Autor Wątek: MASCOT (kompendium)  (Przeczytany 7692 razy)

0 użytkowników i 1 Gość przegląda ten wątek.

Scorus

  • Gość
MASCOT (kompendium)
« dnia: Marzec 08, 2015, 19:44 »
WPROWADZENIE

MASCOT (Mobile Asteroid Surface Scout, pierwotna nazwa MarcoPolo Surface Sout) jest miniaturowym mobilnym lądownikiem sondy Hayabusa 2. Został opracowany przez Niemiecką Agencję Kosmiczną DLR (Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt) przy dużym udziale Francuskiej Agencji Kosmicznej CNES (Centre National d’Etudes Spatiales). Pojazd wyląduje na powierzchni planety 1999 JU3 i zrealizuje krótki program badawczy trwający 12 - 16 godzin. Do podstawowych celów lądownika zaliczają się: dostarczenie zdjęć o wysokiej rozdzielczości, multispektralnych obrazów mikroskopowych i pomiarów właściwości cieplnych regolitu uzupełniających obserwacje prowadzone z sondy Hayabusa 2; dostarczenie obserwacji powierzchni w skali mikroskopowej przydatnych podczas badań próbek i interpretacji wyników; wykonanie pomiarów pola magnetycznego przydatnych podczas badań struktury i historii planetoidy;  oraz dostarczenie precyzyjnych informacji na temat jednego z planowanych miejsc pobrania próbek ułatwiających wyselekcjonowanie konkretnego obszaru (funkcja rozpoznawcza). Do szczegółowych celów naukowych zaliczają się: zbadanie geologii powierzchni planetoidy poprzez obrazowanie w trakcie lądowania oraz na powierzchni; określenie stopnia globalnej magnetyzacji planetoidy poprzez pomiary pola magnetycznego w trakcie opadania oraz lokalnej magnetyzacji poprzez pomiary dokonywane po lądowaniu; określenie składu chemicznego i struktury powierzchni, w tym zidentyfikowanie minerałów, substancji organicznych oraz możliwego lodu podpowierzchniowego; scharakteryzowanie środowiska cieplnego na powierzchni poprzez pomiary radiometryczne w podczerwieni wykonywane w trakcie dnia i nocy w całym spodziewanym zakresie temperatur; określenie właściwości termofizycznych regolitu poprzez określenie jego inercji cieplnej i emisyjności; określenie lokalnej morfologii oraz struktury i tekstury regolitu, w tym rozkładu wielkości skał oraz małych ziaren; dostarczenie bezpośrednich obserwacji na potrzebny interpretacji danych z sondy macierzystej i uzyskanie bezpośredniego kontekstu dla zebranych próbek; określenie struktury planetoidy w skali lokalnej i / lub globalnej i nałożenie ograniczeń na właściwości fizyczne powierzchni; oraz określenie pierwotnego stanu materiału powierzchniowego w celu rozpoznania ewentualnych zmian które mogą zajść w próbkach w trakcie ich pobierania, powrotu sondy na Ziemię i lądowania kapsuły powrotnej. Ponadto pomiary wykonywane bezpośrednio na powierzchni dostarczą danych ułatwiających interpretację naziemnych obserwacji planetoid. Pojazd stanie się pierwszym lądownikiem przeprowadzającym wyspecjalizowane badania naukowe na powierzchni planetoidy.

Niemiecka agencja kosmiczna DLR jest odpowiedzialna za zaprojektowanie lądownika, dostarczenie pojazdu od JAXA, opracowanie segmentu naziemnego umożliwiającego obsługę misji oraz przygotowanie i prowadzenie operacji związanych z misją. W obrębie DLR za zarządzanie projektem odpowiada Instytut Systemów Kosmicznych (Institute of Space Systems) w Bremie. Ponadto w projekcie bierze udział Instytut Struktur Kompozytowych i Systemów Adaptatywnych (Institutes of Composite Structures and Adaptive Systems) z Braunschweig, Instytut Robotyki i Mechatroniki (Insitute of Robotics and Mechatronics) z Oberpfaffenhofen, Europejskie Centrum Treningowe Astronautów (European Astronaut Centre - EAC) z Kolonii oraz Instytut Badań Planetarnych (Institute of Planetary Research) z Berlina. Francuska Agencja Kosmiczna CNES jest odpowiedzialna za dostarczenie systemu zasilania (baterii i układu dystrybucji energii), dostarczenie anten, dostarczenie instrumentu MicrOmega, zarządzanie analizami wiązanymi z misją, zintegrowanie systemu wymiany danych ze sprzętem JAXA mieszczącym się na sondzie Hayabusa 2, pomoc w integracji francuskich komponentów na poziomie montażu systemów, oraz planowanie i prowadzenie obserwacji z użyciem instrumentu MicrOmega.

Scorus

  • Gość
Odp: MASCOT (kompendium)
« Odpowiedź #1 dnia: Marzec 08, 2015, 19:45 »
KONSTRUKCJA
W czasie lotu międzyplanetarnego lądownik MASCOT znajduje się w wycięciu w górnej części panelu bocznego -Y sondy Hayabusa 2. Jest umieszczony w mechanizmie uwalniającym (Mechanical and Electronical Support Structure - MESS) mającym postać prostopadłościennej klatki przymocowanej do panelu sondy za pomocą 4 stopek. Jest ona złożona z podłużnic tworzących krawędzie i rozpór w kształcie litery V. W jej centrum znajduje się układ kabli zasilania wraz z mechanizmem przecinającym w czasie uwalniania lądownika. Ponadto na strukturze MESS znajduje się antena służąca do odbioru danych z lądownika w czasie lotu międzyplanetarnego, komunikująca się z systemem informatycznym sondy. Na inetrjesie umieszczono również cel kalibracyjny dla instrumentu MARA, używany również przez kamerę CAM. Lądownik jest wyrzucany z MESS za pomocą bolców wysuwanych przez sprężyny po zwolnieniu blokad. Następnie oddala się od sondy macierzystej z szybkością kilku cm/s. Cały interfejs jest oddzielony od wnętrza sondy wielowarstwową izolacją termiczną. W czasie lotu lądownik jest prawie nieaktywny za wyjątkiem okresów testów. W tym czasie za dostarczanie zasilania i kontrolę temperatury są odpowiedzialne systemy sondy macierzystej

Scorus

  • Gość
Odp: MASCOT (kompendium)
« Odpowiedź #2 dnia: Marzec 08, 2015, 19:47 »
Sam lądownik ma kształt prostopadłościanu o wymiarach 29 x 27.5 x 20 cm. Jego całkowita masa wynosi 10 kg, z czego instrumenty naukowe stanowią 3 kg (bardzo wysoki stosunek masy instrumentów do masy całkowitej - ok. 0.35). W trakcie prac nad lądownikiem zastosowano doświadczenia nabyte podczas budowy lądownika Philae sondy Rosetta wystrzelonej 2 marca 2004 r a także szereg nowo opracowanych technologii. W konstrukcji użyto zarówno komponentów dostępnych komercyjnie jak również opracowanych specjalnie na potrzeby misji. Wszystkie systemy charakteryzują się bardzo wysokim poziomem zintegrowania.

Konstrukcja mechaniczna lądownika jest silnie zintegrowana i lekka. Jej całkowita masa wynosi tylko 450 gramów. Ma postać klatki wykonanej z materiału kompozytowego opartego na włóknach węglowych. Jest złożona z podłużnic tworzących krawędzie prostopadłościanu. Mają one strukturę plastra miodu. Na ścianie dolnej (w osi -Z), czyli ścianie nr  4 znajdują się dwie podłużnice połączone ze środkami boków oraz dwie podłużnice na przekątnych. Krzyżują się one w środku podstawy gdzie umieszczono interfejs z systemem elektrycznym sondy Hayabusa 2. Ponadto na tej ścianie umieszczono jedną z anten. Ściana górna (od strony +Z), czyli ściana nr 2 jest pokryta panelem wykonanym ze stopu aluminium. Ma on strukturę plastra miodu. Znajduje się na nim sześciokątne wycięcie w którym umieszczono panel zawierający drugą antenę i umożliwiający dostęp do baterii i jednostki elektroniki. Ściany boczne od strony osi +X (nr 6), -X (nr 5), +Y (nr 1) i -Y (nr 3) posiadają dwie rozpory tworzące kształt litery V. W centrum lądownika znajduje się rama środkowa na której umieszczono system mobilny. Jest to główny element przenoszący naprężenia w trakcie upadku na powierzchnię i podczas wykonywania podskoków. Oddziela ona połowę lądownika z instrumentami naukowy od połowy z systemami elektronicznymi i baterią. Do ramy centralnej od strony ściany nr 1 jest przymocowany klin na którym umieszczono radiometr podczerwieni MARA. Z boku znajduje się jednostka mikroskopu MicrOmega, a pod kamerą na ścianie nr 4 - magnetometr MAG. Od strony ściany nr 3 do struktury przymocowana jest obudowa systemów elektronicznych (Electronics Box - E-Box) a bezpośrednio na nią - bateria. Powierzchnie zewnętrzne  lądownika są pokryte arkuszami wielowarstwowej izolacji termicznej. Znajdują się w niej małe wycięcia dla pól widzenia sensorów systemu nawigacyjnego oraz duże wycięcie na ścianie nr 1 odsłaniające pola widzenia instrumentów CAM i MARA.

Scorus

  • Gość
Odp: MASCOT (kompendium)
« Odpowiedź #3 dnia: Marzec 08, 2015, 19:48 »
System mobilny lądownika umożliwia uzyskanie właściwej pozycji po zrzuceniu na powierzchnię planetoidy (ze ścianą nr 2 zwróconą w niebo i ścianą nr 4 stykającą się z podłożem) oraz wykonywanie skoków. Dzięki niemu lądownik może się przemieścić na powierzchni planetoidy 1 lub 2 razy, co pozwoli na wykonanie pomiarów i zdjęć w 2 lub 3 miejscach w czasie trwania misji. Odległość skoków może wynosić 10 - 70 metrów. System ten znajduje się na ramie centralnej. Obejmuje odważnik umieszczony na krótkim wysięgniku przyłączonym do bezszczotkowego silnika elektrycznego DC (Brushless Direct-Current Motor - BLDC) za pomocą przekładni falowej o przełożeniu 1:30. W łożysku kulkowym w obrębie przekładni zastosowano suchy smar typu Dicronite opracowany dla amerykańskich łazików marsjańskich.  Odważnik jest wykonany ze stopu o wysokiej gęstości a pozostałe elementy - z aluminium. Silnik powoduje obrót odważnika na wysięgniku wzdłuż obręczy otaczającej system mobilny. Dzięki temu w czasie obrotu przykładana jest siła naprzeciwko powierzchni, co powoduje wykonanie skoku. Relatywna pozycja silnika jest mierzona przez sensory dostarczające danych do kontrolera systemu mobilnego (Mobility Susystem Controller  - MobCon) znajdującego się w obrębie E-Box. Jest on oparty na układzie typu FPGA (Field Programmable Gate Array) firmy Actel. Ponadto posiada dedykowany konwerter analogowo - cyfrowy ucyfrawiający odczyty napięcia, ładunków i temperatur przed obróbką oraz przed wysłaniem do komputera pokłądowego lądownika OBC. MobCon kontroluje wszystkie funkcje systemu mobilnego i wykonuje komendy dostarczone przez komputer OBC. Tym samym rozpoczyna wykonywanie manewru skoku lub odwrócenia lądownika. Jest on połączony z sensorami i silnikiem  za pomocą dwóch w pełni redundancyjnych ścieżek. Z komputerem OBC łączy się za pomocą interfejsu RS-422. Cykl pracy silnika jest zarządzany przez dedykowany kontroler silnika. Jest on z nim połączony za pomocą 3-fazowego mostku MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor).

Polskie Forum Astronautyczne

Odp: MASCOT (kompendium)
« Odpowiedź #3 dnia: Marzec 08, 2015, 19:48 »

Scorus

  • Gość
Odp: MASCOT (kompendium)
« Odpowiedź #4 dnia: Marzec 08, 2015, 19:48 »
System zasilania obejmuje baterię litową (Li-SOCl2) oraz układ kontroli i dystrybucji energii (Power Control and Distribution Unit - PCDU). Bateria mieści się w metalowej obudowie umieszczonej na jednostce E-Box. Została dostarczona przez firmę Saft z miejscowości Bagnolet we Francji. Jest to model LSH20, sprawdzony w misjach kosmicznych. Została ona wybrana ze względu na bardzo małą masę, dużą pojemność, wytrzymałość na warunki panujące w przestrzeni kosmicznej oraz zachowywanie funkcjonalności w wieloletnim okresie czasu. Zastosowane w niej substancje chemiczne pozwalają na uzyskanie bardzo niskiego tema samoistnego rozładowywania, co ma duże znacznie w czasie czterech lat lotu do planetoidy. Bateria składa się z 9 komórek LSH20 tworzących trzy serie połączone szeregowo. Całkowita pojemność wynosi 39 A/h. Bateria dostarcza mocy na poziomie 220 W/h. Lądownik nie posiada innych źródeł zasilania, tak więc jego żywotność jest ograniczona do 12 -16 godzin (w zależności od temperatury). Pomiary będą mogły być prowadzone przez prawie dwa okresy rotacji planetoidy (około 7.5 godziny). PCDU znajduje się w jednostce E-Box, obejmuje dwie płyty elektroniki (PCDU-1 i PCDU-2). Jest odpowiedzialny za konwersję napięcia dostarczanego przez baterię (11 V) na napięcia wtórne i ich dostarczanie do poszczególnych systemów i instrumentów naukowych. Średni pobór mocy wynosi około 10 W a szczytowy - około 35 W. W czasie lotu międzyplanetarnego energia elektryczna jest dostarczana przez sondę Hayabusa 2 za pośrednictwem regulowanej linii zasilania. Jest używana tylko do zasilania grzejników utrzymujących lądownik w minimalnej temperaturze oraz podczas kresowych testów jego systemów i instrumentów.  System zasilania został opracowany przez CNES.

Scorus

  • Gość
Odp: MASCOT (kompendium)
« Odpowiedź #5 dnia: Marzec 08, 2015, 19:50 »
System kontroli orientacji przestrzennej (Guidance, Navigation and Control Subsytsem - GNC) pozwala na wykrycie momentu uderzenia lądownika w powierzchnię w czasie jego zrzucania na planetoidę oraz po skokach. Dostarcza również informacji na temat orientacji pojazdu na powierzchni, umożliwiając wykonanie przeskoku ustawiającego lądownik w prawidłowej pozycji. Obejmuje 5 sensorów optycznych rozpoznających bliskość przeszkody (Optical Proximity Sensor - OPS) oraz 6 sensorów w postaci komórek fotoelektrycznych (Photoelectric Cell Sensor - PEC). Dane dostarczane przez sensory są integrowane przez algorytmy nawigacyjne w obrębie systemu informatycznego lądownika.

Każdy z 5 sensorów optycznych OPS zawiera diodę LED (Light Emiting Diode) pracującą w podczerwieni oraz detektor w postaci fotodiody. Elementy te są umieszczone w prostopadłościennej obudowie. Każda taka jednostka ma wymiary 32.6 x 27 x 21.6 mm i masę 28 g. Detektor odbiera emitowane przez diodę światło po odbiciu od powierzchni, gdy lądownik znajduje się blisko niej. Im bliżej powierzchni znajduje się lądownik tym więcej światła trafia do detektora, co powoduje wzrost napięcia na jego wyjściu. Wykrycie powierzchni jest możliwe od odległości 12 cm. Napięcie wyjściowe z detektora spada ponownie przy odległości mniejszej niż 10 mm. W celu skompensowania takich małych odległości sensory nie są zainstalowane pod kątem prostym w stosunku do ścian ładownika, ale są lekko nachylone względem nich. Odczyt napięcia z detektorów pozwala na wyrycie każdego obiektu w polu widzenia detektora wzdłuż określonego kierunku. Tym samym sensory OPS umożliwiają określenie momentu lądowania po zrzuceniu pojazdu z sondy lub w trakcie skoku. Diody LED są cyklicznie włączane i wyłączane przez komputer OBC, a odczyt fotodiod jest zsynchronizowany z tą modulacją. Pozwala to na odróżnienie odbitego światła diod od światła tła, np światła słonecznego. Każdy sensor znajduje się przy odpowiedniej ścianie lądownika, tak więc pomiary są wykonywane na jego pięciu stronach. Tylko ściana nr 1 (z instrumentami naukowymi) nie posiada takiego sensora, ponieważ objętość sprzętu naukowego nie pozostawiła dostatecznie dużej wolnej przestrzeni.  Sensory te zostały dostarczone przez firmę Cosine Measurement Systems z Leiden w Holandii.

Każdy z sześciu sensorów fotoelektrycznych PEC ma postać komórki słonecznej. Są one przyklejone do struktury lądownika przy każdej z jego ścian. Pozwalają na określenie orientacji pojazdu względem Słońca, co umożliwiaj jego ewentualne odwrócenie na prawidłową stronę po lądowaniu lub po skoku za pomocą systemu mobilnego. Każdy sensor składa się z komórki słonecznej o wymiarach 20 x 20 mm umieszczonej na płycie obwodów drukowanych (Printed Circuit Board - PCB) o wymiarach 20.5 x 45 mm wraz z dwoma opornikami 50 Om połączonymi z nią równolegle. Zgodnie z prawem Lamberta woltaż wyjściowy UPEC jest proporcjonalny do kosinusa kąta Ø między wektorem wzkazującym kierunke do Słońca vSun a wektorem prostoadłym do komórki słonecznej nPEC według równiania UPEC = U0 cosØ = U0 ((vSun x nPEC)/(|vSun| x |nPEC|)). Zestaw sensorów może mierzyć wektory wskazujące do Słońca we wszystkich możliwych kierunkach wzglem stałego układu odniesienia jakim jest lądownik. Sensory te zostały dostarczone przez firmę ZARM Technik AG z Bremy w Niemczech.

Algorytm GNC pracujący w obrębie oprogramowania komputera OBC umożliwia określenie sposobu poruszania się lądownika (spadek swobodny, bliskość powierzchni, spoczynek). Sprawdza on, czy odczyty z sensorów nie ulegają zmianie przez określony odstęp czasu. Do określania orientacji lądownika i integracji danych z wielu sensorów służy bayesowiski filtr histogramów. Wystarcza on do określenia strony na której lądownik leży na powierzchni, co jest jedyną wymaganą informacją. Wychylenia lądownika na nierównej powierzchni nie są uwzględniane. Pozwala on na przyporządkowanie zmierzonego stanu do jednej ze skończonych możliwych stanów, tzn. do jednej z sześciu możliwych stron na których lądownik znajduje się na powierzchni.

Scorus

  • Gość
Odp: MASCOT (kompendium)
« Odpowiedź #6 dnia: Marzec 08, 2015, 19:50 »
System komend i zarządzania danymi jest oparty na komputerze pokładowym (On-Oboard Computer - OBC) umieszczonym w jednostce E-Box. Pozwala on na wykonywanie komend, gromadzenie, kompresję i zapisywanie danych naukowych i inżynieryjnych oraz na autonomiczne wykonywanie zadanych czynności. Procesorem jest LEON3FT. Ponadto komputer posiada pamięci MRAM, SRAM i SDRAM. Jego główną aplikacją jest manager autonomiczny (MASCOT Autonomy Manager - MAM) wykonujący kolejne operacje. Określa on czy pozycja pojazdu względem powierzchni jest prawidłowa, aktywuje kolejne instrumenty naukowe według zaprogramowanej sekwencji, określa czy lądownik jest gotowy do wykonania skoku, oraz dostosowuje kolejne czynności do aktualnego stanu systemów (np poprzez monitorowanie poziomu zasilania i zarządzanie nim). Po lądowaniu wszystkie czynności są wykonywane w pełni automatycznie. Przesyłanie komend z Ziemi poprzez sondę macierzystą jest możliwe, ale z powodu dużego opóźnienia czasowego i krótkiego okresu trwania misji będzie wykonywane tylko w przypadku poważnych problemów.

Komponenty komputera są w pełni podwojone. Komputer komunikuje się z systemami i instrumentami lądownika za pomocą szybkiego busa danych opartego na technologii SpaceWire oraz interfejsów analogowych UART (Universal Asynchronous Receiver and Transmitter) podłączonych za pomocą karty wejścia / wyjścia opartej na układzie FPGA.

Scorus

  • Gość
Odp: MASCOT (kompendium)
« Odpowiedź #7 dnia: Marzec 08, 2015, 19:51 »
System komunikacyjny obejmuje dwie anteny oraz dwa układy nadawczo - odbiorcze. Obie są antenami mikropaskowymi o pokryciu omnikierunkowym. Jedna z z nich znajduje się na ścianie górnej (nr 2) a druga - na ścianie dolnej (nr 4). Anteny te mają kształt okrągły, są przykręcone do struktury lądownika za pośrednictwem czterech stopek i pokryte osłonami chroniącymi je przed uszkodzeniem w trakcie upadku na powierzchnię planetoidy.  Komunikacja odbywa się w paśmie UHF. Dane telemetryczne są przesyłane z szybkością około 37 kbps. Komendy są odbierane z szybkością około1.7 kbps. System nadawczo odbiorczy mieści się w jednostce E-Box. W czasie lotu międzyplanetarne dane są odbierane przez dedykowaną antenę znajdującą na interfejsie MESS. Po odłączeniu są odbierane przez system komunikacji z lądownikami na sondzie Hayabusa 2, OME. Pozwala on również na wymianę danych z lądownikami MINERVA II-1A, MINERVA II-1B i MINERVA II-2. Łączność jest możliwa do odległości 150 km. Spodziewana ilość danych dostarczonych przez lądownik to 0.7 gigabita. Za elementy systemu łączności znajdujące w się na lądowniku odpowiada CNESS. System OME został w całości opracowany przez JAXA.

Scorus

  • Gość
Odp: MASCOT (kompendium)
« Odpowiedź #8 dnia: Marzec 08, 2015, 19:52 »
Kontrolę temperatury wewnętrznej zapewnia głównie wielowarstwowa izolacja termiczna pokrywająca powierzchnię zewnętrzną lądownika oraz odpowiedni sposób pomalowania poszczególnych powierzchni. Panel górny jest pomalowany na biało od strony zewnętrznej i na czarno od strony wewnętrznej, co zapobiega nadmiernemu nagrzewaniu przez Słońce. Obudowy komponentów wewnętrznych są pomalowane na czarno. Strona dolna jest pomalowana w sposób zapewniający niską emisyjność i absorpcję ciepła. Mocowania poszczególnych jednostek pozwalają na ich termiczne odizolowanie od dolnej strony lądownika. Jedynym wyjątkiem od pasywnego sposobu kontroli temperatury są grzejniki elektryczne obsługujące baterię i instrument MicrOmega. Są one używane tylko w trakcie lotu międzyplanetarnego do zachowania minimalnej temperatury operacyjnej, podczas testów lądownika oraz podczas jego nagrzewania przed odłączeniem.

Scorus

  • Gość
Odp: MASCOT (kompendium)
« Odpowiedź #9 dnia: Marzec 08, 2015, 19:52 »
W skład wyposażenia naukowego lądownika MASCOT wchodzą:
- mikroskop i spektrometr MicrOmega;
- kamera (Camera - CAM);
- radiometr (MASCOT Radiometer - MARA);
- magnetometr (Magneometer - MAG).

Instrumenty są zainstalowane wewnątrz konstrukcji mechanicznej lądownika, od strony ściany nr 1.

Scorus

  • Gość
Odp: MASCOT (kompendium)
« Odpowiedź #10 dnia: Marzec 08, 2015, 19:54 »
MicrOmega
 Mikroskop i spektrometr MicrOmega pozwala na wykonywanie mikrofotografii oraz analiz spektralnych regolitu w miejscu pobytu lądownika MASCOT. Do podstawowych celów naukowych instrumentu zaliczają się: określenie składu chemicznego i struktury powierzchni, w tym zidentyfikowanie minerałów, substancji organicznych oraz możliwego lodu podpowierzchniowego; dostarczenie bezpośrednich obserwacji na potrzebny interpretacji danych z sondy macierzystej i uzyskanie bezpośredniego kontekstu dla zebranych próbek; dostarczenie bezpośrednich obserwacji na potrzebny interpretacji danych z sondy macierzystej i uzyskanie bezpośredniego kontekstu dla zebranych próbek; oraz określenie pierwotnego stanu materiału powierzchniowego w celu rozpoznania ewentualnych zmian które mogą zajść w próbkach w trakcie pobierania, powrotu na Ziemię i lądowania kapsuły powrotnej. W tym ostatnim wypadku urządzenie pozwoli na stwierdzenie czy próbki nie uległy degradacji pod kątem składu chemicznego i rozkładu wielkości ziaren. Będzie to pierwsza szczegółowa charakteryzacja próbek zbieranych na innym ciele niebieskim w skali mikroskopowej przed ich dostarczeniem na Ziemię. Zakres spektralny oraz rozdzielczość spektralna zostały wybrane tak, że umożliwiają identyfikację zasadniczych składników regolitu (w każdym elemencie obrazu) występujących w dużych i małych koncentracjach: większości minerałów (zarówno pierwotnych jak i przekształconych - krzemianów, tlenków, soli i minerałów uwodnionych), związków organicznych oraz lodów. Urządzenie może rozróżniać różne rodziny minerałów oraz różne klasy związków organicznych. Tym samym pozwala na oszacowanie składu powierzchni planety w skali pojedynczych ziaren. Informacje te będą przydatne do badań pochodzenia i ewolucji materiału powierzchniowego.

Nazwa urządzenia nawiązuje do instrumentu OMEGA (Observatoire Pour la Minéralogie, l'Eau, les Glaces et l'Activité) na sondach Mars 96 (utraconej podczas startu 16 listopada 1996 r) i Mars Express - instrument MicrOmega został przygotowany przez tych samych wykonawców na bazie doświadczeń zgromadzonych przy pracach nad instrumentami OMEGA.

Instrument MicrOmega stanowi pojedynczą prostopadłościenną ścienną jednostkę przymocowaną do ramy centralnej lądownika MASCOT. Znajduje się od strony ściany nr 1, a jego optyka wystaje ze ściany nr 4 bezpośrednio styka się z podłożem. Konstrukcja urządzenia opiera się na kanele podczerwieni MicrOmega-Ir zestawu MicrOmega sondy Phobos-Grunt (wystrzelonej 8 listopada 2011 r i zdeorbitowanej 15 stycznia 2012 r). Zostało ono zaprojektowane na potrzeby planowanego przez ESA łazika marsjańskiego Pasteur programu ExoMars z zastosowaniem rozwiązań użytych w mikroskopie CIVA/MI (Comet Infrared and Visible Analyser / Microscope) lądownika Philae. Instrument pozwala na obrazowanie mikroskopowe w polu o wielkości 5 x 5 milimetrów i z rozdzielczością przestrzenną 20 μm na piksel. W każdym pikselu obrazu otrzymywany jest spektrogram w zakresie spektralnym 0.95 - 3.65 μm w 365 kanałach. W wybranym zakresie spektralnych większość cząsteczek posiada specyficzne zakresy emitowanej energii (na skutek przejść elektromagnetycznych EM i oscylacji cząsteczek). Tak więc większość spodziewanych minerałów, lodów i związków organicznych może zostać zidentyfikowana na bazie kształtu i położenia linii spektralnych.

Scorus

  • Gość
Odp: MASCOT (kompendium)
« Odpowiedź #11 dnia: Marzec 08, 2015, 19:55 »
Masa instrumentu wynosi 2 kg. W jego skład wchodzi: system detektora wraz z chłodziarką; system oświetlający; system elektroniki bliskiej, system optyczny systemu oświetlającego, system optyczny systemu detekcyjnego oraz elektronika główna. System oświetlający, detektor i układy optyczne znajdują się w strukturze mechanicznej mającej postać klatki złożonej z metalowych podłużnic na których zainstalowano panele zewnętrzne. System elektroniki bliskiej mieści się w dwóch prostopadłościennych obudowach przymocowanych do niej. Całość jest pokryta wielowarstwową izolacją termiczną. System elektroniki głównej mieści się w jednostce E-Box lądownika.

Scorus

  • Gość
Odp: MASCOT (kompendium)
« Odpowiedź #12 dnia: Marzec 08, 2015, 19:56 »
System oświetlający pozwala na dostarczenie światła o określonej długości fali na próbkę znajdującą się bezpośrednio pod optyką systemu detekcyjnego. Światło białe jest dostarczane przez lampę znajdująca się w obudowie przymocowanej do obudowy detektora. Jest ono skupiane przez soczewkę i wchodzi do monochromatora w postaci filtra akustoptycznego (Acousto-Optical Tunable Filter). Został on dostarczony przez firmę Gooch&Housego z Ilminster w Wielkiej Brytanii. Jest to element dyspersyjny pozywający na uzyskanie spektrogramu. Ma on postać dwułomnego kryształu dwutlenku telluru (TeO2) o właściwościach piezoelektrycznych, na który działają fale akustyczne. Przenikają one kryształ powodując, że zmienia się jego współczynnik refrakcji. Światło przechodzące przez kryształ ulega rozpłoszeniu, tak więc działa on podobnie jak siatka dyfrakcyjna. Wykorzystywana jest tutaj niejednorodna dyfrakcja Bragga. Przepuszczana długość fali świetlnej jest funkcją częstotliwości przyłożonej fali akustycznej. Fala akustyczna jest wytwarzana w krysztale przez syntezator częstotliwości radiowych. Został on dostarczony przez firmę Erems z Flourens we Francji. Mieści się na trzech płytach elektroniki - płycie syntezatora, miksera i wzmacniacza. Bezpośrednio na powierzchni kryształu umieszczono zestaw elektrod. Sukcesywne zmieniane częstotliwości fali akustycznej pozwala na uzyskanie szeregu różnych długości fal świetlnych oświetlających próbkę. Tak więc w ciągu kilku minut wytwarzana jest seria obrazów składających się na trójwymiarowy sześcian obejmujący informacje przestrzenne i spektralne (x, y, λ). W każdym pikselu obrazu tworzony jest więc spektrogram obejmujący tyle punktów danych ile zastosowano kroków podczas skanowania spektralnego dokonywanego za pomocą AOTF. Światło wychodzące z AOTF jest kolimowane przez soczewkę układu optycznego systemu oświetlającego. Następnie jest odbijane przez zwierciadło i skupiane przez kolejną soczewkę na szafirowym oknie wejściowym optyki systemu detekcyjnego.

Scorus

  • Gość
Odp: MASCOT (kompendium)
« Odpowiedź #13 dnia: Marzec 08, 2015, 19:57 »
 Okno wejściowej optyki systemu detekcyjnego znajduje się na końcu stożka stykającego się bezpośrednio z próbką. Jest on przymocowany do tubusa zawierającego optykę obrazującą. Składa się ona z 5 soczewek. Skupiają one światło dobite od próbki na detektorze mieszczącym się w osobnej prostopadłościennej obudowie. Detektorem jest mamcież czuła na podczerwień wykonana z HgCdTe (Mercury-Cadmium-Telluride Array - MCT). Ma wymiary 128 x 128 pikseli. Jest ona chłodzona do temperatury 110 K przez miniaturową chłodziarkę kriogeniczną Ricor znajdującą się bezpośrednio przy obudowie detektora. Pozwala to na ograniczenie prądu ciemnego i umożliwia pracę w zakresie spektralnym do ponad 3 μm. Elementy wewnątrz urządzenia zachowują się jak ciało doskonale czarne i emitują fotony cieplnego promieniowania podczerwonego. Ponieważ nie wszystkie komponenty można schłodzić, obserwowane pole musiało zostać zmniejszone. Efekt cieplny został zredukowany przez dodanie pomiędzy zestaw optyczny i detektor przegrody schłodzonej do temperatury 250 K. Detektor  został dostarczony przez firmę Sofradir z Palaiseau we Francji.

Sygnał z detektora jest obrabiany przez elektronikę bliską. Kontroluje ona również pracę detektora, lampy, generatora RF i systemu chłodzącego. Przesyła dane do elektroniki głównej.

Elektronika główna kontroluje stan instrumentu, formatuje dane i wysyła je do systemu informatycznego lądownika.

Instrument MictOMEGA został opracowany przez Instytut Fizyki Kosmicznej i Astrofizyki (Institut d'Astrophysique Spatiale - IAS) w Paryżu.

Scorus

  • Gość
Odp: MASCOT (kompendium)
« Odpowiedź #14 dnia: Marzec 08, 2015, 19:58 »
CAM
Kamera lądownika MASCOT jest szerokokątnym systemem obrazującym pracującym zarówno w trakcie lądowania jak i podczas pracy na powierzchni, zarówno trakcie dnia jak i w nocy. Jego oświetlenie diodowe pozwala na obserwacje multispektralne. Do jej podstawowych celów naukowych zaliczają się: zbadanie geologii powierzchni planetoidy; określenie lokalnej morfologii oraz struktury i tekstury regolitu, w tym rozkładu wielkości skał oraz małych ziaren; dostarczenie bezpośrednich obserwacji na potrzebny interpretacji danych z sondy macierzystej i uzyskanie bezpośredniego kontekstu dla zebranych próbek; oraz uzyskanie kontekstu dla obserwacji i pomiarów wykonywanych przez inne instrumenty lądownika. Kamera umożliwi wykonanie analiz struktury, tekstury i składu chemicznego powierzchni w skali od dziesiątków metrów do ułamka milimetra. Obrazy uzyskane podczas lądowania dostarczą przejścia pomiędzy zdjęciami uzyskanymi z sondy macierzystej oraz zdjęciami z powierzchni. Pozwolą na precyzyjne zidentyfikowanie miejsca lądowania na mapach fotograficznych planetoidy. Obrazowanie na powierzchni po lądowaniu w trakcie dnia umożliwi określenie morfologii regolitu. Zdjęcia uzyskane przy różnych kątach fazowych umożliwią ponadto wykonanie analiz fotometrycznych dostarczających informacji na temat właściwości fizycznych regolitu takich jak rozkład wielkości skał i ziaren. Obrazowanie w trackie nocy w czterech zakresach spektralnych umożliwi mapowanie niejednorodności w składzie chemicznym regolitu w otoczeniu lądownika na drodze analizy stosunku intensywności światła odbitego. Możliwe będzie rozpoznanie różnych klas minerałów, związków organicznych i lodów. Kamera uzyska dziesiątki zdjęć - kilka w trakcie lądowania i każdego skoku, 5 na powierzchni w trakcie każdego dnia oraz 4 w trakcie nocy. Co najmniej 15 zdjęć będzie przydatnych w analizach naukowych. Zdjęcia z kamery, w połączeniu z obrazami multispektralnymi z mikroskopu MicrOMEGA oraz obserwacjami spektrometrycznymi z radiometru MARA dostarczą zestawu danych pokrywającego duży zakres skal przestrzennych, stanowiący przejście pomiędzy obserwacjami wykonywanymi przez sondę macierzystą (10^3 -10^-3 m) a badaniami próbek (10^-3 -10^-6 m).

Polskie Forum Astronautyczne

Odp: MASCOT (kompendium)
« Odpowiedź #14 dnia: Marzec 08, 2015, 19:58 »