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medli2,监视恒心漫游者在火星上着陆的传感器
来源:赛斯维传感器网 发表于 2021/3/18

毅力漫游车上的medli2传感器套件不仅在收集数据以用于将来的任务,而且还可以为将来的任务提供服务。这也说明了如何在太空中使用现成的商业零件。


上周,美国宇航局成功地将恒心漫游车降落在火星 jezero陨石坑上。 

对进入,下降和降落(edl)系统如何将火星车安全降落在火星表面上的功能进行了高级描述。图片由nasa / jpl-caltech提供

 

由于nasa执行此任务的主要目标是获取有关火星未知信息的数据(例如,大气条件,地形和微生物生命),因此nasa为流动站配备了许多传感器,其中许多传感器都是现成的成分。 


perseverance隔热板上的一套传感器称为medli2,旨在测量流动站的进入,下降和着陆(edl),以更好地协助未来的任务。 


空间设计的挑战

我们最近讨论了从远处驱动恒心漫游车的设计挑战。但是飞行传感器在太空旅行和着陆时会遇到自己的挑战。 


在太空中,传感器需要承受波动的极端温度,随机振动,冲击,真空和电离辐射。由于这些原因,必须通过执行适用的环境测试对航天器专用部件进行测试和鉴定。 


惯性测量单元(imu),陀螺仪,磁力计,热电偶和压力传感器是深空探测器中常用的传感器。nasa工程师必须进行广泛的环境和生命周期测试,以验证其对太空环境的可靠性和坚固性。通常,系统还经过保守设计,并具有安全裕度和适当的备用/冗余单元,以提高可靠性并最大程度地降低风险。 


空间级航空电子设备的设计和制造可能与商业产品明显不同。例如,印刷电路板不能在空间真空中使用纯锡基焊料,这可能会导致灾难性的机械应力。此外,锡基焊料可能会产生导电的“锡晶须”,并可能引起电弧。锡晶须在航天器中特别危险,一旦有效载荷发射,锡晶须就无法更换pcb。

金属或锡晶须的不同形状和特征的图像。图片由nasa提供


尽管如此,nasa仍能够使用medli2中的某些商业组件而不会产生任何后果。


medli2的详细信息

medli2是nasa进入,下降和着陆仪器的第二个版本。该仪器套件包括三种类型的传感器,位于perseverence的后壳和隔热板上,包括17个压力传感器,17个热塞和3个热通量传感器。其目的是在edl期间获取有关关键空气动力学,空气动力学和热防护系统(tps)性能参数的数据。 


收集航班数据

此前,在执行msl任务期间,原始medli并未测量后壳中的热通量,因此该阶段的飞行数据是该新任务获得的众多首创之一。新的medli可以收集以下数据: 

    重构的气动阻力

    车辆姿态

    原位大气密度

    空气加热

    对抗湍流

    深入的tps性能/ tps消融

 

medli2包括传感器,电子设备和线束,它们安装在mars 2020隔热板上。图片由nasa / jpl-caltech提供

 

该数据将使研究人员可以将飞行数据与预测数据进行比较,并更新分析模型。 


应对热通量

热通量传感器容易受到高机械应力和热应力,这会严重影响其功能。medli2对市售的热通量计进行了测试,以确保准确性和生存能力。传感器套件的候选产品包括gardon量规,热电堆和schmidt-boelter量规。  

medli2隔热板和后壳上各种传感器的位置。图片由nasa提供

 

nasa对每个量规的功能和生态影响进行了台式测试(带有空气热负荷的环境测试)。由于测试过程中的性能,工程师最终选择了schmidt-boelter压力表。


用超音速压力传感器瞄准精度

使用压力传感器在整个测试期间(包括峰值动态压力环境)的0–35,000 pa范围内测量高超音速驻止压力。 


medli的主要发现之一是,在超声速飞行过程中,高超声压传感器在较低压力下无法提供足够的精度。因此,在medli2中,有必要包括一组单独的,在0-7000 pa范围内准确的超音速换能器。另一个压力传感器位于车辆的后壳上,可测量0-700 pa的低压。 


向medli2学习,以进行未来的火星飞行任务

上周在坚持不懈的过程中,美国国家航空航天局报告说,当进入飞行器通过火星大气层时,传感器成功显示了加热和压力动态。在航天器达到峰值加热(最高1300°c)和峰值压力之后,medli2继续收集数据。在进入的最后100秒钟内,飞行器仍处于超音速飞行阶段。

medli和medli2中使用的仪表传感器的比较。图片由nasa提供 


然后从风速中,medli2压力传感器收集有关方向和车辆性能的数据。medli2还使用许多其他传感器,根据过去任务中丢失的详细信息来获取更多相关数据。nasa希望从这次飞行任务中获得的见识最终将推动对火星载人飞行任务的设计。


jpl(喷气推进实验室)最近表示,该任务中使用的一些高清摄像机是商用现货(cots)部件,这为将来的任务中使用商用传感器提供了可能性。在未来的其他项目中,nasa也可能会平衡辐射硬化组件和cots组件。


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