Sensores MEDLI2 Capturam Dados Críticos Durante Pouso do Perseverance em Marte

"Tango delta. Pouso confirmado. Perseverance seguro na superfície de Marte, pronto para começar a buscar sinais de vida passada." Por mais de seis anos, a equipe da Instrumentação de Entrada, Descida e Pouso em Marte 2 (MEDLI2) esperou ouvir estas 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 protetor 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 severo durante a entrada do Perseverance na atmosfera do planeta. Incluía três tipos de sensores — termopares, sensores de fluxo de calor e transdutores de pressão — que mediram calor e pressão extremos durante a entrada. Também continha eletrônicos e hardware para registrar as cargas térmicas e de pressão experimentadas durante a entrada e através da implantação do paraquedas.

O MEDLI2 usou suas medições para determinar o aquecimento e as forças atmosféricas que ocorreram no escudo térmico e no cone traseiro. Juntos, esses dois componentes compõem o aeroshell, que abrigava e protegia o rover Perseverance durante o cruzeiro a Marte e EDL.

O MEDLI2 foi ligado cinco horas antes dos "Sete Minutos de Terror" — a descida final de sete minutos a Marte. Isso forneceu tempo para a eletrônica do MEDLI2 estabilizar a temperatura e medir as condições iniciais antes da entrada. Após a equipe receber a indicação de que o MEDLI2 foi ativado com sucesso, eles continuaram monitorando os dados de entrada durante a fase de cruzeiro de cinco horas antes da entrada.

A maioria dos sensores do MEDLI2 e a eletrônica principal foram montados no escudo térmico do Mars 2020. Cerca de 10 segundos após o paraquedas supersônico ser implantado, o MEDLI2 foi desligado pela última vez, pois havia completado seu trabalho. Como é crítico 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 prevenir quaisquer problemas de energia elétrica. O chicote conectando o escudo térmico e o cone traseiro foi então cortado pelo disparo de um piro-cortador, e o escudo térmico foi solto.

O Perseverance retornou "dados de eventos críticos" em tempo real durante o EDL. Incluía um subconjunto dos dados do MEDLI2, o que permitiu observações sobre o que o veículo de entrada estava experimentando enquanto a entrada acontecia. 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 de olho de pássaro do que está acontecendo com o aeroshell enquanto voa pelos céus marcianos. Os sinais dos sensores do MEDLI2 são tão claros que pudemos identificar imediatamente fenômenos interessantes e eventos cruciais", disse Todd White, investigador principal do MEDLI2 no Centro de Pesquisa Ames da NASA no Vale do Silício da Califórnia.

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 restou na entrada do Perseverance junto com dados que serão usados para melhorar modelos de previsão e ferramentas para missões futuras.

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 correlaciona a uma temperatura externa máxima estimada do escudo térmico de cerca de 2550 °F (1400 °C).

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

Pressões de superfície também foram medidas durante a mesma fase com a pressão de superfície máxima do escudo térmico correspondendo às previsões de entrada da equipe. O MEDLI2 escolheu diferentes sensores para focar em capturar com precisão diferentes regimes de voo. Um sensor cobriu a faixa completa das pressões de superfície máximas. As seis medições restantes de pressão do escudo térmico tiveram uma faixa para capturar com mais precisão as condições durante o regime de voo supersônico (de cerca de cinco vezes a velocidade do som em Marte até a implantação do paraquedas supersônico). Esses sensores, combinados com medições inerciais a bordo, permitiram insight adicional sobre como o veículo de entrada se comportou quando os impactos de variações de densidade atmosférica e ventos foram mais pronunciados. Os dados de pressão do MEDLI2 serão usados para melhorar a abordagem de modelagem para futuras missões EDL.

O MEDLI2 incluiu sensores no cone traseiro do veículo de entrada Mars 2020, uma área que até agora teve observações limitadas. Pressão de superfície, temperatura de isolamento e medições diretas de aquecimento de superfície compuseram o conjunto de sensores do cone traseiro. O conhecimento da pressão de superfície na parte traseira do veículo de entrada contribui para a redução do tamanho da pegada de pouso. Dados de temperatura de isolamento do cone traseiro estavam dentro das previsões iniciais, que podem ser usados para reduzir a incerteza do modelo. Como com o isolamento do escudo térmico, entender o desempenho da temperatura de isolamento do cone traseiro poderia levar a uma redução na massa de isolamento do cone traseiro. Medições diretas de aquecimento de superfície do cone traseiro também contribuem para reduzir a incerteza nos modelos preditivos.

Os dados do MEDLI2 também incluíram uma gama de medições de "housekeeping". Estas incluíram várias medições de temperatura de compensação de sensores científicos críticos. Grande parte destes dados de housekeeping também é de grande interesse para a equipe Mars 2020 para auxiliar em seus próprios esforços de reconstrução EDL. Parte das medições de housekeeping incluíram sensores internos à eletrônica de suporte do MEDLI2 (tensões, temperaturas internas, heartbeat/clock do MEDLI2, etc.).

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