열 흐름 및 물리적 특성 패키지

Heat Flow and Physical Properties Package
열 흐름 및 물리적 특성 패키지(HP)3
Heat Flow and Physical Properties Package (HP3) (cropped).png
화성의 표면에서 HP에3 대한 아티스트의 인상
연산자나사
제조사독일 항공우주 센터(DLR)
계기형적외선 방사선계,
열전도 센서
함수화성의 지구물리학
임무 기간화성에서 2년(계획)
시작 작업착륙: 2018년 11월 26일
웹사이트mars.nasa.gov/insight/mission/instruments/hp3/
특성.
미사3kg(6.6lb)
전력 소비량2와트
호스트 우주선
우주선InSight Mars 착륙선
연산자나사
출시일자2018년 5월 5일 11시 5분(2018-05-05)UTC11:05) UTC
로켓아틀라스 V 401[1]
발사장반덴버그 SLC-3E[1]
COSPAR2018-042a

열유량 및 물리적 특성 패키지(HP)3는 InSight 착륙선에 탑재된 과학 페이로드로, 화성의 열유량 및 기타 열적 특성을 연구할 수 있는 계기를 갖추고 있다. 이 기구들 중 하나는 "두더지"라는 별명을 가진 굴착 탐침으로 화성 표면 5m(16ft) 아래를 관통하도록 설계되었다. 2019년 3월, 두더지는 몇 센티미터의 굴을 파고들었지만, 이후 여러 가지 요인에 의해 진전을 보지 못하게 되었다. 이듬해에는 그 문제를 해결하기 위한 추가 시도가 이루어졌는데, 순진도는 거의 없었다.[2] 2021년 1월 14일, 이 장치를 이용한 화성 표면의 드릴링 작업이 종료되었다고 발표되었다.[3]

HP는3 독일항공우주센터(DLR)에 의해 제공되었다. 두더지 내부의 해머링 메커니즘은 폴란드 회사인 Acravasika와 폴란드 과학 아카데미의 우주 연구 센터가 DLR과 협력하여 설계했다.[4][5]

주임 조사관은 독일 항공우주센터의 틸먼 스포언이다.[6][7]

개요

HP3 개요 애니메이션

이 임무는 지구 행성의 기원과 다양성을 이해하는 것을 목표로 한다.[6] HP3 열유량 패키지의 정보를 통해 화성과 지구가 같은 물질에서 형성됐는지 여부를 밝혀내고, 현재 화성 내부가 얼마나 활발한지를 판단할 것으로 예상된다.[6][7][8][9] 추가적인 과학 목표로는 화성의 지각 두께, 맨틀의 구성, 그리고 온도 구배와 열유속과 같은 내부의 열적 특성 등을 결정하는 것을 포함한다.[10]

이 임무는 지진계와 함께 화성 핵의 크기와 핵이 액체인지 고체인지 추정할 것이다.[11] 몰에 의해 발생하는 진동은 SEIS에 의해 감시되어 국부 지하에 대해 알게 될 것이다.[12]

HP는3 몰 외에도 착륙 플랫폼에 탑재된 적외선 방사계(HP3-RAD)를 포함하며, DLR의 기여도도 있다.[13][14][15]

HP의3 구성 요소를 보여주는 다이어그램

HP3 열유량 프로브는 다음과 같은 서브시스템으로 구성된다.[16]

  • 다음을 포함하는 하우징 지원 구조(SS)
    • 지지 구조와 착륙선 사이의 통신을 위한 엔지니어링 테더(ET)
    • 과학 테더(TEM-P) 리골석의 열적 특성 측정을 위한 14개의 백금 RTD가 있는 플렉스 PCB.
    • 과학 테더의 전개 길이를 측정하기 위한 테더 길이 모니터(TLM) 광학 길이 미터
  • 표면 온도 측정을 위한 적외선 방사선계(HP3-RAD)
  • 백엔드 전자 장치(BEE) 전자 컨트롤 유닛
  • 표면 아래 굴착을 위한 몰 침투계
    • TEM-A 활성 열전도 센서
    • 몰의 방향과 방향을 결정하는 STATIL 틸트계

개발

출시 전 HP3. 왼쪽에서 오른쪽으로: 몰, 과학 테더, 지지 구조 및 엔지니어링 테더.

HP는3 1997년 그로모프 V. V. 외 연구진에 의해 고안되었고,[4][17] 2003년 실패한 비글 2 화성 착륙선 임무에서 명왕성 기구로 처음 비행했다.[4] HP3 더 발전하고 2001년에 Mercury,[18]2009년 유럽 우주국에 보드에 있는 험볼트 페이 로드 2010년 Moon,[20]고 2011년에 NASA의 디스커버리 프로그램에 '인사이트'화성 착륙선에 대한 하중, 가스 팽창 계수(Geoph 당시의 알려진 수단으로 제안되었다에 사명을 위하ExoMars lander,[19][18]의 일환으로 한 전도를 위해 제안되었다 진화했다.Monitorinysicalg 스테이션).[8] InSight는 2018년 5월 5일에 발사되어 2018년 11월 26일에 착륙했다.

몰 침투계

이 두더지는 "자체 망치질 못"으로 설명되며, 히터가 내장된 테더와 온도 센서를 따라 화성 표면 아래로 파고들도록 설계되었다. 화성 내부의 열적 특성을 측정해 화성 지질 역사에 대한 독특한 정보를 밝히는 것이 목표다.[4]

굴착 몰은 길이가 약 35cm(14인치), 직경이 3.5cm(1.4인치)인 뾰족한 원통이다. 하강 중 열전도도를 결정하기 위한 히터를 내장하고 있으며, 10cm(3.9인치) 간격으로 배치된 정밀한 열 센서가 장착된 테더를 따라 지표면 아래 온도 프로파일을 측정한다.[6][7]

몰 침투기 유닛은 길이 3m, 폭 2m 정도의 면적에 착륙기 근처에 배치되도록 설계되었다.[21] 이 시스템의 총 중량은 약 3 kg(6.6 lb)이며, 몰이 활성 상태일 때 최대 2 와트를 소비한다.[7]

변위를 위해 몰은 모터와 기어박스(Maxon 제공)와 해머로 기능하는 로드에 연결된 스프링을 주기적으로 적재하는 캠 롤러(Cammed Roller)를 사용한다. 해머는 캠에서 방출된 후 아래로 가속하여 외부 케이싱에 부딪히고 리보석을 통해 침투한다. 한편 억제기 질량은 위쪽으로 이동하며 그 운동 에너지는 몰의 반대편에 있는 브레이크 스프링과 와이어 나선의 압축과 중력 전위에 의해 보상된다.[4]

원칙적으로 프로브는 매 50cm(20인치)마다 열 펄스를 방출하고 그 센서는 시간에 따라 열 펄스가 어떻게 변화하는지 측정한다. 지각재료가 금속과 같은 열전도체라면 맥박이 빨리 썩는다.[7] 몰은 먼저 이틀 동안 식힌 후 약 10°C(50°F)까지 24시간 동안 가열한다. 테더 안의 온도 센서는 이것이 얼마나 빨리 일어나는지를 측정하는데, 이것은 과학자들에게 토양의 열전도도를 알려준다.[22] 이러한 측정은 실내에서 열이 흐르는 속도를 산출한다.

HP3 몰은 원래 깊이 5m(16ft)에 도달하는 데 약 40일이 걸릴 것으로 예상되었다.[23] 몰 굴처럼 SEIS가 감지할 수 있는 진동을 발생시켜 화성 지표면에 대한 정보를 산출할 수도 있다.[12]

InSight의 로봇 암(IDA)에 의해 표면에 배치되는 HP의3 애니메이션.
화성에 파고드는 HP3 몰의 애니메이션.

침투 노력

2019년 3월 HP는3 지표면 모래에 파고들기 시작했으나 처음에는 큰 바위라고 여겨졌던 것에 의해 수 센티미터가 지나자 정체되었다.[24] 지구상의 복제 모델을 이용한 추가 분석과 실험은 그 문제가 마찰 부족 때문일 수 있다는 것을 시사했다. 2019년 6월 HP3 몰에서 지지 구조물이 들어올려지면서 이에 대한 추가 증거가 드러났다. 화성의 퇴석들은 압축되어 있어 탐사선 주위에 빈틈이 남아 있는 것 같았다.

탐사선 근처의 흙을 눌러 토양 마찰을 증가시키는 기술이 착륙선의 로봇 팔을 사용하여 시행되었다.[25][26][27][28] 궁극적으로3 이 방법은 HP 탐침이 팔의 범위의 한계에 있었기 때문에 충분한 하방력을 발생시킬 수 없었다.[28]

대신, 그 팀은 탐사선을 구멍 가장자리에 고정시키기 위해 로봇 스쿱을 이용했다. 이 방법은 탐사선이 표면과 수평이 될 때까지 2주 동안 계속 파내면서 초기에는 성공한 것처럼 보였다.[29][30] 이때 노출된 탐사선 윗부분이 너무 작아 스쿱이 누를 수 없는 상태였기 때문에, 스쿱을 다시 배치해 탐사선 근처의 흙을 누르게 했다. 불행히도, 이것은 비정상적인 토양 특성과 낮은 대기압 때문에 탐사선이 다시 물러나게 했다.[31] 탐사선이 튕겨나가자, 그 아래 부분에 느슨한 흙이 가득 차서 탐사선을 다시 반쯤 들어올렸다.[32] 2020년 1월엔 다시 피닝 방식을 썼지만, 스쿠프가 재배치된 뒤 다시 한 번 프로브가 튕겨나왔다.[33]

연구팀은 2020년 2월 로봇스쿱을 이용해 몰의 백캡을 직접 밀 수 있는 위험을 재평가해 허용 가능한 절차를 결정했다. 각 1.5cm의 진행 후 스쿱 위치를 다시 잡아야 하는 요건으로 인해 절차가 천천히 진행되었다. 2020년 6월 두더지 윗부분이 퇴석 표면에 닿았다.[34] 두더지는 수직으로부터 30도의 각도로 표면으로 들어왔지만, 더 큰 깊이에 도달하면 이 각도가 감소할 수 있다.[35]

2020년 7월 주걱 밑에서 두더지가 제자리에 튕겨져 나간 사실이 드러나면서 파기를 계속하기에는 마찰이 부족함을 시사했다. 제안된 해결책은 구멍에 모래를 채워 로봇 스쿱의 압력을 분산시켜 마찰을 증가시키는 것이었습니다. 이 절차는 2020년 8월 초에 수행되었다.[36]

2020년 8월 말, 테스트 결과 양성 반응이 나왔다. 스쿱은 망치로 두드리는 동안 점을 덮은 모래에 아래로 힘을 가했다. 이 테스트는 몇 밀리미터의 진보를 낳았고,[37] 결국 그 기구를 땅에 묻었다. 2020년 10월 두더지 윗부분이 화성 표면 아래에 있었고, 두 스쿠프를 더 긁어 로봇 스쿠프로 압착하는 결정이 내려졌다.[38] 망치 작전은 2021년 1월에 계속될 예정이었다.

2021년 1월 9일 조사를 더 깊게 하기 위한 최종 시도가 이루어졌다. 그들이 실패한 것으로 밝혀진 후, 더 깊이 파고드는 시도를 중단하기로 결정했다. 2021년 1월 14일, NASA는 "몰레"를 묻으려는 마지막 시도가 실패로 돌아가면서, 그 팀은 그 임무의 열 탐사선 부분이 끝났다고 선언하면서 포기했다고 발표했다. 이 실험의 수석 과학자인 틸먼 스톤은 "마스와 우리의 영웅적인 점은 양립할 수 없다"[39]고 말했다. 과학팀은 착륙지점의 토양 특성이 이 기구가 설계한 것과 너무 다르다는 결론을 내렸다. 이 팀은 이 두더지가 굴을 파도록 몇 년 동안 여러 가지 다른 치료법을 시도했지만 결국 그 시도는 목표 깊이에 도달하지 못했다. 흙과 탐침의 마찰은 두더지가 스스로를 더 깊이 망치기에 충분하지 않았다.

두더지는 완전히 매장되었다. 두더지의 윗부분은 화성 표면에서 2~3센티미터 아래(두더지 자체의 길이가 약 40센티미터로, 따라서 깊이는 약 43센티미터)이다. 유용한 열 측정값을 산출할 수 있도록 필요한 최소 깊이를 최소 3m 깊이로 지정했다.[citation needed]

비록 성공하지는 못했지만, 이 두더지 작전은 인사이트 현장의 토양, 화성에서의 발굴/드릴링, 착륙선의 로봇 팔 작동에 대해 많은 것을 가르쳐 주었다. 두더지 구조작업은 임무 전에 계획되지 않은 방법으로 팔을 사용했다. 착륙선의 화성 표면 임무가 2022년 12월 말까지 2년 연장되면서 지진계(SEIS), 무선실험(RISE), 기상계(TWINS)가 계속 가동되고 있다.[40]

화성3 표면을 관통하는 HP의 노력

  • 초기 문제 이후 몰의 공학적인 분석은 몰의 바닥이 화성 지반 깊이로 약 12-14인치(30-36cm) 깊이에 있으며, 윗부분의 일부가3 HP 지지 구조 안에 남아 있다는 결론을 내렸다.

  • 지지 구조를 몰에서 멀리 들어 올린 Insight의 HP3 구성 요소. 이 이미지는 몰 침투계 주위의 압축된 리오리스 영역을 보여준다.

  • 피닝 기법의 초기 성공은 이 타임 스루 비디오에 묘사되어 있는데, 이 비디오는 탐사선이 리골석을 파고드는 것을 보여준다.

  • HP는3 굴을 파고 있던 구멍에서 반쯤 물러난 후 보인다.

  • Insight Lander는 스쿱을 사용하여 HP3 몰의 후면 캡을 누른다.

  • 착륙선 스쿱이 뒤 캡을 누르는 화성 표면의 HP3 몰.

  • 두더지는, 로봇 스쿱에 의해 모래로 뒤덮인 후,

  • Mars InSight Lander - "Mole" - 최종 노력
    (2021년 1월 9일)

HP3-RAD 적외선 방사계

HP는3 표면 온도 측정을 위한 적외선 방사선계를 포함하며, DLR이 기여하고 하야부사2 임무용 MARA 방사선계에 기반한다.[13][14][15] HP3-RAD는 열가소성 검출기를 사용하여 8–14 μm, 16–19 μm 및 7.8–9.6 μm의 스펙트럼 대역을 측정한다.[41] HP3-RAD의 질량은 120 g(4.2 oz)이다.[41]

착륙 중 검출기는 착탈식 커버로 보호되었다.[41] 커버는 또한 HP3-RAD의 현장 보정을 지원하는 계측기의 교정 대상 역할을 한다.[41]

적외선 방사선계는 1969년 마리너 6호와 마리너 7호 플라이바이 우주선에 탑재된 4대 계기 중 하나로 화성에 보내졌고, 이번 관측은 화성에 대한 지식에서 과학적인 혁명을 촉발하는 데 도움을 주었다.[42][43] 마리너 6&7의 적외선 방사계 결과는 화성의 대기는 대부분 이산화탄소(CO2)로 이루어져 있으며, 화성의 표면에 미량의 물이 있다는 것을 보여주었다.[42]

참고 항목

참조

  1. ^ a b Clark, Stephen (19 December 2013). "Mars lander to launch from California on Atlas 5 in 2016". Spaceflight Now. Retrieved 20 December 2013.
  2. ^ "NASA Uses InSight's Robotic Arm to Push Heat Probe Into Mars - ExtremeTech". www.extremetech.com. Retrieved 22 March 2020.
  3. ^ Dunn, Marcia (14 January 2021). "RIP: Mars digger bites the dust after 2 years on red planet". Associated Press. Retrieved 14 January 2021.
  4. ^ a b c d e Hammering Mechanism for HP3 Experiment (InSight). (PDF) Jerzy Grygorczuk1, Łukasz Wiśniewski1, Bartosz Kędziora1, Maciej Borys, Rafał Przybyła1, Tomasz Kuciński1, Maciej Ossowski, Wojciech Konior, Olaf Krömer, Tilman Spohn, Marta Tokarz and Mateusz Białek. 2016년 유럽 우주 메커니즘 및 시련 심포지엄.
  5. ^ "Polish Kret will fly to Mars". Science in Poland. Retrieved 5 May 2018.
  6. ^ a b c d Banerdt, W. Bruce (2012). InSight – Geophysical Mission to Mars (PDF). 26th Mars Exploration Program Analysis Group Meeting. 4 October 2012. Monrovia, California.
  7. ^ a b c d e "Heat Probe Instruments". NASA's InSight Mars Lander. Retrieved 13 April 2020.
  8. ^ a b Grott, M.; Spohn, T.; Banerdt, W. B.; Smrekar, S.; Hudson, T. L.; et al. (October 2011). Measuring Heat Flow on Mars: The Heat Flow and Physical Properties Package on GEMS (PDF). EPSC-DPS Joint Meeting 2011. 2–7 October 2011. Nantes, France. Bibcode:2011epsc.conf..379G. EPSC-DPS2011-379-1.
  9. ^ Agle, D. C. (20 August 2012). "New Insight on Mars Expected From new NASA Mission". NASA.
  10. ^ mars.nasa.gov. "Goals Science". NASA's InSight Mars Lander. Retrieved 3 September 2019.
  11. ^ Kremer, Ken (2 March 2012). "NASAs Proposed 'InSight' Lander would Peer to the Center of Mars in 2016". Universe Today. Retrieved 27 March 2012.
  12. ^ a b mars.nasa.gov. "Surface Operations Timeline". NASA's InSight Mars Lander. Retrieved 24 December 2018.
  13. ^ a b Banerdt, W. Bruce (7 March 2013). InSight: A Geophysical Mission to a Terrestrial Planet Interior (PDF). Committee on Astrobiology and Planetary Science. 6–8 March 2013. Washington, D.C.
  14. ^ a b "InSight: In Depth". Solar System Exploration. NASA. Retrieved 2 February 2018.
  15. ^ a b Grott, M.; et al. (July 2017). "The MASCOT Radiometer MARA for the Hayabusa 2 Mission". Space Science Reviews. 208 (1–4): 413–431. Bibcode:2017SSRv..208..413G. doi:10.1007/s11214-016-0272-1. S2CID 118245538.
  16. ^ "HP3 heat flow probe". DLR Portal. Retrieved 4 June 2020.
  17. ^ 그로모프 V.V. 외: 지표면 아래 토양 조사를 위한 "모유"인 이동 침투계. 제7회 유럽 우주 기전 및 시련 심포지엄의 Proc. 1997.
  18. ^ a b 수성 표면에 대한 열 흐름 및 물리적 특성 패키지. 틸먼 스포언, 카스텐 시퍼린. 행성 및 우주 과학 49(14-15):1571-1577 2001년 12월. doi:10.1016/S0032-0633(01)00094-0.
  19. ^ 엑소마스의 HP3. 2009년 4월 19-24일 오스트리아 빈에서 열린 2009년 4월 24일, 크라우스 C; 이조 M. 레; 멜스, C. 리히터, L.; 코스트, P. EGU 총회.
  20. ^ 달의 열 흐름 측정 — 열 흐름 및 물리적 특성 패키지 HP3. (PDF) T. 스포언, M. 그로트 L. Richter, J. Knollenberg, S.E. Smrekar, HP3 계기 팀. 달의 지상 지구물리학(2010년) 달과 행성 연구소, 회의 2010.
  21. ^ "Instruments Deployment - SEIS / Mars InSight". www.seis-insight.eu. Retrieved 26 December 2018.
  22. ^ "NASA's InSight Prepares to Take Mars' Temperature". NASA/JPL. 13 February 2019. Retrieved 13 April 2020.
  23. ^ "Surface Operations". NASA's InSight Mars Lander. Retrieved 13 April 2020.
  24. ^ Dickinson, David (11 March 2019). "Mars Insight's "Mole" Hits a Snag". Sky & Telescope. AAS Sky Publishing, LLC. Retrieved 1 September 2019.
  25. ^ Dickinson, David (3 July 2019). "A Strategy to Get the Mars Insight Lander Back in the Drilling Business". Sky & Telescope. AAS Sky Publishing, LLC. Retrieved 31 August 2019.
  26. ^ "NASA's InSight Uncovers the 'Mole'". NASA/JPL. Retrieved 31 August 2019.
  27. ^ Dvorsky, George. "Here's How NASA Might Rescue InSight's Extremely Stuck Heat Probe". Gizmodo. Retrieved 4 October 2019.
  28. ^ a b Gough, Evan (18 October 2019). "Success! NASA Confirms the Mole is Working Again". Universe Today. Retrieved 19 October 2019.
  29. ^ Kooser, Amanda. "NASA Mars lander may be able to save its stuck 'mole'". CNET. Retrieved 14 October 2019.
  30. ^ Greicius, Tony (17 October 2019). "Mars InSight's 'Mole' Is Moving Again". NASA. Retrieved 19 October 2019.
  31. ^ mars.nasa.gov. "Mars InSight's Mole Has Partially Backed Out of Its Hole". NASA's InSight Mars Lander. Retrieved 28 October 2019.
  32. ^ Palca, Joe (29 November 2019). "A 'Mole' Isn't Digging Mars: NASA Engineers Are Trying To Find Out Why". NPR.org. Retrieved 29 November 2019.
  33. ^ "InSight to try to push mole into Martian surface". SpaceNews.com. 21 February 2020. Retrieved 25 February 2020.
  34. ^ Spohn, Tilman (3 June 2020). "The InSight mission logbook". DLR Blogs. Retrieved 4 June 2020.
  35. ^ "InSight mole making slow progress into Martian surface". SpaceNews.com. 5 May 2020. Retrieved 7 May 2020.
  36. ^ Spohn, Tilman (10 August 2020). "Mars InSight mission: The Mole is 'in' and the 'finishing touches' are 'in sight'". DLR Blogs. Retrieved 7 September 2020.
  37. ^ "NASA's Insight Mars lander rescue operation makes progress saving 'stuck' probe TESLARATI". www.teslarati.com. Retrieved 17 September 2020.
  38. ^ Gough, Evan (16 October 2020). "InSight's 'Mole' is Now Completely buried!". Universe Today. Retrieved 19 October 2020.
  39. ^ Dunn, Marcia (14 January 2021). "RIP: Mars digger bites the dust after 2 years on red planet". Associated Press. Retrieved 14 January 2021.
  40. ^ "NASA InSight's 'Mole' Ends Its Journey on Mars". Jet Propulsion Laboratory. 14 January 2021. Retrieved 15 January 2021.
  41. ^ a b c d Kopp, Emanuel; Mueller, Nils; Grott, Matthias; Walter, Ingo; Knollenberg, Jörg; Hanschke, Frank; Kessler, Ernst; Meyer, Hans-Georg (1 September 2016). Strojnik, Marija (ed.). "HP3-RAD: a compact radiometer design with on-site calibration for in-situ exploration" (PDF). Infrared Remote Sensing and Instrumentation Xxiv. 9973: 99730T. Bibcode:2016SPIE.9973E..0TK. doi:10.1117/12.2236190. S2CID 125699932.
  42. ^ a b "Infrared Spectrometer and the Exploration of Mars". American Chemical Society. Retrieved 26 December 2018.
  43. ^ Chdse, S. C. (1 March 1969). "Infrared radiometer for the 1969 mariner mission to Mars". Applied Optics. 8 (3): 639. doi:10.1364/AO.8.000639. ISSN 1559-128X. PMID 20072273.

외부 링크