Astronautyka > Encyklopedia Forum

Fobos-Grunt (kompendium)

<< < (8/19) > >>

Scorus:
Bloki sensorów są umieszczone w talerzowatych zakończeniach trzech podpór lądownika. Ich dolne części mają wymiary 41 x 43 mm. Główną częścią każdego bloku jest jednostka grzewcza oraz element podgrzewający regolit. Są one umieszczone równolegle do siebie pomiędzy membranami z poliamidu  i połączone drutem przewodzącym ciepło. Ten ostatni składa się ze 120 osobnych przewodów miedzianych poskręcanych ze sobą.

Na drucie umieszczono termometry Hereaus C420. Są to sensory metalowo - ceramiczne rejestrujące zmiany w przewodności platyny. Temperaturze 0°C odpowiada opór 1 kOm. Mają wymiary 1.0 x 1.9 x 3.9 mm. Mierzą temperatury w zakresie od 160 do 380 K z rozdzielczością 0.1 K. Rozdzielczość jest uzależniona od dostępnej telemetrii. Są rozmieszczone w odległościach 15, 115 i 195 +/- 0.2 mm od miejsca przymocowania druta w obrębie jednostki grzewczej. Są zamocowane za pomocą tub termoizolujących oraz kompozytu uretanowego. Sensor uzupełnia pojedynczy kabel PEShO o średnicy 0.1 mm.

Zasadniczą częścią jednostki grzewczej jest dwustronny film poliamidowy pokryty folią, o grubości 15 μm. Jest przymocowany do pierścienia podpierającego. Łączy on grzałkę w postaci opornika (20 kOm +/- 5%) z drutem przewodzącym ciepło. Kable opornika mają postać spiral o średnicy 0.3 mm i długości 3 mm. Są złożone z drutów z emaliowanego manganitu o grubości 0.08 mm. W miejscach połączenia kabla przewodzącego ciepło i kabli opornika małe powierzchnie o szerokości 10 mm są pokryte miedzianą folią o grubości 6 μm. Kable są do nich przylutowane. Cała jednostka jest pokryta izolacją  w postaci filmu poliamidowego o grubości 8 μm.

Element podgrzewający regolit jest membraną poliamidową o grubości 25 μm rozpiętym na pierścieniu podbierającym. Może się ona dostosować do regolitu pod wpływem nacisku 1 kg/cm^2. Centralna część filmu (o średnicy 20 mm, otoczona 5 mm szczeliną) jest obszarem kontaktującym się z regolitem. Od strony kabla przewodzącego ciepło jest pokryta folią miedzianą o grubości 6 μm. Od strony regolitu jest pokryta węglem amorficznym do zwiększa efektywność wypromieniowywania ciepła (czynnik emisyjności wynosi 0.9 w zakresie 0.5 - 20 μm).

Parametry instrumentu są uzależnione od wybranej izolacji cieplnej całego boku sensorów. Zastosowano tutaj materiał SVTI-V pozwalający na pracę w temperaturze do 150°C. Składa się on z filmu aluminiowego o gęstości 7.5 g/m^2 i otoczki szklanej o gęstości 7 g/m^2. W celu zmniejszenia strat ciepła dyski izolacji cieplnej w dolej części bloku sensorów oraz taśmy izolacji (szerokości 4 - 8 mm) na kablu przewodzącym ciepło były kładzione warstwa po warstwie tak, aby nie pokrywały się wzajemnie na złączeniach. Kabel przewodzący ciepło jest zwinięty i umieszczony w obudowie.

Jednostka elektroniki instrumentu jest umieszczona wewnątrz lądownika i jest utrzymywana w kontrolowanej temperaturze. Ma wymiary 100 x 80 x 60 mm i masę 0.30 kg. Pozwala na obróbkę danych z sensorów oraz przygotowywanie danych do transmisji. Jest połączona z blokami sensorów za pomocą kabli o długości 1.5 - 3 m. Cykl pracy instrumentu jest zaprogramowany na stałe. Jest włączany poprzez zewnętrzną jednostkę podbierającą komendy. Pomiar składa się z 10 sesji i trwa 3000 sekund. Częstotliwość próbkowania wynosi 1 Hz. Dostępnych jest 10 kanałów danych. Sygnały z poszczególnych sensorów są ucyfrawiane i przesyłane do systemu informatycznego obsługującego instrumenty lądownika.

Instrument powstał przy współpracy Keldysh Institute of Applied Mathematics, Vernaski Institute of Geochemistry (GEOHI) i NPO Lavochkin. W pracach brało tez udział polskie Centrum Badań Kosmicznych.

Scorus:
METEOR
Detektor mikrometeroidiów służy do pomiarów właściwości populacji cząstek pyłu w trakcie misji. Do jego celów naukowych zaliczają się: określenie gęstości populacji cząstek w trakcie lotu do Marsa oraz na orbicie okołomarsjańskiej; wykrycie prawdopodobniej otoczki pyłowej wokół Marsa i dostarczenie pomiarów umożliwiających poznanie jej struktury; oraz wykonanie pomiarów właściwości fizjodynamicznych cząstek (szybkości i masy) na orbicie Marsa. Instrument pozwoli więc na detekcję zagęszczeń w populacji mikrometeorytów w przestrzeni kosmicznej. Ponadto pozwoli na wykrycie otoczki wokół Marsa. Do tej pory otoczki takie zostały wykryte wokół Ziemi i Księżyca.

Instrument METEOR znajduje się na panelu bocznym lądownika Phobos-Grunt, koło kolektora próbek dla kapsuły oraz instrumentu GRAS. Masa urządzenia wynosi 3 kg, a pobór mocy - 4.5 W. Produkcja danych to 4 kb na sesję pomiarową. Konstrukcja instrumentu jest oparty na jonizacyjnym detektorze pyłu zastosowanym na satelicie HEOS-2 w 1976r. Do tej pory w głębokiej przestrzeni kosmicznej nie stosowano detektorów tego typu. Za pomocą instrumentu można wyznaczyć bezpośrednio szybkość i masę cząstki na podstawie rejestracji plazmy powstającej podczas uderzenia cząstki w detektor.

Zasada działania instrumentu wykorzystuje powstawanie plazmy na barierze (celu) w którą uderza cząstka pyłu o dłuższej szybkości. Plazma powstaje na skutek odparowania cząstki oraz części materiału celu. Przechodzi następnie do przestrzeni pomiędzy celem a kolektorem jonów. Następuje tutaj jej rozdzielenie elektrostatyczne na skutek różnicy potencjałów pomiędzy celem a kolektorem jonów. Jony przechodzą do kolektora jonów, a elektrony do celu który w tym czasie stanowi kolektor elektronów. Jony i elektrony wywołują zmiany potencjału w obrębie odpowiednich kolektorów. Powstałe sygnały odpowiadające parametrom plazmy są wzmacniane, rejestrowane i przesyłany do analizatora amplituda - czas w obrębie elektroniki instrumentu. Są tam następnie przetwarzane.

Całkowity ładunek jonów lub elektronów (Q) powstałych na skutek uderzenia cząstki jest proporcjonalny do masy i szybkości cząstki. Czas nadejścia pierwszego impulsu ładunku (t) jest proporcjonalny do szybkości cząstki. Parametry cząstki - masa (m), szybkość (V) i parametry plazmy (Q, t) są powiązane zależnościami Q = kmV^3.2; t=V^α , gdzie k i α są współczynnikami zależnymi od geometrii i konstrukcji detektora. Zostały wyznaczone na podstawie doświadczeń modelowanych w trakcie projektowania i kalibracji instrumentu.

Masy cząstek są wyznaczane na bazie całkowitego ładunku jonów i elektronów. Dlatego tez zakres rejestrowanych mas zależy od szybkości cząstek. Instrument może rejestrować cząstki o szybkościach 3 - 35 km/s. Odpowiada to zakresowi rejestrowanych mas 10^-14 - 10^-5 g. Dokładność pomiarów masy to około 30%. Dokładność pomiarów szybkości wynosi 10% w zakresie 3 - 10 km/s oraz 30% w zakresie 11 - 35 km/s.

Instrument powstał przy współpracy Vernaski Institute of Geochemistry (GEOHI) i NPO Lavochkin w Rosji.

Scorus:
PRIDE-Phobos
Eksperyment radiowy pomiarów interferometrycznych i dopplerowskich ma na celu wykonanie serii interdyscyplinarnych badań związanych z precyzyjnymi pomiarami pozycji i szybkości sondy. Do jego celów naukowych zaliczają się: precyzyjne ustalenie parametrów ruchu Phobosa w układzie Phobos - Mars, w tym ustalenie długości trwania okresu stabilności orbity księżyca; zbadanie rozkładu masy we wnętrzu Phobosa; oraz wykonanie pomiarów na potrzeby badań fizyki grawitacji (potwierdzenie stałości albo wykrycie zmian w wartości stałej grawitacji).

Eksperyment PRIDE-Phobos zostanie wykonany z użyciem komponentów systemu komunikacyjnego sondy - nadajnika pasma X (8.4 GHz) i anteny średniego zysku. Jedynym komponentem specjalnym jest oscylator ultrastabilny (Ultra-Stable Oscillator - USO) dostarczający częstotliwości odniesienia. Ma on masę 0.35 kg. Znajduje się na panelu bocznym lądownika, blisko instrumentu METEOR oraz kolektora próbek dla kapsuły. Dostarcza sygnału o stabilności na poziomie 10^-12. Został opracowany przez IKI. Segment naziemny obejmuje sieć stacji śledzących, radioteleskopy VLBI oraz centra obróbki danych. Zebrane dane będą analizowane wraz z informacjami z grawimetru i sejsmometru GRAS oraz sejsmometru SEISMO . Eksperyment jest oparty na śledzeniu radiowym lądownika Huygens podczas lądowania na Tytanie.

W trakcie eksperymentu wykonywane będą 3 typy pomiarów: pomiary odległości w kierunku radialnym za pomocą technik nawigacyjnych ze stacjami naziemnymi; pomiary szybkości w kierunku radialnym z użyciem standardowego wyposażenia komunikacyjnego w obu kierunkach (sonda - Ziemia i Ziemia - sonda) oraz w jednym kierunku (sonda - Ziemia z użyciem USO); oraz pomiary pozycji kątowej sondy względem radioźródeł odniesienia na sferze niebieskiej.

Pomiary rozkładu masy we wnętrzu Phobosa zostaną wykonane na orbicie kwazisynchronicznej. Pomiary dynamiki układu Phobos - Mars odbędą się po lądowaniu. Ich dokładność będzie zależała od pozycji sondy na powierzchni księżyca i od czasu trwania misji na powierzchni. Symulacje wykazały, że wiarygodne informacje można uzyskać po co najmniej roku pracy na powierzchni.

Scorus:
Radio Occultation Experiment
Eksperyment zakrycia radiowego jest wspólnym doświadczeniem, w którym zostanie wykorzystana sonda Phobos-Grunt (w czasie pobytu na orbicie Marsa i na powierzchni Phobosa) oraz chiński orbiter Yinghuo-1. Celem eksperymentu jest wykonanie pomiarów gęstości elektronów w jonosferze Marsa. Umożliwi on uzyskanie profili gęstości elektronów na wysokościach 50 - 300 km ponad powierzchnią.

W eksperymencie wykorzystany zostanie nadajnik na sondzie Phobos-Grunt oraz odbiornik na sondzie Yinghuo-1. Częstotliwości odniesienia dostarczy ponadto oscylator ultrastabilny (Ultra-Stable Oscillator - USO), ten sam co w przypadku eksperymentu PRIDE-Phobos.

Orbity obu sond będą przebiegać w tej samej płaszczyźnie, zbliżonej do płaszczyzny równika Marsa. Okresowo Phobos-Grunt będzie chował się za tarczą Marsa, ale przedtem będzie widoczny z Yinghuo-1. To samo będzie zachodzić po lądowaniu na Phobosie. W trakcie wykonywania eksperymentu nadajnik znajdujący się na Phobos-Grunt będzie transmitował sygnał do Yinghuo-1 przy częstotliwościach 400 MHz i 800 MHz w polaryzacji liniowej. Moc sygnału będzie wynosić 6W. Sygnał będzie następnie odbierany przez odbiornik na Yinghuo-1 w postaci anteny mikropaskowej. Jego czułość wynosi około -145dBm. Częstotliwość próbkowania wynosi 10Hz. Po wzmocnieniu będzie obrabiany przez system obórki badanych (Data Processing Unit - DPU) odbiornika i wysyłany do systemu zarządzającego instrumentami naukowymi sondy. Masa odbiornika wynosi 3.0 kg, a pobór mocy - 6W.

Na podstawie przesunięcia fazy sygnału odbieranego przez Yinghuo-1 możliwe będzie wyznaczenie całkowitej objętości elektronów (Total Electron Content - TEC) i wyprowadzenie z niego gęstości elektronów na różnych wysokościach nad powierzchnią Marsa. Pomiary takie zostaną wykonane dla wysokości od 50 do 300 km przy kątach Słońce - zenit (Solar - Zenith Angle - SZA) pomiędzy 43 a 138 stopni. Pozwoli to na pomiary właściwości jonosfery w środku nocy. Do tej pory nigdy nie zostało to osiągnięte z powodu kątów Słońce - Ziemia - Mars. Niezależnie sygnał z Yinghuo-1 w czasie chowania się za tarczę Marsa może być odbierany na Ziemi. Dostarczy to pomiarów gęstości elektronów w jonosferze w czasie dnia.

Scorus:
LIFE
Eksperyment badań żywych organizmów w warunkach lotu kosmicznego ma na celu określenie żywotności wybranych organizmów w czasie lotu międzyplanetarnego trwającego około 34  miesięcy. Tym samym pozwoli on na oszacowanie możliwości zachodzenia panspermii. Dostarczy on unikalnej możliwości na zbadanie żywotności organizmów narażonych na działanie promieniowania kosmicznego i słonecznego poza magnetosferą Ziemi. Do tej pory przeprowadzono tylko 2 doświadczenia tego typu - Biostak 1 na Apollu 16 i Biostak 2 na Apollu 17. Trwały one jednak tylko kilkanaście dni (odpowiednio 11 i 12 dni). Eksperymenty te, bok doświadczeń wykonanych w obrębie magnetosfery (np Biostak 3, Biobloc, Advanced Biostak, zestawy na Long Duration Exposure Facility LDEF, Biopan, czy Experiment Exobiologie) pokazały, że bakterie, grzyby i nasiona roślin nie są niszczone przez promieniowanie. Próbka bakterii Bacillus subtilis na satelicie LDEF była żywotna po kilku latach, jednak dawka promieniowania była stosunkowo niewielka. Doświadczeni stworzy też możliwości przetasowania procedur obchodzenia się z materiałem pozwalającym na uniknięcie ich zanieczyszczenia przed misją mającą na celu pozyskanie próbek na Marsie.

Eksperyment LIFE znajduje się w obrębie kapsuły powrotnej. Ma on postać niskiego walca o zewnętrznej średnicy 57 mm. Wysokość wynosi 17 mm. Masa to 89 g.

Zewnętrzna, dwuczęściowa obudowa eksperymentu jest wykonana z tytanu. Ma maksymalną grubość 18 mm. Ma strukturę porowatą, co zmniejsza jej masę przy zachowanej wysokiej oporności mechanicznej.

Centralną część zajmuje moduł biologiczny. Składa się on z ceramicznej struktury podstawowej zawierającej 30 cylindrycznych pojemników  z próbkami oraz centralną wnękę mieszczącą próbkę archeów mrozoodpornych w imitacji gleby. Zastosowanie materiału ceramicznego pozwala na łatwą sterylizację przed wprowadzeniem próbek. Cylindry na próbki są wykonane z derlinu i polipropylenu. Każdy z nich ma 3 mm średnicy. Ich górna część jest uszczelniona. Masa pojedynczego cylindra wraz z zawartością to maksymalnie 100 gramów. Centralna komora kultury bakteryjnej jest również wykonana z tworzywa sztucznego Ma średnicę 30 mm. Cały moduł jest zamknięty pokrywą górną. Dolna część modułu posiada wypustki wchodzące w zagłębienia w części górnej. Zapobiegnie to ich separacji w trakcie lotu. Hermetyczne zamknięcie umożliwiają dwie uszczelki  - zewnętrzna i wewnętrzna. Moduł jest silnie spięty dwoma tytanowymi klamrami i zabezpieczona taśmą. Ponadto otacza go izolacja z tworzywa sztucznego. Dzięki temu próbki nie zostaną zanieczyszczone po lądowaniu kapsuły. Całość jest umieszczona na dwóch amortyzatorach - górnym i dolnym. Zabezpieczą one zawartość przed wstrząsami w trakcie startu i lądowania. Wyhamowanie w tracie lądowania kapsuły wyniesie około 4000g, więc moduł z próbkami musiał zostać dobrze zabezpieczony przed fizycznym uszkodzeniem. Cały zestaw jest przyłączony do dolnej części osłony zewnętrznej. Styk pomiędzy dolną a górną częścią osłony jest zapieczętowany za pomocą zwoju drutu z indu. Górna część osłony jest dodatkowo zabezpieczona trzema uchwytami.

Zabezpieczenie szczelności próbek jest więc wielostopniowe. W przypadku zniszczenia klamer wewnętrznych moduł zachowa szczelność dzięki plombom z indu. Przy szkodzeniu również i ich szczelność gwarantują dwie uszczelki. Ostatecznie cylindry z próbkami również zachowują szczelność.

Dawka promieniowania przyjęta w czasie lotu może być odczytana za pomocą dwóch pasków dozymetrycznych. Skrajne temperatury na które eksperyment był narażony można oszacować na podstawie zmian w farbie ciepłowrażliwej. Całe urządzenie nie posiada żadnych aktywnych elementów.

W doświadczeniu użyto organizmów stosowanych już w eksperymentach w kosmosie, gatunków dobrze poznanych i odpornych na promieniowanie. Reprezentują one wszystkie 3 domeny życia (Bacteria, Eukaryota i Archaea). Łącznie użyto 10 różnych jednostek (gatunków lub szczepów). Dla każdej użyto 3 pojemników z próbkami, co pozwala na uzyskanie bardziej wiarygodnego wyniku badań. Bakterie są reprezentowane przez próbki: Bacillus safensis szczep f036b (ATCC- BAA-1126) wysuszona sublimacyjnie, Bacillus subtilis szczep 168ATCC 23857 wysuszona sublimacyjnie i za pomocą powietrza, Bacillus subtilis szczep MW01 wysuszona za pomocą powietrza, oraz Deinococcus radiodurans szczep ATCC BAA-816 wysuszona sublimacyjnie. Eukarionty to drożdże Saccharomyces cerevisiae szczep Strain W303 ATCC 200060 wysuszone sublimacyjnie, nasiona rzodkiewnika Arabidopsis thaliana (L.) Heynh. (Brassicaceae) oraz niesporczaki reprezentujące zwierzęta. Te ostatnie to gatunki Milnesium tardigradum Doyere, 1840 (Eutardigrada, Apochela, Milnesiidae), Richtersius coronifer (Richters, 1903) ( Eutardigrada, Parachela, Macrobiotidae) i Echiniscus testudo (Doyere, 1840) (Heterotardigrada, Echiniscoidea, Echiniscidae). Wysuszono je za pomocą powietrza. Archea reprezentują Haloarcula marismortui szczep ATCC 43049 wysuszony powietrznie i zabezpieczony solą, Pyrococcus furiosus szczep ATCC 43587 (DSM-3638) wysuszony sublimacyjnie, oraz Methanothermobacter wolfeii wysuszony powietrznie. Ponadto centralna komora mieści kulturę złożoną z mieszanki mineralnej zainfekowanej archeami metanotwórczymi. Została wysuszona powietrznie. Próbki w cylindrach mają masę mniejszą niż 6 g. Próbka kultury ma masę około 0.8 g.

Zastosowane szczepy bakterii, archeów i drożdży są nietypowe, dzięki czemu można je łatwo odróżnić od zwyczajnych zanieczyszczeń. Ponadto ryzyko zanieczyszczenia jest zminimalizowane poprzez sterylizację wnętrza i powierzchni zewnętrznej zestawu przed umieszczeniem próbek.

Eksperyment LIFE został opracowany przez Planetary Society we współpracy z  IKI, Institute for Biomedical Problems, Uniwersytetem Moskiewskim z Rosji, American Type Culture Collection (ATCC) z USA oraz Institute for Aerospace Medicine z Niemiec.

Nawigacja

[0] Indeks wiadomości

[#] Następna strona

[*] Poprzednia strona

Idź do wersji pełnej