센서는 인내의 도착과 함께 화성 착륙에 대한 중요한 데이터를 수집합니다.

"탱고 델타. 터치다운이 확인되었습니다. 화성 표면에서 안전하게 인내하며 전생의 흔적을 찾기 시작할 준비가 되어 있습니다." MEDLI2(Mars Entry, Descent, and Landing Instrumentation 2) 팀은 6년 넘게 이 말을 듣기 위해 기다렸습니다.

NASA의 Perseverance 로버가 2021년 2월 18일에 성공적으로 착륙하여 붉은 행성에 대한 로봇 탐사를 시작했습니다. MEDLI2는 우주선의 진입, 하강 및 착륙(EDL)을 문서화하는 데 도움이 된 로버의 보호용 에어로쉘에 대한 중요한 기술 중 하나였습니다. 모든 MEDLI2 데이터는 성공적인 착륙 후 지구로 전송하기 위해 Perseverance에 저장되었습니다.

MEDLI2의 역할은 Perseverance가 행성 대기를 통해 진입하는 동안 가혹한 환경에 대한 중요한 데이터를 수집하는 것이었습니다. 여기에는 열전대, 열유속 센서 및 압력 변환기의 세 가지 유형의 센서가 포함되어 진입 중 극심한 열과 압력을 측정했습니다. 또한 진입 중 및 낙하산 전개를 통해 경험한 열 및 압력 부하를 기록하기 위한 전자 장치 및 하드웨어도 포함되어 있습니다.

MEDLI2는 측정값을 사용하여 방열판과 후면 쉘에서 발생하는 가열 및 대기력을 결정했습니다. 이 두 가지 구성 요소가 합쳐져 ​​에어로쉘을 구성하며 화성과 EDL로 항해하는 동안 Perseverance 로버를 수용하고 보호합니다.

MEDLI2는 화성으로의 마지막 7분 하강인 "7분의 공포" 5시간 전에 전원이 켜졌습니다. 이것은 MEDLI2의 전자 장치가 온도를 안정화하고 진입 전에 초기 조건을 측정할 수 있는 시간을 제공했습니다. 팀은 MEDLI2가 성공적으로 활성화되었다는 표시를 받은 후 진입 전 5시간 동안 계속해서 들어오는 데이터를 모니터링했습니다.

MEDLI2 센서의 대부분과 기본 전자 장치는 Mars 2020 열 차폐 장치에 장착되었습니다. 초음속 낙하산이 전개된 후 약 10초 후 MEDLI2는 작업을 완료하면서 마지막으로 전원이 꺼졌습니다. Perseverance 로버가 진입 차량에서 추출될 수 있도록 방열판을 분리하는 것이 중요하기 때문에 전력 문제를 방지하기 위해 분리하기 몇 초 전에 MEDLI2를 꺼야 했습니다. 방열판과 백쉘을 연결하는 하네스는 파이로 커터의 발사로 절단되고 방열판은 떨어졌습니다.

Perseverance는 EDL 동안 실시간으로 "중요한 이벤트 데이터"를 반환했습니다. 여기에는 MEDLI2 데이터의 하위 집합이 포함되어 있어 진입 차량이 진입할 때 경험한 내용을 관찰할 수 있었습니다. Perseverance의 성공적인 착륙 3일 후, 나머지 MEDLI2 데이터가 지구로 다시 전송되었고 프로젝트의 다음 단계인 데이터 분석 및 성능 재구성이 시작되었습니다.

“반환된 데이터는 매력적입니다. 그것은 화성의 하늘을 날아갈 때 에어로쉘에 무슨 일이 일어나고 있는지 조감도로 보는 것과 같습니다. MEDLI2 센서 신호는 매우 명확하여 흥미로운 현상과 중요한 사건을 즉시 찾아낼 수 있었습니다.”라고 캘리포니아 실리콘 밸리에 있는 NASA Ames Research Center의 MEDLI2 수석 연구원인 Todd White가 말했습니다.

MEDLI2에서 수집된 데이터는 Mars 2020 진입 차량이 통과한 대기의 속성을 결정하는 데 사용되는 측정값도 제공합니다. MEDLI2는 미래 임무를 위한 예측 모델 및 도구를 개선하는 데 사용될 데이터와 함께 Perseverance 항목에 얼마나 많은 마진이 남았는지 이해하기 위한 필수 EDL 관찰 데이터를 제공합니다.

전체 진입 단계에 걸쳐 기록된 열 차폐 단열재 온도는 진입 예측과 일치했습니다. 진입 중 방열판에서 측정된 최고 온도는 1000°C(1830°F)였습니다. 이는 약 1400°C(2550°F)의 예상 피크 열 차폐 외부 온도와 관련이 있습니다.

MEDLI2는 또한 내장된 열전대를 사용하여 열 차폐 보호 절연체의 어느 정도가 타거나 제거되었는지 확인했습니다. 모든 열전쌍은 진입 가열 펄스에서 살아남았으며 이는 열 차폐 제거가 매우 낮음을 나타냅니다. 이 관찰은 잠재적으로 전체 진입 차량 질량을 줄이기 위해 열 차폐에 필요한 단열재의 양을 재평가하는 데 사용할 수 있습니다.

표면 압력은 팀의 진입 예측과 일치하는 방열판의 최대 표면 압력으로 동일한 단계 전체에 걸쳐 측정되었습니다. MEDLI2는 다양한 비행 체제를 정확하게 포착하는 데 초점을 맞추기 위해 다양한 센서를 선택했습니다. 하나의 센서가 최대 표면 압력의 전체 범위를 커버했습니다. 나머지 6개의 방열판 압력 측정은 초음속 비행 체제(초음속 낙하산 배치를 통해 화성에서 음속의 약 5배) 동안 조건을 보다 정확하게 포착할 수 있는 범위를 가졌습니다. 온보드 관성 측정과 결합된 이 센서는 대기 밀도 변화와 바람의 영향이 더 뚜렷할 때 진입 차량이 어떻게 작동하는지에 대한 추가적인 통찰력을 허용했습니다. MEDLI2 압력 데이터는 향후 EDL 임무를 위한 모델링 접근 방식을 개선하는 데 사용됩니다.

MEDLI2에는 지금까지 제한된 관찰이 있었던 영역인 Mars 2020 진입 차량의 후면 쉘에 센서가 포함되었습니다. 표면 압력, 절연 온도 및 직접적인 표면 가열 측정은 후면 쉘 센서 제품군을 구성했습니다. 진입 차량 후면의 표면 압력에 대한 지식은 착륙 공간의 크기를 줄이는 데 기여합니다. 후면 쉘 단열 온도 데이터는 모델링 불확실성을 줄이는 데 사용할 수 있는 초기 예측 범위 내에 있었습니다. 열 차폐 단열재와 마찬가지로 후면 쉘 단열재 온도 성능을 이해하면 후면 쉘 단열재 질량이 감소할 수 있습니다. 백쉘의 직접적인 표면 가열 측정은 예측 모델의 불확실성을 줄이는 데도 기여합니다.

MEDLI2 데이터에는 다양한 "하우스키핑" 측정값도 포함되었습니다. 여기에는 중요한 과학 센서의 여러 보상 온도 측정이 포함되었습니다. 이 하우스키핑 데이터의 대부분은 Mars 2020 팀이 자체 EDL 재구성 노력을 지원하는 데에도 큰 관심을 가지고 있습니다. 하우스키핑 측정에는 MEDLI2 지원 전자 장치(전압, 내부 온도, MEDLI2 하트비트/시계 등) 내부 센서가 포함되었습니다.

MEDLI2 팀은 화성 대기, 극한 진입 조건, 화성 2020 에어로쉘이 로버를 얼마나 잘 보호했는지에 대한 NASA의 이해를 개선하면서 향후 6개월 동안 데이터를 계속 분석할 것입니다. 이 교훈은 다음 화성 임무와 타이탄으로 향하는 임무에도 즉시 유용할 것입니다.