Sensory wykorzystywane na Marsie - Mars Exploration Rover

Transkrypt

1 Sensory wykorzystywane na Marsie - Mars Exploration Rover Bogdan Kreczmer ZPCiR ICT PWR pokój 307 budynek C3 kreczmer@ict.pwr.wroc.pl Copyright c 2003 Bogdan Kreczmer Niniejszy dokument zawiera materiały do wykładu na temat programowania obiektowego. Jest on udostępiony pod warunkiem wykorzystania wyłacznie do własnych prywatnych potrzeb i może on być kopiowany wyłacznie w całości, razem z ninijesza strona tytułowa. BK, ZPCiR - ICT - PWr

2 Cele badań Marsa Ustalenie czy na Marsie kiedykolwiek powstało życie Zbadanie czy wcześniej była woda w stanie ciekłym. Zbadanie klimatu Marsa Ustalenie jaki klimat był w przeszłości (być może cieplejszy i bardziej wilgotny). Wyznaczenie profilu temperaturowego atmosfery do wysokości 10 km (z orbity jest to bardzo trudne do wykonania). Zbadanie geologii Marsa Określenie procesów, które ukształtowały Mars. Ustalenie czy czerwony kolor Mars zawdzięcza oddziaływaniu wody i menerałów zawierajacych żelazo, czy też jest to wynik utlenienia. Ustalenie wpływu aktywności wulkanicznej. Przygotowanie do załogowej wyprawy Ustalenie zagrożeń dla człowieka zwiazanych ze zjawiskami pogodowymi Marsa. Określenie występowania minerałów, które będa mogły być wykorzystane w trakcie realizacji misji. Wyznaczenie charakterystyki jezdnej podłoża (stopień zagłębiania się kół, opór gleby itp.). Sensory wykorzystywane na Marsie - Mars Exploration Rover 1

3 Cele wyprawy 1. Zbadanie różnego rodzaju skał i gleby, które moga pomóc ustalić, czy w przeszłości były one poddane działaniu wody. Z tego powodu szczególnie będa poszukiwane minerały, które powstaja w różnych procesach z udziałem wody (wytracanie, parowanie, aktywności hydrotermincznej itd.). 2. Określenie rozkładu minerałów, skał, gleby w otoczeniu miejsca ladowania oraz ich składu. 3. Ustalenie jakie procesy geologiczne ukształtowały teren w obszarze miejsca ladowa- nia oraz wpłynęły na jego skład chemiczny (erozja z udziałem wody, wiatru, osadzanie, procesy wulkaniczne, bombardowania meteorów itd). 4. Wykonanie kalibracji obserwacji powierzchni dokonywanych przez instrumenty orbitera. Ma to również pomóc ustalić dokładność i efektywność różnych przyrzadów pomiarowych. 5. Poszukiwanie minarałów zawierajacych metal oraz indentyfikacja i określenie procentowej zawartości specyficznych minerałów, które zawieraja wodę oraz zostały uformowane w wodzie (np. węglany zawierajace żelazo - ang. iron-bearing carbonates). 6. Określenie charakterystyki minerologicznej i tekstury skał oraz gleby. Ustalenie rodzaju procesów, które spowodowały ich powstanie. 7. Zbadanie geologicznych przesłanek mogacych pomóc ustalić jakie istaniały warunki klimatyczne środowiska Marsa, gdy woda występowała w stanie ciekłym. Ustalenie czy takie warunki środowiska mogły sprzyjać powstaniu życia. Sensory wykorzystywane na Marsie - Mars Exploration Rover 2

4 Poczatek misji Do wysłania MER ku Marsowi użyto rakiety Delta II 7925 (Rover A) i Delta II 7925H (Rover B). Wykorzystuje się ja od 10 lat. Wcześniej użyto ja w misjach: Mars Global Surveyor oraz Mars Pathfinder 1996, Mars Climate Orbiter 1998, Mars Polar Lander 1999, Mars Odyssey Nazwa misji Start Osiagnięcie celu Rover A MER-A Spirit 10 czerwca styczeń 2004 Rover B MER-B Opportunity 7 lipca styczeń 2004 Sensory wykorzystywane na Marsie - Mars Exploration Rover 3

5 W drodze na Marsa Moduł transportowy zapewnia dotarcie MER na do Marsa i realizację procedury ladowania. Zapewnia on również ogrzewanie urzadzeń elektronicznych oraz odprowadzanie nadmiaru ciepła poprzez chłodnicę z freonem. Budowa osłony jest zbliżona do tych jakie zastosowano w misjach Viking i Pathfinder. Składa się z osłony termicznej i osłony tylnej. Ta ostatnia zawiera między innymi: spadochron, baterie zasilania pozwaljace odpalić ładunki pirotechniczne, moduł miernika inercyjnego Litton LN-200 (stanowi on wewnętrzne ucho systemu sterowania przy opadaniu ladownika na spadochronie) hamownicze silniki rakietowe RAD, 3 silniki manewrowe TIRS. Sensory wykorzystywane na Marsie - Mars Exploration Rover 4

6 Ladowanie Poduszki powietrzne ladownika sa tego samego typu jak poduszki Pathfindera (1997). Sa one zrobione z syntetycznego meteriału o nazwie Vectran. Ma on prawie dwa razy większa wytrzymałość niż jakikolwiek inny materiał tego typu (np. Kevlar). Ponadto lepiej znosi niskie temperatury. Ladownik wyposażony jest w 4 poduszki powietrzne zawierajace po 6 balonów. Do nadmuchiwania ich służa 3 generatory gazu. Każda z palet wyposażona jest w silnik, który jest w stanie ja otworzyć, gdy na niej leży cały ladownik. Całość (ladownik + łazik) waży 530 kg ( na Marsie kg). Łazik posiada akcelelometr. Dzięki temu wie, na której palecie leży cały ladownik. Tej właśnie palecie nakazuje się otworzyć. Aby łazik mógł bez przeszkód zjechać ze swojej platformy, wszystkie platformy sa wyposażone w mechanizm, który powoduje, że balony po spuszczeniu gazu sa wciagane pod dana platformę. Sensory wykorzystywane na Marsie - Mars Exploration Rover 5

7 Ladowanie Jako miejsce ladowania wybrany został crater Gusev (szerokość ok. 170 km). Przypuszcza się, że został on uformowany 3-4 milony lat temu. Bezpośrednia przyczyna jego powstania było najprawdopodobniej zderzenie z asteroida. Do krateru dochodzi szereg kanałów, którymi mogła kiedyś do niego wpływać ciekła woda. Jego dzisiejszy kształt może być skutkiem działania lawy, wody i wiatru. Podejrzenie to jest wynikiem podejrzenia istnienia warst osadowych. Sensory wykorzystywane na Marsie - Mars Exploration Rover 6

8 Obszar ladowania dla Spirit Krater Gusev i jego okolice. Różnica poziomów - ok m. Autorzy mapy: T.J. Parker, A.Watson, F.S. Anderson, JPL Sensory wykorzystywane na Marsie - Mars Exploration Rover 7

9 Warstwy osadowe? Przykład istnienia warstw osadowych. Sensory wykorzystywane na Marsie - Mars Exploration Rover 8

10 Wyjście Sensory wykorzystywane na Marsie - Mars Exploration Rover 9

11 Mars Exploration Rover Sensory wykorzystywane na Marsie - Mars Exploration Rover 10

12 Elektronika Komputer pokładowy odpowiada silnemu laptopowi. Pamięć: 128 MB DRAM z detekcja i korekcja błędu, 3 MB EEPROM (ilość pamięci jest 1000 razy większa w stosunku do Pathfindera). Zastosowano specjalny rodzaj pamięci dostosowanej do pracy w warunkach zwiększonego promieniowania wysokoenergetycznego. Szyna wymiany danych z instrumentami pomiarowymi VME. Wewnętrzna jednostka pomiarowa określajaca orientację robota względem poszczególnych osi. Ciagły monitoring oraz kontrola temperatury. Tworzenie raportu zdarzeń, który na żadanie z Ziemi może zostać przesłany. Sensory wykorzystywane na Marsie - Mars Exploration Rover 11

13 Wyposażenie Kolorowa panoramiczny system sterowizji Kamera z mikroskopem Spektometr podczerwieni Spektometr Mössbaura Spektometr czastek alfa Efektor z głowica do usuwania warstwy wierzchniej Czujniki magnetyczne Czujnik orientacji Sensory wykorzystywane na Marsie - Mars Exploration Rover 12

14 Oczy i szyja Maszt z głowica stereo ma wysokość 1,4m. Ma on zapewnić geologiczna perspektywę i szerokie pole widzenia. Maszt służy jednocześnie dla Mini-TES jako peryskop, gdyż czujnik podczerwieni Mini-TES jest umieszczony w korpusie łazika. Zapewnia on jednocześnie lepsze pole obserwacji dla systemów Pancams i Navcams. Pozycja w czasie trasportu. Sensory wykorzystywane na Marsie - Mars Exploration Rover 13

15 System sterowizji Pancam Pancam jest to system dwóch kolorowych kamer CCD wysokiej rozdzielczości. Umocowanie kamer zapewnia im możliwość obrotu o 360 w poziomie i tworzenie panoramy otoczenia. W pionie obrót możliwy jest o 180. Rozdzielczość panoramy: pikseli. Każda z kamer wyposażona jest w wielobarwne filtry (zamocowane na pierścieniu). Pozwala to otrzymać obrazy dla różnych przedziałów długości fali świetlnej. Sensory wykorzystywane na Marsie - Mars Exploration Rover 14

16 Spektometr podczerwieni Mini-TES jest spektometrem podczerwieni, który pozwala określić skład minaralny skał oraz gleby na podstawie jej widma termincznego. Wykorzystany również zostanie do zbierania danych o atmosferze (wyznaczanie temperatury, obecności pary, ilości pyłu). Spektometr zamocowany jest w korpusie łazika u podstawy szyi. Poniżej na tle panoramy obraz w podczerwieni. Sensory wykorzystywane na Marsie - Mars Exploration Rover 15

17 Kamera z mikroskopem Kamera ta jest połaczeniem mikroskopu i kamery CCD. Jest to czarno-biała kamera o rozdzielczości pikseli. Przeznaczona jest do uzyskiwania zdjęć ziaren skał i podłoża. Obrazy moga być uzyskiwane po uprzednim usunięciu warstwy wierzchniej. Narzędzie usuwajace warstwę wierzchnia może dokonywać otworów w skale wulkanicznej. Sensory wykorzystywane na Marsie - Mars Exploration Rover 16

18 Odsłanianie wierzchniej warstwy Sensory wykorzystywane na Marsie - Mars Exploration Rover 17

19 Spektometr Mössbauera Spektometr ten został specjalnie zaprojektowany w celu badania minerałów zawierajacych żelazo. Pomiar dokonywany jest poprzez bezpośrednie skierowanie głowicy w stronę badanej powierzchni. Jeden pomiar trwa około 12 godzin. Spektometr może badać własności magentyczne. Sensory wykorzystywane na Marsie - Mars Exploration Rover 18

20 Spektometr Mössbauera - przykład danych pomiarowych Sensory wykorzystywane na Marsie - Mars Exploration Rover 19

21 Detektor czastek alfa i spektometr promieniowania X Detektor czastek alfa i promieniowania rengenowskiego ma za zadanie umożliwić określenie składu chemicznego skał i podłoża. Sensor ten, podobnie jak całe ramię, na noc jest umieszczany w części wewnętrznej obudowy robota, aby utrzymać odpowiednia temperaturę. Po dokonaniu pomiaru detektor jest przesłaniany drzwiczkami, które wykorzystywane sa również do kalibracji. Sensory wykorzystywane na Marsie - Mars Exploration Rover 20

22 Ramię Ramię posiada trzy przeguby i ma zasięg 90cm. Podobnie jak ludzkie ramię można tu wyróżnić: bark, łokieć, nadgarstek. Ramię napędzane jest pięcioma silnikami. staw barkowy napędzany jest dwoma silnikami umożliwiajacymi obrót w płaszczyźnie horyzontalnej (160 ) i wertykalnej (70 ). staw łokciowy napędzany jest jednym silnikiem zapewniajacym obrót o 290. nadgarstek napędzany jest dwoma silnikami. Obrót w płaszczyźnie horyzontalnej 350, wertyklanej 340. Ramię współpracuje z Hazcams, które wykorzystywane sa do jego naprowadzania na wybrany obiekt. Kontakt z powierzchnia skały jest wyczuwany poprzez wzrost oporu ruchu. Sensory wykorzystywane na Marsie - Mars Exploration Rover 21

23 Kalibracja Zegar słoneczny wykorzystywany jest przez Pancams do kalibracji kolorów. Sensory wykorzystywane na Marsie - Mars Exploration Rover 22

24 System nawigacji Engineering Hazcams (Hazard Avoidance Cameras) 4 czarno-białe kamery zamontowane w dolnej części korpusu z przodu i tyłu łazika. Kat widzenia kamer Uzyskane obrazy sa przetwarzane w celu otrzymania mapy 3D. Tworzona mapa obejmuje obszar o szerokości 4m i głębokości 3m. Kamery zamontowane sa na stałe. Engineering Navcams (Navigation Cameras) 2 czarno-białe kamery zamontowane na szczycie masztu. Kat widzenia Przeznaczone sa do tworzenia panoramicznych map 3D. Uzupełniaja i współpracuja z systemem 4 kamer szerokatnych Hazcams. Science Pancams (Panoramic Cameras) 2 kolorowe kamery (stereo) zamontowane na szczycie masztu. Przeznaczone do tworzenia panaramicznych 3D map powierzchni otoczenia. Waski kat patrzenie z jednoczesna duża rozdzielczością (zbliżona do ludzkiego oka 0,3 mrad). Obiektywy maja po 8 filtrów plus 2 filtry słoneczne do wyznaczana położenie łazika. Science Microscopic Imager monochromatyczna kamera zamontowana na ramieniu robota, wykorzystywana do otrzymywania bliskich obrazów skał i podłoża, wyznaczanie oporu gruntu, stopnia zapadania się kół itp. Sensory wykorzystywane na Marsie - Mars Exploration Rover 23