Autor Wątek: Huygens (kompendium)  (Przeczytany 23562 razy)

0 użytkowników i 1 Gość przegląda ten wątek.

Scorus

  • Gość
Odp: Huygens (kompendium)
« Odpowiedź #15 dnia: Wrzesień 27, 2010, 21:25 »
System przyspieszeniomierzy ACC pozwał na rejestrowaniem zmian przyspieszenia lądownika w czasie opadania i zarejestrowanie uderzenia w grunt. Znajdował się na platformie eksperymentów w okolicach środka ciężkości sondy w konfiguracji wejścia w atmosferę. Stanowił niewielką jednostkę. Układ ten składał się z czterech przyspieszeniomierzy - jednego opartego na serwomechanizmie i trzech przyspieszeniomierzy piezoelektrycznych. Poza tym jednostka ACC zawierała dwa czujniki temperatury i elektronikę odbierającą dane z sensorów. ACC rejestrował przyspieszenie wzdłuż trzech osi. Przyspieszeniomierz mechaniczny mógł pracować z rozdzielczością wysoką lub niską. Pomiary dokonywał wzdłuż osi X (osi wirowania próbnika). Każdy z przyspieszeniomierzy piezoelektryczny rejestrował przyspieszenie wzdłuż jednej z 3 osi. Cały układ pracował więc we wszystkich 3 osiach. ACC charakteryzował się dokładnością pomiarów 1% i rozdzielczością <1 µg.

Scorus

  • Gość
Odp: Huygens (kompendium)
« Odpowiedź #16 dnia: Wrzesień 27, 2010, 21:26 »
Dwa wysięgniki DBS zawierały sensory pakietu PWA. Początkowo wysięgniki były złożone. Automatycznie rozpostarły się po obu stronach próbnika na początku fazy opadania na spadochronie. Odpowiadał za to siłownik elektromagnetyczny (Micro Ectromagnetic Actuator - MCA) oraz układ sprężyn.

System do pomiarów przenikalności elektrycznej, fal i wysokości ponad powierzchnią PWA składał się z  próbnika impedancji wzajemnej (Mutual Impedance Probe - MI); próbnika relaksacji (Relaxation Probe - RL); sensora akustycznego (Acoustic Sensor - ACU); oraz jednostki obróbki sygnału radarowego (Radar Signal Processing). Próbnik impedancji wzajemnej MI służył do pomiarów przewodnictwa elektrycznego atmosfery oraz do poszukiwań fal pola elektrycznego i wyładowań atmosferycznych. Jego czułość wynosiła 10%, a rozdzielczość- 10^-11(Ωm)^-1. Składał się on z dwóch elektrod mających postać pierścieni umieszczonych na każdym DBS. Był to odbiornik (Mutual Impedance Receiver - MI RX) i nadajnik (Mutual Impedance Transmitter - MI TX). Były one połączone kablem z przedwzmacniaczem. MI mierzył częstotliwość zmian impedancji prądu płynącego pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem. Zmierzona częstotliwość dostarcza informacji na temat właściwości elektrycznych otoczenia. Próbnik relaksacji RL rejestrował przewodnictwo jonowe oraz pole elektryczne z czułością 10%. Sensor ten był elektrodą o kształcie dysku Elektroda taka była umieszczona na każdym wysięgniku DBS. Była ona połączona z przedwzmacniaczem za pomocą kabla. Sensor akustyczny ACU był mikrofonem rejestrującym hałasy powstające podczas możliwych burz lub wyładowań atmosferycznych. Jego czułość wynosiła 5% a rozdzielczość- 10 mPa. Jednostka obróbki sygnałów radarowych, wchodząca w skład elektroniki HASI przetwarzała echa radarowe z wysokościomierzy radarowych próbnika poniżej wysokości 60 km. Poniżej ostatnich 30 km próbnik dryfował ponad powierzchnią na skutek wiatrów i dane te pozwały na oszacowanie ukształtowania powierzchni nad którą przelatywał. Czułość wynosiła tutaj 1.5 dB, a rozdzielczość - 40 metrów na wysokości 24 km. Analiza spektralna echa radarowego dostarczała ponadto informacji na temat właściwości powierzchni takich jaj jej szorstkość, parametry mechaniczne oraz elektryczne.

Scorus

  • Gość
Odp: Huygens (kompendium)
« Odpowiedź #17 dnia: Wrzesień 27, 2010, 21:26 »
STUB był podporą zamocowaną w strukturze lądownika.  Umieszczono na nim sensory pakietu TEM, sensor akustyczny ACU pakietu PWA oraz próbnik Kiela pakietu PPI. Pozwalał na prawidłowe zorientowanie zamontowanych na nim sensorów w stosunku do strumienia gazu w czasie pomiarów.

Instrument do pomiarów profilu ciśnienia PPI składał się z próbnika Kiela na STUB oraz wskaźnika objętościowego umieszczonego wewnątrz lądownika i połączonego ze środowiskiem przewodem wlotowym. W przypadku sensora objętościowego zmiany ciśnienia zewnętrznego powodowały wgniatanie cienkiej błony krzemowej i zmiany objętości głowicy sensora. Zmiana objętości rejestrowana przez elektronikę była miarą ciśnienia. PPI pozwolił na zaobserwowanie zmian ciśnienia w trakcie opadania. Dokładność pomiarów wynosiła 1% a rozdzielczość- 0.01 hPa.

W skład sensorów temperatury TEM wchodziły dwa dwuelementowe termometry platynowe. Był to sensor główny oraz sensor rezerwowy, który mógł przejąć rolę sensora głównego w przypadku jego awarii. Rdzenie tych sensorów składały się z podwójny drutów platynowych na ramie wykonanej z platyny. W celu włączenia sensorów w skład klatki Faradarya utworzonej przez strukturę lądownika były one pokryte warstwą parylenu o grubości 25 µm i złota o grubości 0.1 µm. Dokładność pomiarów wynosiła 0.5 K, a rozdzielczość - 0.02 K.

Jednostka elektroniki DPU kontrolowała pracę instrumentu oraz przygotowywała uzyskiwane przez niego dane do transmisji.

System HASI został opracowany przy współpracy 17 instytucji z 11 krajów. Były to: Universite de Paris VII / Dept. de Recherche Spatiale (DESPA); Observatoire de Paris-Meudon (OPM) we Francji; Center of Studies and Activities for Space, University of Padova (UPD) we Włoszech; Department of Geophysics and Planetary Sciences, University of Tel Aviv w Izraelu; NASA/AMES w USA; Solar System Division (SSD), ESTEC w Holandii; Agenzia Spaziale Italiana (ASI) we Włoszech; Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement (LPCE) we Francji; Finnish Meteorological Institute (FMI) w Finlandii; Instituto de Astrofisica de Andalucia (IAA-CSIC) w Hiszpanii; Planetary and Space Sciences Research Institute, The Open University (PSSRI /OU) w Wielkiej Brytanii; Institut fuer Geophysik und Meteorologie, University of Cologne (UKK) w Niemczech; University of Oslo w Norwegii; University "La Sapienza" we Włoszech; Osservatorio Astrofisico di Catania we Włoszech; Space Research Institute w Austrii; oraz ESA Science Directorate we Francji.

Scorus

  • Gość
Odp: Huygens (kompendium)
« Odpowiedź #18 dnia: Wrzesień 27, 2010, 21:28 »
SSP
Pakiet do badań powierzchni był zestawem 9 niezależnych układów sensorów przeznaczonych do określenia właściwości fizycznych materiału powierzchniowego po lądowaniu. Podczas opadania dostarczył też wielu przydatnych informacji na temat atmosfery. Do celów naukowych instrumentu zaliczało się: scharakteryzowanie natury powierzchni w miejscu lądowania; nałożenie ograniczeń na skład materiału powierzchniowego pod względem głównych składników; określenie cieplnych, optycznych, akustycznych i elektrycznych właściwości powierzchni, w tym cieczy w przypadku lądowania w zbiorniku; określenie właściwości fal i sposobu oddziaływań z atmosferą ewentualnego zbiornika cieczy; oraz dostarczenie bezpośrednich danych ułatwiających interpretację danych z radaru orbitera i informacji z innych instrumentów lądownika.

Początkowe założenia misji Huygens nie przewidywały bezpośrednich badań powierzchni. Jednak wraz z postępem prac, pod koniec fazy A (w 1988r) stwierdzono, że próbnik może przetrwać lądowanie i zdecydowano o dodaniu do niego małego pakietu sensorów do badań powierzchni. Planowano też zastosowanie spektrometru promieniowania rentgenowskiego do bezpośrednich badań składu powierzchni. Konfiguracja SSP została wybrana w 1990r. Zrezygnowano wtedy ze spektrometru, głównie z przyczyn finansowych. Ostateczny zestaw sensorów był jednak większy niż przewidywała pierwotna koncepcja i pozwalał na określenie dużej ilości parametrów fizycznych powierzchni. W myśl istniejących wtedy modeli występowanie rozległego oceanu na Tytanie było bardzo możliwe. SSP został więc zoptymalizowany do pomiarów właściwości cieczy. Zestaw nadal pozostawał jednak przydatny w przypadku lądowania na materiale stałym. Ilość mierzonych parametrów była maksymalna przy dostępnej masie i poziomie zasilania.

W skład systemu SSP wchodziły: przyspieszeniomierz zewnętrzny (Accelerometer External - ACC-E); przyspieszeniomierz wewnętrzny (Accelerometer Internal - ACC-I); wskaźnik nachylenia (Tiliometer - TIL); sensor właściwości cieplnych (Thermal Properties Sensor - THP); sensor do pomiarów właściwości akustycznych - sensor do pomiaru szybkości dźwięku (Acoustic Properties Sensor - Velocitmeter - API-V); sensor do pomiarów właściwości akustycznych - sonar (Acoustic Properties Sensor - Sonar - API-S); sensor przenikalności elektrycznej cieczy (Permittivity Sensor - PER); sensor gęstości cieczy (Density Sensor - DEN); oraz refraktometr (Refractometer - REF). 7 sensorów (ACC-E, THP, API-V, API-S, PER, DEN i REF) wymagało kontaktu z materiałem powierzchniowym. Znajdowały się one w cylindrycznej wnęce (tzw Top-Hat) rozciągającej się od platformy instrumentów do dolnej części lądownika, otwartej do otoczenia w dnie kopuły przedniej struktury lądownika. Miała ona przekrój o wymiarach 100 x 100 mm. Przednia część instrumentu była przyłączona do kopuły przedniej za pomocą łącznika z metalu i kaptonu, zapobiegającego nadmiernemu chłodzeniu wnętrza lądownika. Izolacja piankowa dookoła struktury SSP zapobiegała przenikaniu nadmiaru ciepła z lądownika do wnętrza instrumentu. Przewietrzanie wnętrza cylindra było zapewnione przez rurkę przebiegającą od jego górnej części poprzez strukturę lądownika do jego platformy wyposażenia. Dzięki niej gaz oraz ciecz z ewentualnego zbiornika mogły kontaktować się z odpowiednimi sensorami a następnie zostać odprowadzone. Użyta konfiguracja pozwalała na uniknięcie stosowania skomplikowanych mechanizmów lub wykorzystania dużej części przedniej powierzchni lądownika. Dzięki temu SSP nie przeszkadzał anteną wysokościomierza radarowego, kolektorowi ACP i wlotowi gazu atmosferycznego GCMS. 2 sensory nie wymagające kontaktu z materiałem powierzchniowym (ACC-I oraz TIL) umieszczono w pobliżu parketu elektroniki SSP, na platformie instrumentów lądownika. Masa całego systemu wynosiła 4.2 kg, a pobór mocy - 15 W.

Podczas prac na instrumentem wszystkie sensory modelu lotnego zostały poddane kalibracji w warunkach kriogenicznych (75K) z użyciem mieszanin symulujących atmosferę Tytana (azotu, metanu, etanu i argonu) oraz możliwego oceanu na jego powierzchni (ciekłego metanu i etanu). Później w testach z sensorami zapasowymi stosowano bardziej złożone mieszaniny. Cały zestaw był bardzo plastyczny. W przypadku lądowania w cieczy przydatne były sensory ACC-I, API-S, API-V, DEN, PER, REF, THP i TIL. Przy lądowaniu na gruncie przesyconym cieczą przydatne były ACC-E, ACC-I, API-S, PER (częściowo) i TIL (częściowo). Przy lądowaniu na powierzchni stałej użytecznych danych dostarczały ACC-E, ACC-I, API-S i TIL. Dla badań atmosfery istotne były ACC-I (częściowo), API-S (częściowo), API-V, PER (częściowo), REF (częściowo), THP i TIL.

Polskie Forum Astronautyczne

Odp: Huygens (kompendium)
« Odpowiedź #18 dnia: Wrzesień 27, 2010, 21:28 »

Scorus

  • Gość
Odp: Huygens (kompendium)
« Odpowiedź #19 dnia: Wrzesień 27, 2010, 21:29 »
Przyspieszeniomierz wewnętrzny ACC-I znajdował się wewnętrzna lądownika, przy pakiecie elektroniki SSP umieszczonym na platformie instrumentów. Był przyspieszeniomierzem piezoelektrycznym. Mierzył zmiany przyspieszeń podczas opadania próbnika oraz zarejestrował jego uderzenie w powierzchnię. W przypadku uderzenia lądownika w powierzchnię stałą sensor ten pozwalał na określenie parametrów powierzchni związanych z jej ściśnięciem pod wpływem uderzenia. Sensor pozwalał też na niezależne określenie czy powierzchnia jest stała czy ciekła. Parametry opisujące wyhamowanie sondy znacznie różniłyby się pomiędzy dwoma skrajnymi przypadkami - pionowym uderzeniem w ciało stałe o doskonałej sztywności lub ukośnym uderzeniem w powierzchnię cieczy o niskiej gęstości i niskiej lepkości. Chociaż oba przypadki były bardzo mało prawdopodobne (w pierwszym doszłoby do znacznych uszkodzeń struktury lądownika) zasięg dynamiczny sensora był duży (od −100 g do +100 g). Rozdzielczość wynosiła  0.5 m/s^2.

Scorus

  • Gość
Odp: Huygens (kompendium)
« Odpowiedź #20 dnia: Wrzesień 27, 2010, 21:29 »
Przyspieszeniomierz zewnętrzny ACC-E znajdował się na iglicy wystającej z cylindra SSP. Był sensorem piezoelektrycznym. Ceramiczny element piezoelektryczny znajdował się pomiędzy przednią kopułką wykonaną z tytanu a trzonkiem iglicy. Rejestrował on siłę przykładaną do iglicy. Sensor ten pełnił rolę penetrometru. Wbił się w całości powierzchnię, aż do podstawy kopuły przedniej struktury lądownika. Dokonana w ten sposób rejestracja wyhamowania pozwoliła na określenie właściwości mechanicznych podłoża. W czasie uderzenia pomiary były wykonywane z częstotliwością 10 kHz, co dostarczało rozdzielczości pionowej 1 mm przy spodziewanej szybkości uderzenia 5 m/s. Dzięki małej masie tytanowej głowicy sensor charakteryzował się wysoką czułością. Dzięki temu dane z niego pozwalały na zaobserwowanie struktury ziarnistej materiału stałego. Można było rozróżnić drobny piasek, drobny żwir oraz gruby żwir. Chociaż pomiar taki był dokonywany tylko w jednym punkcie, jego połączenie z obrazami miejsca lądowania z DISR pozwalało na uogólnienie właściwości powierzchni.

Scorus

  • Gość
Odp: Huygens (kompendium)
« Odpowiedź #21 dnia: Wrzesień 27, 2010, 21:30 »
Wskaźnik nachylenia TIL składał się z dwóch sensorów - TIL-X i TIL-Y. Sensory te wykorzystywały zasadę elektrolityczną. Składały się z płytek platynowych i cieczy opartej na metanolu zamkniętych w szczelnym szklanym pojemniku. Pojedynczy sensor był bardzo mały. Był on czuły na kierunek do pionu wzdłuż jednej osi. Mógł rejestrować wychylenia próbnika do +/-60 stopni. Kierunki pomiarów nie były zgodne z osiami X i Y sytemu współrzędnych lądownika. Dane z obu sensorów pozwalały na określenie kąta nachylenia próbnika. Oba elementy znajdowały się na jednostce elektroniki SSP. W czasie lądowania częstotliwość pomiarów wynosiła 1 Hz. TIL był jednym z sensorów lądownika pozwalających na rekonstrukcję ruchów sondy w czasie lądowania (zmian orientacji, ruchów wahadłowych pod spadochronem i dynamiki uderzenia w powierzchnię). Innym instrumentem przeznaczonym do tego celu był HASI a ponadto eksperyment DWE. TIL był jednak jedynym sensorem dostarczającym jednoznacznej informacji na temat orientacji sondy w stosunku do lokalnego kierunku pionowego, a nie w stosunku do wektora przyspieszenia. Informacja na temat orientacji sondy była istotna dla interpretacji danych z instrumentów. Ponadto dostarczała wglądu w dynamikę atmosfery wzdłuż trajektorii lądowania. Historia zmian orientacji lądownika była też ważna dla oceny jego właściwości aerodynamicznych, które były używane podczas rekonstrukcji profilu lądowania. Po uderzeniu w powierzchnię pomiary były wykonywane 2 razy na sekundę. Była to dolna granica okresu fal na powierzchni ewentualnego zbiornika cieczy którą TIL mógł zarejestrować. W przypadku lądowania na powierzchni cieczy pozwoliłoby to na dobre scharakteryzowanie występujących na nim fal. Ponadto charakterystyka ruchów wirowych w cieczy nałożyłaby ograniczenia na głębokość i zasięg przestrzenny zbiornika.

Scorus

  • Gość
Odp: Huygens (kompendium)
« Odpowiedź #22 dnia: Wrzesień 27, 2010, 21:30 »
Sensor właściwości cieplnych THP służył do pomiarów temperatury i przewodnictwa cieplnego dolnej części atmosfery oraz ewentualnej cieczy na powierzchni. Mógł prawidłowo pracować zarówno w gazie jak i w cieczy. Znajdował się we wnętrzu Top-Hat. Składał się z dwóch kompletów sensorów, z których jeden był zapasowy. Rdzeń każdego sensora stanowił drut platynowy. W każdej parze sensorów zastosowano drut o średnicy 10 oraz 25 mikronów. Cienkie druty służyły do pomiarów stosunkowo niskiego przewodnictwa cieplnego atmosfery, a druty grube - do pomiarów przewodnictwa powierzchni. Każdy z drutów miał długości 5 cm. Pojedyncze druty były umieszczone w cylindrycznych osłonach. Technika pomiaru przewodnictwa cieplnego polegała na przepuszczaniu przez druty prądu o stałej wartości w danym przedziale czasu, co podgrzewało je oraz ośrodek. Tempo przenikania ciepła do ośrodka było uzależnione od jego parametrów cieplnych. Co 0.1 sekundy wykonywane były pomiary oporu. Takie pomiary w funkcji czasu przed i po impulsie podgrzewającym ośrodek pozwalały na zmierzenie tempa jego ogrzewania i wykrycie początku konwekcji. Sensor pozwalał na pomiary przenikalności cieplnej w zakresie 0 - 400 mW m^-1 K^-1. Podczas opadania pomiary miały rozdzielczość czasową około 1 minuty. Sensor dostarczył więc stosunkowo precyzyjnego profilu zmian parametrów cieplnych atmosfery. Pozwalał też na pomiar temperatury w zakresie 65 - 100 K. Dane te uzupełniły pomiary wykonywane przez system HASI.

Scorus

  • Gość
Odp: Huygens (kompendium)
« Odpowiedź #23 dnia: Wrzesień 27, 2010, 21:31 »
Sensor do pomiaru szybkości dźwięku API-V składał się z dwóch elementów piezoelektrycznych. Oba elementy znajdowały się po przeciwnych stronach Top-Hat i były zwrócone ku sobie. Jeden z elementów był nadajnikiem fali dźwiękowej, a drugi odbiornikiem. Mierzony był czas propagacji fali dźwiękowej pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem. Używany był krótki sygnał akustyczny o częstotliwości 1 MHz. Przedział czasu pomiędzy transmisją a odbiorem był mierzony z precyzją 250 ns. Odległość 0.125 m pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem dawała rozdzielczość pomiaru szybkości dźwięku 8 cm/s podczas pracy na powierzchni. Szybkości mogły być mierzone w zakresie 150 - 2000 m/s. Podczas opadania sensor wykonywał 1 pomiar na sekundę, dostarczając szczegółowego profilu zmian szybkości dźwięku wzdłuż trajektorii opadania. Szybkość dźwięku w połączeniu z pomiarami temperatury pozwalała na oszacowanie masy cząsteczkowej gazu przy założeniu że atmosfera jest gazem doskonałym. Był to pomiar kontrolny dla znacznie dokładniejszych, ale wykonywanych z mniejszą częstotliwością pomiarów instrumentu GCMS. Podczas minięcia tropopauzy i dalszego opadania API-V mógł wykrywać zmiany szybkości dźwięku powodowane przez obecność populacji stałych lub ciekłych aerozoli. W przypadku lądowania w cieczy API-V mógł pozwolić na określenie stosunku metan/etan z dokładnością 1.6%.

Scorus

  • Gość
Odp: Huygens (kompendium)
« Odpowiedź #24 dnia: Wrzesień 27, 2010, 21:32 »
Sonar API-S był sensorem piezoelektrycznym, składającym się z jednego elementu, używanego zarówno w charakterze nadajnika jak i odbiornika. Znajdował się w obrębie Top-Hat i był zwróconym ku dołowi. Nadawał falę dźwiękową i odbierał ją po odbiciu. Odbierał echo dźwiękowe przy długości około 13 mm. Częstotliwość próbkowania dla każdego echa wynosiła 1 kHz. Sensor ten rejestrował echo z powierzchni w trakcie lądowania. Był również w stanie zarejestrować echo z dna ewentualnego zbiornika cieczy. Wraz z danymi z API-V teoretycznie możliwe było zmierzenie głębokość zbiornika do 500 - 1000 m. W przypadku lądowania w cieczy sensor ten mógł więc dostarczyć dolnego ograniczenia na głębokość zbiornika. Spekulowano ponadto, że mógł wykryć zmiany w profilu echa wynikające z obecności w cieczy takich obiektów jak pęcherzyki gazów czy osady. Po zanurzeniu w cieczy wydajność sensora była wyższa niż w atmosferze z powodu wyższej gęstości cieczy. Sensor sondował też atmosferę. Nie mógł wykrywać typowych cząstek aerozoli złożonych z kondensujących związków organicznych z powodu ich zbyt małych rozmiarów, ale mógł wykrywać lokalnie występujące większe drobiny, takie jak krople deszczu. W końcowym etapie lądowania API-S pozwalał ponadto na określenie topografii miejsca lądowania z precyzją pionową około  0.1 m. Analiza echa uzyskiwanego w czasie ostatnich kilkuset metrów opadania pozwalała ponadto na oszacowanie morfologii powierzchni z rozdzielczością około 10 m.

Scorus

  • Gość
Odp: Huygens (kompendium)
« Odpowiedź #25 dnia: Wrzesień 27, 2010, 21:32 »
Sensor przenikalności elektrycznej cieczy PER składał się z prostych elektrod umieszczonych wewnątrz przestrzeni Top-Hat. Jako elektrody zastosowano 22 równoległe do siebie płytki ułożone w stóg. tworzyły one kondensator, a jego pojemność elektryczna zmieniała się w zalewności od przenikalności elektrycznej ośrodka w którym elektrody były zanurzone. Sensor ten wykonywał też pomiary przewodności elektrycznej. Umożliwiało to pulsacyjne przykładanie napięcia do niego. Mógł w ten sposób dostarczyć detekcji cząsteczek polarnych w ewentualnym zbiorniku i umożliwić nałożenie ograniczeń na populację rozpuszczalnych jonów w otoczeniu. W obrębie PER znajdował się też termometr mający postać diody krzemowej. Wykonywał on pomiary temperatury z precyzją lepszą od 0.5K. System PER nie mógł rejestrować przewodności i przenikalności elektrycznej atmosfery. Teoretycznie jednak w tropopauzie (na wysokości 40 km) na sensorze mógł chwilowo skraplać się azot i metan. Skroplina mogła połączyć dwie elektrody i jej przewodność mogła zostać zarejestrowana.

Scorus

  • Gość
Odp: Huygens (kompendium)
« Odpowiedź #26 dnia: Wrzesień 27, 2010, 21:34 »
Sensor gęstości cieczy DEN został przygotowany głównie z myślą o zmierzeniu gęstości ewentualnego oceanu na Tytanie. Był sensorem pływalności Archimedesa. Mierzone miało być przesunięcie pływaka umieszczonego ma mostku w obrębie Top-Hat. Mostek złożony był z dwóch belek epoksydowych. Pomiar przesunięcia pływaka miał polegać na detekcji zmiany naprężenia belek za pomocą czterech tensometrów. Pomiary pozwalały na oszacowanie gęstości cieczy w przedziale 400 - 700 kg/m^3. DEN był sensorem uzupełniającym SSP. Charakteryzował się bardzo małą objętością, masą i poborem energii. Pomimo mniejszych osiągów niż oryginalnie planowano mógł on zarejestrować szereg zjawisk. Mógł np obserwować wpływanie i wypływanie cieczy z Top-Hat. Rejestracja ruchów cieczy nałożyłaby ograniczenia na jej lepkość, parametr który nie był bezpośrednio mierzony przez żaden z sensorów.

Scorus

  • Gość
Odp: Huygens (kompendium)
« Odpowiedź #27 dnia: Wrzesień 27, 2010, 21:35 »
Refraktometr REF służył do pomiary współczynnika załamania cieczy. Układ pomiarowy był odpowiednio ukształtowanym (cylindrycznym) pryzmatem z dwoma diodami LED. Diody dostarczały oświetlenia 635 nm zakrzywionej powierzchni pryzmatu od wewnątrz oraz z zewnątrz. Światło było doprowadzane na pryzmat za pomocą światłowodów. Następnie światło przechodzące przez górną powierzchnię pryzmatu było odbierane przez detektor w postaci liniowego zestawu 512 fotodiod. Detektor ten był przymocowany do jednej ze ścian pryzmatu. Gdy REF był zanurzony w ośrodku o danym współczynniku załamania światło dostające się do granicy pomiędzy cieczą a pryzmatem doświadczało efektu kąta granicznego i ulegało refrakcji lub całkowitemu wewnętrznemu odbiciu. Zarówno dla oświetlenia wewnętrznego jak i zewnętrznego tylko część wiązki świetlnej ulegała refrakcji lub odbiciu na detektor. Współczynnik załamania ośrodka był obliczany na podstawie pozycji przejścia pomiędzy oświetloną i ciemną częścią detektora. Porównanie profilu  oświetlenia przyjmowanego przez detektor z diody zewnętrznej i wewnętrznej pozwalało na ocenę nieprzezroczystości ośrodka. Wszystkie komponenty REF znajdowały się w obrębie Top-Hat. Sensor pozwalał na pomiary współczynnika załamania w zakresie 1.250 - 1.450 z jednostką  0.001. Podczas opadania sensor nie dostarczał istotniejszych danych, podobnie jak PER i DEN. Teoretycznie możliwe było jednak zarejestrowanie kondensatów formujących się na sensorze w tropopauzie. Zewnętrza powierzchnia pryzmatu mogła pokryć się kondensującymi substancjami stałymi lub ciekłymi, a REF mógł określić grubość i współczynnik załamania tej warstwy.

Pakiet SSP został opracowany przez Space Sciences Department na University of Kent oraz Rutherford Appleton Laboratory Space Science Department. Sensor THP powstał w Centrum Badań Kosmicznych w Warszawie.

Scorus

  • Gość
Odp: Huygens (kompendium)
« Odpowiedź #28 dnia: Wrzesień 27, 2010, 21:36 »
DWE
Eksperyment dopplerowskich pomiarów wiatrów (Doppler Wind Experiment - DWE) był doświadczeniem radiowym. Miał polegać na precyzyjnym śledzeniu przesunięć dopplerowskich w sygnale lądownika w trakcie opadania na spadochronie. Jego podstawowym celem było określenie profilu zmian szybkości wiatrów w atmosferze na wysokościach od 160 km do powierzchni z dokładnością około 1 m/s. Pozwała na wyznaczenie zarówno kierunków jak i szybkości wiatrów. Do dodatkowych celów zaliczało się: wykonanie pomiarów fluktuacji przesunięć dopplerowskich w celu określenia poziomu i indeksu spektralnego turbulencji i możliwych struktur falowych w atmosferze Tytana; oraz zmierzenie zmian poziomu sygnału w trakcie lądowania w celu odtworzenia dynamiki lądowania (np tempa rotacji próbnika pod spadochronem, wahadłowych ruchów pod spadochronem i pozycji po lądowania). Eksperyment zakończył się niepowodzeniem z powodu utraty jednego z kanałów telemetrycznych w trakcie lądowania. Jego cele jednak udało się osiągnąć z dokładnością pozwalającą na wykonanie zaplanowanych badań dzięki śledzeniu sygnału lądownika za pomocą radioteleskopów.

W eksperymencie DWE wykorzystany miał być sygnał radiowy próbnika. Jedynymi urządzeniami przygotowanymi specjalnie na potrzeby eksperymentu były dwa oscylatory ultrastabilne (Ultra Stable Oscillator - USO) - jeden na lądowniku i jeden na orbiterze. Na próbniku znajdował się oscylator ultrastabilny nadajnika (Transmitter Ultra Stable Oscillator - TUSO), a na orbiterze - oscylator ultrastabilny odbiornika (Receiver Ultra Stable Oscillator - RUSO). Oscylatory charakteryzowały się masą 1898 g (wraz z osłonami przed promieniowaniem o masie 150 g). Miały wymiary 170 x 117 x 119 mm. Wytwarzały sygnał wyjściowy o częstotliwości 10  +/- 0.1 Hz. Pobór mocy wynosił 15W.

Oscylatory USO emitowały sygnał odniesienia pozwalający na prawidłowe pomiary przesunięć dopplerowskich w sygnale z próbnika. Sygnał TUSO miał być transmitowany w jednym z dwóch kanałów telemetrycznych. Kanał ten jednak uległ awarii.

USO były oscylatorami rubidowymi. W przypadku TUSO duże przeciążenie podczas wejścia w atmosferę Tytana (16.1 g) powodowało, że normalny oscylator kwarcowy mógł nie dostarczać stabilnego sygnału. Ponadto dalsze niestabilności mogła spowodować gwałtowana zmiana ciśnienia z 0 do 1.5 bara w czasie lądowania.

USO składał się z pakietu fizycznego generującego sygnał oraz z kilku kart drukowanych zawierających elektronikę. Komponenty te były umieszczone w obudowie aluminiowej zbudowanej jako klatka Faradaya, co zapobiegało uszkodzeniom powodowanym przez ładunki elektryczne. Zewnętrza powierzchnia była pokryta niklem i materiałem Chemglaze Z 306. Zarówno elektronika jak i pakiet fizyczny były otoczone metalowymi osłonami niwelującymi wahania pola magnetycznego, które mogły spowodować przesunięcie częstotliwości. Elementy wrażliwe na promieniowanie były przed nim zabezpieczone. Mogły opracować przy promieniowaniu do 10 krad. Dla TUSO maksymalne promieniowanie wyniosło około 5 krad, ale dla RUSO około 18 krad. Dlatego też jego krytyczne komponenty były dodatkowo chronione czapeczkami z tantalu o grubości około 1 mm. Zabezpieczenia przed promieniowaniem stanowiły około 10% masy obu USO.

TUSO znajdował się na platformie instrumentów lądownika. Był do niej przyłączony przez cztery metalowe bolce. Pomiędzy obudową a platformą była szczelina wypełniona powietrzem, co zapobiegało nadmiernej utracie ciepła z wnętrza oscylatora. Dzięki temu ogrzewanie zużywało mniej energii.

Scorus

  • Gość
Odp: Huygens (kompendium)
« Odpowiedź #29 dnia: Wrzesień 27, 2010, 21:37 »
PRZEBIEG MISJI
Huygens wystartował połączony z sondą Cassini dnia 15.10.1997r, godz. 08:43:00 UTC za pomocą rakiety Titan 4/Centaur. Miejscem startu był przylądek Canaveral.

W czasie lotu międzyplanetarnego większość systemów Hyugensa była wyłączona. Testy sprawności były wykonywane co 6 miesięcy.

Podczas lotu inżynierowie w Darmstadt zauważyli, że testy łączności pomiędzy lądownikiem a orbiterem przed starem nie zostały przeprowadzone w należycie realistycznych warunkach. Przeprowadzone zostały dodatkowe testy, w których Cassini odbierał sygnał z Ziemi symulujący sygnał z lądownika z różnymi przesunięciami dopplerowskimi. Okazało się wtedy, że orbiter nie jest w stanie odebrać danych z lądownika. Przesunięcie dopplerowskie w sygnale lądownika w czasie lądowania było uwzględnione w zakresie częstotliwości odbiorach orbitera, ale odpowiednie poprawki nie zostały dokonane w oprogramowaniu. Zmiany w oprogramowaniu nie mogły zostać przeprowadzone w trakcie lotu, więc konieczna była zmiana trajektorii lotu lądownika do Tytana. Odłączenie lądownika było pierwotnie planowane na listopad 2004r. Nowy plan zakładał odłączenie w grudniu 2004r. Dzięki temu ścieżka sygnału radiowego w czasie lądowania przebiegała prostopadle do kierunku ruchu lądownika względem orbitera, co znacznie zmniejszało przesunięcie dopplerowskie. Wprowadzono też pewne zmiany w oprogramowaniu instrumentów lądownika, co zmniejszyło szanse na utratę danych.

Huygens został odłączony od orbitera 25 grudnia 2004r o godzinie 02:00 UTC. Lądowanie odbyło się 14 stycznia 2005r. Tego dnia o godzinie 5.41:19 UTC zegar sondy uruchomił jej elektronikę. Orbiter uruchomił odbiornik o godzinie 06:50 UTC, a następnie o godzinie 07:02 UTC rozpoczął nakierowywanie anteny HGA na Tytana. O godzinie 07:14 UTC proces ten został zakończony, a 3 minuty później zakończona została transmisja na Ziemię w paśmie X. Huygens uruchomił swój nadajnik w trybie małej mocy o godzinie 08:44 UTC. O godzinie 09:05:56 UTC pojazd dotarł do wysokości 1 270 kilometrów nad powierzchnią, gdzie miało miejsce wejście w atmosferę. W ciągu 3 minut od wejścia w atmosferę szybkość sondy spadła z 22 000 do 1400 km/h. Maksymalna zmiana przyspieszenia nastąpiła o 09:09 UTC. O 09:01 UTC otwarty został spadochron pilotujący. Sygnałem do jego otwarcia było zmniejszenie szybkości do 400 km/s, na wysokości około 180 kilometrów ponad powierzchnią. Jedynym celem tego spadochronu było oderwanie górnej pokrywy chroniącej sondę podczas wejścia w atmosferę. 2.5 sekundy po jego otworzeniu pokrywa została oderwana. Wtedy, o 09:10:24 UTC otworzył się główny spadochron. O godzinie 09:11 UTC Hyugens rozpoczął transmisję do orbitera Cassini, nadajnik pracował w trybie dużej mocy. W tym samym czasie lądownik odrzucił osłonę termiczną. Nastąpiło to na wysokości około 160 kilometrów. Od tego czasu instrumenty naukowe rozpoczęły pomiary. 42 sekundy po otworzeniu spadochronu zostały otwarte porty wejściowe chromatografu gazowego GCMS i kolektora aerozoli ACP, oraz rozłożone dwa wysięgniki instrumentu do badań struktury atmosfery HASI. Instrument DISR rozpoczął także wykonywanie pierwszych zdjęć. Zestaw sensorów do badan powierzchni SSP został także włączony w celu wykonania badań właściwości atmosfery. O godzinie 09:25:21 UTC główny spadochron został odrzucony, i rozłożył się mały spadochron stabilizujący. Zdarzyło się to na wysokości 125 kilometrów. Na tym poziomie główny spadochron zwolnił próbnik na tyle, że baterie nie wystarczyłyby na lot do powierzchni. Mały spadochron pozwolił na schodzenie z większą szybkością, pozwalającą na zebranie maksymalnej ilości danych. Wysokościomierze radarowe zostały uruchomione o 09:42 UTC, na wysokości około 60 km. Przedtem wszystkie operacje były oparte na działaniu zegarów. Sonda rozpoczęła także monitorowanie tempa wirowania i wysokości, oraz rozpoczęła wysyłanie tych informacji do instrumentów naukowych. Dane te były istotne dla części pomiarów. O 09:50 UTC spektrometr masowy i chromatograf gazowy GCMS rozpoczął pomiary składu atmosfery. Był to ostatni instrument, który został w pełni aktywowany. Sonda dalej opadała przez około 137 minut. W tym czasie obracała się w tempie 1 - 20 obrotów na minutę, dzięki czemu kamery wchodzące w skład DISR mogły wykonać pełną panoramę. Orbiter zbliżył się do Tytana na najmniejszą w czasie lądowania odległość 59 996 km o godzinie 11:12 UTC. Leciał z szybkością 5401 m/s. Kąt fazowy wynosił 93 stopnie, co odpowiadało widoczności orbitera ze strefy lądowania na wysokości 33 stopni ponad horyzontem w azymucie 278 stopni. O godzinie 11:23 UTC uruchomiono lampę DISR. W ten sposób na powierzchnię Tytana zostało dostarczone oświetlenie, umożliwiające uzyskanie jej spektrogramów. O godzinie 11:38:11 UTC pojazd osiadł na powierzchni. Miejsce lądowania znajdowało się w okolicach punktu o współrzędnych 10.2936S, 163.1775°E, blisko skraju jasnego w podczerwieni rejonu Xandau. Wszystkie instrumenty przetrwały uderzenie w grunt i nadal wykonywały pomiary. Kamery DISR w dalszym ciągu wykonywały zdjęcia. O godzinie 13:37 UTC sonda Cassini zakończyła zbieranie danych, ponieważ miejsce lądowania znalazło się pod horyzontem Tytana. Misja została więc zakończona. O 15:55 UTC sygnał utracono także w obserwatorium radioastronomicznym w Parkes. Tymczasem orbiter wykonał obrót pozwalający na ponownie zwrócenie anteny HGA na Ziemię i o godzinie 14:10 UTC rozpoczął transmisję danych. Sygnał podróżował na Ziemię przez 67 minut. Przesyłanie pierwszej kopii danych zakończyło się o godzinie 16:50 UTC, a drugiej - o 21:00 UTC.

Lądowanie Hyugensa trwało 2 godziny, 37 minut, i 57 sekund. Próbnik kontynuował transmisję z powierzchni przez 1 godzinę i 12 minut. Jego misja trwała 3 godziny i 44 minuty. Pojazd dostarczył ponad 474 megabitów danych.

W czasie lądowania orbiter nie odebrał danych z kanału telemetrycznego A lądownika. Było to spowodowane pomyłką w oprogramowaniu komunikacyjnym. Oprogramowanie nie uruchomiło jednego z odbiorników. Błąd ten powstał w ESA. Brakująca komenda zawierała się w oprogramowaniu orbitera, ale była częścią pakietu opracowanego przez ESA dla misji Huygens.

Podczas misji instrument DISR wykonał 367 trójek zdjęć podczas lądowania. Była to połowa z planowanej ilości, ponieważ stracono jeden z kanałów telemetrycznych. DISR obok DWE był jedynym instrumentem którego dane były dzielone na dwa kanały. Powierzchnia była wyraźnie widoczna dopiero poniżej 25 km. Zdjęcia pokazały ciemne, nisko położone obszary oraz jasne tereny wzniesione, pokryte korytami, wygalającymi na systemy rzeczne. Pojazd wylądował na ciemnym obszarze, będącym nagromadzeniem osadów. Zdjęcia z powierzchni pokazały otoczone kamienie zbudowane z lodu, których kształt wskazywał na erozję przy udziale cieczy. Powierzchnia okazała się ciemniejsza niż szacowano.

Instrument GCMS z powodzeniem wykonał szczegółowe badania składu atmosfery. W stratosferze znajdowała się jednolita mieszanina metanu i azotu. Po 90 minutach schodzenia stosunek metanu do azotu zaczął się zmieniać, co wskazywało na obecność chmur.

Dane zebrane przez instrument HASI pozwoliły na opracowanie pełnego profilu właściwości fizycznych atmosfery. Temperatura zmierzona na powierzchni wynosiła 93.8 K. Mikrofon z powodzeniem zarejestrował dźwięki podczas opadania.

Zestaw do badań powierzchni SSP zarejestrował 3 godziny i 37 minut danych,  w tym 1 godzinę i 10 minut na powierzchni. Żadne dane z jego 9 systemów pomiarowych nie zostały utracone. Zmniejszenie szybkości sondy podczas uderzenia w powierzchnię wyniosło 15 G w czasie 40 milisekund. Pomiary wykonane przez przyspieszeniomierz pełniący funkcję penetrometru wskazały na obecność cienkiej zmrożonej skorupy na powierzchni gleby. Dalsza część gleby miała jednorodną konsystencję przypominającą glinę. Pomiary sonarowe zostały wykonane z wysokości 12 metrów nad powierzchnią. Szybkość uderzenia w powierzchnię wyniosła 4.5 metra na sekundę. Pomiary zmiany przyspieszenia wskazały, że sonda wbiła się w grunt na głębokość 10 - 15 centymetrów.

Podczas misji nie udało się wykonać eksperymentu radiowego DWE, z powodu utraty kanału A. Jednak jego cele, czyli pomiary wiatrów w pełni wykonano z użyciem danych  z radioteleskopów. Z zastosowaniem techniki VLBI lądowanie Hyugensa obserwowało 18 obserwatoriów radiowych na całym świecie. Największymi użytymi antenami były Green Bank Telescope (GBT) w USA oraz Parkes Radio Telescope w Australii. W celu odebrania bardzo słabego sygnału lądownika zastosowano specjalnie przygotowane na tą okazję oprzyrządowanie. Pomiary te pozwoliły na wyznaczenie pozycji Hyugensa z dokładnością 1 kilometra, i jego szybkości z dokładnością do kilku metrów na sekundę. Była to dokładność mniejsza niż w przypadku DWE, ale nadal wystarczająca do wykonania zaplanowanych badań.

Polskie Forum Astronautyczne

Odp: Huygens (kompendium)
« Odpowiedź #29 dnia: Wrzesień 27, 2010, 21:37 »