Laboratório de Ciências da Mars - Mars Science Laboratory

Mars Science Laboratory

Configuração de cruzeiro MSL
Tipo de missão	Mars rover
Operador	NASA
COSPAR ID	2011-070A
SATCAT nº	37936
Local na rede Internet	http://mars.jpl.nasa.gov/msl/
Duração da missão	Primário: 669 sóis marcianos      (687 dias) Decorrido: 3250 sóis      (3339 dias)
Propriedades da espaçonave
Fabricante	JPL
Massa de lançamento	3.839 kg (8.463 lb)
Início da missão
Data de lançamento	26 de novembro de 2011, 15: 02: 00.211 UTC ( 2011-11-26UTC15: 02 )
Foguete	Atlas V 541 (AV-028)
Local de lançamento	Cabo Canaveral SLC-41
Contratante	United Launch Alliance
Mars rover
Data de desembarque	6 de agosto de 2012, 05:17 UTC SCET MSD 49269 05:53 AMT
Local de pouso	" Bradbury Landing " na cratera Gale 4.5895 ° S 137.4417 ° E 4 ° 35′22 ″ S 137 ° 26′30 ″ E /  / -4,5895; 137,4417
Carro-chefe ←  Cassini-Huygens Marte 2020  →

Mars Science Laboratory ( MSL ) é uma missão de sonda espacial robótica a Marte lançada pela NASA em 26 de novembro de 2011, que pousou com sucesso Curiosity , um Mars rover , na cratera Gale em 6 de agosto de 2012. Os objetivos gerais incluem investigar a habitabilidade de Marte , estudando seu clima e geologia , e coletando dados para uma missão humana a Marte . O rover carrega uma variedade de instrumentos científicos projetados por uma equipe internacional.

Visão geral

Vista do Hubble de Marte: a cratera Gale pode ser vista. Ligeiramente à esquerda e ao sul do centro, é uma pequena mancha escura com poeira se arrastando para o sul.

A MSL realizou com sucesso a aterrissagem marciana mais precisa de qualquer espaçonave conhecida na época, atingindo uma pequena elipse de aterrissagem de apenas 7 por 20 km (4,3 por 12,4 mi), na região de Aeolis Palus da cratera Gale. No evento, o MSL alcançou um pouso 2,4 km (1,5 mi) a leste e 400 m (1.300 pés) ao norte do centro do alvo. Este local fica próximo à montanha Aeolis Mons (também conhecida como "Mount Sharp"). A missão do rover está programada para explorar pelo menos 687 dias terrestres (1 ano marciano) em um intervalo de 5 por 20 km (3,1 por 12,4 mi).

A missão Mars Science Laboratory faz parte do Programa de Exploração de Marte da NASA , um esforço de longo prazo para a exploração robótica de Marte que é gerenciado pelo Laboratório de Propulsão a Jato do Instituto de Tecnologia da Califórnia . O custo total do projeto MSL é de cerca de US $ 2,5 bilhões.

Os rovers americanos de sucesso anteriores incluem o Sojourner da missão Mars Pathfinder e o Mars Exploration Rovers Spirit and Opportunity . A curiosidade é cerca de duas vezes mais longa e cinco vezes mais pesada do que Spirit e Opportunity , e carrega mais de dez vezes a massa de instrumentos científicos.

Metas e objetivos

Autorretrato MSL da cratera Gale sol 85 (31 de outubro de 2012).

A missão MSL tem quatro objetivos científicos: Determinar a habitabilidade do local de pouso, incluindo o papel da água , o estudo do clima e a geologia de Marte . Também é uma preparação útil para uma futura missão humana a Marte .

Para contribuir com essas metas, o MSL tem oito objetivos científicos principais:

Biológico

• (1) Determinar a natureza e o inventário de compostos de carbono orgânico
• (2) Investigar os blocos de construção químicos da vida (carbono, hidrogênio, nitrogênio, oxigênio, fósforo e enxofre)
• (3) Identificar características que podem representar os efeitos de processos biológicos ( bioassinaturas )

Geológico e geoquímico

• (4) Investigar a composição química, isotópica e mineralógica da superfície marciana e materiais geológicos próximos à superfície
• (5) Interpretar os processos que formaram e modificaram rochas e solos

Processo planetário

• (6) Avaliar os processos de evolução atmosférica marciana de longo prazo (ou seja, 4 bilhões de anos)
• (7) Determine o estado atual, a distribuição e o ciclo da água e do dióxido de carbono

Radiação de superfície

• (8) Caracterizar o amplo espectro de radiação de superfície, incluindo radiação cósmica , eventos de partículas solares e nêutrons secundários . Como parte de sua exploração, ele também mediu a exposição à radiação no interior da espaçonave enquanto ela viajava para Marte, e está continuando as medições de radiação enquanto explora a superfície de Marte. Esses dados seriam importantes para uma futura missão humana .

Cerca de um ano após o início da missão de superfície, e tendo avaliado que o antigo Marte poderia ter sido hospitaleiro para a vida microbiana, os objetivos da missão MSL evoluíram para o desenvolvimento de modelos preditivos para o processo de preservação de compostos orgânicos e biomoléculas ; um ramo da paleontologia chamado tafonomia .

Especificações

Nave espacial

Mars Science Laboratory em montagem final

Diagrama da espaçonave MSL: 1- Estágio de cruzeiro; 2- Backshell; 3- Estágio de descida; 4- Rover de curiosidade ; 5- Escudo térmico ; 6- Pára-quedas

O sistema de voo da espaçonave tinha uma massa no lançamento de 3.893 kg (8.583 lb), consistindo em um estágio de cruzeiro alimentado pela Terra-Marte (539 kg (1.188 lb)), o sistema de entrada-descida-pouso (EDL) (2.401 kg (5.293) lb) incluindo 390 kg (860 lb) de propelente de pouso ) e um rover móvel de 899 kg (1.982 lb) com um pacote de instrumentos integrado.

A espaçonave MSL inclui instrumentos específicos para voos espaciais, além de utilizar um dos instrumentos rover - detector de avaliação de radiação (RAD) - durante o trânsito do voo espacial para Marte.

• Instrumento MSL EDL (MEDLI): O principal objetivo do projeto MEDLI é medir os ambientes aerotérmicos, a resposta do material de proteção térmica subterrânea, a orientação do veículo e a densidade atmosférica. O pacote de instrumentação MEDLI foi instalado no escudo térmico do veículo de entrada MSL. Os dados adquiridos apoiarão futuras missões a Marte, fornecendo dados atmosféricos medidos para validar os modelos da atmosfera de Marte e esclarecer as margens do projeto da sonda em futuras missões a Marte. A instrumentação MEDLI consiste em três subsistemas principais: MEDLI Integrated Sensor Plugs (MISP), Mars Entry Atmospheric Data System (MEADS) e Sensor Support Electronics (SSE).

Andarilho

Diagrama de rover codificado por cores

O rover Curiosity tem uma massa de 899 kg (1.982 lb), pode viajar até 90 m (300 pés) por hora em seu sistema rocker-bogie de seis rodas, é alimentado por um gerador termoelétrico de radioisótopo multi-missão (MMRTG), e comunica-se nas bandas X e UHF.

• Computadores: Os dois computadores rover a bordo idênticos, chamados "Rover Compute Element" (RCE), contêm memória endurecida por radiação para tolerar a radiação extrema do espaço e para proteger contra ciclos de desligamento. A memória de cada computador inclui 256  KB de EEPROM , 256  MB de DRAM e 2  GB de memória flash . Isso se compara a 3 MB de EEPROM, 128 MB de DRAM e 256 MB de memória flash usados ​​nos Mars Exploration Rovers.

Os computadores RCE usam a CPU RAD750 (uma sucessora da CPU RAD6000 usada nos Mars Exploration Rovers) operando a 200 MHz. A CPU RAD750 é capaz de até 400  MIPS , enquanto a CPU RAD6000 é capaz de até 35 MIPS. Dos dois computadores de bordo, um está configurado como backup e assumirá o controle em caso de problemas com o computador principal.

O rover tem uma Unidade de Medição Inercial (IMU) que fornece informações de 3 eixos sobre sua posição, que é usada na navegação do rover. Os computadores do rover são constantemente automonitorados para mantê-lo operacional, por exemplo, regulando a temperatura do rover. Atividades como tirar fotos, dirigir e operar os instrumentos são realizadas em uma sequência de comando enviada pela equipe de vôo ao rover.

Os computadores do rover executam o VxWorks , um sistema operacional em tempo real da Wind River Systems . Durante a viagem a Marte, VxWorks executou aplicativos dedicados à fase de navegação e orientação da missão, e também teve uma sequência de software pré-programada para lidar com a complexidade da entrada-descida-pouso. Depois de pousados, os aplicativos foram substituídos por softwares para dirigir na superfície e realizar atividades científicas.

Veja também: Comparação de sistemas de computador embarcados a bordo dos rovers de Marte

Antena Goldstone pode receber sinais

Rodas de um irmão de trabalho para Curiosity . O padrão de código Morse (para " JPL ") é representado por orifícios pequenos (ponto) e grandes (traços) em três linhas horizontais nas rodas. O código em cada linha é lido da direita para a esquerda.

• Comunicações: O Curiosity está equipado com vários meios de comunicação, para redundância. Um transponder de pequeno espaço profundo de banda X para comunicação direta com a Terra através da NASA Deep Space Network e um rádio UHF Electra -Lite definido por software para comunicação com orbitadores de Marte. O sistema de banda X tem um rádio, com um amplificador de potência de 15 W e duas antenas: uma antena omnidirecional de baixo ganho que pode se comunicar com a Terra a taxas de dados muito baixas (15 bits / s no alcance máximo), independentemente da orientação do rover e uma antena de alto ganho que pode se comunicar em velocidades de até 32 kbit / s, mas deve ser direcionada. O sistema UHF possui dois rádios (potência de transmissão de aproximadamente 9 W), compartilhando uma antena omnidirecional. Ele pode se comunicar com o Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) e o Mars Odyssey orbiter (ODY) 2001 a velocidades de até 2 Mbit / se 256 kbit / s, respectivamente, mas cada orbital só é capaz de se comunicar com Curiosity por cerca de 8 minutos por dia. Os orbitadores têm antenas maiores e rádios mais potentes e podem retransmitir dados para a Terra mais rápido do que o rover poderia fazer diretamente. Portanto, a maioria dos dados retornados pelo Curiosity (MSL) é por meio dos links de retransmissão UHF com MRO e ODY. O retorno de dados durante os primeiros 10 dias foi de aproximadamente 31 megabytes por dia.

Normalmente 225 kbit / dia de comandos são transmitidos para o rover diretamente da Terra, a uma taxa de dados de 1–2 kbit / s, durante uma janela de transmissão de 15 minutos (900 segundos), enquanto os maiores volumes de dados coletados pelo rover são retornados por meio de retransmissão de satélite. O atraso da comunicação unilateral com a Terra varia de 4 a 22 minutos, dependendo das posições relativas dos planetas, com 12,5 minutos sendo a média.

No pouso, a telemetria foi monitorada pelo orbital Mars Odyssey 2001 , Mars Reconnaissance Orbiter e Mars Express da ESA . O Odyssey é capaz de retransmitir a telemetria UHF de volta para a Terra em tempo real. O tempo de revezamento varia com a distância entre os dois planetas e levou 13:46 minutos no momento do pouso.

• Sistemas de mobilidade: o Curiosity é equipado com seis rodas em suspensão rocker-bogie , que também serviu de trem de pouso para o veículo, ao contrário de seus antecessores menores. As rodas são significativamente maiores (50 centímetros (20 pol.) De diâmetro) do que as usadas nos rovers anteriores. Cada roda tem travas e é acionada e engrenada de forma independente, permitindo escalar em areia fofa e escalar rochas. As quatro rodas de canto podem ser direcionadas de forma independente, permitindo que o veículo gire no lugar, bem como execute curvas em arco. Cada roda tem um padrão que ajuda a manter a tração e deixa rastros padronizados na superfície arenosa de Marte. Esse padrão é usado por câmeras de bordo para avaliar a distância percorrida. O próprio padrão é o código Morse para " JPL " ( • −−− • −− • • - •• ). Com base no centro de massa, o veículo pode suportar uma inclinação de pelo menos 50 graus em qualquer direção sem capotar, mas os sensores automáticos limitarão o rover de inclinações superiores a 30 graus.

Instrumentos

A sombra de Curiosity e Aeolis Mons ("Mount Sharp")

A estratégia de análise geral começa com câmeras de alta resolução para procurar recursos de interesse. Se uma determinada superfície for de interesse, o Curiosity pode vaporizar uma pequena parte dela com um laser infravermelho e examinar a assinatura espectral resultante para consultar a composição elemental da rocha. Se essa assinatura intriga, o rover usará seu braço longo para balançar um microscópio e um espectrômetro de raios-X para dar uma olhada mais de perto. Se a amostra justificar uma análise mais aprofundada, Curiosity pode perfurar a rocha e entregar uma amostra em pó para os laboratórios analíticos SAM ou CheMin dentro do rover.

• Espectrômetro de raios-X de partículas alfa (APXS): Este dispositivo pode irradiar amostras com partículas alfa e mapear os espectros de raios-X que são reemitidos para determinar a composição elementar das amostras.
• CheMin : CheMin é a abreviatura de 'Química e Mineralogia' e é umanalisador de difração de raios-X e fluorescência de raios-X . Ele irá identificar e quantificar os minerais presentes nas rochas e no solo e, assim, avaliar o envolvimento da água em sua formação, deposição ou alteração. Além disso, os dados do CheMin serão úteis na busca de potenciais bioassinaturas minerais, fontes de energia para a vida ou indicadores de ambientes habitáveis ​​do passado.
• Análise de amostra em Marte (SAM): O conjunto de instrumentos SAM analisará orgânicos e gases de amostras atmosféricas e sólidas. Isso inclui asrazões de isótopos de oxigênio e carbonono dióxido de carbono (CO ₂ ) e metano (CH ₄ ) na atmosfera de Marte , a fim de distinguir entre suaorigem geoquímica ou biológica .

Comparação das doses de radiação - inclui a quantidade detectada na viagem da Terra a Marte pelo RAD no MSL (2011–2013).

• Radiation Assessment Detector (RAD): Este instrumento foi o primeiro de dez instrumentos MSL a ser ligado. Tanto no caminho quanto na superfície do planeta, ele caracterizará o amplo espectro de radiação encontrado no ambiente marciano. Ligado após o lançamento, ele registrou vários picos de radiação causados ​​pelo sol. Em 31 de maio de 2013, os cientistas da NASA relataram que uma possível missão humana a Marte pode envolver um grande risco de radiação com base na quantidade de radiação de partícula energética detectada pelo RAD no Laboratório de Ciências de Marte durante a viagem da Terra a Marte em 2011-2012 .

The RAD on Curiosity .

• Albedo Dinâmico de Nêutrons (DAN): Uma fonte e detector de nêutrons pulsadospara medir hidrogênio ou gelo e água na superfície de Marte ou próximo a ela. Em 18 de agosto de 2012 (sol 12), o instrumento científico russo, DAN, foi ligado, marcando o sucesso de uma colaboração russo-americana na superfície de Marte e o primeiro instrumento científico russo a funcionar na superfície marciana desde que Mars 3 parou de transmitir mais de quarenta anos atrás. O instrumento foi projetado para detectar água subterrânea.
• Estação de Monitoramento Ambiental Rover (REMS): Pacote meteorológico esensor ultravioleta fornecido pela Espanha e Finlândia . Ele mede umidade, pressão, temperatura, velocidade do vento e radiação ultravioleta.
• Câmeras: o Curiosity tem dezessete câmeras no total. 12 câmeras de engenharia (Hazcams e Navcams) e cinco câmeras científicas. As câmeras MAHLI, MARDI e MastCam foram desenvolvidas pela Malin Space Science Systems e todas compartilham componentes de design comuns, como caixas de processamento de imagens eletrônicas a bordo , CCDs de 1600 × 1200 e um filtro de padrão RGB Bayer .
  • MastCam : Este sistema fornece imagens de múltiplos espectros e cores verdadeiras com duas câmeras.
  • Mars Hand Lens Imager (MAHLI) : Este sistema consiste em uma câmera montada em um braço robótico no rover, usada para adquirir imagens microscópicas de rocha e solo. Possui LEDs brancos e ultravioleta para iluminação.
• ChemCam: Projetado por Roger Wiens, é um sistema de instrumentos de sensoriamento remoto usado para erodir a superfície marciana a até 10 metros de distância e medir os diferentes componentes que compõem o terreno. A carga útil inclui o primeiro sistema de espectroscopia de decomposição induzida por laser (LIBS) a ser usado para ciência planetária, e a quinta câmera científica da Curiosity , o microvisor remoto (RMI). O RMI fornece imagens em preto e branco com resolução de 1024 × 1024 em um campo de visão de 0,02 radianos (1,1 graus). Isso é aproximadamente equivalente a uma lente de 1500 mm em uma câmera de 35 mm .

MARDI vê a superfície

• Mars Descent Imager (MARDI) : Durante parte da descida à superfície marciana, o MARDI adquiriu 4 imagens coloridas por segundo, em 1600 × 1200 pixels, com um tempo de exposição de 0,9 milissegundo. As imagens foram tiradas 4 vezes por segundo, começando pouco antes da separação do escudo térmico a 3,7 km de altitude, até alguns segundos após o toque. Isso forneceu informações de engenharia sobre o movimento do rover durante o processo de descida e informações científicas sobre o terreno imediatamente ao redor do rover. A NASA desceu do MARDI em 2007, mas a Malin Space Science Systems contribuiu com seus próprios recursos. Após o pouso, ele poderia ter visualizações da superfície de 1,5 mm (0,059 pol.) Por pixel, a primeira dessas fotos pós-pouso foi tirada em 27 de agosto de 2012 (sol 20).
• Câmeras de engenharia: existem 12 câmeras adicionais que oferecem suporte à mobilidade:
  • Câmeras de prevenção de riscos (Hazcams): O rover tem um par de câmeras de navegação preto e branco ( Hazcams ) localizadas em cada um de seus quatro cantos. Eles fornecem visões fechadas de obstáculos potenciais prestes a passar por baixo das rodas.
  • Câmeras de navegação (Navcams): O rover usa dois pares de câmeras de navegação preto e branco montadas no mastro para apoiar a navegação terrestre. Eles fornecem uma visão de maior distância do terreno à frente.

História

Estágio de cruzeiro do MSL sendo testado no Jet Propulsion Laboratory perto de Pasadena , Califórnia

O Mars Science Laboratory foi recomendado pelo comitê de pesquisa decadal do Conselho Nacional de Pesquisa dos Estados Unidos como a missão Marte de classe média de alta prioridade em 2003. A NASA convocou propostas para os instrumentos científicos do rover em abril de 2004, e oito propostas foram selecionadas em 14 de dezembro daquele ano. ano. Os testes e projetos de componentes também começaram no final de 2004, incluindo o projeto de um motor monopropelente da Aerojet com a capacidade de acelerar de 15 a 100 por cento do empuxo com uma pressão de entrada de propelente fixa.

Excesso de custos, atrasos e lançamento

Em novembro de 2008, a maior parte do desenvolvimento de hardware e software foi concluída e os testes continuaram. Nesse ponto, os estouros de custo eram de aproximadamente US $ 400 milhões. Na tentativa de cumprir a data de lançamento, vários instrumentos e um cache para amostras foram retirados e outros instrumentos e câmeras foram simplificados para simplificar os testes e integração do rover. No mês seguinte, a NASA atrasou o lançamento para o final de 2011 por causa do tempo de teste inadequado. Eventualmente, os custos para desenvolver o rover chegaram a US $ 2,47 bilhões, para um rover que inicialmente havia sido classificado como uma missão de custo médio com um orçamento máximo de US $ 650 milhões, mas a NASA ainda teve que pedir um adicional de US $ 82 milhões para cumprir o novembro planejado lançar. Em 2012, o projeto sofreu um estouro de 84 por cento.

MSL foi lançado em um foguete Atlas V de Cabo Canaveral em 26 de novembro de 2011. Em 11 de janeiro de 2012, a espaçonave refinou com sucesso sua trajetória com uma série de disparos de motores de propulsão de três horas, adiantando o tempo de pouso do rover em cerca de 14 horas. Quando o MSL foi lançado, o diretor do programa era Doug McCuistion da Divisão de Ciência Planetária da NASA.

O Curiosity pousou com sucesso na cratera Gale às 05: 17: 57.3 UTC em 6 de agosto de 2012, e transmitiu imagens Hazcam confirmando a orientação. Devido à distância Marte-Terra no momento do pouso e à velocidade limitada dos sinais de rádio, o pouso não foi registrado na Terra por mais 14 minutos. O Mars Reconnaissance Orbiter enviou uma fotografia do Curiosity descendo sob seu paraquedas, tirada por sua câmera HiRISE , durante o procedimento de pouso.

Seis membros seniores da equipe Curiosity deram uma entrevista coletiva algumas horas após o pouso, eles foram: John Grunsfeld , administrador associado da NASA; Charles Elachi , diretor, JPL; Peter Theisinger , gerente de projeto MSL; Richard Cook, gerente de projeto adjunto da MSL; Adam Steltzner , líder de entrada, descida e pouso (EDL) do MSL; e John Grotzinger , cientista do projeto MSL.

Nomeação

Entre 23 e 29 de março de 2009, o público em geral classificou nove nomes de rovers finalistas (Adventure, Amelia, Journey, Perception, Pursuit, Sunrise, Vision, Wonder e Curiosity) por meio de uma votação pública no site da NASA. Em 27 de maio de 2009, o nome vencedor foi anunciado como Curiosity . O nome havia sido apresentado em um concurso de redação por Clara Ma, uma aluna da sexta série do Kansas.

A curiosidade é a paixão que nos move no dia a dia. Nós nos tornamos exploradores e cientistas com nossa necessidade de fazer perguntas e questionar.

-  Clara Ma, NASA / JPL Nome do concurso Rover

Seleção do local de pouso

Aeolis Mons ergue-se do meio da cratera Gale - o ponto verde marca o local de pouso do rover Curiosity em Aeolis Palus - o norte está abaixo

Mais de 60 locais de pouso foram avaliados e, em julho de 2011, a cratera Gale foi escolhida. Um objetivo principal ao selecionar o local de pouso era identificar um ambiente geológico específico, ou conjunto de ambientes, que daria suporte à vida microbiana. Os planejadores procuraram um site que pudesse contribuir para uma ampla variedade de objetivos científicos possíveis. Eles preferiram um local de pouso com evidências morfológicas e mineralógicas de água passada. Além disso, um local com espectros indicando múltiplos minerais hidratados foi preferido; minerais de argila e sais de sulfato constituiriam um local rico. Hematita , outros óxidos de ferro , minerais de sulfato, minerais de silicato , sílica e possivelmente minerais de cloreto foram sugeridos como possíveis substratos para preservação de fósseis . Na verdade, todos são conhecidos por facilitar a preservação de morfologias fósseis e moléculas na Terra. O terreno difícil era o preferido para encontrar evidências de condições de vida, mas o rover deve ser capaz de chegar com segurança ao local e dirigir dentro dele.

Restrições de engenharia exigiam um local de pouso a menos de 45 ° do equador marciano e a menos de 1 km acima do datum de referência . No primeiro workshop do local de pouso MSL, 33 locais de pouso em potencial foram identificados. Ao final do segundo workshop no final de 2007, a lista foi reduzida para seis; em novembro de 2008, os líderes de projeto em um terceiro workshop reduziram a lista a estes quatro locais de pouso:

Um quarto workshop sobre o local de pouso foi realizado no final de setembro de 2010, e o quinto e último workshop de 16 a 18 de maio de 2011. Em 22 de julho de 2011, foi anunciado que a cratera Gale havia sido selecionada como o local de pouso da missão Mars Science Laboratory .

Lançar

O MSL lançado do Cabo Canaveral

Veículo de lançamento

O veículo de lançamento Atlas V é capaz de lançar até 8.290 kg (18.280 lb) para a órbita de transferência geoestacionária . O Atlas V também foi usado para lançar o Mars Reconnaissance Orbiter e a sonda New Horizons .

O primeiro e o segundo estágios, junto com os motores de foguete sólidos, foram empilhados em 9 de outubro de 2011, perto da plataforma de lançamento. A carenagem contendo MSL foi transportada para a plataforma de lançamento em 3 de novembro de 2011.

Evento de lançamento

O MSL foi lançado do Complexo de Lançamento Espacial 41 da Estação da Força Aérea de Cabo Canaveral em 26 de novembro de 2011, às 15h02 UTC, através do Atlas V 541 fornecido pela United Launch Alliance . Este foguete de dois estágios inclui um Common Core Booster (CCB) de 3,8 m (12 pés) alimentado por um motor RD-180 , quatro foguetes sólidos (SRB) e um segundo estágio Centaur com uma carenagem de carga útil de 5 m (16 pés) de diâmetro . O Programa de Serviços de Lançamento da NASA coordenou o lançamento por meio do Contrato I dos Serviços de Lançamento da NASA (NLS).

Cruzeiro

Animação de Mars Science Laboratory da trajetória
   Terra  ·    Marte  ·   Mars Science Laboratory

Estágio de cruzeiro

O estágio de cruzeiro transportou a espaçonave MSL através do vazio do espaço e a entregou a Marte. A viagem interplanetária cobriu a distância de 352 milhões de milhas em 253 dias. O estágio de cruzeiro tem seu próprio sistema de propulsão em miniatura , consistindo de oito propulsores usando combustível hidrazina em dois tanques de titânio . Possui também sistema elétrico próprio , composto por painel solar e bateria de alimentação contínua. Ao chegar a Marte, a espaçonave parou de girar e um cortador de cabo separou o estágio de cruzeiro do aeroshell. Em seguida, o estágio de cruzeiro foi desviado para uma trajetória separada na atmosfera. Em dezembro de 2012, o campo de destroços do estágio de cruzeiro foi localizado pelo Mars Reconnaissance Orbiter . Uma vez que o tamanho inicial, velocidade, densidade e ângulo de impacto do hardware são conhecidos, ele fornecerá informações sobre os processos de impacto na superfície de Marte e propriedades atmosféricas.

Órbita de transferência de Marte

A espaçonave MSL saiu da órbita da Terra e foi inserida em uma órbita de transferência heliocêntrica de Marte em 26 de novembro de 2011, logo após o lançamento, pelo estágio superior Centauro do veículo de lançamento Atlas V. Antes da separação do Centauro, a espaçonave foi estabilizada com rotação a 2 rpm para controle de atitude durante o cruzeiro de 36.210 km / h (22.500 mph) até Marte.

Durante o cruzeiro, oito propulsores dispostos em dois grupos foram usados ​​como atuadores para controlar a taxa de rotação e realizar manobras de correção de trajetória axial ou lateral . Girando em torno de seu eixo central, manteve uma atitude estável. Ao longo do caminho, o estágio de cruzeiro realizou quatro manobras de correção de trajetória para ajustar o caminho da espaçonave em direção ao local de pouso. As informações foram enviadas aos controladores da missão por meio de duas antenas X-band . Uma das principais tarefas do estágio de cruzeiro era controlar a temperatura de todos os sistemas da espaçonave e dissipar o calor gerado por fontes de energia, como células solares e motores, para o espaço. Em alguns sistemas, cobertores isolantes mantinham os instrumentos científicos sensíveis mais quentes do que a temperatura zero quase absoluta do espaço. Os termostatos monitoravam as temperaturas e ligavam ou desligavam os sistemas de aquecimento e resfriamento conforme necessário.

Entrada, descida e pouso (EDL)

Sistema de espaçonave EDL

O pouso de uma grande massa em Marte é particularmente desafiador, pois a atmosfera é muito fina para que os pára - quedas e a aerofrenagem sejam eficazes, enquanto permanece espessa o suficiente para criar problemas de estabilidade e impacto ao desacelerar com retrofotamentos . Embora algumas missões anteriores tenham usado airbags para amortecer o choque da aterrissagem, o rover Curiosity é muito pesado para ser uma opção. Em vez disso, o Curiosity foi colocado na superfície marciana usando um novo sistema de entrada, descida e pouso (EDL) de alta precisão que fazia parte do estágio de descida da espaçonave MSL. A massa deste sistema EDL, incluindo pára-quedas, guindaste suspenso , combustível e aeroshell , é de 2.401 kg (5.293 lb). O novo sistema EDL colocou Curiosity dentro de uma elipse de pouso de 20 por 7 km (12,4 por 4,3 mi), em contraste com a elipse de pouso de 150 por 20 km (93 por 12 mi) dos sistemas de pouso usados ​​pelos Mars Exploration Rovers.

O sistema de entrada-descida-pouso (EDL) difere daqueles usados ​​para outras missões porque não requer um plano de missão interativo gerado no solo. Durante toda a fase de pouso, o veículo atua de forma autônoma, com base em softwares e parâmetros pré-carregados. O sistema EDL foi baseado em uma estrutura aeroshell derivada da Viking e sistema de propulsão para uma entrada guiada de precisão e pouso suave, em contraste com os pousos de airbag que foram usados ​​em meados da década de 1990 pelas missões Mars Pathfinder e Mars Exploration Rover . A espaçonave empregou vários sistemas em uma ordem precisa, com a sequência de entrada, descida e aterrissagem dividida em quatro partes - descritas abaixo conforme os eventos do voo espacial se desenrolaram em 6 de agosto de 2012.

Evento EDL - 6 de agosto de 2012

Eventos de entrada na atmosfera marciana, desde a separação do estágio do cruzeiro até o lançamento do paraquedas

Apesar de já ser tarde, principalmente na costa leste dos Estados Unidos, onde era 1h31, o pouso gerou significativo interesse público. 3,2 milhões assistiram ao pouso ao vivo com a maioria assistindo online em vez de pela televisão via TV da NASA ou redes de notícias a cabo cobrindo o evento ao vivo. O local de pouso final do rover estava a menos de 2,4 km (1,5 mi) de seu alvo, após uma jornada de 563.270.400 km (350.000.000 mi). Além de streaming e visualização de vídeo tradicional, o JPL fez Eyes on the Solar System , uma simulação tridimensional em tempo real de entrada, descida e aterrissagem com base em dados reais. O tempo de toque do Curiosity , conforme representado no software, com base nas previsões do JPL, foi menos de 1 segundo diferente da realidade.

A fase EDL da missão de vôo espacial MSL a Marte levou apenas sete minutos e se desenrolou automaticamente, conforme programado pelos engenheiros do JPL com antecedência, em uma ordem precisa, com a sequência de entrada, descida e pouso ocorrendo em quatro fases de eventos distintas:

Entrada guiada

A entrada guiada é a fase que permitiu à espaçonave dirigir com precisão para o local de pouso planejado

A entrada guiada com precisão fez uso da capacidade de computação a bordo para se orientar em direção ao local de pouso pré-determinado, melhorando a precisão de pouso de centenas de quilômetros para 20 quilômetros (12 milhas). Essa capacidade ajudou a remover algumas das incertezas dos perigos de pouso que podem estar presentes em elipses de pouso maiores. A direção foi alcançada pelo uso combinado de propulsores e massas de equilíbrio ejetáveis. As massas de equilíbrio ejetáveis ​​deslocam o centro de massa da cápsula, permitindo a geração de um vetor de sustentação durante a fase atmosférica. Um computador de navegação integrou as medições para estimar a posição e atitude da cápsula que gerou comandos de torque automatizados. Esta foi a primeira missão planetária a usar técnicas de pouso de precisão.

O rover foi dobrado dentro de um aeroshell que o protegeu durante a viagem pelo espaço e durante a entrada atmosférica em Marte. Dez minutos antes da entrada atmosférica, o aeroshell se separou do estágio de cruzeiro que fornecia energia, comunicações e propulsão durante o longo vôo para Marte. Um minuto após a separação do estágio de cruzeiro, os propulsores do aeroshell dispararam para cancelar a rotação de 2 rpm da espaçonave e alcançaram uma orientação com o escudo térmico voltado para Marte em preparação para a entrada atmosférica . O escudo térmico é feito de ablator de carbono fenólico impregnado (PICA). O escudo térmico de 4,5 m (15 pés) de diâmetro, que é o maior escudo térmico já voado no espaço, reduziu a velocidade da espaçonave por ablação contra a atmosfera marciana , a partir da velocidade da interface atmosférica de aproximadamente 5,8 km / s (3,6 mi / s) até aproximadamente 470 m / s (1.500 pés / s), onde o lançamento do paraquedas foi possível cerca de quatro minutos depois. Um minuto e 15 segundos após a entrada, o escudo térmico experimentou picos de temperatura de até 2.090 ° C (3.790 ° F) à medida que a pressão atmosférica convertia a energia cinética em calor. Dez segundos após o aquecimento máximo, essa desaceleração atingiu o pico em 15 g .

Grande parte da redução do erro de precisão de pouso foi realizada por um algoritmo de orientação de entrada, derivado do algoritmo usado para orientação dos Módulos de Comando Apollo retornando à Terra no programa Apollo . Esta orientação usa a força de levantamento experimentada pelo aeroshell para "voar para fora" qualquer erro detectado no alcance e, assim, chegar ao local de pouso visado. Para que o aeroshell tenha sustentação, seu centro de massa é deslocado da linha central axial que resulta em um ângulo de compensação fora do centro em vôo atmosférico. Isso foi realizado pela ejeção de massas de lastro consistindo de dois pesos de tungstênio de 75 kg (165 lb) minutos antes da entrada atmosférica. O vetor de elevação foi controlado por quatro conjuntos de dois propulsores do sistema de controle de reação (RCS) que produziram aproximadamente 500 N (110 lbf) de impulso por par. Esta habilidade de mudar a direção da sustentação permitiu que a espaçonave reagisse ao ambiente e se dirigisse para a zona de pouso. Antes do lançamento do paraquedas, o veículo de entrada ejetou mais massa de lastro consistindo de seis pesos de tungstênio de 25 kg (55 lb), de modo que o centro de gravidade foi removido.

Descida de paraquedas

O pára-quedas da MSL tem 16 m (52 ​​pés) de diâmetro.

O rover Curiosity da NASA e seu paraquedas foram avistados pelo Mars Reconnaissance Orbiter da NASA enquanto a sonda descia à superfície. 6 de agosto de 2012.

Quando a fase de entrada foi concluída e a cápsula desacelerou para cerca de 470 m / s (1.500 pés / s) a cerca de 10 km (6,2 mi) de altitude, o pára-quedas supersônico foi lançado, como foi feito por pousadores anteriores como Viking , Mars Pathfinder e os Rovers de Exploração de Marte. O paraquedas tem 80 linhas de suspensão, mais de 50 m (160 pés) de comprimento e cerca de 16 m (52 ​​pés) de diâmetro. Capaz de ser lançado a Mach 2.2, o pára-quedas pode gerar até 289 kN (65.000 lbf) de força de arrasto na atmosfera marciana. Depois que o paraquedas foi lançado, o escudo térmico se separou e caiu. Uma câmera embaixo do rover adquiriu cerca de 5 quadros por segundo (com resolução de 1600 × 1200 pixels) abaixo de 3,7 km (2,3 mi) durante um período de cerca de 2 minutos até que os sensores do rover confirmaram o pouso com sucesso. A equipe do Mars Reconnaissance Orbiter conseguiu adquirir uma imagem do MSL descendo sob o paraquedas.

Descida potente

O estágio de descida motorizada

Após a frenagem de paraquedas, a cerca de 1,8 km (1,1 mi) de altitude, ainda viajando a cerca de 100 m / s (220 mph), o rover e o estágio de descida saíram do aeroshell. O estágio de descida é uma plataforma acima do rover com oito propulsores de foguete de hidrazina monopropelente de empuxo variável nos braços que se estendem ao redor desta plataforma para diminuir a descida. Cada propulsor de foguete, chamado Mars Lander Engine (MLE), produz 400 a 3.100 N (90 a 697 lbf) de empuxo e foram derivados daqueles usados ​​nas sondas Viking. Um altímetro de radar mede a altitude e a velocidade, fornecendo dados para o computador de vôo do rover. Enquanto isso, o rover se transformou de sua configuração de vôo retraída para uma configuração de pouso, enquanto era baixado abaixo do estágio de descida pelo sistema de "sky crane".

Guindaste do céu

Eventos de entrada, desde o lançamento do paraquedas até a descida motorizada, terminando no vôo do guindaste do céu

O conceito de curiosidade do artista sendo baixado do estágio de descida com foguete.

Por várias razões, um sistema de pouso diferente foi escolhido para o MSL em comparação com os sondas e rovers anteriores de Marte. A curiosidade foi considerada muito pesada para usar o sistema de pouso de airbag usado no Mars Pathfinder e no Mars Exploration Rovers . Uma abordagem de pouso com pernas teria causado vários problemas de projeto. Seria necessário ter motores altos o suficiente para pousar, para não formar uma nuvem de poeira que pudesse danificar os instrumentos do veículo espacial. Isso exigiria longas pernas de pouso que precisariam ter uma largura significativa para manter o centro de gravidade baixo. Um módulo de pouso com pernas também precisaria de rampas para que o rover pudesse descer até a superfície, o que teria incorrido em risco extra para a missão nas rochas aleatórias ou a inclinação impediria o Curiosity de ser capaz de sair do módulo de pouso com sucesso. Diante desses desafios, os engenheiros da MSL propuseram uma solução alternativa inovadora: o guindaste do céu. O sistema de guindaste do céu baixou o rover com uma corda de 7,6 m (25 pés) para um pouso suave - rodas para baixo - na superfície de Marte. Este sistema consiste em um freio que abaixa o rover em três amarras de náilon e um cabo elétrico que transporta informações e energia entre o estágio de descida e o rover. Enquanto o suporte e os cabos de dados se desenrolavam, as seis rodas motorizadas do rover se encaixaram na posição. A cerca de 7,5 m (25 pés) abaixo do estágio de descida, o sistema de guindaste do céu desacelerou e o rover pousou. Depois que o rover pousou, ele esperou dois segundos para confirmar que estava em solo sólido, detectando o peso nas rodas e disparou vários pirós (pequenos dispositivos explosivos) ativando cortadores de cabo no freio e cordões umbilicais para se libertar do estágio de descida . O estágio de descida então voou para uma aterrissagem forçada a 650 m (2.100 pés) de distância. O conceito de guindaste do céu nunca havia sido usado em missões antes.

Local de pouso

A cratera Gale é o local de pouso do MSL. Dentro da cratera Gale está uma montanha, chamada Aeolis Mons ("Mount Sharp"), de rochas em camadas, elevando-se cerca de 5,5 km (18.000 pés) acima do fundo da cratera, que o Curiosity irá investigar. O local de pouso é uma região lisa em "Yellowknife" Quad 51 de Aeolis Palus dentro da cratera em frente à montanha. O local de destino do local de pouso era uma área elíptica de 20 por 7 km (12,4 por 4,3 mi). O diâmetro da cratera Gale é de 154 km (96 mi).

O local de pouso do rover estava a menos de 2,4 km (1,5 mi) do centro da elipse de pouso planejada, após uma jornada de 563.000.000 km (350.000.000 mi). A NASA nomeou o local de pouso do rover como Bradbury Landing no sol 16 de 22 de agosto de 2012. De acordo com a NASA, cerca de 20.000 a 40.000 esporos bacterianos resistentes ao calor estavam em Curiosity no lançamento, e até 1.000 vezes esse número pode não ter sido contado .

meios de comunicação

Vídeos

Tocar mídia

MSL é lançado em Cabo Canaveral .

Tocar mídia

Sete Minutos de Terror da MSL , um vídeo da NASA que descreve a aterrissagem.

Tocar mídia

Descida do MSL para a superfície da cratera Gale .

Tocar mídia

O escudo térmico de MSL atinge o solo marciano e levanta uma nuvem de poeira.

Imagens

Rover Curiosity - perto de Bradbury Landing (9 de agosto de 2012).

Curiosidade de vista do Monte Sharp (20 de setembro de 2012; equilíbrio branco ) ( cor crua ).

Curiosidade de vista do ' Rocknest ' olhando para o leste em direção a 'Point Lake' (centro) no caminho para ' Glenelg Intriga ' (26 de Novembro de 2012; equilíbrio branco ) ( cor crua ).

Curiosidade de vista da montagem Sharp (09 de setembro de 2015).

Curiosidade de vista do céu de Marte no pôr do sol (Fevereiro de 2013; Sun simulado pelo artista).

Veja também

Referências

Leitura adicional

• MK Lockwood (2006). "Introdução: Mars Science Laboratory: The Next Generation of Mars Landers and the following 13 articles" (PDF) . Journal of Spacecraft and Rockets . Instituto Americano de Aeronáutica e Astronáutica . 43 (2): 257. bibcode : 2006JSpRo..43..257L . doi : 10.2514 / 1.20678 .
• Grotzinger, JP; Crisp, J .; Vasavada, AR; Anderson, RC; Baker, CJ; Barry, R .; Blake, DF; Conrad, P .; Edgett, KS; Ferdowski, B .; Gellert, R .; Gilbert, JB; Golombek, M .; Gómez-Elvira, J .; Hassler, DM; Jandura, L .; Litvak, M .; Mahaffy, P .; Maki, J .; Meyer, M .; Malin, MC; Mitrofanov, I .; Simmonds, JJ; Vaniman, D .; Welch, RV; Wiens, RC (2012). "Missão do Laboratório de Ciências da Mars e Investigação Científica" . Revisões da Ciência Espacial . 170 (1–4): 5–56. Bibcode : 2012SSRv..170 .... 5G . doi : 10.1007 / s11214-012-9892-2 .—Orientar o artigo sobre o MSL, local de pouso e instrumentação

links externos

• MSL Home Page
• Publicações científicas por membros da equipe MSL ( PDF )
• MSL - Media Press Kit (novembro de 2011) ( PDF )
• Galeria de imagens
  • MSL - Vídeos do canal de notícias NASA / JPL
  • MSL - Entrada, Descida e Pouso (EDL) - Vídeo Animado (02:00)
  • MSL - Atualizações da NASA - * REPLAY * Anytime (NASA-YouTube)
  • MSL - " Curiosity Lands" (06/08/2012) - NASA / JPL - Vídeo (03:40)
  • Vídeo de descida sim e real / narrado , MSL em tempo real / 25fps , tudo / 4fp , HiRise
  • MSL - Landing ("7 Minutos de Terror")
  • MSL - Local de pouso - Cratera Gale - Vídeo animado / narrado (02:37)
  • MSL - Resumo da missão - Vídeo animado / estendido (11:20)
  • MSL - " Lançamento Curiosidade " (26/11/2011) - NASA / Kennedy - Vídeo (04:00)
  • MSL - NASA / JPL Virtual Tour - Rover
• MSL - Entrada, Descida e Pouso (EDL) - Linha do tempo / ieee
• MSL - Entrada, Descida e Pouso (EDL) - Descrição. ( PDF )
• MSL - Preparações de pré-lançamento na KSC (imagens de alta resolução e panoramas esféricos)
• ID do modelo ausente no {{ Twitter }} e não presente no Wikidata.
• MSL - Imagens brutas, listagem de JPL (oficial)