Sensores coletam dados cruciais em pousos em Marte com a chegada da perseverança

“Tango delta. Aterragem confirmada. Perseverança em segurança na superfície de Marte, pronta para começar a procurar os sinais de vidas passadas.” Por mais de seis anos, a equipe Mars Entry, Descent, and Landing Instrumentation 2 (MEDLI2) esperou para ouvir essas palavras.

O rover Perseverance da NASA pousou com sucesso em 18 de fevereiro de 2021, iniciando sua exploração robótica do Planeta Vermelho. O MEDLI2 foi uma das tecnologias cruciais no aeroshell de proteção do rover que ajudou a documentar a entrada, descida e pouso (EDL) da espaçonave. Todos os dados do MEDLI2 foram armazenados no Perseverance para transmissão à Terra após um pouso bem-sucedido.

O papel do MEDLI2 era coletar dados críticos sobre o ambiente hostil durante a entrada do Perseverance na atmosfera do planeta. Ele incluía três tipos de sensores — termopares, sensores de fluxo de calor e transdutores de pressão — que mediam calor e pressão extremos durante a entrada. Ele também continha eletrônicos e hardware para registrar as cargas térmicas e de pressão experimentadas durante a entrada e durante a implantação do pára-quedas.

O MEDLI2 usou suas medições para determinar o aquecimento e as forças atmosféricas que ocorreram no escudo térmico e na concha traseira. Juntos, esses dois componentes compõem o aeroshell, que abrigou e protegeu o rover Perseverance durante o cruzeiro para Marte e EDL.

O MEDLI2 foi ligado cinco horas antes dos “Sete Minutos de Terror” – a descida final de sete minutos para Marte. Isso proporcionou tempo para a eletrônica do MEDLI2 estabilizar a temperatura e medir as condições iniciais antes da entrada. Depois que a equipe recebeu a indicação de que o MEDLI2 foi ativado com sucesso, eles continuaram a monitorar os dados recebidos durante a fase de inércia de cinco horas antes da entrada.

A maioria dos sensores MEDLI2 e os componentes eletrônicos primários foram montados no escudo térmico Mars 2020. Cerca de 10 segundos após o lançamento do paraquedas supersônico, o MEDLI2 foi desligado pela última vez, pois havia concluído seu trabalho. Como é fundamental que o escudo térmico seja separado para permitir que o rover Perseverance seja extraído do veículo de entrada, foi necessário que o MEDLI2 fosse desligado alguns segundos antes da separação para evitar problemas de energia elétrica. O arnês que conecta o escudo térmico e o escudo traseiro foi então cortado pelo disparo de um piro-cortador, e o escudo térmico foi descartado.

A perseverança retornou “dados de eventos críticos” em tempo real durante o EDL. Ele incluiu um subconjunto dos dados do MEDLI2, que permitiu observações sobre o que o veículo de entrada estava experimentando enquanto a entrada estava acontecendo. Três dias após o pouso bem-sucedido do Perseverance, os dados restantes do MEDLI2 foram transmitidos de volta à Terra e a próxima fase do projeto começou:análise de dados e reconstrução de desempenho.

“Os dados retornados são fascinantes. É como ter uma visão panorâmica do que está acontecendo com o aeroshell enquanto ele voa pelos céus marcianos. Os sinais do sensor MEDLI2 são tão claros que podemos identificar imediatamente fenômenos interessantes e eventos cruciais”, disse Todd White, investigador principal do MEDLI2 no Ames Research Center da NASA, no Vale do Silício, na Califórnia.

Os dados coletados do MEDLI2 também fornecem medições que serão usadas para determinar as propriedades da atmosfera pela qual o veículo de entrada Mars 2020 voou. O MEDLI2 fornece dados essenciais de observação EDL para entender quanta margem permaneceu na entrada do Perseverance, juntamente com dados que serão usados ​​para melhorar os modelos e ferramentas de previsão para futuras missões.

As temperaturas de isolamento do escudo térmico registradas durante toda a fase de entrada foram consistentes com as previsões de entrada. A temperatura máxima medida no escudo térmico durante a entrada foi de 1830 °F (1000 °C). Isso se correlaciona com um pico estimado de temperatura externa do escudo térmico de cerca de 2550 °F (1400 °C).

O MEDLI2 também usou seus termopares embutidos para determinar quanto do isolamento de proteção do escudo térmico pode ter queimado ou ablado. Todos os termopares sobreviveram ao pulso de aquecimento de entrada, indicando que a ablação do escudo térmico foi muito baixa. Essa observação pode ser usada para reavaliar a quantidade de isolamento necessária em um escudo térmico para reduzir potencialmente a massa geral do veículo de entrada.

As pressões de superfície também foram medidas ao longo da mesma fase, com o pico de pressão de superfície do escudo térmico correspondendo às previsões de entrada da equipe. O MEDLI2 escolheu diferentes sensores para se concentrar em capturar com precisão diferentes regimes de voo. Um sensor cobriu a faixa completa das pressões máximas de superfície. As seis medições de pressão do escudo térmico restantes tinham um alcance para capturar com mais precisão as condições durante o regime de vôo supersônico (de cerca de cinco vezes a velocidade do som em Marte até a implantação do pára-quedas supersônico). Esses sensores, combinados com medições inerciais a bordo, permitiram informações adicionais sobre o desempenho do veículo de entrada quando os impactos das variações da densidade atmosférica e dos ventos eram mais pronunciados. Os dados de pressão do MEDLI2 serão usados ​​para melhorar a abordagem de modelagem para futuras missões EDL.

O MEDLI2 incluiu sensores na parte traseira do veículo de entrada Mars 2020, uma área que até agora teve observações limitadas. A pressão da superfície, a temperatura de isolamento e as medições diretas de aquecimento da superfície compuseram o conjunto de sensores do casco traseiro. O conhecimento da pressão da superfície na parte traseira do veículo de entrada contribui para uma redução no tamanho da área de pouso. Os dados de temperatura de isolamento do casco traseiro estavam dentro das previsões iniciais, o que pode ser usado para reduzir a incerteza da modelagem. Tal como acontece com o isolamento do escudo térmico, entender o desempenho da temperatura de isolamento do casco traseiro pode levar a uma redução na massa de isolamento do casco traseiro. As medições diretas de aquecimento superficial do casco traseiro também contribuem para reduzir a incerteza nos modelos preditivos.

Os dados do MEDLI2 também incluíram uma série de medições de “limpeza”. Estes incluíram uma série de medições de temperatura de compensação de sensores científicos críticos. Muitos desses dados de manutenção também são de grande interesse para a equipe Mars 2020 para ajudar em seus próprios esforços de reconstrução da EDL. Parte das medições de manutenção incluiu sensores internos aos componentes eletrônicos de suporte do MEDLI2 (voltagens, temperaturas internas, batimentos cardíacos/relógio do MEDLI2, etc.).

A equipe do MEDLI2 continuará analisando os dados pelos próximos seis meses, refinando a compreensão da NASA sobre a atmosfera de Marte, as condições extremas de entrada e quão bem o aeroshell Mars 2020 protegeu o rover. Essas lições serão imediatamente úteis para as próximas missões a Marte e até mesmo missões para Titã.