毅力漫游車(chē)上的MEDLI2傳感器套件不僅在收集數(shù)據(jù)以用于將來(lái)的任務(wù)，而且還可以為將來(lái)的任務(wù)提供服務(wù)。這也說(shuō)明了如何在太空中使用現(xiàn)成的商業(yè)零件。

上周，美國(guó)宇航局成功地將恒心漫游車(chē)降落在火星 Jezero隕石坑上。 

對(duì)進(jìn)入，下降和降落（EDL）系統(tǒng)如何將火星車(chē)安全降落在火星表面上的功能進(jìn)行了高級(jí)描述。圖片由NASA / JPL-Caltech提供

由于NASA執(zhí)行此任務(wù)的主要目標(biāo)是獲取有關(guān)火星未知信息的數(shù)據(jù)（例如，大氣條件，地形和微生物生命），因此NASA為流動(dòng)站配備了許多傳感器，其中許多傳感器都是現(xiàn)成的成分。 

Perseverance隔熱板上的一套傳感器稱(chēng)為MEDLI2，旨在測(cè)量流動(dòng)站的進(jìn)入，下降和著陸（EDL），以更好地協(xié)助未來(lái)的任務(wù)。 

空間設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)

我們最近討論了從遠(yuǎn)處驅(qū)動(dòng)恒心漫游車(chē)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。但是飛行傳感器在太空旅行和著陸時(shí)會(huì)遇到自己的挑戰(zhàn)。 

在太空中，傳感器需要承受波動(dòng)的極端溫度，隨機(jī)振動(dòng)，沖擊，真空和電離輻射。由于這些原因，必須通過(guò)執(zhí)行適用的環(huán)境測(cè)試對(duì)航天器專(zhuān)用部件進(jìn)行測(cè)試和鑒定。 

慣性測(cè)量單元（IMU），陀螺儀，磁力計(jì)，熱電偶和壓力傳感器是深空探測(cè)器中常用的傳感器。NASA工程師必須進(jìn)行廣泛的環(huán)境和生命周期測(cè)試，以驗(yàn)證其對(duì)太空環(huán)境的可靠性和堅(jiān)固性。通常，系統(tǒng)還經(jīng)過(guò)保守設(shè)計(jì)，并具有安全裕度和適當(dāng)?shù)膫溆?冗余單元，以提高可靠性并最大程度地降低風(fēng)險(xiǎn)。 

空間級(jí)航空電子設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造可能與商業(yè)產(chǎn)品明顯不同。例如，印刷電路板不能在空間真空中使用純錫基焊料，這可能會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的機(jī)械應(yīng)力。此外，錫基焊料可能會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)電的“錫晶須”，并可能引起電弧。錫晶須在航天器中特別危險(xiǎn)，一旦有效載荷發(fā)射，錫晶須就無(wú)法更換PCB。

金屬或錫晶須的不同形狀和特征的圖像。圖片由NASA提供

盡管如此，NASA仍能夠使用MEDLI2中的某些商業(yè)組件而不會(huì)產(chǎn)生任何后果。

MEDLI2的詳細(xì)信息

MEDLI2是NASA進(jìn)入，下降和著陸儀器的第二個(gè)版本。該儀器套件包括三種類(lèi)型的傳感器，位于Perseverence的后殼和隔熱板上，包括17個(gè)壓力傳感器，17個(gè)熱塞和3個(gè)熱通量傳感器。其目的是在EDL期間獲取有關(guān)關(guān)鍵空氣動(dòng)力學(xué)，空氣動(dòng)力學(xué)和熱防護(hù)系統(tǒng)（TPS）性能參數(shù)的數(shù)據(jù)。 

收集航班數(shù)據(jù)

此前，在執(zhí)行MSL任務(wù)期間，原始MEDLI并未測(cè)量后殼中的熱通量，因此該階段的飛行數(shù)據(jù)是該新任務(wù)獲得的眾多首創(chuàng)之一。新的MEDLI可以收集以下數(shù)據(jù)： 

    重構(gòu)的氣動(dòng)阻力

    車(chē)輛姿態(tài)

    原位大氣密度

    空氣加熱

    對(duì)抗湍流

    深入的TPS性能/ TPS消融

MEDLI2包括傳感器，電子設(shè)備和線束，它們安裝在Mars 2020隔熱板上。圖片由NASA / JPL-Caltech提供

該數(shù)據(jù)將使研究人員可以將飛行數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并更新分析模型。 

應(yīng)對(duì)熱通量

熱通量傳感器容易受到高機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力，這會(huì)嚴(yán)重影響其功能。MEDLI2對(duì)市售的熱通量計(jì)進(jìn)行了測(cè)試，以確保準(zhǔn)確性和生存能力。傳感器套件的候選產(chǎn)品包括Gardon量規(guī)，熱電堆和Schmidt-Boelter量規(guī)。  

MEDLI2隔熱板和后殼上各種傳感器的位置。圖片由NASA提供

NASA對(duì)每個(gè)量規(guī)的功能和生態(tài)影響進(jìn)行了臺(tái)式測(cè)試（帶有空氣熱負(fù)荷的環(huán)境測(cè)試）。由于測(cè)試過(guò)程中的性能，工程師最終選擇了Schmidt-Boelter壓力表。

用超音速壓力傳感器瞄準(zhǔn)精度

使用壓力傳感器在整個(gè)測(cè)試期間（包括峰值動(dòng)態(tài)壓力環(huán)境）的0–35,000 Pa范圍內(nèi)測(cè)量高超音速駐止壓力。 

MEDLI的主要發(fā)現(xiàn)之一是，在超聲速飛行過(guò)程中，高超聲壓傳感器在較低壓力下無(wú)法提供足夠的精度。因此，在MEDLI2中，有必要包括一組單獨(dú)的，在0-7000 Pa范圍內(nèi)準(zhǔn)確的超音速換能器。另一個(gè)壓力傳感器位于車(chē)輛的后殼上，可測(cè)量0-700 Pa的低壓。 

向MEDLI2學(xué)習(xí)，以進(jìn)行未來(lái)的火星飛行任務(wù)

上周在堅(jiān)持不懈的過(guò)程中，美國(guó)國(guó)家航空航天局報(bào)告說(shuō)，當(dāng)進(jìn)入飛行器通過(guò)火星大氣層時(shí)，傳感器成功顯示了加熱和壓力動(dòng)態(tài)。在航天器達(dá)到峰值加熱（最高1300°C）和峰值壓力之后，MEDLI2繼續(xù)收集數(shù)據(jù)。在進(jìn)入的最后100秒鐘內(nèi)，飛行器仍處于超音速飛行階段。

MEDLI和MEDLI2中使用的儀表傳感器的比較。圖片由NASA提供 

然后從風(fēng)速中，MEDLI2壓力傳感器收集有關(guān)方向和車(chē)輛性能的數(shù)據(jù)。MEDLI2還使用許多其他傳感器，根據(jù)過(guò)去任務(wù)中丟失的詳細(xì)信息來(lái)獲取更多相關(guān)數(shù)據(jù)。NASA希望從這次飛行任務(wù)中獲得的見(jiàn)識(shí)最終將推動(dòng)對(duì)火星載人飛行任務(wù)的設(shè)計(jì)。

JPL（噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室）最近表示，該任務(wù)中使用的一些高清攝像機(jī)是商用現(xiàn)貨（COTS）部件，這為將來(lái)的任務(wù)中使用商用傳感器提供了可能性。在未來(lái)的其他項(xiàng)目中，NASA也可能會(huì)平衡輻射硬化組件和COTS組件。