图像传感器
MEDLI2硬件可以在火星2020防热板上看到,因为防热板落到了火星表面。关键的MEDLI2电子元件,七个隔热层压力传感器中的两个;这些测量了高超声速和超音速飞行阶段的滞止压力,可以看到11个隔热层的温度位置之一。在隔热罩周围蜿蜒的铜色背带也很明显。为了避开探测车的车轮和底部的其他物品,马具的路径十分曲折。(来源:美国国家航空航天局/姓名)

“探戈三角洲。触地证实。毅力在火星表面安全,准备开始寻找过去生命的迹象。”六年多来,“火星进入、降落和着陆仪器2”(MEDLI2)小组一直在等待听到这些话。

美国宇航局的“毅力”号火星车于2021年2月18日成功着陆,开始了对这颗红色星球的机器人探索。MEDLI2是漫游者保护性空壳上的关键技术之一,它帮助记录了航天器的进入、下降和着陆(EDL)。MEDLI2的所有数据都存储在毅力号上,以便在成功着陆后传输到地球。

MEDLI2的任务是收集毅力号进入火星大气层时严酷环境的关键数据。它包括三种类型的传感器-热电偶,热流传感器和压力传感器-测量在进入过程中的极端高温和压力。它还包含电子设备和硬件,用于记录进入和通过降落伞展开过程中经历的热和压力负载。

MEDLI2用它的测量结果来确定发生在隔热板和背壳上的加热和大气力。这两个部件一起组成了空壳,在航行到火星和EDL期间,它容纳和保护了“毅力”号漫游者。

MEDLI2在“恐怖七分钟”——着陆火星的最后七分钟前的五个小时启动。这为MEDLI2的电子设备在进入前稳定温度和测量初始条件提供了时间。当团队收到MEDLI2成功激活的指示后,他们继续在进入之前的5个小时的海岸阶段监测进入的数据。

大部分MEDLI2传感器和主要电子设备安装在火星2020热屏蔽上。超音速降落伞展开约10秒后,MEDLI2最后一次关闭电源,因为它已经完成了任务。由于隔热板的分离对“毅力”号探测器从进入器中提取至关重要,因此在分离前几秒钟,MEDLI2必须关闭,以防止出现任何电力问题。连接隔热板和外壳的背带然后被烧切割机切断,隔热板被扔下。

Perseverance在EDL期间实时返回“关键事件数据”。它包括了MEDLI2数据的一个子集,可以观察到进入飞行器在进入过程中经历了什么。“毅力”号成功着陆3天后,剩余的MEDLI2数据被传回地球,项目的下一阶段开始:数据分析和性能重建。

“返回的数据很吸引人。这就像鸟瞰在火星上空飞行的空壳所发生的一切。MEDLI2的传感器信号非常清晰,我们可以立即识别出有趣的现象和关键事件。

从MEDLI2收集的数据还提供了测量数据,这些数据将用于确定火星2020进入飞行器所飞越的大气层的性质。MEDLI2提供了基本的EDL观测数据,以了解毅力号条目还有多少余量,以及用于改进未来任务的预测模型和工具的数据。

整个进入阶段所记录的隔热层保温温度与进入预测一致。在进入大气层期间,隔热板的最高测量温度为1830°F(1000°C)。这与估计的隔热层外部温度峰值约为2550°F(1400°C)有关。

MEDLI2还利用其嵌入式热电偶来确定有多少隔热层保护绝缘可能被烧毁或烧蚀。所有的热电偶在进入加热脉冲中都存活了下来,这表明隔热层的烧蚀很低。这一观察结果可以用来重新评估隔热罩所需的隔热量,以潜在地减少进入飞行器的整体质量。

在同一阶段也测量了表面压力,隔热板的表面压力峰值与团队的进入预测相符。MEDLI2选择了不同的传感器来精确捕捉不同的飞行状态。一个传感器覆盖了最大表面压力的全部范围。其余6个隔热罩的压力测量有一个范围,可以更准确地捕捉超音速飞行期间的情况(通过部署超音速降落伞,在火星上的速度大约是音速的5倍)。这些传感器与机载惯性测量相结合,可以进一步了解当大气密度变化和风的影响更加显著时,进入飞行器是如何工作的。MEDLI2压力数据将用于改进未来EDL任务的建模方法。

MEDLI2在火星2020进入飞行器的后壳上安装了传感器,到目前为止对该区域的观察还很有限。表面压力,绝缘温度和直接表面加热测量组成后壳传感器套件。了解进入飞行器背面的表面压力有助于减少着陆足迹的大小。后壳保温温度数据在初始预测范围内,可用于减少建模的不确定性。与隔热层保温一样,了解背壳保温温度性能可以导致背壳保温质量的降低。背壳的直接表面加热测量也有助于减少预测模型中的不确定性。

MEDLI2数据还包括一系列“内务”测量。其中包括一些关键科学传感器的补偿温度测量。“火星2020”团队对这些数据也很感兴趣,可以帮助他们进行EDL重建工作。部分内务测量包括MEDLI2内部支持电子(电压、内部温度、MEDLI2心跳/时钟等)的传感器。

在接下来的六个月里,MEDLI2团队将继续分析这些数据,完善美国宇航局对火星大气、进入大气层的极端条件以及火星2020空壳对火星车的保护情况的理解。这些经验教训将立即对下一个火星任务有用,甚至是前往土卫六的任务。