Mars Exploration Rover

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Um foguete de lançamento provê a velocidade necessária para a astronave escapar da gravidade de Terra entrar em seu curso para Marte.

Quando os organizadores da missão consideram os diferentes tipos de foguetes, eles levam em conta quanta massa este pode levar ao espaço. O foguete Boeing Delta II foi selecionado para a missão Mars Exploration Rover porque atende a capacidade de propulsão exigida e é extremamente seguro.

O foguete Delta II esteve em serviço por mais de 10 anos e lançou 90 projetos com sucesso inclusive as últimas cinco missões de NASA para o Marte: Mars Global Surveyor e Mars Pathfinder em 1996, Mars Climate Orbiter em 1998, Mars Polar Lander em 1999, e Mars Odyssey em 2001.

Os Deltas são foguetes descartáveis usados só uma vez. A missão rover A usou um Delta II 7925 no seu lançamento. O rover B precisou de mais energia para chegar a Marte, assim foi lançado em um Delta II 7925 H, para astronaves mais pesadas.

Os elementos principais dos Foguetes Delta para as missões MER são quase idênticos. Cada foguete consiste em:

Estágio I: combustível e tanques de oxigênio alimentam o foguete para a ascensão. Os propulsores auxiliares aumentam a propulsão da astronave. São 9 no total, sendo 6 ativados na ascensão e 3 durante o vôo.

Estágio II: incendeia duas vezes, uma vez para inserir o conjunto veículo-astronave na baixa órbita de Terra e então novamente orientar a terceira fase.

Estágio III: propulsor provê o aumento da velocidade necessária para deixar órbita da Terra e inserir a astronave na trajetória para Marte; fica conectado na astronave até o combustível terminar,separando-se após isso. Veja mais detalhes sobre o lançamento em A missão.

A astronave está separada do foguete de lançamento. É a "astronave" que torna possível a preciosa carga (quer dizer, o rover!) viajar entre a Terra e Marte após o foguete de lançamento tê-la projetada para fora da atmosfera terrestre.

A astronave inclui as unidades mecânicas que levam e manobram o rover com segurança durante a entrada na atmosfera marciana e aterrissagem no solo de Marte. Uma vez na superfície, a astronave baixará uma rampa para deixar o rover sair de seu interior.

O design da astronave da missão Mars Exploration Rover é amplamente baseado no próspero sistema da Mars Pathfinder para entrada, descida, e aterrissagem. O design do rover é baseado no Atena Rover da missão Mars 2001 lander, previamente cancelada. O sistema tem uma massa de total de 1063 quilogramas. A astronave consiste de:

Módulo de viagem: Conjunto de instrumentos e sistemas para viagem entre aTerra e Marte.

Sistema de Entrada, Descida e Pouso: Conjunto de instrumentos e sistemas para entrada na atmosfera marciana. Inclui o aeroshell, o pára-quedas, os airbags e a estrutura do lander.

Rover: Um veículo com rodas e instrumentos científicos para pesquisas na superfície marciana.

O módulo de viagem é responsável por conduzir os rovers entre a Terra e Marte. O módulo de viagem é bem parecido ao projeto da Mars Pathfinder e possui aproximadamente 2.65 metros de diâmetro e 1.6 metros de altura quando fixado ao aeroshell. Possui uma massa 1063 quilogramas.

A estrutura primária é de alumínio com um anel exterior coberto pelos painéis solares que têm aproximadamente 2.65m de diâmetro. Dividido em cinco seções, os painéis solares podem gerar até 600 Watts de potência perto de Terra e 300 Watts nas proximidades de Marte.

Aquecedores e um sistema de isolamento em multi-camadas mantêm os componentes eletrônicos da astronave aquecidos. Em contraste, também há um sistema de resfriamento removendo o calor do computador de vôo e hardware de telecomunicações evitando o aquecimento excessivo. Um sistema de aviação permite o computador de vôo no rover conectar-se com outros sistemas eletrônicos como o sensor de luz solar, o escâner de estrelas e os aquecedores.

Escâner de estrelas e sensor de luz solar: O escâner de estrelas e o sensor de luz solar permitem a astronave orientar-se no espaço analisando a posição do sol e outras estrelas em relação a si mesma. Às vezes a astronave pode estar ligeiramente fora curso, uma situação que é esperada considerando a grande distância a ser percorrida pela astronave. Os Navegadores executarão até seis manobras de correção da trajetória a cada checagem do sistema.

Tanques de gás propulsor: para assegurar que a astronave chegue ao lugar certo de Marte para executar sua aterrissagem, dois pequenos tanques de alumínio levam cerca de 31 quilogramas de gás propulsor. Junto com os sistemas de controle, estes tanques de gás propulsor permitem manter a astronave em curso exato durante a viagem. Por combustão dos gases, o propulsor permite realizar três tipos diferentes de manobras para a correção da trajetória:

uma combustão axial gera um pulso (rajada de gás) mudando a velocidade de astronave

A astronave usa sinais de rádio para comunicar-se com Terra. A faixa X é uma banda de comprimento de onda de alta-freqüência que permite comunicações de astronave com antenas menores. Os navegadores enviam comandos por duas antenas de faixa X no módulo de viagem:

Antena de baixo ganho: A antena de baixo ganho está montada dentro do anel interno e a antena de médio ganho está montada no anel exterior. Durante o vôo, a astronave realiza rotações sobre si mesma numa taxa de 2 rpm. Esses giros periódicos farão com que a antena aponte periodicamente para a Terra e os painéis solares apontem periodicamente para o sol. A astronave usará a antena de baixo ganho enquanto estiver perto de Terra. A antena de baixo ganho trabalha como uma lâmpada incandescente, enviando energia em toda direção, assim quando a astronave está perto de Terra, a maioria da energia transmitida alcançará a Terra.

Antena de médio ganho: Como astronave move-se para da Terra e mais próximo de Marte, a energia emitda não cairá com muita frequencia na Tera. Então, a astronave usará uma antena de médio ganho que emite mais energia para a Terra.

O aeroshell é o escudo protetor da astronave durante os sete meses de viagem a Marte. O aeroshell, junto com o lander e o rover, constituem o que engenheiros chamam de "veículo de entrada”. O propósito principal do aeroshell é proteger o lander (que contém o rover no seu interior) do intenso aquecimento durante a entrada na atmosfera marciana.

O aeroshell da Mars Exploration Rovers é baseado no design da Mars Pathfinder e Mars Viking.

O aeroshell é constituído por duas partes principais:a proteção de calor e o backshell.

Proteção de calor: protege o lander e o rover do intenso calor durante a entrada na atmosfera marciana e age aerodinamicamente como um primeiro "freio" para a astronave.

Backshell: leva o pára-quedas e vários componentes usados durante fases seguintes de entrada, descida, e aterrissagem, incluindo:

uma Unidade de Medida Inercial Litton LN-200 (IMU): um dispositivo que monitora a orientação espacial do backshell.

três foguete grandes chamados RAD (Foguete de Ajuda na Descida), cada um produzindo tonelada de força para mais de 2 segundos, ajudando na desaceleração da astronave.

três foguetes pequenos chamados TIRS (montado de tal forma que eles apontem horizontalmente para os lados do backshell) isso provê uma pequena força horizontal ao backshell ajudando-o a orientar-se o mais verticalmente possível durante a combustão dos foguetes RAD.

Construído pela Lockheed Martin Astronáutica Cia. em Denver, o aeroshell é feito de uma estrutura de alumínio intercalada entre folhas de grafita-epóxi. O lado de fora do aeroshell está coberto com uma camada de um composto feito de benzeno que dissipa o calor gerado pela fricção atmosférica.

Essa camada também possui uma mistura de cortiça e muitas minúsculas esferas de vidro de silica. Esse material foi inventado para as proteções de calor das landers das missões Viking, há 25 anos atrás. Foi criada para reagir quimicamente com a atmosfera marciana durante entrada e absorver o calor enquanto deixa um rastro de gás quente atrás do veículo. (A fricção normal sem essa substância faria a proteção de calor queimar.) A perda de calor para a atmosfera marciana diminui a energia cinética do veículo de entrada, reduzindo a velocidade muito rápido! O veículo reduzirá a velocidade de 10,000 mph a aproximadamente 1000 mph dentro de um minuto.

O backshell e a proteção de calor são feitas com os mesmos materiais, mas a proteção de calor tem uma camada mais grossa. Também, em vez de ser pintado, o backshell é cobertos por uma fina manta de aluminado para protege-lo do frio do espaço cósmico. A manta vaporizará durante a entrada atmosfera de Marte.

O pára-quedas ajudará a astronave descer lentamente durante a entrada, descida, e aterrissagem. Fica situado no backshell.

O design do pára-quedas é guiado pelo "peso" (a força que o pára-quedas experimenta quando completamente inflado). Os pesos são calculados usando a densidade atmosférica, velocidade, área do pára-quedas e massa. O design 2003 faz parte de uma tecnologia de pára-quedas desenvolvida por um esforço a longo prazo e está baseado nos designs e experiências das missões Viking e Pathfinder. O pára-quedas para esta missão é 40% maior que a Pathfinder porque há uma maior carga na missão Mars Exploration Rover (entre 18,000 e 19,000 libras). Como comparação, a carga daPathfinder era aproximadamente de 8,000 libras.

O pára-quedas é feito de dois tecidos duráveis, de peso leve: poliéster e fibra sintética. O pára-quedas tem uma rédea tripla (as cordas que conectam o pára-quedas ao backshell). Esta rédea é feita de Kevlar, o mesmo material usou em coletes a prova de balas.

Foguetes de auxilio na descida: Devido a densidade atmosférica de Marte ser menos que 1% de Terra, só o uso dos pára-quedas não é suficiente para reduzir a velocidade da sonda Mars Exploration Rover e assegurar uma aterrissagem segura.

O altímetro: é usado para determinar a distância à superfície marciana. Quando a medida do altimetro mostrar que o lander está a poucos metros da superfície, a rédea dos para-quedas serão cortadas, libertando o lander dos pára-quedas e do backshell. Além disso, os dados do altimetro também habilitarão a iniciarão a inflação dos airbags.

Os airbags usados na missão Mars Exploration Rover são do mesmo tipo usados pela Mars Pathfinder em 1997. Airbags devem ser fortes o bastante para amortecer a astronave se esta pousar em pedras ou terreno áspero. Os airbags devem ser inflados segundos antes da aterrissagem e esvaziados quando a sonda estacionar seguramente no solo marciano.

O tecido que é usado para nos airbags é um material sintético chamado Vectran que também foi usado na Mars Pathfinder. O vectran tem quase duas vezes mais resistência que outros materiais sintéticos, como Kevlar, e tolera melhor as temperaturas frias.

Cada rover usa quatro airbags com seis lóbulos cada, que estão todos conectados entre si. O tecido dos airbags não é diretamente fixo ao rover; existem cordas circundando as bolsas e fixando os airbags ao rover. As cordas servem de molde para as bolsas facilitando a insulflação. Durante o vôo, as bolsas são alojadas junto a três geradores de gás usados para insulflação.

O lander é uma "concha" protetora a qual abriga o rover e o protege, junto com os airbags, das forças de impacto.

O lander é uma estrutura forte e de peso leve. A estrutura do lander consiste em vigas e folhas feitas de um material "composto." As vigas do lander são feitas de camadas de fibra de carbono associadas a um tecido, criando um material mais claro que o alumínio e mais rígido que aço. Fios de titânio são incorporados sobre as vigas do lander. O rover está preso dentro do lander por parafusos especiais que são desprendidos após o pouso com o uso de pequenos explosivos.