Nas profundezas de Marte com um termômetro

A idéia de mergulhar instrumentos científicos em Marte surgiu mais cedo, mas esses dispositivos ainda têm azar. "Mars-96", com penetradores que podiam mergulhar de 5 a 6 metros, não conseguiram voar para longe da órbita da Terra. O Mars Polar Lander com mini-sondas semelhantes capazes de mergulhar meio metro, entrou na atmosfera e desapareceu sem deixar rasto. Em 5 de maio, uma nova missão InSight irá para Marte, um dos objetivos é mergulhar a fita com sensores de temperatura a uma profundidade de 5 metros.


InSight na superfície de Marte, desenho da NASA

Aparelho

Vista do InSight em diferentes estágios do voo, a seguir fotos e desenhos da NASA

Estruturalmente, o InSight é baseado na bem-sucedida sonda Phoenix, que pousou com sucesso em Marte em 2008. O dispositivo consiste em uma etapa de vôo, um envelope aerodinâmico com proteção térmica, um pára-quedas e a própria sonda. Peso bruto - 727 kg, dos quais a própria sonda pesa 360 kg. Para economizar peso e dinheiro, não apenas a reutilização das estruturas que já estão funcionando em Marte foi usada, mas também soluções técnicas engenhosas - por exemplo, não há motores no estágio de tombamento; portanto, são feitos furos na carcaça aérea para escapamentos de motores montados no quadro da sonda. Não há tanques de gás auxiliar no sistema de propulsão. Geralmente eles fornecem uma pressão constante de combustível na entrada dos motores e a constância de suas características. No InSight, a cada segundo de operação do motor, a pressão diminui e o sistema de controle conta a deterioração do impulso do motor.


Estágio migratório

A etapa de vôo de 80 kg carrega painéis solares, estrelas e sensores solares, além de antenas. Os painéis solares não podem girar, portanto, nos primeiros meses do voo da espaçonave, enquanto não está longe do Sol, o InSight tomará uma posição em ângulo e, em seguida, reorientará para que os painéis fiquem perpendiculares à luz solar. Curiosamente, ao contrário do Curiosity, a etapa de tombamento não será estabilizada por turbilhão; o sistema de controle manterá uma orientação triaxial constante. A etapa do vôo será redefinida logo antes de entrar na atmosfera.


Escudo aéreo

A carcaça aérea consiste em um escudo térmico de sessenta e dois quilos e uma parte traseira pesando 110 kg. Estruturalmente, é uma cópia da carcaça aérea da sonda Phoenix, e as soluções de engenharia, como um meio ângulo de um cone a 70 °, remontam aos vikings dos anos 70 do século XX. Como proteção térmica, é usado material ablativo (evaporação), usado em todos os dispositivos marcianos americanos, exceto no Curiosity. A espessura da camada de proteção térmica aumentou um pouco em comparação com a Phoenix, porque era esperado que o InSight aterrisse na tempestade de poeira marciana, e a proteção térmica seria mais arrancada pela areia. No entanto, a transferência do lançamento de 2016 para 2018 devido à indisponibilidade de um dos dispositivos científicos levou ao fato de que a taxa de entrada na atmosfera (e a carga de proteção térmica) será menor do que as iniciais.


Pára-quedas

O pára-quedas é geralmente semelhante ao da Phoenix e difere apenas em lingas reforçadas para suportar o aumento de carga em 15%. Ele terá que abrir a uma altitude de 10,5 km e a uma velocidade de 1,7M.


InSight dobrado sob a casca

Estruturalmente, o InSight é amplamente baseado no Phoenix, e isso é claramente visível - ele possui uma estrutura hexagonal semelhante, os mesmos painéis solares redondos e três suportes de aterrissagem dobráveis. A maior diferença é o computador de bordo - o Phoenix foi feito com base no cancelado Mars Surveyor, que deveria começar em 2001, de modo que o computador permaneceu na tecnologia dos anos 90. De acordo com informações não confirmadas, um RAD-750 moderno é instalado no InSight, trabalhando com sucesso em Juno, MAVEN, GRAIL. Mas as baterias de íon de lítio no InSight são exatamente as mesmas do Phoenix, apesar do progresso nessa área nos últimos dez anos.



O processo de pouso do InSight é semelhante ao Phoenix (está no vídeo acima). A uma altitude de 5,5 km, um radar de pouso deve ligar, uma sonda de 1,1 km se desprenderá da parte superior da carcaça aérea com um paraquedas e começará a descer em 12 motores que operam no modo pulsado. Perto da superfície, ele precisará frear e sentar a uma velocidade não superior a 2,4 m / s. Os suportes de aterrissagem devem suportar uma inclinação de 16 ° e pedras de até 40 cm ao mesmo tempo.


Um dos dispositivos MarCO

É interessante que o InSight não voe para Marte sozinho - dois dos primeiros cubesats interplanetários da MarCO - “WALL-E” e “EVA” - o acompanharão. Sua tarefa será uma demonstração tecnológica da operação de cubsates no espaço profundo - ambos os dispositivos terão que retransmitir a telemetria do InSight para a Terra durante o pouso.

Instrumentos científicos

No InSight a bordo, três instrumentos científicos estão instalados.



O SEIS - Experiência Sísmica para Estrutura Interior é o sismômetro mais sensível já instalado em sondas espaciais. Os sismômetros foram enviados a Marte mais cedo, mas, por exemplo, no “Vikings”, um recusou e o segundo acabou sendo praticamente inútil, devido ao fato de estar no próprio dispositivo e registrar rajadas de vento e vibrações do equipamento em vez de dados úteis. Portanto, no caso do InSight, o sismômetro será descarregado na superfície e coberto com uma tampa especial para proteger contra interferências devido a mudanças de vento e temperatura.


Tampão SEIS secional

Os principais elementos sensíveis do SEIS são dois tipos de sensores localizados dentro da esfera de vácuo - três sismômetros de banda larga com pêndulos reversos são complementados por três sensores que registram eventos de curto período. Os principais sensores são complementados por muitos outros sensores e uma estação meteorológica semelhante à Curiosity, para explicar e eliminar a interferência meteorológica. O dispositivo foi desenvolvido em conjunto por cientistas e engenheiros dos EUA, França, Grã-Bretanha e Suíça e se tornou a principal dor de cabeça da missão - por causa da violação de sua rigidez, o início teve que ser adiado por dois anos. Um desafio separado foi a proteção deste dispositivo muito sensível no lançamento contra a vibração do veículo de lançamento.



HP ³ - Sonda de propriedades físicas e de fluxo de calor é essencialmente uma fita de cinco metros com um termômetro para cada 35 cm. Para poder mergulhar em Marte, é criada uma “toupeira” especial que trabalha com o princípio de estacas - a carga na mola atingiu a parte inferior da estrutura, mergulhando-a mais profundamente. O ciclo levará 200 milissegundos e terá que mergulhar a toupeira em 0,1-1 mm. A cada 50 cm, a toupeira para por três dias para medir a condutividade térmica a essa profundidade.


Toupeira e fita com close-up de sensores

Além disso, um radiômetro é instalado na estrutura da sonda, que medirá a temperatura na superfície. Os dados obtidos fornecerão aos geólogos informações extremamente valiosas sobre a história de Marte e o ciclo de vida dos planetas rochosos como um todo. Além disso, o perfil de temperatura pode ajudar a descobrir exatamente como Marte perdeu seu campo magnético.


Vista superior do quadro do InSight, as antenas são marcadas com uma seta

RISE - Experimento de Rotação e Estrutura Interior - este experimento foi projetado para determinar com muita precisão os parâmetros da rotação de Marte em torno de seu eixo. Tecnicamente, isso é implementado através de um transponder e duas antenas que transmitem um sinal para a Terra. As antenas são direcionadas para os lados, porque quando a Terra não está alta acima do horizonte, as medições são mais precisas. Saber como Marte gira, que precessão e nutação experimenta ajudará a aprender mais sobre o núcleo do planeta, seja em estado líquido ou sólido.





Para reorganizar o sismômetro RISE e o termômetro HP ³ do quadro para a superfície de Marte, foi necessário um braço manipulador especial, estruturalmente semelhante ao manipulador da sonda Mars Surveyor cancelada. Há também duas câmeras no InSight - uma no manipulador e a outra no quadro, onde ela pode ver os dispositivos instalados na superfície.

Iniciar

De acordo com o plano, o início deve ocorrer em 5 de maio às 14:05, horário de Moscou. O foguete Atlas V da versão mais leve 401 é usado para lançar a sonda. Primeiro, o segundo estágio e a sonda devem entrar em órbita baixa e, após uma curva, o mecanismo do segundo estágio liga pela segunda vez e o InSight está a caminho de Marte.


Esquema de retirada, ULA Image