NASAs Mars 2020 rover bliver sat på prøve

Om lidt mere end syv minutter tidligt på eftermiddagen den 18. feb. 2021, NASAs Mars 2020 rover vil udføre omkring 27, 000 handlinger og beregninger, mens den suser gennem den farlige overgang fra kanten af ​​rummet til Mars' Jezero-krater. Selvom det vil være første gang hjulene på de 2, 314 pund (1, 050-kilogram) rover røre ved den røde planet, køretøjets netværk af processorer, sensorer og sendere vil, inden da, har med succes simuleret touchdown ved Jezero mange gange før.

"Vi landede først på Jezero Crater den 23. januar, " sagde Heather Bottom, systemingeniør til Mars 2020-missionen ved Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien. "Og roveren landede med succes igen på Mars to dage senere."

Nederst var testledningen til Systems Test 1, eller ST1, Mars 2020-ingeniørteamets første mulighed for at tage hovedkomponenterne af Mars 2020-missionen til en prøvetur. Over to uger i januar, Bottom og 71 andre ingeniører og teknikere, der var tildelt 2020-missionen, overtog High Bay 1-renrummet i JPL's Spacecraft Assembly Facility for at sætte softwaren og de elektriske systemer ombord på missionens krydstogt, indgangskapsel, nedstigningstrin og rover gennem deres hastigheder.

"ST1 var en massiv virksomhed, " sagde Bottom. "Det var vores første chance for at udøve den flyvesoftware, vi vil flyve på i 2020 med de faktiske rumfartøjskomponenter, der vil være på vej til Mars – og sørge for, at de ikke kun fungerer som forventet, men interagerer også med hinanden som forventet."

Arven for Mars 2020's software går tilbage til Mars Exploration Rovers (Spirit and Opportunity) og Curiosity-roveren, der har udforsket Mars' Gale Crater siden 2012. Men 2020 er en anden mission med en anden rover, et andet sæt videnskabelige instrumenter og en anden destination på Mars. Dens software skal skræddersyes i overensstemmelse hermed.

Arbejdet begyndte for alvor med flyvesoftwaren i 2013. Den blev kodet, omkodet, analyseret og testet på computerarbejdsstationer og bærbare computere. Senere, flyvesoftwaren matrikulerede til rumfartøjets testleje, hvor den blev udsat for computere, sensorer og andre elektroniske komponenter skræddersyet til at efterligne flyvehardwaren, der vil blive lanceret med missionen i 2020.

"Virtuelle arbejdsstationer og testsenge er en vigtig del af processen, " sagde Bottom. "Men de titusindvis af individuelle komponenter, der udgør elektronikken i denne mission, vil ikke alle virke, eller reagere, præcis som en testseng. At se flyvesoftwaren og den faktiske flyvehardware arbejde sammen er den bedste måde at skabe tillid til vores processer på. Test, som om du flyver."

At lave karakteren

Dagen før ST1 begyndte, High Bay 1-renrummet hoppede med "bunny suit"-klædte ingeniører og teknikere ved at samle, inspektion og test af missionens hardware. Den næste dag, Onsdag, 16. januar, værelset var uhyggeligt stille. Størstedelen af ​​arbejderne var blevet erstattet af to teknikere der for at overvåge flytesthardwaren. Linjer af elektriske kabler - navlestrenge - blev tilføjet for at levere data og strøm til rumfartøjets krydstogtstadie, tilbage skal, nedstigningstrin og rover chassis, som endnu ikke er stablet sammen. Jord-til-rumfartøjer (og rumfartøjer under flyvning til jord) kommunikation blev håndteret af X-bånds radiotransmission, ligesom de ville være under turen til Mars.

ST1 begyndte med kommandoer til at aktivere rumfartøjets elektriske komponenter og opsætte termisk, strøm- og telekommunikationskonfigurationer. Mens alle rumfartøjets komponenter forblev i renrummet, Bottom og hendes team fik dem til at tro, at de sad oven på en Atlas 541 raket 190 fod (58 meter) over Launch Complex 41 ved Cape Canaveral den 17. juli, 2020, venter på at blive skudt ud i rummet.

Næste, de fokuserede på en anden del af krydstogtet, før de testede landingssekvensen. Så gjorde de det hele igen.

Efter en vellykket lancering, de sprang 40 dage frem for at simulere krydstogt i det dybe rum. Hvordan ville softwaren og hardwaren interagere, når de skulle udføre navigationsrettelser og banekorrektionsmanøvrer? Og hvordan ville de fungere, når simulerede begivenheder ikke gik som planlagt? Holdet ledte efter svar på operatørernes computerskærme i testoperationsrummet ved siden af ​​renrummet.

"Fra testoperationsrummet, du kunne se ud af vinduerne på renrumsgulvet og tydeligt se flyveudstyret, " sagde Bottom. "Intet bevægede sig synligt, men under den ydre struktur, der var flycomputere, der byttede sider, radioer, der sender og modtager transmissioner, brændstofventiler, der bevæger sig ind og ud, delsystemer, der strømforsynes og senere slukkes, og elektriske signaler sendes til ikke-eksisterende pyrotekniske enheder. Der skete meget derinde«.

Den 30. januar, Mars 2020-testholdet var i stand til at lukke deres 1, 000-plus siders bog med procedurer for ST1. De gik to-til-to på Mars-landinger. De lancerede også fire gange, udførte deep space navigation, udførte adskillige banekorrektionsmanøvrer og testede endda nogle få situationer uden for nominelle flyvninger. Denne første evaluering af flyvehardware og -software, over et år undervejs, havde været en stor succes, demonstrere, hvor tingene udmærkede sig, og hvor de kunne forbedres. Når disse nye ændringer er blevet undersøgt på både en virtuel arbejdsstation og i testbedet, de vil have deres chance for at "flyve" i en af ​​de mange andre systemtests, der er planlagt til Mars 2020.

"En af de fremtidige scenarietests vil placere roveren inde i et termisk kammer og simulere at være på overfladen. Den vil træde gennem missionskritiske aktiviteter ved nogle meget lave Mars-overfladetemperaturer, " sagde Bottom. "Både bogstaveligt og billedligt talt bliver det en meget cool test."