专家的文章
10年的不间断移动测量数据来自火星
Ari-Matti Harri FMI & Harri Heinonen Vaisala
太空探索
美国宇航局的火星科学实验室(实验室)“好奇心”罗孚2012年8月第一次降落在火星上。从那时起,探测器收集了一组连续的环境测量感到惊讶和高兴任务的科学家。在过去的十年,好奇心驱动的近29公里,登上625米探索其着陆点盖尔陨石坑和锋利山的山麓。直到今天,大大超过了任务的最初2年目标,探测器的测量仪器保持全面运作。一些机械零件磨损的迹象,但传感器将依然强劲,从这颗红色星球提供独特的数据。
在接下来的文章中,首席工程师Vaisala传感器的开发团队Harri Heinonen教授和Ari-Matti Harri,空间观测和研究主管芬兰气象研究所(FMI),讨论数据从韩剧的好奇心是如此重要的原因。
背景
Vaisala有着悠久的历史与太空探索帮助,约会追溯到1950年代,当Vaisala转换频率的无线电经纬仪来帮助跟踪卫星,世界上第一颗人造卫星。Vaisala二氧化碳,自1992年以来,湿度和温度传感器应用在生命科学实验上航天飞机航班和在国际空间站。FMI负责建筑的湿度和压力测量工具部署在韩剧好奇心探测车的环境测量系统(REMS)。这些传感器利用Vaisala的传感器头,但FMI与Vaisala之间的关系可以追溯到超过好奇心项目——Vaisala成立于1936年,由教授Vilho Vaisala直到1948年也在FMI保留高级职位。Vaisala和FMI已经一起工作在许多其他项目,包括星际研究任务,如卡西尼惠更斯号探测器,在2005年,着陆土卫六,土星最大的卫星,凤凰号在2008年成功地降落在火星上。
为什么火星?
火星是尘土飞扬和冷,很薄的气氛。火星上的平均温度大约是−60°C。然而,白天气温+ 35°C的记录和表面温度通常上升+ 20°C中午在赤道,低约在两极−153°C。
被称为“红色星球”其表面含有大量的氧化铁,但这种材料的形成仍是辩论的主题。太阳系火星有最高的山峰(17英里高- 3次珠穆朗玛峰的高度)和最深的,最长的峡谷。与众多的利益探索,有强有力的证据表明,数十亿年前,火星是潮湿和温暖,更厚的大气层。当时,这是在许多方面类似于地球和两个经常被称为姐妹行星。大致相似的大小和旋转与类似的倾斜,两个行星经历相似的季节,昼夜持续约24地球½小时在火星上。然而,火星年几乎是两倍长(687天),因为它是远离太阳,它有一个更长的轨道,和旅行略慢。
火星从研究的角度提供了一个机会来更好地理解地球演变的方式,以及它如何在未来可能会改变。例如,如果火星和地球都是潮湿和温暖的几十亿年前,我们需要理解为什么他们随后采取了不同的路径。
在地球、火星是最监控星球,鉴于两个行星之间的相似之处,从捕获的数据使得科学家们现有的气象模型应用于火星环境。正在火星监控允许将这些模型进一步细化这火星气候预测更准确。
好奇的路径
最初,韩剧的好奇心的任务目标是采取一个火星年环境测量。本研究旨在确定火星可能是能够支持微观生活在某个阶段它的过去。结论是响亮的“是”。
韩剧的好奇心一直表现很好,NASA最近宣布了一项为期三年的扩展它的使命。在这即将到来的时期,火星科学实验室的好奇心将攀升至更高的海拔,探索关键sulphate-bearing层给独特的见解水在火星的历史。
韩剧的好奇心:有问题来自火星!2020年美国宇航局的火星探测器好奇这幅画像。即使一些罗孚的轮子和机械零件磨损的迹象,测量传感器仍在收集数据。图片来源:NASA /姓名/ mss
除了相机和辐射探测器,与韩剧的好奇心还包括仪表就是能在火星上进行化学分析。一个α粒子x射线光谱仪措施的数量和类型的化学元素,当位于接近岩石或土壤表面。ChemCam的激光,相机和摄谱仪一起工作来确定化学和矿物组成的岩石和土壤。化学和矿物学仪器执行化学分析的岩石样本,粉和样本分析工具包含了三种不同的乐器,搜索和测量有机化合物和光元素可能与生活联系在一起。岩石和尘埃的化学分析是帮助科学家更好地了解火星的历史。然而,环境测量告诉我们关于地球上目前的条件。
位于脖子的漫游者,地面约1.5米,与韩剧的好奇心雷姆包含Vaisala / FMI压力和湿度传感器以及传感器测量的温度、风和紫外线辐射。雷姆是为了在极低功率运行,在-130°C + 70°C的温度范围。测量每小时至少5分钟,每天火星或“索尔”。这些数据使使命地球上的科学家们提供每日和季节性报告在罗孚气象条件。
图片:湿度测量来自火星
观测火星大气水分的毅力罗孚410火星在第一天,开始在50天。蓝色,大气水分混合比清晨日出之前,至少绝对湿度时。在绿色中,混合比在晚上10点左右。观察结果表明,大气中的水吸附在夜里火星表面的。白天,它被释放回大气。好奇号已经交付类似的数据来自火星已经十年了。
图片来源:FMI
Vaisala的好奇心和毅力火星探测器中使用的测量技术是在Vaisala生产的洁净室。
Space-proof传感器
很难想象比经验更困难的条件下,传感器在美国宇航局的流浪者,在飞行和同时探索地球的表面。除了巨大的温度和压力的变化,传感器也必须能够容忍非常高水平的振动。
好奇心探测车Vaisala传感器头部署在本质上是相同的,在日常使用中在地球上几乎每一个行业,尽管Vaisala略微修改压力传感器为了适应非常低的范围,在火星上有经验。在压力和湿度传感器的技术转型当他们第一次启动,提供精度和长期可靠性的新水平。这显然是有利的对于尘世的用户,但是当最近的服务工程师可以4亿公里外,这是至关重要的!
FMI、开发过程所涉及的测量仪器的设计电子、法拉第闭锁,封装、外壳和连接器,以及防尘保护。自然,传感器测试所有可能的方式在最终设计和传感器是采用仔细运往雷姆在西班牙天体生物学中心的首席研究员。
湿度传感器特性Vaisala的湿敏电容器®技术;一种电容薄膜聚合物传感器组成的基质膜两个电极之间的聚合物沉积。聚合物吸收或释放水蒸气随着环境湿度的上升或下降,从而改变其介电性能,从而的电容传感器测量并转换为湿度阅读。
利用单晶硅材料,Vaisala BAROCAP®是一种微机械压力传感器测量硅膜的尺寸变化。随着周围压力增加或减少,膜弯曲,从而增加或减少传感器内的真空间隙的高度。两端的差距作为电极,它们之间的距离改变,传感器电容的变化,测量并转换为压力读数。
两传感器的关键特性是他们的长期稳定,和他们的容忍能力灰尘、化学物质和恶劣的条件。十年船载传感器的性能与韩剧的好奇心并不令人惊奇Vaisala传感器开发团队,他们相信,当罗孚的雷姆渐渐长大,相关的电子产品时,失败的可能性也许比传感器头本身。
Vaisala决心不断创新和开发世界领先的测量技术是支撑持续的投资产品开发和科学研究。受支持的科学好奇心和自身的专业知识和经验,这并不是巧合Vaisala的传感器性能就是这个世界。
图片:芬兰气象研究所(FMI)设计的湿度和压力测量仪器为NASA的好奇心和毅力火星探测器。仪器是基于Vaisala的传感器技术,在地球上几乎每一个行业的日常使用。
图片来源:Tero Pajukallio, FMI版权
发现根本问题的答案
太空研究的好处对于不同的人意味着不同的东西。例如,在一个纯粹的科学依据,我们人类天生好奇,想知道更多关于我们的世界,超越。然而,这种知识起到更大的作用不仅仅是满足好奇心;它有助于保护人类和我们赖以生存的环境。
如果我们能够理解的方式行星形成和发展,我们将能更好地预测和减轻空间现象,比如行星毁灭,与小行星碰撞,灭绝或条件使地球无法居住。太空研究有助于我们更好地理解这些问题,和对一些人来说,火星研究可能最终使人们的星际间的转移,如果必要的。
根据美国国家航空航天局(NASA):
“太空探索有助于解决根本性的问题我们在宇宙中的位置和太阳系的历史。通过解决相关的挑战人类太空探索我们扩展技术,创造新的产业,并帮助促进与其他国家和平的连接。”
火星是最监控星球——地球的妹妹比较行星学提供了一个机会。世界各地的数以百计的研究已发表的科学论文,,鉴于这两个行星的许多共同特点,许多认为火星是一种科学的砂箱。例如,如果科学家能够发现为什么火星和地球发达等不同的方式,希望这将导致更好地了解地球的未来。
后发现火星上的环境生活在过去可能是有利的,科学家们将调查微观生命是否存在,这可能导致更好的理解生命体存在,在地球上。
自1960年以来,已经有49火星任务,其中大约一半都失败了。大多数的失败发生在早些年,但这些经历告知后续任务,世界各地的科学家学到更多关于太空旅行,技术和与旅行相关的并发症,轨道和降落在火星上。
期待
环境监测数据的理解是必要的一个行星的气候,所以韩剧的长寿好奇心的表现一直是主要的奖金,和罗孚的机载仪表的可靠性意味着相当大的扩展它的使命已经成为可能。
重要的是欣赏,韩剧的好奇心的使命是美国宇航局火星探索计划至关重要的一步。毅力探测器,下一代Vaisala技术在仪器开发的FMI、登陆火星2021年2月;寻找生命的迹象和收集岩石和土壤的样本返回地球。此外,操作之间的距离达2000公里,两个探测器是奠定基础的大气观测网络,需要更好地了解和预测火星的天气。
我们彻底了解火星气候及其历史需要一个更好的空间分布的测量。因此,在未来,这将是重要的是能够同时在地球上的多个位置进行监测。
火星科学实验室提供的数据测量仪器上的好奇心和毅力探测器可能会将人类送上火星一天。然而,测量数据的最大价值可能会帮助找到人类的大问题的答案:即生命是如何开始的?我们是孤独的吗?宇宙是由什么组成的?
关于作者:
Ari-Matti Harri正空间和观测技术研究芬兰气象研究所(FMI)。
Harri Heinonen是在Vaisala传感器发展的首席工程师。