毅力漫游車上的MEDLI2傳感器套件不僅在收集數(shù)據(jù)以用于將來的任務，而且還可以為將來的任務提供服務。這也說明了如何在太空中使用現(xiàn)成的商業(yè)零件。

上周，美國宇航局成功地將恒心漫游車降落在火星 Jezero隕石坑上。 

對進入，下降和降落（EDL）系統(tǒng)如何將火星車安全降落在火星表面上的功能進行了高級描述。圖片由NASA / JPL-Caltech提供

由于NASA執(zhí)行此任務的主要目標是獲取有關火星未知信息的數(shù)據(jù)（例如，大氣條件，地形和微生物生命），因此NASA為流動站配備了許多傳感器，其中許多傳感器都是現(xiàn)成的成分。 

Perseverance隔熱板上的一套傳感器稱為MEDLI2，旨在測量流動站的進入，下降和著陸（EDL），以更好地協(xié)助未來的任務。 

空間設計的挑戰(zhàn)

我們最近討論了從遠處驅(qū)動恒心漫游車的設計挑戰(zhàn)。但是飛行傳感器在太空旅行和著陸時會遇到自己的挑戰(zhàn)。 

在太空中，傳感器需要承受波動的極端溫度，隨機振動，沖擊，真空和電離輻射。由于這些原因，必須通過執(zhí)行適用的環(huán)境測試對航天器專用部件進行測試和鑒定。 

慣性測量單元（IMU），陀螺儀，磁力計，熱電偶和壓力傳感器是深空探測器中常用的傳感器。NASA工程師必須進行廣泛的環(huán)境和生命周期測試，以驗證其對太空環(huán)境的可靠性和堅固性。通常，系統(tǒng)還經(jīng)過保守設計，并具有安全裕度和適當?shù)膫溆?冗余單元，以提高可靠性并最大程度地降低風險。 

空間級航空電子設備的設計和制造可能與商業(yè)產(chǎn)品明顯不同。例如，印刷電路板不能在空間真空中使用純錫基焊料，這可能會導致災難性的機械應力。此外，錫基焊料可能會產(chǎn)生導電的“錫晶須”，并可能引起電弧。錫晶須在航天器中特別危險，一旦有效載荷發(fā)射，錫晶須就無法更換PCB。

金屬或錫晶須的不同形狀和特征的圖像。圖片由NASA提供

盡管如此，NASA仍能夠使用MEDLI2中的某些商業(yè)組件而不會產(chǎn)生任何后果。

MEDLI2的詳細信息

MEDLI2是NASA進入，下降和著陸儀器的第二個版本。該儀器套件包括三種類型的傳感器，位于Perseverence的后殼和隔熱板上，包括17個壓力傳感器，17個熱塞和3個熱通量傳感器。其目的是在EDL期間獲取有關關鍵空氣動力學，空氣動力學和熱防護系統(tǒng)（TPS）性能參數(shù)的數(shù)據(jù)。 

收集航班數(shù)據(jù)

此前，在執(zhí)行MSL任務期間，原始MEDLI并未測量后殼中的熱通量，因此該階段的飛行數(shù)據(jù)是該新任務獲得的眾多首創(chuàng)之一。新的MEDLI可以收集以下數(shù)據(jù)： 

    重構的氣動阻力

    車輛姿態(tài)

    原位大氣密度

    空氣加熱

    對抗湍流

    深入的TPS性能/ TPS消融

MEDLI2包括傳感器，電子設備和線束，它們安裝在Mars 2020隔熱板上。圖片由NASA / JPL-Caltech提供

該數(shù)據(jù)將使研究人員可以將飛行數(shù)據(jù)與預測數(shù)據(jù)進行比較，并更新分析模型。 

應對熱通量

熱通量傳感器容易受到高機械應力和熱應力，這會嚴重影響其功能。MEDLI2對市售的熱通量計進行了測試，以確保準確性和生存能力。傳感器套件的候選產(chǎn)品包括Gardon量規(guī)，熱電堆和Schmidt-Boelter量規(guī)。  

MEDLI2隔熱板和后殼上各種傳感器的位置。圖片由NASA提供

NASA對每個量規(guī)的功能和生態(tài)影響進行了臺式測試（帶有空氣熱負荷的環(huán)境測試）。由于測試過程中的性能，工程師最終選擇了Schmidt-Boelter壓力表。

用超音速壓力傳感器瞄準精度

使用壓力傳感器在整個測試期間（包括峰值動態(tài)壓力環(huán)境）的0–35,000 Pa范圍內(nèi)測量高超音速駐止壓力。 

MEDLI的主要發(fā)現(xiàn)之一是，在超聲速飛行過程中，高超聲壓傳感器在較低壓力下無法提供足夠的精度。因此，在MEDLI2中，有必要包括一組單獨的，在0-7000 Pa范圍內(nèi)準確的超音速換能器。另一個壓力傳感器位于車輛的后殼上，可測量0-700 Pa的低壓。 

向MEDLI2學習，以進行未來的火星飛行任務

上周在堅持不懈的過程中，美國國家航空航天局報告說，當進入飛行器通過火星大氣層時，傳感器成功顯示了加熱和壓力動態(tài)。在航天器達到峰值加熱（最高1300°C）和峰值壓力之后，MEDLI2繼續(xù)收集數(shù)據(jù)。在進入的最后100秒鐘內(nèi)，飛行器仍處于超音速飛行階段。

MEDLI和MEDLI2中使用的儀表傳感器的比較。圖片由NASA提供 

然后從風速中，MEDLI2壓力傳感器收集有關方向和車輛性能的數(shù)據(jù)。MEDLI2還使用許多其他傳感器，根據(jù)過去任務中丟失的詳細信息來獲取更多相關數(shù)據(jù)。NASA希望從這次飛行任務中獲得的見識最終將推動對火星載人飛行任務的設計。

JPL（噴氣推進實驗室）最近表示，該任務中使用的一些高清攝像機是商用現(xiàn)貨（COTS）部件，這為將來的任務中使用商用傳感器提供了可能性。在未來的其他項目中，NASA也可能會平衡輻射硬化組件和COTS組件。