3D rendering of NASA's Mars Perseverance Rover on Mars
3D rendering of NASA's Mars Perseverance Rover on Mars
   

НОВОСТНАЯ ПОДПИСКА SIGNALS+

Будьте в курсе последних событий и используйте новейшую информацию и идеи, представленные в Signals+, для таких областей, как системы связи, цифровое здравоохранение, системы электрификации и интеллектуальная промышленность

Вы можете изменить настройки конфиденциальности в любое время, нажав на ссылку отказа от подписки в электронных письмах, отправленных Analog Devices, или в настройках конфиденциальности сайта Analog Devices.

Настройки конфиденциальности Положение о конфиденциальности и безопасности Авторизованные партнеры

Спасибо, что подписались на ADI Signals+. Электронное письмо с подтверждением было отправлено на ваш почтовый ящик.

Вскоре вы будете получать своевременные обновления обо всех инновационных технологиях, меняющих к лучшему жизнь людей во всем мире.

Закрыть

МАРСОХОД PERSEVERANCE И ВЫСОКОНАДЕЖНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ


Самый совершенный планетоход в истории Perseverance (Настойчивость), на которого возложено выполнение миссии по поиску следов древней микробной жизни, войдет в тонкую атмосферу Красной планеты на скорости 11900 миль в час (около 19150 км/ч). Передача сигнала, подтверждающего его прибытие 18 февраля 2021 года, до Земли, находящейся на расстоянии 130 миллионов миль (около 210 млн. км), займет 11,5 минут.

Постоянно находясь под воздействием высокоэнергетического космического излучения и испытывая экстремальную циклическую смену тепла и холода, этот робот-исследователь будет собирать образцы почвы и проводить различные эксперименты, ограниченные только воображением. Perseverance, представляющий собой научного робота весом чуть менее 2300 фунтов (около 1043 кг) и оснащенный самыми высоконадежными технологическими средствами, поможет проложить путь для будущих исследований нашей Солнечной системы.

Миссии по отправке машин и людей в космос служат в качестве испытательной базы для расширения границ наших технологий до новых высот. На протяжении более четырех десятилетий Analog Devices Inc (ADI) использовала возможности инноваций и сотрудничала с NASA/JPL с целью разработки компонентов и систем, которые могут выдерживать экстремальные перегрузки при запуске ракетоносителя и соответствовать строгим стандартам качества, чтобы работать в самых суровых условиях космоса. Миссия Perseverance – это еще один пример сотрудничества в технической сфере и космическая веха для NASA/JPL и ADI.

ОБЗОР

КОМПАНИЯ

Jet Propulsion Laboratory (Лаборатория реактивного движения или JPL) является национальным исследовательским центром, который позволил вступить в космическую эру благодаря разработке первого в Америке научного спутника для работы на околоземной орбите, созданию первого успешного межпланетного космического корабля и отправке роботизированных миссий для изучения других планет.

ЦЕЛЬ

Расширение границ технологий, предназначенных для поисков признаков жизни, поисков воды и изучения возможностей жизни людей на Марсе. Передача этих технологий в коммерческую сферу по освоению космоса на благо всего человечества на Земле.

ЗАДАЧИ

Решение самых сложных инженерных задач с целью обеспечения функционирования роботизированных миссий в суровых условиях космоса для исследования планет и их спутников, астероидов и т.д.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Использование компонентов управления питанием, изоляторов, датчиков и радиационно-стойких компонентов ADI для приборов и механизмов космических исследовательских аппаратов.

PERSEVERANCE И ПОИСКИ ДРЕВНЕЙ ЖИЗНИ

3D rendering of the Jezero crater on Mars
Место посадки Perseverance и как оно могло выглядеть миллиарды лет назад после того, как крупный объект столкнулся с Марсом, оставив кратер шириной 25 миль (около 40 км), заполненный водами речных каналов, которые когда-то протекали по марсианской поверхности.
Изображение предоставлено NASA/JPL – Cal Tech: кратер Джезеро, Марс

Хотя сегодня Марс представляет собой холодную, почти безвоздушную пустыню, ученые полагают, что микробы, возможно, жили в кратере Джезеро в более влажный период 3,5 миллиарда лет назад. Шестиколесный робот-вездеход будет искать химические, минеральные и визуальные свидетельства древней микробной жизни, сохранившиеся в отложениях кратера. Perseverance станет первой миссией по сбору десятков образцов марсианского грунта, которые он запечатает в трубки и разместит на поверхности планеты для будущих миссий, которые соберут эти образцы и вернут их на Землю для более детального анализа учеными с помощью сложной аппаратуры.


Кристен Чонг, работающая инженером ADI, рассказывает о своих радостных переживаниях по поводу приземления марсохода Perseverance, а также о том, что мы сможем узнать.

ПИТАНИЕ МАРСОХОДА

Электричество является живительной эссенцией, питающей приборы, системы связи, средства передвижения и системы проведения исследований роботов-планетоходов. Надежность системы питания и долговечность батареи имеют решающее значение для 11-летней миссии марсохода. Perseverance питается от высоковольтной аккумуляторной шины, обеспечивающей высокую эффективность. Однако выходное напряжение, непосредственно выдаваемое шиной, слишком велико практически для всех электронных систем марсохода. Без эффективно стабилизированного понижения промежуточного напряжения марсоход будет тратить значительное количество энергии, а аккумулятор потребует более частой подзарядки.

ПАРТНЕР С ЭФФЕКТИВНЫМИ РЕШЕНИЯМИ ДЛЯ СИСТЕМ ПИТАНИЯ

NASA/JPL выбрала ADI в качестве поставщика основных решений по управлению питанием. Высоковольтный синхронный контроллер с токовым режимом работает в качестве интерфейса для преобразования высокого напряжения питания, получаемого от центральной аккумуляторной шины, в более низкие напряжения, необходимые для работы всех компонентов (микросхем) марсохода. Этот контроллер, обладающий повышенной защитой от радиации, обеспечивает высочайший КПД преобразования при минимальном расходе энергии. При потере мощности выделяется тепло, а избыточное тепло может нарушить работу компонентов, а в тонкой марсианской атмосфере избавиться от лишнего тепла еще сложнее, чем на Земле.

На телефоне или планшете коснитесь изображения этой трехмерной модели дополненной реальности, чтобы получить более детальное представление о Perseverance в своей собственной среде.
 

Предоставлено NASA/JPL – Cal Tech

ПЕРЕХОД НА НОВЫЙ ЭТАП ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ БОЛЕЕ МАСШТАБНОЙ МИССИИ

Марсоход проведет несколько экспериментов, предназначенных для организации предстоящих миссий. Эксперимент MOXIE (эксперимент по использованию марсианских ресурсов кислорода), возможно, является наиболее амбициозным, и в его рамках будет проведено испытание метода извлечения кислорода из тонкой атмосферы Марса. MOXIE продемонстрирует, возможно ли преобразование марсианского углекислого газа в кислород. В случае успеха будущие версии технологии MOXIE могут стать основой для других миссий на Марс, где они будут обеспечивать кислород для ракетного топлива и генерировать пригодный для дыхания воздух для будущих исследователей и поселенцев. Также компаньоном Perseverance в этом путешествии является Ingenuity (Изобретательность). Этот вертолет с питанием от солнечных элементов проверит стабильность полета в разряженной атмосфере Марса, плотность которой составляет сотую долю от плотности атмосферы Земли, а также будет искать лучшие места для проведения исследований и самые безопасные маршруты движения марсохода.

Side-by-side 3D renderings of Mars Perseverance Rover and Ingenuity helicopter
Марсоход Perseverance в сопровождении Ingenuity, который является первым вертолетом, разработанным для полетов на другой планете.
Предоставлено NASA/JPL – Cal Tech

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ О ПЕРВОМ МАРСИАНСКОМ ВЕРТОЛЕТЕ INGENUITY

X+

Марсоход Perseverance принес под брюхом на Красную планету четырехфунтовый (около 1,8 кг) вертолет с питанием от солнечных элементов. Его сдвоенные пропеллеры вращаются в противоположных направлениях со скоростью около 2400 об/мин, что во много раз быстрее, чем скорость вращения пропеллеров вертолетов, летающих в земной атмосфере. Этот крошечный аппарат должен генерировать достаточную подъемную силу, чтобы летать в разряженной атмосфере Марса, плотность которой равна одной сотой доли плотности Земли. Вертолет Ingenuity должен работать даже в ночных условиях Марса, когда температура опускается до минус 130 градусов по Фаренгейту (-90 °C).

Perseverance-accompanied-by-Ingenuity

Предоставлено NASA/JPL – Cal Tech

С 2014 по 2019 год инженеры Лаборатории реактивного движения (JPL) испытывали все более совершенные и легкие модели на специальных космических симуляторах. 30 июля 2019 года окончательная версия была запущена к Красной планете с базы ВВС на мысе Канаверал (Флорида) в межпланетном корабле Atlas V, приземление состоялось 18 февраля 2021 года – через семь месяцев и 130 миллионов миль.

У Ingenuity будет 30-дневное экспериментальное окно для проведения испытаний на Марсе, в рамках которых этот вертолет попытаться совершить до пяти управляемых полетов продолжительностью до трех минут с подъемом на высоту до 1000 футов (около 305 м). Данные, полученные во время испытательных полетов, помогут в разработке вертолетов следующего поколения для исследования Марса, а также позволят расширить возможность разведки для роботов-исследователей и людей, усовершенствовать методы транспортировки легких грузов и улучшить процессы изучения труднодоступных мест.

Эта будет сродни подвигу братьев Райт. Успешный испытательный полет сделает этот вертолет первым воздушным судном, которое смогло осуществить полет в другом мире. «Мы стремимся доказать, что полет на Марсе с винтокрылым приводом может быть осуществлен» – сказала руководитель проекта марсианской вертолетной миссии Мими Аунг: «Мы с нетерпением ждем того дня, когда вертолеты, предназначенные для полетов в атмосфере Марса смогут сыграть важную роль в будущих исследованиях Красной планеты».

Старшеклассница Ваниза Рупани из Нортпорта (Алабама) на конкурс по выбору названий для марсохода отправила слово «Ingenuity» (Изобретательность). Но в NASA подумали, что это название больше подходит для вертолета, учитывая большое количество усилий в плане творческого мышления и напряженную работу инженеров JPL с целью поднятия вертолета в воздух.

Ваниза Рупани написала: «Изобретательность – это то, что позволяет людям совершать удивительные вещи».

Для осуществления полетов вертолета используются вращающиеся в противоположных направлениях коаксиальные винты диаметром около 1,2 метра (4 фута), а сверху установлена солнечная панель для зарядки. Внизу находится направленная вниз камера высокого разрешения для осуществления навигации, посадки и проведения научных исследований местности.

Предоставлено NASA/JPL – Cal Tech

ИСТОРИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОВЫШЕННОЙ ЗАЩИЩЕННОСТИ

В составе Perseverance имеются шестьдесят три компонента ADI, которые критически важны для успешного проведения марсианской миссии. «Здесь есть все компоненты, от высокочастотных и малопотребляющих устройств до операционных усилителей, от микросхем управления питанием до преобразователей данных, и многие другие» – сказала менеджер по маркетингу и инженер по применению в ADI Кристен Чонг: «Мы продолжаем работать с NASA/JPL над новыми космическими программами».

Благодаря рабочим отношениям, зародившимся в начале 1980-х годов, ADI совершенствует технологии и разрабатывает критически важные компоненты, специальные программы и технологии для повышения защищенности объектов совместно с NASA/JPL. Независимо от своей функции или предназначения каждый компонент испытывает на себе самые суровые условия окружающей среды, в том числе экстремальные перегрузки, вибрацию, колебания температуры и радиационное излучение.

NASA's Juno space probe flying in space in front of Jupiter
Изображение предоставлено NASA/JPL – Cal Tech: космический исследовательский аппарат Juno

Запущенный 5 августа 2011 года космический исследовательский аппарат NASA/JPL, названный Juno, в течение почти пяти лет летел в экстремальных условиях глубокого космоса, чтобы 4 июля 2016 года достичь орбиты Юпитера. Миссия Juno состояла в том, чтобы узнать, как образовалась эта гигантская газовая планета и другие подобные планеты. «Среди всех объектов нашей Солнечной системы в плане суровости радиационной среды Юпитер, вероятно, является одним из худших» – сказала Кристен Чонг из ADI: «Магнитосфера Юпитера улавливает значительное количество радиационного излучения в своих поясах Ван Аллена, и это количество намного больше по сравнению с количеством излучения, способного удерживаться поясом Ван Аллена вокруг нашей планеты или любого другого космического тела в пределах нашей солнечной системы». Это делает Juno смелой миссией, в рамках которой требуется радикальное повышение защищенности ее электроники.

Устойчивый к радиационным воздействиям датчик температуры AD590S производства ADI вошел в состав Juno. Температура может изменяться в значительных пределах, когда космический корабль выходит из тени планеты, вокруг которой он вращается, и попадает под прямые лучи Солнца. Даже когда он освещается солнечным светом, разница температур между частями космического корабля может быть довольно большой, а именно между стороной, обращенной к Солнцу, и противоположной стороной, находящейся в тени. Эти колебания температуры могут значительно, но предсказуемо влиять на микросхемы внутри космического исследовательского аппарата. Информация, полученная от датчика температуры, может использоваться для регулировки и компенсации колебаний температуры космического корабля.

После почти 20 лет эксплуатации датчик ADI AD590S продолжает собирать данные о температуре. Благодаря доказанной надежности работы AD590S был выбран NASA/JPL для миссии Perseverance в 2020 году.

ВРЕДОНОСНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ КОСМИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Космические аппараты, выходящие за пределы защитного магнитного поля Земли, подвергаются вредному воздействию солнечного излучения. Это излучение может приводить к появлению случайных ошибок, сбросу устройств обработки и даже разрушению компонентов. К эффектам излучения относятся:

  • Эффекты единичного события: одиночный ион или частица попадают в определенную область устройства, что приводит к появлению различных непредсказуемых явлений и ошибок
  • Общая доза ионизирующего излучения: долгосрочное кумулятивное воздействие ионизирующего излучения на компоненты в течение всего срока их эксплуатации. Такое воздействие может привести к сдвигу уровня смещения, например, к увеличению потребляемого тока некоторых компонентов.
  • Повреждение кристаллической решётки путём смещения атомов: крупные частицы, такие как нейтроны, могут разрушить кристаллическую структуру кремниевой микросхемы, что приведет к физическому повреждению.

ИСПЫТАНИЯ НА УСТОЙЧИВОСТЬ К РАДИАЦИОННОМУ ИЗЛУЧЕНИЮ

Linear Technology Corporation (LTC), известная своими высококачественными системами управления питанием, была приобретена ADI в 2017 году. Инженеры LTC посетили такие объекты, как Циклотронный институт в Техасском университете A&M в рамках совместной с NASA/JPL работы по определению компонентов, необходимых рынку космического оборудования. Они использовали различные процессы, разработанные для повышения радиационной стойкости производимых компонентов.

«Они обращаются к нам со сложными задачами, когда стандартные микросхемы не функционируют должным образом. Мы отправляем людей в Колледж-Стейшен (Техас) в рамках организации процесса по повышению радиационной стойкости компонентов» – сказал руководящий инженер по применению в ADI Джон Гай: «В одном случае мы привлекли разработчика компонентов и инженера по применению, чтобы проверить, не было ли каких-либо нарушений в работе компонентов во время испытаний на радиационную устойчивость». На данном этапе разработчик и инженер по применению работали вместе с инженерами NASA/JPL, чтобы сосредоточиться на задаче, которую необходимо решить, провести испытания, определить, были ли сбои на уровне приложения или на уровне самого компонента, и в итоге разработать конечный продукт, устойчивый к радиационному излучению.

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА, ВЫСОКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ

Более 40 лет ADI сотрудничает с NASA/JPL в разработке надежных технологий, способных обеспечивать защиту от самых суровых условий космоса. Разработанные по таким технологиям компоненты не только функционировали безупречно, но и во многих случаях превзошли все ожидания, так как они в итоге проработали на годы или даже десятилетия дольше, чем было указано в требованиях миссии.

Длительные отношения свидетельствуют о доверии NASA/JPL к продуктам, которые мы создаем, нашим строгим требованиям к испытаниям, а также качеству и стандартам, которые мы соблюдаем. Это также свидетельствует о значимости услуг, предоставляемых ADI на территории заказчиков, богатом опыте работы и технологиях, которые используются в космических аппаратах различных поколений.

Стандарты и принципы ADI также служат доказательством качества и надежности для наших заказчиков, разрабатывающих менее требовательные приложения. Знание того, что конкретные компоненты могут эффективно работать десятилетиями в самых суровых космических условиях, добавляет уверенности в том, что они будут безупречно работать на Земле – будь то на заводе, в электромобиле или в хирургическом медицинском оборудовании.

ПАРТНЕРСТВО СО ВЗГЛЯДОМ В БУДУЩЕЕ

Как и NASA/JPL, мы смотрим в будущее, стремясь оказаться в эпицентре инноваций, оставаясь любопытными, учась адаптироваться и нестандартно мыслить. Если история ADI за последние 50 лет чему-то нас и научила, так это в первую очередь тому, что завтрашние технологические инновации переориентируют отрасли на новые пути и сформируют наш мир так, как мы сегодня даже не можем представить. Наше видение состоит в том, чтобы решать самые сложные, значимые и эффективные задачи и быть за гранью возможного.

Hubble telescope colorized image of space matter with stars

Миссия марсохода Perseverance и большое количество последующих миссий являются лишь небольшой частью более грандиозной программы. В 2024 году NASA планирует вновь отправить астронавтов на Луну, а в 2028 по планам на ней должно быть организовано постоянное присутствие людей в рамках подготовки к исследованию Марса. ADI твердо намерена участвовать в этом великом исследовании.

«Мы будем на Луне. Мы будем на Марсе. Мы будем на лунах планет внешней Солнечной системы. Мы будем на кометах. Мы будем перепрыгивать с кометы на комету, стремясь дальше к звездам».

Д-р Карл Саган

Астроном, космолог, писатель, поэт и популяризатор науки