MEDLI2 Sensoren Vangen Kritieke Data Tijdens Perseverance's Marslanding

Mars Entry, Descent, and Landing Instrumentation 2 Documenteert EDL van Perseverance

"Tango delta. Touchdown bevestigd. Perseverance veilig op het oppervlak van Mars, klaar om te beginnen met het zoeken naar tekens van eerdere leven." Gedurende meer dan zes jaar wachtte het Mars Entry, Descent, and Landing Instrumentation 2 (MEDLI2) team op deze woorden.

NASA's Perseverance rover landde succesvol op 18 februari 2021, wat de start was van de robotische exploratie van de Rode Planeet. MEDLI2 was een van de cruciale technologieën op de beschermende aeroshell van de rover die half hielp de entry, descent, and landing (EDL) van het ruimtevaartuig te documenteren. Alle MEDLI2-data werd op Perseverance opgeslagen voor transmissie naar de aarde na een succesvolle landing.

Sensoren en Functies

MEDLI2's rol was kritieke data te verzamelen over de harde omgeving tijdens Perseverance's entry door de planeetatmosfeer. Het omvatte drie typen sensoren – thermocouples, warmtestroom-sensoren en druktransducers – die extreme hitte en druk tijdens entry maatten. Het bevatte ook elektronica en hardware voor het registreren van de thermische en drukbelasting die ondervonden werd tijdens entry en door de parachute-uitklapping.

MEDLI2 gebruikte zijn metingen om de verwarming en atmospherische krachten te bepalen die op de hitteschild en achterschil plaatsvonden. Samen vormen deze twee componenten de aeroshell, die de Perseverance rover huisvestte en beschermde tijdens de cruise naar Mars en EDL.

MEDLI2 werd vijf uur voor de "Zeven Minuten van Terreur" – de laatste zeven-minuten daling naar Mars – ingeschakeld. Dit bood tijd voor MEDLI2's elektronica om de temperatuur te stabiliseren en de initiële condities voor entry te meten. Na ontvangst van de indicatie dat MEDLI2 succesvol geactiveerd was, monitoreerde het team de binnenkomende data gedurende de vijf-uurs kustfase voor entry.

De meerderheid van de MEDLI2-sensoren en de primaire elektronica waren gemonteerd op de Mars 2020 hittechild. Ongeveer 10 seconden na het uitklappen van de supersonische parachute, werd MEDLI2 voor de laatste keer uitgezet, omdat het zijn taak had voltooid. Aangezien het cruciaal is dat de hittechild gescheiden wordt om de Perseverance rover uit het entry-voertuig te halen, was het vereist dat MEDLI2 een paar seconden voor de scheiding uitgezet werd om elektrische stroomproblemen te voorkomen. De kabelboom die de hittechild en achterschil verbond werd dan doorgehaald door het afvuren van een pyrotechnische snijder, en de hittechild werd afgegooid.

Perseverance stuurde "critical event data" in real-time tijdens de EDL. Dit omvatte een subset van de MEDLI2-data, wat observaties toeliet in wat het entry-voertuig ervaarde tijdens de entry. Drie dagen na Perseverance's succesvolle landing werd de overige MEDLI2-data naar de aarde getransmitteerd, en de volgende fase van het project begon: data-analyse en prestatiereconstructie.

"De teruggekeerde data is fascinerend. Het is alsof je een vogelperspectief hebt van wat er met de aeroshell gebeurt terwijl het door de Marsiaanse lucht vliegt. De MEDLI2-sensorsignalen zijn zo helder dat we onmiddellijk interessante fenomenen en cruciale evenementen konden uitpikken," zei Todd White, MEDLI2 principal investigator bij NASA's Ames Research Center in Californië's Silicon Valley.

Belangrijke Vindsten

Data verzameld door MEDLI2 biedt ook metingen die gebruikt zullen worden om de eigenschappen van de atmosfeer te bepalen door de Mars 2020 entry-voertuig vloog. MEDLI2 biedt essentiële EDL-observatiedata om te begrijpen hoeveel marge er overbleef op de Perseverance-entry samen met data die gebruikt zal worden om voorspellingsmodellen en tools voor toekomstige missies te verbeteren.

De hittechild-isolatietemperaturen die tijdens de complete entry-fase geregistreerd werden, waren consistent met de entry-voorspellingen. De piek gemeten temperatuur in de hittechild tijdens de entry was 1830 °F (1000 °C). Dat correleert met een geschatte piek buitentemperatuur van de hittechild van ongeveer 2550 °F (1400 °C).

MEDLI2 gebruikte ook zijn ingebedde thermocouples om te bepalen hoeveel van de hittechild-beschermende isolatie verbrand of geableerd mocht zijn. Alle thermocouples bleven de entry-verhittingspuls overleven, wat erop duidt dat de hittechild-ablatie erg laag was. Deze observatie kan gebruikt worden om het benodigde isolatiebedrag op een hittechild te herbeoordelen om potentieel de totale entry-voertuigmassa te verminderen.

Oppervlakedrukken werden ook gemeten tijdens dezelfde fase met de piek oppervlakedruk van de hittechild die overeenkwam met de voorspellingen van het team. MEDLI2 koos verschillende sensoren om nauwkeurig verschillende vluchtregimes vast te leggen. Één sensor dekte het complete bereik van de maximale oppervlakedrukken. De overige zes hittechild-drukmetingen hadden een bereik om de condities tijdens het supersonische vluchtregime (van ongeveer vijf keer de geluidssnelheid op Mars tot de uitklapping van de supersonische parachute) nauwkeuriger vast te leggen. Deze sensoren, gecombineerd met aanboord inertiële metingen, gaven additionele inzichten in hoe het entry-voertuig presteerde toen de impacten van atmosferische dichtheidsvariaties en winden meer uiting gaven. De MEDLI2-drukdata zal gebruikt worden om de modelleringsbenadering voor toekomstige EDL-missies te verbeteren.

MEDLI2 omvatte ook sensoren op de achterschil van het Mars 2020 entry-voertuig, een gebied dat tot nu toe beperkte observaties had. Oppervlakedruk, isolatietemperatuur en directe oppervlakteverwarming metingen vormden de achterschil-sensorsuite. Kennis van de oppervlakedruk op de achterkant van het entry-voertuig bijdraagt tot een verkleining van de landingvoetafdruk. Achterschil-isolatietemperatuurdata lag binnen de initiële voorspellingen, wat gebruikt kan worden om de modelleringsonzekerheid te verminderen. Net als bij de hittechild-isolatie, kan het begrijpen van de achterschil-isolatietemperatuurprestaties leiden tot een vermindering van de achterschil-isolatiemassa. Directe oppervlakteverhittingsmetingen van de achterschil dragen ook bij aan het verminderen van de onzekerheid in de voorspellende modellen.

MEDLI2-data omvatte ook een reeks "housekeeping"-metingen. Deze omvatten een aantal compenserende temperatuurmessingen van kritische wetenschappelijke sensoren. Veel van deze housekeeping-data is ook van groot belang voor het Mars 2020-team om hun eigen EDL-reconstructie-inspanningen te ondersteunen. Deel van de housekeeping-metingen omvatte sensoren intern in de MEDLI2-ondersteuningselektronica (spanningen, interne temperaturen, MEDLI2 heartbeat/klok, etc.).

Het MEDLI2-team zal de data de komende zes maanden blijven analyseren, wat NASA's begrip van de Mars-atmosfeer, de extreme condities van entry, en hoe goed de Mars 2020 aeroshell de rover beschermde, zal verfijnen. Deze lessen zullen direct nuttig zijn voor de volgende Mars-missies, en zelfs missies naar Titan.