TianWen-1 em Marte: veja os instrumentos científicos da espaçonave

Estação automática marciana chinesa transporta vários equipamentos

1 – A estação automática TianWen-1 (天问一号 = Tiān Wèn yī hào)

A TianWen-1 (TW-1) se compõe de um orbitador prismático dourado maior e um estágio de pouso envolto em uma concha de proteção (o veículo de entrada atmosférica) em forma de cone prateado. De acordo com dados oficiais, o orbitador pesa cerca de 3,8 toneladas, e o veículo de entrada (incluindo estágio de pouso e o rover a bordo) pesa cerca de 1,2 toneladas. Isso significa que o peso total da TianWen-1 excedeu 5 toneladas, maior que as as 3 toneladas das sondas americanas “Mars 2012” e “Mars 2020”, tornando-se, segundo a mídia chinesa, a sonda marciana mais pesada já lançada.

A estação interplanetária automática de Marte Tianwen-1 foi lançada em 23 de julho de 2020 às 12h41, horário de Pequim, por um foguete Longa Marcha 5 nº Y4 (CZ-5 Y4) , do Centro de Lançamento Espacial de Wenchang, província de Hainan. A Tianwen-1 foi colocada diretamente na órbita de transferência Terra-Marte e chegou ao planeta em fevereiro de 2021. A estação foi inserida em uma órbita de estacionamento de Marte após três manobras de frenagem no periáreon, de onde fez uma pesquisa inicial do área de pouso. Aproximadamente 2-3 meses depois, a espaçonave foi colocada em um arco de entrada e saída para liberar a cápsula de pouso, da qual a cápsula de entrada com o rover Zhurong descerá e pousará na superfície de Marte. O rover irá descer para a superfície marciana alguns dias após o pouso, após uma avaliação do terreno ao redor do módulo de pouso, e trafegar por pelo menos 92 dias marcianos.

A massa total da estação no lançamento foi de cerca de 5.000 kg. O orbitador tem massa de 3.175 kg, e o rover uma massa de 240 kg.

A estação ejetou um pequeno módulo independente consistindo de uma câmera que fez imagens da própria espaçonave:

Casulo com minicâmera ejetado pela estação quando em trânsito entre a Terra e Marte Casulo com minicâmera em outro ângulo
ImageImage
Tianwen 1 vista pela câmera ejetada, em close Tianwen 1 vista pela câmera ejetada, mais distante
Estação TianWen em preparação no edificio de teste e integração

Depois de liberar a cápsula, o orbitador manobrará para entrar em uma órbita de retransmissão de dados (265 km × 12.500 km) durante a missão de superfície do rover. Posteriormente, o orbitador será colocado em uma órbita elíptica de 265 km × 12.000 km para conduzir um estudo de levantamento global de um ano marciano.

A estação automática separada em suas partes principais: o corpo do orbitador está embaixo, com sua antena parabólica de alto ganho e os paineis solares; depois o escudo de calor inferior do veículo de entrada atmosférica , o módulo de pouso com o ‘rover’ acoplado sobre ele; e a concha superior do veículo de entrada atmosférica.

2 . Os objetivos científicos da Tianwen-1

Os objetivos científicos de Tianwen-1 são os seguintes

  • Estudar as características da topografia e estrutura geológica de Marte.(2)
  • Para estudar as características do solo na superfície marciana e a distribuição do gelo de água.(3)
  • Para investigar a composição da substância da superfície marciana.(4)
  • Para estudar a ionosfera, o clima da superfície e as características ambientais de Marte.(5)
  • Estudar os campos físicos marcianos (eletromagnético, gravitacional) e a estrutura interna.
Réplica em tamanho real do módulo de pouso com a rampa de descida do rover

Para atingir os objetivos científicos existem 13 cargas úteis científicas na Tianwen-1, sete cargas úteis no orbitador, seis cargas no rover e dois controladores de carga útil instalados separadamente no orbitador e no rover, respectivamente. Esses constituem o sistema de carga útil científica.

As cargas científicas montadas no orbitador incluem: câmera de imagem de resolução moderada (MoRIC), câmera de imagem de alta resolução (HiRIC), Mars Orbiter Scientific Investigation Radar (MOSIR), Mars Mineralogical Spectrometer (MMS), Mars Orbiter Magnetometer (MOMAG), Mars Analisador de Partículas Iônicas e Neutras (MINPA), Analisador de Partículas Energéticas de Marte (MEPA). A localização das cargas úteis científicas no orbitador é exibida abaixo.

As cargas científicas conduzirão uma exploração global abrangente do planeta. Suas tarefas científicas incluem:

  • Analisar a ionosfera de Marte e pesquisar o ambiente interplanetário.
  • Para detectar a superfície marciana e o gelo de água subterrâneo.
  • Para fazer um levantamento das características do solo e das estruturas de Marte.
  • Levantar as características da topografia e geomorfologia marciana.
  • Para analisar a composição do material da superfície de Marte.

2.1 “Rover” Zhurong (祝 融 = Zhù Róng)

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:

Réplica em tamanho real do rover Zhurong
Rover em testes
  • 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.
Veículo automotor Zhurong real em teste

A relação entre os objetivos científicos da Tianwen-1, as tarefas de exploração e as cargas científicas são mostradas abaixo:

Tabela 1 . Relação entre objetivos científicos, tarefas de exploração e cargas úteis científicas.

Objetivos científicosMóduloTarefas de exploração
Para estudar as características da topografia marciana e estrutura geológicaOrbitadorLevantar as características da topografia e geomorfologia marcianaMoRIC HiRIC MOSIR
Rover Para estudar a topografia e a estrutura geológica da área itinerante de MarteNaTeCam
Para estudar as características do solo na superfície marciana e a distribuição do gelo de águaOrbitador Para detectar a superfície marciana e o gelo de água subterrâneoMOSIR
Para pesquisar as características e distribuição do solo e estruturas de MarteMOSIR
Rover Para pesquisar a estrutura do solo (perfil) da área roving de Marte e para procurar gelo de águaRoPeR
Para investigar a composição da substância da superfície marcianaOrbitadorPara analisar a composição do material da superfície de MarteMMS
RoverPara pesquisar elementos, minerais e tipos de rocha da área de perambulação de MarteMarSCoDe MSCam
Para estudar a ionosfera, o clima da superfície e as características ambientais de Marte.OrbitadorPara analisar a ionosfera de Marte e pesquisar o ambiente interplanetárioMOMAG MINPA MEPA MOSIR (VLF)
Rover Para pesquisar as características físicas da atmosfera e o ambiente da superfície da área itinerante de MarteMCS
Para estudar os campos físicos marcianos (eletromagnético, gravitacional) e a estrutura internaOrbitadorPara analisar a ionosfera de Marte e pesquisar o ambiente interplanetárioMOMAG MINPA MEPA
Rover Para pesquisar as características físicas da atmosfera e o ambiente da superfície da área itinerante de MarteRoMAG

Além das considerações de segurança , a área de pouso deve atender aos requisitos de exploração científica. Inicialmente, dois locais candidatos foram considerados para o rover. Como resultado dessa avaliação, o local foi selecionado na Utopia Planitia.

Depois de liberar a cápsula, o orbitador manobrará para entrar em uma órbita de retransmissão de dados (265 km × 12.500 km) durante a missão de superfície do rover. Posteriormente, o orbitador entrará em uma órbita elíptica de 265 km × 12.000 km para conduzir um estudo de levantamento global por um ano marciano.

3 . Seleção da área de pouso

Além das considerações de segurança do pouso, a área de pouso deve atender aos requisitos de exploração científica. Inicialmente, dois locais de pouso candidatos foram considerados para o rover Tianwen-1. Como resultado dessa avaliação, o local de pouso foi selecionado para ser na Utopia Planitia . A área de pouso candidata em Marte é mostrada abaixo .

Utopia Planitia é a maior bacia de impacto reconhecida no hemisfério norte de Marte . O mapa geológico mostra que a maior parte é coberta por extensos materiais sedimentares da unidade interior de Vastitas Borealis. A análise dos dados de rugosidade e declividade mostram que a bacia da Utopia é caracterizada por uma morfologia moderada e suave. Vários recursos na Bacia da Utopia foram interpretados como indicadores morfológicos de água / gelo. A constante dielétrica derivada de observações pelo radar SHARAD do Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) americano confirma a existência de água / gelo subterrâneo na alta latitude. O fluxo de lava da idade amazônica e lahars emanando do flanco do noroeste de Elysium Rise se sobrepõem no centro da bacia de Utopia.

Embora os dados espectrais atualmente disponíveis mostrem que há poucos minerais portadores de água na área de mecha devido à baixa resolução espacial. Isso pode ser devido à baixa resolução espacial das observações e a presença de tais materiais não pode ser excluída. A exploração in situ por um conjunto de instrumentos no rover (ou seja, MarSCode) com resolução mais alta pode potencialmente detectar minerais hidratados na área e pode fornecer pistas importantes sobre a evolução regional e global do clima de Marte.

4 . Cargas científicas da Tianwen-1

4.1 . Cargas científicas no orbitador

4.1.1 . Estrutura do sistema de cargas úteis científicas no orbitador

O sistema de cargas úteis científicas do orbitador tem o controlador de carga útil como núcleo e sete cargas úteis científicas integradas ao sistema por meio de uma rede de barramento interno. O controlador de carga útil faz interface com a plataforma orbital e fornece energia elétrica, controle térmico, comando, coleta e processamento de dados. As cargas científicas executam suas tarefas científicas sob o controle do controlador de carga útil. O sistema de carga útil opera de forma autônoma e pode monitorar de forma independente o status do sistema e corrigir seus problemas;  A estrutura do sistema de cargas úteis científicas no orbitador é mostrada abaixo .

O controlador de carga útil pode controlar as cargas úteis científicas, executar os comandos de missão, reduzir os volumes de dados, superar gargalos de comunicação e, assim, executar a missão científica com mais eficiência. Além disso, o controlador de carga útil é projetado para lidar com avarias e para controlar contingências. Ele consegue a detecção de falhas, isolamento e recuperação e reconfiguração do sistema para a operação saudável da carga útil. O controlador de carga útil implementa redundância dupla para aumentar a tolerância a falhas e confiabilidade.

4.1.2. Projeto de carga científica no modo de trabalho do orbitador

As cargas científicas do orbitador são projetadas para funcionar durante a transferência Terra-Marte e também na órbita de sensoriamento remoto de Marte. Os tempos de trabalho e modos de operação específicos são mostrados abaixo .

Tabela 2 . Modelo de trabalho das cargas científicas do orbitador.

Na órbita de transferência Terra-Marte, os receptores de rádio MINPA, MEPA e VLF do MOSIR são ligados para monitorar o ambiente espacial , e as outras cargas científicas realizam verificações automáticas de acordo com o programa de trabalho. A partir da órbita de sensoriamento remoto, quando abaixo de 800 km de altitude, o HiRIC, MoSIR e MMS podem monitorar intermitentemente as regiões de interesse, enquanto as outras cargas científicas operarão continuamente. Da órbita de sensoriamento remoto, quando acima de 800 km de altitude, o MOMAG, MINPA e MEPA funcionarão continuamente, enquanto o MoRIC e o MMS realizam calibrações em órbita, e o HiRIC e MOSIR estarão em modo de hibernação devido à distância de Marte .

Como a distância mais longa entre a Terra e Marte é de 400 milhões de quilômetros, as comunicações de rádio demoram e a taxa de transferência de informações é baixa. O controlador de carga útil executa um programa de trabalho armazenado dos comandos diretos e atrasados.

O controlador de carga útil armazena uma lista das sequências de modos de trabalho em órbita das múltiplas cargas científicas e inicia essas sequências no comando de solo. Além disso, esta lista de sequência pré-armazenada pode ser atualizada do solo com base nas condições reais em órbita e nos requisitos científicos. A estação terrestre carrega o programa de trabalho para o sistema de gerenciamento de dados do orbitador, que o encaminha para o controlador de carga útil por meio de um barramento MIL 1553B. O controlador de carga útil controla o trabalho da carga útil científica correspondente de acordo com os comandos armazenados. 

As cargas científicas do orbitador são mostradas abaixo

4.1.3 . Projeto das cargas úteis científicas do orbitador

A câmera de imagem de resolução moderada (MoRIC) é uma câmera de amplo campo de visão que pode obter imagens da superfície de Marte de uma altitude de 800 km a 265 km em órbita, e os dados coletados são usados ​​para estudar a topografia, geomorfologia e estrutura geológica .  A MoRIC pode fornecer imagens 2D e 3D.

Durante o teste de calibração radiométrica absoluta do MoRIC, quatro níveis de saturação (80%, 60%, 40% e 20%) serão utilizados para adquirir imagens em 5 intensidades de luz homogêneas (729,65 μw / cm 2 , 321,50 μw / cm 2 , 1260,23 μw / cm 2 , 1937,00 μw / cm 2 , 196,93 μw / cm 2 ) para calibração radiométrica absoluta. O erro máximo após a calibração foi de 2,92%. Os principais parâmetros de desempenho do MoRIC são mostrados abaixo .

Tabela 3 . Principais parâmetros de desempenho do MoRIC.

Faixa espectralespectro visível (430-690 nm)
Corpadrão R, G, B
Resoluçãomelhor que 100 m @ 400 km;
Largura de imagem400 km a 400 km de altitude orbital;
Número efetivo de pixels4096 × 3072
Massa3,5 kg
Eletricidade20 W
Taxa de dados≤16 Mbps

O detector da câmera de imagem de alta resolução (HiRIC) é um TDI-CCD. HiRIC opera em modo de varredura linear para obter imagens ópticas de alta resolução de Marte para estudos de topografia, geomorfologia e estrutura geológica. Ele fornece imagens coloridas e espectrais. 

Antes que a cápsula com o rover se separe do orbitador, o HiRIC é usado para selecionar a área de pouso para garantir um pouso seguro. Os principais parâmetros de desempenho do HiRIC são mostrados abaixo .

Tabela 4 . Principais parâmetros de desempenho do HiRIC.

Resolução (a 265 km de altitude orbital)Pancromático: melhor que 2,5 m, em áreas-chave melhores que 0,5 m;
Cor: melhor que 10 m, em áreas-chave melhores que 2,0 metros
Bandas espectraisPancromático: 0,45–0,9 um
cor: azul 0,45–0,52 um, verde 0,52–0,60 um, vermelho 0,63–0,69 um, infravermelho próximo 0,76–0,90 um
Largura de cobertura9 km a 265 km
Massa43 kg
Eletricidade127 W
Taxa de dados≤2254 Mbps

O Mars Orbiter Scientific Investigation Radar (MOSIR) usa técnicas de modulação de frequência linear para compressão de pulso. Os pulsos eletromagnéticos emitidos pelo radar são refletidos para o receptor após penetrar no alvo. Os ecos fornecem informações sobre a superfície e subsuperfície de Marte (isto é, a profundidade e distribuição espacial do gelo subterrâneo de água).

O MOSIR usa dois canais de frequência e possui antenas dipolo de banda larga. O instrumento pode trabalhar nos modos de polarização HH (transmissão horizontal – recepção horizontal) e HV (transmissão horizontal – recepção vertical).

Na órbita de transferência Terra-Marte, o receptor VLF de MOSIR pode detectar as ondas eletromagnéticas de baixa frequência interplanetárias. Os principais parâmetros de desempenho do MOSIR são mostrados abaixo .

Tabela 5 . Principais parâmetros de desempenho do MOSIR.

Frequência10–20 MHz, 30–50 MHz;
Detector de profundidadeEstrutura subsuperficial de Marte, ~ 100 m (solo, εγ * = 3,0 ~ 4,0),
gelo, ~ 1000 m (gelo, εγ * = 3,0)
Resolução de espessura do terreno nível do medidor
Massa28 kg
Eletricidade67 W
Taxa de geração de dados≤1 Mbps

* ε: Constante dielétrica, γ: perda dielétrica, εγ representa o espalhamento eletromagnético e as características de radiação de uma substância, usado para recuperar a profundidade de penetração das ondas eletromagnéticas no solo ou gelo de água.

As tarefas de exploração científica do Mars Mineralogical Spectrometer (MMS) incluem: 1) analisar a composição e distribuição mineral; 2) estudar a composição química de Marte e sua evolução; 3) analisar os recursos de Marte.

O MMS possui um telescópio de 3 espelhos fora de eixo, com elementos de forma livre, grade plana para separação espectral. Funciona no modo push-broom. No máximo, possui 512 pixels na dimensão espacial e 576 canais na dimensão espectral. O instrumento pode selecionar combinações adequadas de dimensões espaciais e espectrais conforme exigido pelas necessidades científicas. A calibração é realizada por meio do Sol e de uma lâmpada embutida.

A calibração radiométrica do MMS foi medida por fontes de luz de referência (integrando esfera e corpo negro) com diferentes níveis de energia. O erro na calibração radiométrica absoluta para dois níveis de tempo de integração (5,15 ms e 44,6 ms) no canal V-NIR está abaixo de 7,5%, enquanto o erro na calibração radiométrica absoluta para cada tempo de integração (1,5-2,3 ms) no N- A região do MIR está abaixo de 8,5%. Os principais parâmetros de desempenho do MMS são mostrados abaixo .

Tabela 6 . Principais parâmetros de desempenho do MMS.

Região espectralInfravermelho próximo visível, 0,45–1,05 um;
Infravermelho próximo e infravermelho de onda média, 1,00–3,40 um;
Resolução espectralinfravermelho próximo visível, melhor que 6 nm;
Infravermelho próximo e infravermelho de onda média:
melhor do que 12 nm@1,0–2,0 um,
melhor do que 20 nm@2,0–3,4 um
Resolução espacial2,8 km @ 265 km , Os pontos de amostragem no campo de visão ≥3, Campo de visão para cada ponto ≤0,6 °
Massa7,2 kg
Eletricidade48 W
Taxa de data≤3,8 Mbps

O Mars Orbiter Magnetometer (MOMAG) é um magnetômetro fluxgate para medir o campo magnético. Ao medir o ambiente do campo magnético de Marte, o MOMAG pode ser usado para estudar o mecanismo de interação entre a ionosfera marciana, a bainha magnética e o vento solar.

O MOMAG tem um sensor de sonda fluxgate duplo montado no pólo de alongamento especial e usa um método gradiente de sondas duplas para eliminar a influência do campo magnético da espaçonave nas medições do magnetômetro. Os principais parâmetros de desempenho do MOMAG são mostrados abaixo .

Tabela 7 . Principais parâmetros de desempenho do MOMAG.

Faixa de medição± 2000 nT;
Nível de ruído≤0,01 nT / √Hz;
Resoluçãomelhor que 0,01 nT;
Massa7,5 kg
Eletricidade 3,8 W
Taxa de geração de dados1,95 kbps

O Analisador de Íons e Partículas Neutras de Marte (MINPA) é usado para detectar íons de baixa energia e partículas neutras no ambiente de plasma espacial e para entender como e por que a atmosfera marciana escapou e o mecanismo de aceleração de partículas neutras perto da onda de choque marciana .

O MINPA é equipado com uma placa de ionização para ionizar partículas neutras, e o método de detecção de compartilhamento de tempo de íons e partículas neutras é adotado para realizar a reutilização de sensores e eletrônicos. Os principais parâmetros de desempenho do MINPA são mostrados abaixo .

Tabela 8 . Principais parâmetros de desempenho do MINPA.

ItemÍons de baixa energiaPartículas neutras de baixa energia
Gama de energia5-25 keV50-3 keV
Resolução de energia (ΔE / E)15%100%
Massa1-70 amu1-32 amu
Massa4,7 kg
Eletricidade11 W
Taxa de geração de dados18 kbps

Com um único sistema de telescópio, combinado com detector de anticoincidência, o Mars Energetic Particles Analyzer (MEPA) pode obter medições abrangentes e precisas de elétrons, prótons, partículas alfa e íons pesados, estudar as características e alterar as regras do espectro de energia das partículas energéticas , a composição elementar e o fluxo no ambiente espacial próximo a Marte e a órbita de transferência Terra-Marte, e mapeiam a distribuição espacial de diferentes tipos de radiação de partículas de energia.

O MEPA tem a capacidade de calibração em órbita. Os principais parâmetros de desempenho do MEPA são mostrados abaixo .

Tabela 9 . Principais parâmetros de desempenho do MEPA.

Gama de energiaEletrônicos: 0,1–12 MeV; Prótons: 2–100 MeV;
partículas α, íons pesados: 25–300 MeV;
Resolução de energia (ΔE / E)15%
Faixa de fluxo0–10 5 cm −2 s −1
Composição elementarH – Fe (1 ≤ Z ≤ 26)
Resolução de massa de íons pesados ​​(Δm / m)≤25% (Z ≤ 9, faixa de energia 25–300 MeV);
≤25% (10 ≤ Z ≤ 26, faixa de energia 100–300 MeV);
≤60% (10 ≤ Z ≤ 26, faixa de energia 25–100 MeV)
Massa3,1 kg
Eletricidade 8,4 W
Taxa de geração de dados1,3 kbps

4.2 . Cargas científicas no rover

4.2.1 . 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 e 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.

4.2.2 . 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 .

4.2.3 . 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
Eletricidade 1,8 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

(*) Cientistas responsáveis: Zou Yongliao , BZhu Yan,Bai Yunfei ,Wang Lianguo ; Jia Yingzhuo ; Shen Weihua ; Fã Yu ; Liu Yang ; Wang Chi ; BZhang ; ibing ; Yu Guobin , Dong Jihong ,Shu Rong , He Zhiping , Zhang Tielong, Du Fan MingyihYang Jianfeng, Peng Yongqing

Referências

LI Chunlai, LIU Jianjun, GENG Yan, CAO Jinbin, ZHANG Tielong, FANG Guangyou, YANG Jianfeng, SHU Rong, ZOU Yongliao, LIN Yangting, OUYANG Ziyuan. – Scientific Objectives and Payload Configuration of China’s First Mars Exploration Mission[J].
Journal of Deep Space Exploration, 2018