Rover de patrulha ZhuRong

Veículo automotor robô Zhurong (祝 融 = Zhù Róng)

O rover tem uma massa de 240 kg, e tem 2,6 × 3 × 1,85 metros

O veículo automotor robô chinês tem 1,85 metro de altura, 2,6 m de comprimento e 3 m de largura com os painéis solares abertos, e pesa 240 kg. É contruído em alumínio, aço e fibra de carbono.

A estrutura do Zhurong é muito semelhante à da série americana Mars Exploration Rover. Ele pesa 240 kg, sendo mais pesado do que o antigo Mars Exploration Rover, mas é um pouco menor do que o atual rover Mars 2020 Perseverance, e é três quartos mais leve. Ao contrário do rover da Mars 2020, que usa baterias nucleares, o Zhurong usa quatro painéis solares para produzir energia. Para evitar problemas como a perda de energia do Opportunity devido à areia e poeira bloqueando os painéis solares, dois dos painéis solares são retráteis. Ele é dobrado novamente e usa um design de material especial para difucultar o acúmulo da poeira marciana, garantindo o fornecimento de energia do painel solar.

Parâmetros técnicos
Peso: 240 kg
Suspensão: suspensão ativa
Modo de movimento: marcha à frente / giro parado / giro durante movimento / marcha à ré / movimento lateral
Velocidade máxima: 200 metros por hora
Velocidade de navegação: 40 metros por hora
Altura de obstáculo: 30 cm
Ângulo máximo de subida: 30 °
Forma de energia: baterias químicas acumuladoras e painel solar
Capacidade de comunicação:
Taxa de banda X: 32bps ~ 4Mbps
Taxa de UHF: 1kbps ~ 2048kbps
Tempo de trabalho: 90 dias em Marte

Cargas científicas no rover

As cargas científicas montadas no rover Zhurong incluem: Câmera de Navegação e Terreno (NaTeCam), Câmera Multiespectral (MSCam), Mars Rover Penetrating Radar (RoPeR), Detector de Composição de Superfície de Marte (MarSCoDe), Magnetômetro Mars Rover (RoMAG) e Estação Climática de Marte (MCS). A localização das cargas úteis científicas no rover é mostrada abaixo .

Depois que o rover se afastar da plataforma de pouso para a superfície, suas cargas científicas serão acionadas seguindo o comando terrestre. As tarefas de exploração científica das cargas úteis do rover são:

Rover Zhurong sobre o estágio de descida, pousado em Marte
  • estudar a topografia e a estrutura geológica da área itinerante de Marte.
  • pesquisar a estrutura do solo (perfil) da área itinerante de Marte e para procurar gelo de água.
  • fazer o levantamento de elementos, minerais e tipos de rocha da área itinerante de Marte.
  • pesquisar as características físicas da atmosfera e o ambiente da superfície da área itinerante de Marte.
Instrumentação científica do jipe marciano chinês

ESTRUTURA DA CARGA CIENTÍFICA DO ROVER

O sistema de carga útil do rover tem um design integrado compatível com os recursos e layout do rover. O controlador de carga útil do rover integra as unidades eletrônicas principais dos Mars Climate Station, Mars Rover Magnetometer, Mars Surface Composition Detector e Mars Rover Penetrating Radar.

O sistema de carga científica rover tem o controlador de carga útil como núcleo e as cinco cargas são integradas por meio da rede de barramento interna. O controlador de carga útil faz interface com a plataforma móvel e dá interfaces para energia elétrica, dados e controle. O controlador de carga científica fornece energia e instruções para a câmera multiespectral, e os dados de imagem coletados pela câmera multiespectral são enviados diretamente para a plataforma do rover. As câmeras Navigation Terrain são conectadas diretamente à plataforma . A arquitetura do sistema de cargas úteis científicas no rover é mostrada abaixo .

O controlador de carga útil do rover, como o controlador de carga útil do orbitador, é capaz de operação autônoma, executando um programa de trabalho armazenado. A eletrônica comum do controlador de carga útil do rover é redundante em design. Ele também tem a capacidade autônoma de detecção de falhas, isolamento e recuperação (FDIR) e configuração do sistema.

O controlador de carga útil armazena uma lista das sequências de modos de trabalho em órbita das cargas científicas e inicia essas sequências por comandos de solo. Além disso, esta lista de sequência pré-armazenada pode ser atualizada a partir do solo com base nas condições reais in situ e nos requisitos científicos. A estação terrestre carrega o programa de trabalho para o sistema de gerenciamento de dados do rover, que o encaminha para o controlador de carga útil do rover por meio de um barramento MIL 1553B. O controlador de carga útil do rover controla o trabalho da carga útil científica correspondente de acordo com os comandos armazenados e o software de gerenciamento.

MODO DE TRABALHO DAS CARGAS ÚTEIS CIENTÍFICAS NO ROVER

As cargas científicas do rover escolherão o horário de trabalho de acordo com as condições ambientais. O NaTeCam, MSCam e MarSCoDe funcionam enquanto o rover está em modo estacionário e o RoPeR funciona quando o rover está em movimento, e o RoMAG e MCS podem ser selecionados para trabalhar durante as condições de movimento e estacionárias. Os modos de trabalho in situ das cargas úteis são mostrados na abaixo .

Tabela 10 . Modelo de trabalho das cargas úteis científicas do rover

CargasQuando o Mars rover está se movendoQuando Mars rover permanece estacionário
NaTeCamDesligarTrabalho intermitente
MSCamDesligarTrabalho intermitente
MarSCoDeDesligarTrabalho intermitente
RoPeRTrabalho contínuoDesligar
RoMAGTrabalho intermitenteTrabalho intermitente
MCSTrabalho intermitenteTrabalho intermitente

Imagens das cargas úteis científicas do rover são mostradas abaixo .

PROJETO DAS CARGAS CIENTÍFICAS DO ROVER

Existem duas câmeras de navegação e de terreno (NaTeCam) com função, desempenho e interfaces idênticas. Eles são instalados no mastro do rover para conduzir imagens panorâmicas tridimensionais da superfície de Marte, estudar a topografia e a estrutura geológica da área. Eles também têm uma função de navegação. Os principais parâmetros de desempenho do NaTeCam são mostrados abaixo .

Tabela 11 . Principais parâmetros de desempenho do NaTeCam.

Espectro de imagemEspectro visível
Distância normal de imagem0,5 m ~ ∞
Número efetivo de pixels2048 × 2048
Massa0,7 kg
Eletricidade1,8 W

A câmera multiespectral (MSCam) é instalada no mastro do rover. De acordo com a direção de apontamento do mastro, o MSCam pode obter imagens multiespectrais das áreas de pouso e errante e estudar os tipos de materiais da superfície de Marte e sua distribuição. A MSCam usa uma roda de filtro e tem um espelho de compensação para foco automático. A calibração do MSCam é obtida por meio da imagem da placa de calibração padrão instalada no rover. Os principais parâmetros de desempenho da MSCam são mostrados abaixo .

Tabela 12 . Principais parâmetros de desempenho da MSCam.

Bandas espectrais e resolução (nm)Nove bandas espectrais: 480 (20), 525 (20), 650 (12), 700 (15), 800 (25), 900 (30), 950 (50), 1000 (50) e nota pancromática: números com colchetes são FWHM
Distância normal de imagem1,5 m ~ ∞
Número efetivo de pixels2048 × 2048
Massa1,65 kg
Eletricidade≤8 W
Taxas de dados25 Mbps

O Mars Rover Penetrating Radar (RoPeR) pode obter dados de eco de polarização total com banda ultralarga, que podem ser usados ​​para estudar a espessura do solo e do gelo e a estrutura da superfície e subsolo de Marte.

O RoPeR tem dois canais centralizados em 55 MHz e 1300 MHz, respectivamente. O canal de baixa frequência usa sinais de modulação de frequência linear (LFM) e tem um par de antenas monopolo para sondar o solo marciano até 100 m de profundidade com resolução vertical de 1 m. O canal de alta frequência usa sinais de onda contínua interrompida com modulação de frequência (FMICW) e antenas Vivaldi para sondar as camadas superficiais de Marte até 10 m com resolução de nível de cm. Os principais parâmetros de desempenho do RoPeR são mostrados abaixo .

Tabela 13 . Principais parâmetros de desempenho do RoPeR.

ItemPrimeiro canalSegundo canal
Freqüência central55 MHz1300 MHz
Largura de banda15-95 MHz450–2150 MHz
Resolução de espessuranível do medidor (para gelo)nível centimétrico,
Profundidade de detecção≥100 m (gelo, εγ * = 3,0)
≥10 m (solo, εγ * = 3,0–4,0)
≥10 m (gelo, εγ * = 3,0)
≥3 m (solo, εγ * = 3,0–4,0)
Massa6,1 kg
Eletricidade26,5 W
Taxa de dados≤1 Mbps

O Mars Surface Composition Detector (MarSCoDe) é um instrumento de detecção espectral com uma combinação de técnicas de detecção ativa-passiva. O MarSCode tem um espectroscopia de quebra induzida por laser (LIBS) que analisa o plasma excitado por laser do ultravioleta (UV) ao infravermelho próximo (NIR). O MarSCoDe também possui um espectrômetro passivo operando desde o NIR até o infravermelho de ondas curtas (SWIR), que usa Filtros Sintonizáveis ​​Óticos Acousto (AOTF) para seleção de banda. Combinando essas técnicas, o MarSCoDe pode analisar a composição dos materiais da superfície e identificar os diferentes tipos de rochas.

A calibração do instrumento LIBS e do espectrômetro passivo é obtida usando alvos de calibração. A placa de calibração LIBS possui 12 amostras padrão, incluindo minerais simples como grafite, titânio e minerais mistos como obsidiana, norita, picrita, caulinita e clorita. Os principais parâmetros de desempenho do MarSCoDe são mostrados abaixo .

Tabela 14 . Principais parâmetros de desempenho do MarSCoDe.

Espectrômetro LIBS
Tipos de elementoNão menos que 10 elementos (Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, O, C, H, Mn, Ti, S etc.)
Resolução espectral0,1 nm @ 240–340 nm
0,2 nm @ 340–540 nm
0,3 nm @ 540–850 nm
Comprimento de onda do laser1064 nm ± 15 nm
Densidade de energia de pulso≥10 MW / mm 2
Espectrômetro passivo
Faixa espectral850–2400 nm
Resolução espectral3-12 nm
Número de bandas espectraisAmostragem de 321 bandas a 5 nm
Massa16,4 kg
Eletricidade64 W
Taxa de dados≤1 Mbps

O Mars Rover Magnetometer (MoMAG) é um magnetômetro tipo fluxgate. As sondas são montadas no mastro do rover para detectar o campo magnético da área de pouso e tráfego. Existem duas sondas para eliminar por subtração os efeitos magnéticos parasitas do rover. O RoMAG trabalha com o MOMAG para detectar o campo magnético do espaço marciano e amostrar as correntes da ionosfera marciana. Os principais parâmetros de desempenho do MoMAG são mostrados abaixo .

Tabela 15 . Principais parâmetros de desempenho do MoMAG.

Alcance de medição± 2000 nT
Resoluçãomelhor que 0,01 nT
Nível de ruído≤0,01 nT / √Hz
Massa1,05 kg
Eletricidade5,5 W
Taxa de dados≤1 Mbps

A Mars Climate Station (MCS) usa micro sistema eletromecânico (MEMS) transdutor de pressão de tipo capacitivo, anemômetro de filme quente MEMS, um interferômetro de Fabry-Perot (EFPI) sensor acústico de fibra óptica e um conjunto de resistores de platina termométricos. O MCS pode obter os principais dados do estado atmosférico, como temperatura, pressão, velocidade do vento e direção para monitorar a meteorologia da superfície marciana. Os principais parâmetros de desempenho do MCS são mostrados abaixo .

Tabela 16 . Principais parâmetros de desempenho do MCS.

TemperaturaPressão
Alcance de medição-130 ° C a +70 ° CAlcance de medição1-2000 Pa
Resolução0,1 ° CResolução0,1 Pa
Velocidade do ventoDireção do vento
Alcance de medição0–70 m / sAlcance de medição0-360 °
Resolução0–10 m / s: Melhor que 0,2 m / s
10–20 m / s: Melhor que 0,3 m / s
20–70 m / s: Melhor que 0,5 m / s
Resolução5 °
Som
Alcance de frequência20 Hz – 2,5 kHz, 2,5–20 kHzSensibilidadeMelhor que 50 mV / Pa
Gama dinâmica≥90 dB
Massa1,75 kg
Eletricidade11 W
Taxa de dados≤1 Mbps
Rover em testes
Réplica em tamanho real do rover Zhurong
Veículo automotor Zhurong real em teste
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