Stern- und Sonnensensoren sowie Antennen. Solarmodule können sich daher in den ersten Monaten des Fluges des Raumfahrzeugs nicht drehen, obwohl es nicht weit von der Sonne entfernt ist. InSight nimmt eine Position in einem Winkel dazu ein und richtet sich dann neu aus, sodass die Module senkrecht zum Sonnenlicht stehen. Interessanterweise wird im Gegensatz zu Curiosity der Kippschritt nicht durch Verwirbeln stabilisiert, sondern das Steuerungssystem behält eine konstante dreiachsige Ausrichtung bei. Der Flugschritt wird kurz vor dem Eintritt in die Atmosphäre zurückgesetzt.


Luftschale

Die Antennenhülle besteht aus einem zweiundsechzig Kilogramm schweren Hitzeschild und einem 110 kg schweren hinteren Teil. Strukturell handelt es sich um eine Kopie der Luftschale der Phoenix-Sonde, und technische Lösungen wie der Halbwinkel des Kegels bei 70 ° gehen auf die Wikinger der 70er Jahre des 20. Jahrhunderts zurück. Als Wärmeschutz wird ablatives (verdampfendes) Material verwendet, das bei allen amerikanischen Marsgeräten mit Ausnahme von Curiosity verwendet wurde. Die Dicke der Wärmedämmschicht ist im Vergleich zu Phoenix leicht erhöht, da erwartet wurde, dass InSight im Marsstaubsturm landen und der Wärmeschutz durch Sand stärker abgerissen wird. Die Übertragung des Starts von 2016 auf 2018 aufgrund der Nichtverfügbarkeit eines der wissenschaftlichen Geräte hat jedoch dazu geführt, dass die Eintrittsrate in die Atmosphäre (und die Belastung des Wärmeschutzes) geringer sein wird als die ursprünglichen.


Fallschirm

Der Fallschirm ähnelt im Allgemeinen dem des Phönix und unterscheidet sich nur in verstärkten Schlingen, um der um 15% erhöhten Belastung standzuhalten. Es muss in einer Höhe von 10,5 km und einer Geschwindigkeit von 1,7 m geöffnet werden.


InSight unter der Schale gefaltet

Strukturell basiert InSight weitgehend auf Phoenix, und dies ist deutlich sichtbar - es hat einen ähnlichen sechseckigen Rahmen, die gleichen runden Sonnenkollektoren und drei klappbare Landestützen. Der größte Unterschied ist der Bordcomputer - Phoenix wurde auf der Grundlage des abgesagten Mars Surveyor hergestellt, der 2001 starten sollte, sodass der Computer auf der Technologie der 90er Jahre blieb. Unbestätigten Informationen zufolge ist auf InSight ein moderner RAD-750 installiert, der erfolgreich an Juno, MAVEN, GRAIL arbeitet. Die Lithium-Ionen-Batterien von InSight sind jedoch genau die gleichen wie bei Phoenix, trotz der Fortschritte in diesem Bereich in den letzten zehn Jahren.



Der InSight-Landevorgang ähnelt dem von Phoenix (siehe Video oben). In einer Höhe von 5,5 km sollte sich ein Landeradar einschalten. Eine 1,1 km lange Sonde löst sich mit einem Fallschirm von der Oberseite der Luftschale und beginnt mit 12 Motoren, die im gepulsten Modus arbeiten. In der Nähe der Oberfläche muss er bremsen und sich mit einer Geschwindigkeit von nicht mehr als 2,4 m / s hinsetzen. Landestützen müssen einer Neigung von 16 ° und Steinen bis zu 40 cm gleichzeitig standhalten.


Eines der MarCO-Geräte

Es ist interessant, dass InSight nicht alleine zum Mars fliegen wird - zusammen mit den beiden ersten in der Geschichte der interplanetaren MarCO-Cubesats - "WALL-E" und "EVA". Ihre Aufgabe wird eine technologische Demonstration des Betriebs von Cubsates im Weltraum sein - beide Geräte müssen während der Landung InSight-Telemetrie an die Erde weiterleiten.

Wissenschaftliche Instrumente

An Bord von InSight sind drei wissenschaftliche Instrumente installiert.



Das SEIS - Seismic Experiment for Interior Structure ist das empfindlichste Seismometer, das jemals auf Raumsonden installiert wurde. Seismometer wurden zuvor zum Mars geschickt, aber zum Beispiel bei den „Wikingern“ lehnte einer ab, und der zweite erwies sich als praktisch nutzlos, da er auf dem Gerät selbst stand und Windböen und Vibrationen der Ausrüstung anstelle nützlicher Daten aufzeichnete. Daher wird im Fall von InSight das Seismometer an die Oberfläche entladen und mit einer speziellen Kappe abgedeckt, um vor Störungen durch Wind- und Temperaturänderungen zu schützen.


SEIS-Schnittkappe

Die wichtigsten empfindlichen Elemente von SEIS sind zwei Arten von Sensoren, die sich innerhalb der Vakuumkugel befinden - drei Breitband-Seismometer mit Rückwärtspendeln werden durch drei Sensoren ergänzt, die kurzperiodische Ereignisse aufzeichnen. Die Hauptsensoren werden durch viele andere Sensoren und eine Wetterstation ähnlich wie Curiosity ergänzt, um meteorologische Störungen zu berücksichtigen und zu beseitigen. Das Gerät wurde gemeinsam von Wissenschaftlern und Ingenieuren aus den USA, Frankreich, Großbritannien und der Schweiz entwickelt und wurde zum Hauptschmerz der Mission - wegen der Verletzung seiner Dichtheit musste der Start um zwei Jahre verschoben werden. Eine separate Herausforderung war der Schutz dieses sehr empfindlichen Geräts beim Start vor Vibrationen der Trägerrakete.



HP ³ - Wärmefluss und physikalische Eigenschaften Die Sonde ist im Wesentlichen ein Fünf-Meter-Band mit einem Thermometer pro 35 cm. Um in den Mars eintauchen zu können, wird ein spezieller „Maulwurf“ erstellt, der nach dem Prinzip des Eintreibens von Pfählen arbeitet - der Belastung der Feder Schlagen Sie auf den Boden der Struktur und tauchen Sie sie tiefer ein. Der Zyklus dauert 200 Millisekunden und muss den Mol um 0,1-1 mm eintauchen. Alle 50 cm stoppt der Maulwurf drei Tage lang, um die Wärmeleitfähigkeit in dieser Tiefe zu messen.


Maulwurf und Klebeband mit Sensor-Nahaufnahme

Zusätzlich ist am Sondenrahmen ein Radiometer installiert, das die Temperatur an der Oberfläche misst. Die erhaltenen Daten geben Geologen äußerst wertvolle Informationen über die Geschichte des Mars und den Lebenszyklus der felsigen Planeten insgesamt. Das Temperaturprofil kann auch dazu beitragen, genau herauszufinden, wie der Mars sein Magnetfeld verloren hat.


In der Draufsicht auf den InSight-Rahmen sind die Antennen mit einem Pfeil markiert

RISE - Rotations- und Innenstruktur-Experiment - Dieses Experiment wurde entwickelt, um die Parameter der Rotation des Mars um seine Achse sehr genau zu bestimmen. Technisch wird dies durch einen Transponder und zwei Antennen implementiert, die ein Signal zur Erde senden. Antennen sind zu den Seiten gerichtet, denn wenn sich die Erde nicht hoch über dem Horizont befindet, sind die Messungen am genauesten. Wenn Sie wissen, wie sich der Mars dreht, welche Präzession und Nutation er erfährt, können Sie mehr über den Kern des Planeten erfahren, unabhängig davon, ob er sich in flüssigem oder festem Zustand befindet.





Um das RISE-Seismometer und das HP ^3- Thermometer vom Rahmen zur Marsoberfläche neu anzuordnen, war ein spezieller Manipulatorarm erforderlich, der strukturell dem Manipulator der abgebrochenen Mars Surveyor-Sonde ähnelt. InSight verfügt außerdem über zwei Kameras - eine am Manipulator und eine am Rahmen, mit denen sie die auf der Oberfläche installierten Geräte sehen kann.

Starten Sie

Der Start soll laut Plan am 5. Mai um 14:05 Uhr Moskauer Zeit erfolgen. Die Atlas V-Rakete der leichtesten Version 401 wird zum Starten der Sonde verwendet. Zuerst sollten die zweite Stufe und die Sonde in eine niedrige Umlaufbahn gehen, und nach einer Kurve wird der Motor der zweiten Stufe zum zweiten Mal eingeschaltet, und InSight ist auf dem Weg zum Mars.


Auszahlungsschema, ULA-Bild