Çin’in 2020’de fırlattığı Tianwen-1 misyonu, Mars’ın keşfinde yeni bir başarıya imza attı. Bilim adamları, Tianwen-1 Orta Çözünürlüklü Kamera (MoRIC) tarafından elde edilen verilere dayanarak, 76 m çözünürlük ve 68 m yatay doğrulukla Mars’ın en ayrıntılı gerçek renkli haritasını oluşturdular.

Bilim Bültenine göre, çalışma Çin Bilimler Akademisi Ulusal Astronomi Gözlemevi’nden Profesör Li Chunlai ve Ay Araştırmaları ve Uzay Mühendisliği Merkezi’nden Profesör Zhang Rongqiao tarafından yönetildi. Bilim adamları, orijinal yörünge ölçüm verilerini optimize etmek, bireysel MoRIC görüntüleri arasındaki konum sapmasını 1 pikselin altına düşürmek ve piksel düzeyinde “kesintisiz” bir görüntü mozaiği elde etmek için toplu ayarlama teknolojisini kullandı.

Tianwen-1 Mars Global Color Orthomosaic 76 m v1 olarak adlandırılan yeni Mars haritası, Mars’ın yüksek hassasiyetli renkli görüntüleme verilerinde onlarca metrelik bir ölçekteki boşluğu dolduruyor. Bu en yüksek çözünürlüklü gerçek renkli küresel harita, Mars’ın yaygın olarak kullanılan görüntülerinin çözünürlüğünü ve renk orijinalliğini önemli ölçüde artırır.

Bilim adamları, bu haritalama ürününün Mars’ın yeni bir temel haritası olarak hizmet edebileceğini, uluslararası meslektaşlarına gezegeni onlarca metre, metre veya daha küçük ölçeklerde haritalamak için daha iyi coğrafi referans sağlayabileceğini ve gelecekteki Mars keşif misyonlarını ve bilimsel araştırmaları destekleyebileceğini söylüyor.

Tianwen-1 misyonu tarafından elde edilen veriler, Mars’taki bilimsel araştırma ve keşif misyonları için temel teşkil ediyor. Daha önce Mars’ın yüz metre ölçeğinde ve daha yüksek çözünürlükte küresel renkli görüntüleri mevcut değildi.

Tianwen-1 misyonu Temmuz 2020’de başlatıldı ve bir yörünge aracı, iniş aracı ve gezici içeriyordu. Şubat 2021’de yörünge aracı Mars’a ulaştı ve bilimsel araştırmalara başladı.

Toplanan görüntüler Mars yüzeyinin küresel kapsamına ulaştı. Neredeyse aynı anda, Tianwen-1 Mars Mineraloji Spektrometresi tarafından 265 ila 800 m arasında değişen uzaysal çözünürlüğe sahip toplam 325 bant görünür ve yakın kızılötesi veri elde edildi.

Astrofotoğrafçılığı iki temel faktör etkiler: zamanlama ve konum. Bir kamera doğru zamanda doğru yerde olursa, daha önce hiç görülmemiş görüntüleri yakalayabilir. Ve güneş sistemindeki kameraların çoğalmasıyla birlikte, giderek artan bir frekansta daha fazla yeni fotoğraf çekilecek. Çin’in Tianwen-1 sondası, ikinci yıldönümünü kutlamak için Mars’ın uydusu Phobos’un fotoğrafını çekerek bu roman koleksiyonuna eklendi.

Görüntünün kendisi, uzunluğu Manhattan’ınkinden çok fazla olmayan nesnenin birçok özelliğinin net tanımıyla çarpıcı. Tam güneş ışığı altında veya Dünya’da “dolunay” olarak adlandırabileceğimiz şekilde bakıldığında, fotoğrafın sol üst kısmında, nispeten yakın tarihli etkileri gösterebilecek bazı göze çarpan çizgiler var. Ayrıca görüntünün sağ üst köşesinde Estonyalı astronom Ernst Öpik adlı bir krater görülüyor. Adını diğer gökbilimciler ve Gulliver’in Seyahatleri’ndeki karakterlerden alan diğer özellikler, Öpik kraterinin etrafındaki alan büyük ölçüde özelliksiz olduğundan görüntüde o kadar net değil.

Çin’in Phobos’a ilgisi de yeni değil. Başlangıçta, Yinghuo-1 olarak bilinen ilk Mars yörünge görevini, aynı zamanda Rusya’nın Fobos-Grunt örnek dönüş görevini Mars’ın en içteki uydusuna taşıyan bir roket üzerinde başlatmayı planlıyordu. Ne yazık ki, bu uzay aracı gerekli yörüngesine ulaşamadı ve 2012’de Dünya’ya geri düştü.

Yine de bu tür bir aksilik, iyi bir uzay ajansını aşağıda tutmaz. Tianwen-1, Phobos’un resmini çeken yörünge sondası ile Çin’in kızıl gezegene yönelik şu anki amiral gemisi görevidir ve şimdiye kadar oraya gönderilen en büyük yüklerden birinde Mars sistemine giren altı ayrı uzay aracından yalnızca birini içermektedir. Gezginler, arazi araçları ve uydular üzerinde bir dizi araç kullanarak yeni bilimsel veriler toplamakla meşguller.

Büyük olasılıkla, Phobos’un bu resminde henüz başka bir yerde yakalanmamış yeni bilimsel veriler yok. Mars yüzeyinin 6.000 km üzerindeki mevcut dairesel yörüngesinde, olması gereken fazla bir değişiklik yok. Bununla birlikte, astrofotografinin hedeflerinden biri de ilhamdır ve şaşırtıcı benzersiz bir aya bu benzersiz bakış kesinlikle bunu sağlar.

Tianwen-1’in çektiği tek harika fotoğraflar da bunlar değil. Birkaç ay önce, Mars yüzeyinin tam bir görüntüsünü yayınladı. Diğer bazı bileşenlerde kameralar kullanarak, kızıl gezegenin hem üzerinde hem de üzerinde birkaç selfie çekmeyi bile başardı. Arazi aracı ve gezgini, NASA’nın Mars Orbiter’ındaki HiRISE kamerası tarafından da yakalandı.

Gezegenin etrafında yüzen tüm kameralarla, geleceğin astrofotografi meraklıları, sürekli bir yeni görüntü akışı bekleyebilirler. Umalım ki gelecekleri için daha fazla ilham versinler.

Çin Bilimler Akademisi’nin (CAS) Modern Fizik Enstitüsü’nden (IMP) araştırmacılar ve onların işbirlikçileri, Çin’in Tianwen-1 (TW) üzerinde taşınan Mars Energetic Particle Analyzer (MEPA) tarafından gözlemlenen bir güneş enerjili parçacık (SEP) olayı bildirdiler. -1) uzay aracı. MEPA’ya dayalı ilk bilimsel rapor olan makale, Astrofizik Dergi Mektupları.

IMP ve Lanzhou Fizik Enstitüsü tarafından ortaklaşa geliştirilen MEPA, Çin’in gezegenler arası ve Mars’a yakın uzay radyasyon ortamını incelemeyi amaçlayan ilk bilimsel yüküdür. Keşif görevine başlamak için Temmuz 2020’de TW-1 uzay aracıyla fırlatıldı.

29 Kasım 2020’de MEPA, 1.39 astronomik birimde güneş Döngüsü 25’in ilk büyük yaygın SEP etkinliğini gözlemledi. SEP olayının patlaması sırasında, TW-1 ve Dünya yaklaşık olarak aynı manyetik alan çizgisi üzerindeydi, yani TW-1 ve Dünya’ya yakın uzay aracı on milyonlarca kilometrelik bir mesafeden güneş enerjili parçacıkları gözlemleyebiliyordu. enerjik parçacık yayılımının etkilerini incelemek için nadir bir fırsat sağladı.

Güneş enerjili parçacıkların hızlanma ve yayılma mekanizmasının incelenmesi, uzay fiziğinde büyük önem taşımaktadır. Dünyaya yakın çevreden ayrılıp uzaya gittikten sonra, jeomanyetik alanın koruması olmayan astronotlar ve uzay araçları kaçınılmaz olarak yoğun yüksek enerjili parçacık radyasyonuna maruz kalırlar. Akıları uzun süre stabil olan galaktik kozmik ışınların aksine, SEP olayları düzensizdir ve herhangi bir güneş döngüsü sırasında öngörülemez. Akışları, sadece gezegenler arası ve dünyaya yakın uzay radyasyonu ortamı üzerinde büyük bir etkiye sahip olmakla kalmayıp, aynı zamanda insanlı uzay uçuşu ve derin gibi uzay misyonları için büyük bir tehdit oluşturacak olan arka plan kozmik ışınlarınınkinden birkaç kat daha yüksektir. uzay araştırması.

MEPA verilerini aldıktan sonra, IMP’den araştırmacılar verileri değerlendirdi ve MEPA’nın iyi çalışır durumda olduğunu doğruladı. Kendi oluşturdukları MEPA simülasyon yazılımlarını kullanarak, simüle edilmiş verileri döndürülen örneklenmiş orijinal verilerin sonuçlarıyla karşılaştırdılar ve farklı olay parçacıkları türleri için MEPA’nın geometrik faktörlerini elde ettiler. Araştırmacılar ayrıca örneklenen orijinal veriler ile MEPA’nın gözlemlenen yörüngedeki enerji spektrumu arasındaki ilişkiyi belirlediler ve MEPA’nın bilimsel tespit verilerinin kalitesini sağlamak için bir dizi MEPA veri analizi yöntemi oluşturdular.

MEPA ve Dünya’ya yakın uyduların proton akışı verilerine dayanarak, araştırma ekibi SEP olaylarının hızlanma ve yayılma mekanizmasını araştırdı. Ekip, Macao Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, Çin Yerbilimleri Üniversitesi, IMP, Lanzhou Fizik Enstitüsü, CAS Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, ABD, Huntsville’deki Alabama Üniversitesi ve CAS Ulusal Uzay Bilimleri Merkezi’nden araştırmacılardan oluşmaktadır. .

Araştırmacılar, MEPA ve Dünya’ya yakın uzay aracından gelen proton akışı verilerini karşılaştırarak, TW-1 ve Dünya’ya yakın uzay aracıyla ilişkili manyetik alan çizgisinin, güneşin yüzeyindeki patlama kaynak bölgelerine ve gezegenler arası şoka bağlı olmadığını buldular. TW-1 ve Dünya’ya yakın uzay araçları tarafından yapılan gözlem, çapraz alan difüzyonundan kaynaklanmaktadır.

Bu arada araştırmacılar, iki lokasyondaki verilerin benzer çift-kuvvet yasası spektral özellikleri gösterdiğini ve proton zaman-yoğunluk profillerinin SEP bozunma evresi sırasında tipik bir rezervuar fenomeni gösterdiğini buldular. Çift kuvvet kanunu spektrumunun büyük olasılıkla şok ivmesinin kaynak bölgesinde üretildiğini ve dikey difüzyonun bu olay sırasında SEP rezervuar fenomenini açıklamada kilit bir faktör olduğunu öne sürdüler. Ayrıca SEP tepe yoğunluğunun radyal ve gezegenler arası manyetik alan yol uzunluğu bağımlılığını tartıştılar.

SEP olayı, MEPA ve Dünya’ya yakın uyduların gözlem verileri arasında çok iyi bir tutarlılık gösteriyor. Sonuç, Mars’a yakın keşif verilerinin daha sonraki çalışması için iyi bir temel oluşturuyor ve insanların Mars’taki radyasyon ortamını daha iyi anlamalarına ve derin uzay araştırma görevlerini planlamalarına yardımcı olacak.

Tianwen-1’in tasarımı, geliştirilmesi ve kalifikasyonu ile nasıl başa çıkılır? Mars paraşüt.

Çin’in Tianwen-1 Mars sondası, 15 Mayıs 2021’de Pekin Saati ile 7:18’de Ütopya Ovası’na başarıyla indi. Mars görevlerinin başarı oranı yaklaşık %50’dir ve çoğu başarısızlık giriş, iniş ve iniş sırasında meydana gelir ( EDL) aşaması. Düşük yoğunluklu süpersonik paraşütler, Mars’ın EDL’sinde hayati bir rol oynar ve tüm görevin başarısını doğrudan belirler. Yakın zamanda yayınlanan bir araştırma makalesinde Uzay: Bilim ve TeknolojiPekin Uzay Mekaniği ve Elektrik Enstitüsü’nden Mingxing Huang, gelecekteki Mars keşif paraşütlerinin yaratılması için bir referans sağlayabilecek Tianwen-1 Mars paraşütünün tasarımını, geliştirmesini ve kalifikasyonunu gerçekleştirdi.

Yazar önce Mars paraşüt çeşitlerinin analizi ve seçimine odaklandı. Dünya’da çalışan paraşütlerle karşılaştırıldığında, Mars’a inen paraşütlerin paraşütleri daha fazla sorunla karşı karşıya. Bir yandan, Mars paraşütünün açık uçuşu, süpersonik hız, düşük yoğunluk ve düşük dinamik basınç ile karakterize edilir. Öte yandan, Mars girdap aktivitesi ve toz fırtınaları gibi atmosferik faaliyetler, zorlu paraşüt açma koşullarına neden olabilir. Bu nedenle paraşüt tasarımında paraşütün açılmasındaki zorluklar, kararsız şişirme ve düşük sürtünme katsayısı göz önünde bulundurulmalıdır.

Mars’a başarılı bir şekilde yumuşak iniş gerçekleştiren diğer tüm iniş araçları, süpersonik ve düşük yoğunluklu çalışma ortamında iyi bir stabiliteye ve mükemmel şişirme performansına sahip olan DGB (Disk-Gap-Band) paraşütünü kullandı. Gösterilen yüksek irtifa performansı ve daha düşük teknik risk nedeniyle, geliştirilmiş tasarım modifikasyonlarına sahip DGB paraşütü, Tianwen-1 Mars sondası için aday olarak seçildi. Bant alanının tüm kanopiye oranına göre, DGB paraşütleri Viking tipi ve MPF (Mars Pathfinder) tipine ayrılabilir. Viking tipi DGB paraşütü yüksek bir sürtünme katsayısına ve zayıf bir stabiliteye sahipken, MPF ve onun geliştirilmiş DGB paraşütü daha küçük bir sürtünme katsayısına ancak daha iyi stabiliteye sahiptir. Ayrıca, mevcut DGB paraşüt yapısını optimize etmek ve iyileştirmek için iki fikir benimsendi. Biri, sürükleme katsayısını arttırmaktır. Disk kısmı böylece daha yüksek bir sürtünme katsayısına sahip bir yapıya dönüştürülür. Diğeri, örneğin kanopinin eteğine konik bir bant eklemek gibi paraşütün stabilitesini arttırmak için bandın alanını genişletmektir. Böylece MPF, Viking, hemisflo, triconical ve konik yapı dahil olmak üzere beş DGB paraşüt yapısı aday olarak seçilmiştir.

Tianwen-1 iniş aracı ve Zhurong gezicisinin Giriş, İniş ve İniş dizisi. Kredi: Huang Xiangyu ve ark. DOI: https://doi.org/10.34133/2021/9846185

Daha sonra, Mars paraşütü için yapıyı optimize etmek için, beş DGB paraşütü için sürtünme katsayılarını ve salınım açılarını elde etmek için ses altı, transonik ve süpersonik rüzgar tüneli testleri yapıldı. Daha iyi yavaşlama ve stabilite performansına sahip bir paraşüt seçmek için farklı Mach sayılarındaki rüzgar tüneli test sonuçlarıyla birleştirildiğinde, konik DGB paraşütü, Tianwen-1 için en iyi yavaşlama paraşütüydü.

Son olarak, Mars uçuş koşullarında tam ölçekli konik DGB paraşütlerinin kabiliyetini göstermek için, Nisan 2018’de roketler ile dört yüksek irtifa uçuş testi yapıldı. Uçuş sırasında, ilk aşama yaklaşık 17km~20km irtifalarda yandı. , faydalı yük bölümü sırasıyla 49km ile 64km arasında zirveye ulaştı. Yük, hedeflenen dinamik basıncı ve Mach sayısını aldığında, paraşüt havanla açıldı.

Paraşütün konuşlandırılması, şişirilmesi ve süpersonik ve ses altı aerodinamiği, paraşüt üzerinde eğitilmiş yüksek hızlı bir video sistemi, paraşüt dizginlerinin arayüzünde bir dizi yük pimi ve faydalı yük dahil olmak üzere bir dizi alet tarafından analiz edildi ve faydalı yükte bir GPS ve atalet ölçüm birimi (IMU). Ses altı hıza yavaşladıktan sonra, paraşüt ve yük kurtarma için test aralığına indi.

Tüm testler, tam şişirme durumunda paraşüt üzerinde istenen bir yüke ulaşmak için paraşüt açılmasında belirli bir dinamik basıncı hedef aldı. Paraşütler, 100Pa ile 950Pa arasında değişen dinamik basınçlarda ve 2.05 ile 2.35 arasında Mach sayılarında konuşlandırılan havan topuydu. Karşılaştırıldığında, Tianwen-1’in paraşütü Ma1.6~Ma2.3 aralığında ve 250Pa~850Pa dinamik basınç aralığında güvenilir bir şekilde açılabilmelidir. Dünya üzerinde yapılan yüksek irtifa açma testi ve Mars’ın fiili çalışma koşulları altında Reynolds sayıları her ikisi de 2×10 mertebesindedir.⁶.

Test sonuçları, konik DGB paraşütünün sürtünme katsayısının 0,39 ila 0,70 arasında değiştiğini, Mach sayısının Ma 0.2-Ma 2.4’ten arttığını ve Ma 1.5’te maksimum 0.7 değerine ulaştığını; paraşüt açılmasından sonra maksimum AOA yaklaşık 20°’dir ve bunların tümü, konik DGB paraşütünün performansının Tianwen-1 Mars sondasının yavaşlama gereksinimlerini karşılayabileceğini göstermiştir.

Referans: “Tianwen-1 Mars Paraşütünün Aerodinamik Özelliklerinin Analizi ve Doğrulanması”, Mingxing Huang, Wenqiang Wang ve Jian Li, 20 Mart 2022, Uzay: Bilim ve Teknoloji.
DOI: 10.34133/2022/9805457

Finansman: Pekin Uzay Mekaniği ve Elektrik Enstitüsü