SuperCam , 2021'in başından beri Mart ayında gezegenin yüzeyini araştıran gezici US Perseverance'ı (Mission Mart 2020 ) donatan yedi bilimsel araçtan biridir . Bu görevin temel amacı, yaşam formu izleri tutmuş olabilecek toprak örnekleri toplamaktır. Havuçlar, sonraki bir görevin parçası olarak analiz için Dünya'ya geri getirilecek. SuperCam'in rolü, bilimsel ilgi alanlarını belirlemek ve jeolojik bağlamı sağlamak için toprağın ve çevreleyen kayaların bileşiminin ilk uzaktan analizini (7 metreye kadar) gerçekleştirmektir.
SuperCam , toprağın, kayaların ve atmosferin bileşimini uzaktan belirlemek için dört farklı teknik kullanır : Bir lazerle bombardımandan kaynaklanan ışığı analiz ederek elementel ve moleküler bileşimi belirleyen LIBS spektroskopisi ve Raman spektroskopisi , spektroskopi görünür ve kızılötesi yansımayı belirlemeye yardımcı olur. mineraller ve kaya dokusu ve morfolojisi hakkında bilgi sağlayan bir renkli kamera. Son olarak SuperCam bir mikrofon içerir.
Supercam , 2012'den beri Mars topraklarını araştıran Curiosity gezici (Mars Bilim Laboratuvarı görevi) üzerine kurulu ChemCam cihazının mirasçısıdır. ChemCam gibi, Astrofizik ve Gezegenbilim Araştırma Enstitüsü (Fransa) tarafından ortaklaşa geliştirilmiştir. optik kafayı, lazeri ve kızılötesi spektrometreyi ve Raman ve LIBS spektrometrelerini sağlayan Los Alamos Ulusal Laboratuvarı'nı (ABD) sağlar.
SuperCam'in gelişimi, enstrümanın 2021'den itibaren Mars gezegeninin yüzeyini keşfedecek olan Amerikan gezici Perseverance'ın ( Mars 2020 görevi ) faydalı yükünün bir parçası olarak seçildiği Temmuz 2014'te başladı. SuperCam enstrümanı oldukça geliştirilmiş bir versiyondur. Fransız-Amerikan enstrümanından ChemCam , 2012'den beri Mars yüzeyini keşfeden gezici Curiosity'ye bindi. SuperCam, hedeflenen kayaların yüzey katmanını buharlaştırmak ve bir plazma oluşturmak için bir lazer kullandığından beri . Bu, kayaların element bileşimini belirlemek için analiz edilir. Ancak ChemCam'in iki özelliği varken (LIBS spektroskopisi ve siyah beyaz görüntüleyici) SuperCam'in beş özelliği vardır: LIBS spektroskopisi, Raman spektroskopisi, pasif kızılötesi spektroskopisi, renkli görüntüleyici ve mikrofon. ChemCam gelince, enstrüman tasarlanmıştır ve ortaklaşa üretilen Amerikan LANL spektrometrelerinin (üçünün sahibi Vücut Birimi ) ve astrofizik ve Güneş Sistemi içinde araştırma enstitüsünün arasında (IRAP) Üniversite Paul Sabatier içinde Toulouse lideri olan Fransa'da lazer, optik parça, görüntüleyici, kızılötesi spektrometre ve mikrofondan oluşan direk ( Direk Ünitesi ) tarafından taşınan alt grup . Fransız katılımı için sözleşme makamı, Fransız uzay ajansı ( CNES ) tarafından desteklenmektedir . Bilimsel yönetici, Los Alamos'tan Roger Wiens ve IRAP'tan yardımcısı Sylvestre Maurice'dir .
Enstrümanın geliştirilmesi ve üretilen verilerin analizi, Fransa'da yaklaşık 300 kişiyi (15'in üzerinde laboratuvar ve 25 şirkete yayılmış), Amerika Birleşik Devletleri'nde 200 kişiyi ve İspanya'da birkaç kişiyi kapsamaktadır. Katılan başlıca Fransız laboratuvarları, önde gelen IRAP ve LESIA'dır . İki ana endüstriyel entegratör , lazer için Thales ve görüntüleyici için 3D PLUS'tur. Tasarımdan veri kullanımına kadar Fransız katılımının maliyeti yaklaşık 40 milyon €'dur (görevin toplam maliyeti ~ 2 milyar €).
Fransa'ya emanet edilen Direk Ünitesinin tasarımcıları, ChemCam ile aynı hacim, kütle ve güç tüketimi kısıtlamalarını karşılamalıdır, SuperCam ise birçok ek özellik içerir. Bir önceki enstrümandan miras alınan özellikler nihayet azaltılır. Enstrümanın kritik tasarım incelemesi (CDR Kritik Tasarım İncelemesi ) Aralık 2016'da başarıyla geçti ve uçuş modelinin yapımına başlandı. Mast Ünitesinin JPL'ye (NASA) tesliminden bir ay önce, Kasım 2018'de, uçuş modeli teknik bir olaydan sonra kullanılamaz hale geldi. Ekipler 6 ay içinde yeni bir uçuş modelini yeniden inşa etmeli ve test etmelidir. Bu, aynanın soğuk performanslarını iyileştirmeyi mümkün kılan muamelesindeki değişiklikler sayesinde ilk kopyadan daha verimli olduğunu kanıtlıyor. Uçuş modeli, Haziran 2019'da Jet Propulsion Laboratuvarı'na (NASA'nın görev kuruluşu) teslim edildi. Önce JPL'de, ardından Kennedy Uzay Merkezi'nde gerçekleştirilen entegrasyon testleri, Haziran 2020'de tamamlandı. L Gezici, uzaya fırlatıldı. 30 Temmuz 2020 ve 18 Şubat 2021'de Mars'a iniyor. Şubat-Mayıs 2021 arasında çalışan bir tarifin ardından gezici bilimsel görevine başlıyor.
SuperCam'in en dikkat çekici özelliği , gezici yakınında bulunan toprak ve kayaların bileşimini bir mesafeden (7 metreye kadar) analiz etmek için bir lazer kullanılmasıdır. Lazer ışını, zeminin küçük bir bölümünde 5 nanosaniye süren kısa ışık darbeleri gönderir. Enerjileri kayayı buharlaştırır ve ışığı, cihazın 110 mm optikli teleskopu tarafından toplanan bir plazma üretir . Bu aktif teknik, LIBS ve Raman spektroskopisini gerçekleştirmek için kullanılır. Ayrıca cihaz, görünür ve yakın kızılötesi ışıkta yansıma spektrometresi ve gerçekleştirilen analizin bağlamını sağlayan yüksek büyütme gücüne sahip bir görüntüleyici sayesinde pasif gözlemlere izin verir. Üç spektroskopi yöntemiyle üretilen ışık, yöntemlere göre ultraviyole (240 nanometre) ile yakın kızılötesi (2.6 mikron) arasında genişleyebilen bir spektrum sağlayan dört spektrometre tarafından analiz edilir.
LIBS spektrometresi ( Lazer Bağlı Dağılımı Spektroskopisi ) LIBS ChemCam geliştirilmiş bir versiyonudur. Cihaz, 1064 nm (kırmızı lazer) dalga boyundaki lazeri kullanarak, 7 metreye kadar bir mesafede kayada bulunan kimyasal elementleri nihai olarak tanımlamak ve ölçmek için kullanılır. Spektrometre analizleri ışık arasında yayılan uyarım olarak, görünür aralıkta büyük ölçüde taşan, ultraviyole yakın sözde, bir tarafta, diğer tarafta kızıl ötesi toplam olarak 240 arasında değişen bir spektral bant nm (UV ) ila 850 nm (kızılötesine yakın) ve bu, 0.09 ila 0.30 nm arasında değişen bir değişken çözünürlükle . Fiziksel ölçümün sonunda, bir spektral veri işleme zinciri, petrololojide kullanıma göre, çoğunlukla kimyasal elementlerin çeşitli oksitlerinin ağırlık yüzdeleri açısından, sözde bir element bileşimi sağlar .
Bu spektroskopi tekniği, ana kimyasal elementlerin ( oksijen , sodyum , magnezyum , alüminyum , silisyum , potasyum , kalsiyum , demir ) yanı sıra bazı küçük elementlerin ( kükürt , fosfor , hidrojen , azot , titanyum , krom , nikel , bakır , çinko , rubidyum , arsenik , kadmiyum , kurşun , flor , klor , lityum , stronsiyum , baryum .
Visir ( görünür ve kızıl ötesi spektroskopisi ) , pasif kızılötesi spektrometresi tarafından sağlanan Astrofizik içinde uzay çalışmaları ve Enstrümantasyon Laboratuvarı lazer darbeleri ile üretilen plazma analiz ancak üzerine açık tarafından yansıtılan ışık kullanır. Özellikle killeri tanımlayan görünür-yakın-kızılötesi (400-900 nm ) ve yakın-kızılötesi (1.3-2.6 mikron) ışık spektrumları sağlar . Spektrum, CRISM ( Mars Reconnaissance Orbiter ) ve OMEGA ( Mars Express ) cihazlarından türetilen bir akustik -optik dağılım filtresi kullanılarak elde edilir . Enstrümanın menzili 10 kilometredir.
bu spektroskopi tekniği ile tespit edilen mineraller silikatlar ( piroksenler , olivin , serpantinler , simektit , talk , kaolinit , zeolitler ), sülfatlar (mono ve polihidratlar), karbonatlar , astrobiyolojik açıdan ilgi çekici bileşikler ( boratlar , nitratlar ve fosfatlar ), su molekülleridir. (adsorbe edilmiş, interstisyel, buz) ve hidratlı tuzlar .
Zaman Çözümlemeli Raman lüminesans (TAR / L), Raman / floresans spektrometre dalga boyu 532 lazer kullanan nm molekülleri titreşime (yeşil). Işığın küçük bir kısmı moleküllerle etkileşir ve dalga boyunu değiştirir. Bu "Raman sinyali" çok zayıftır ve yoğunlaştırılması gerekir. Spektrometre tarafından analiz edilir ve hedefte bulunan mineralleri ve molekülleri tanımlamayı mümkün kılar. Sağlanan bilgiler, aşağıda açıklanan kızılötesi spektrometre tarafından üretilen bilgileri tamamlayıcı niteliktedir. Bu tip analizler için lazerin menzili 12 metredir.
Bu spektroskopi tekniği ile tespit edilen mineraller, organiklere karşı daha iyi hassasiyet ve çok daha küçük bir analiz alanı ile yansıma kızılötesinde gözlemlenenlerle aynıdır.
Remote Micro-Imager (RMI ), Schmidt-Cassegrain teleskopunun (110 mm açıklık ve 563 mm odak uzaklığı) arkasına yerleştirilmiş, yüksek uzaysal çözünürlüğe sahip renkli bir kameradır . jeolojik bağlam unsurlarının sağlanması: kayanın dokusu ve bir toprak durumunda heterojenliği, yapısı ve kohezyonu gibi özellikler. Kamera ayrıca atmosferin özelliklerini ölçmek için de kullanılır: dikey profiller, asılı su buharının yanı sıra diğer asılı gazlar, toz ve su buzu parçacıklarının özellikleri. Görüş alanı 18,8 miliradyandır ve 80 mikroradyandan daha büyük uzamsal çözünürlük 4 pikseli kapsar ve 3 metre mesafede 0.24 milimetrelik detayları ayırt edebilir. RMI, sonsuza kadar görüntü çekmenize olanak tanır . Kamera, aşağıdaki iki teknikten birini kullanabilen bir otofokusa sahiptir: sürekli çalışan lazer ışınından fotoğraflanacak hedef üzerindeki yansımanın bir fotodiyot ile tespiti veya tercih edilen yöntem, hedefin farklı ve farklı açıklıklara sahip arka arkaya birkaç fotoğrafını çekmek. elde edilen görüntülerin kontrastını analiz eden yazılım tarafından optimum açıklığın belirlenmesi . Bir fotoğraf çekerken çeşitli işlevler uygulanabilir: farklı diyafram açıklığına sahip dört görüntü oluşturmak, farklı odak uzunluklarıyla çekilmiş görüntüleri birleştirmek, aralık dinamiğini (HDR) iyileştirmek için farklı pozlama süreleriyle çekilen fotoğrafları birleştirmek. Pankromatik görüntü, AMS CMOSIS firmasına ait 4 megapiksel CMOS CMV4000 dedektör içeren CASPEX kamera ( Uzay Keşfi için Renkli CMOS Kamera ) ile elde edilir . 3D PLUS şirketi tarafından üretilen kompakt kübik montaj .
SuperCam cihazı , optik kafada bulunan ve renkli kamerayla birleştirilmiş bir MIC mikrofonu içerir . Mars Mikrofon çeşitli fiziksel parametreleri (sertlik ve yoğunluk) bu şekilde LIBS spektrumları analizini geliştirmek için, onlardan anlaşılmasını sağlayacak lazer ile üretilen plazma kıvılcım çatlaması sesleri kaydeder. Genellikle resimli olarak “lazer darbeleri” olarak anılan bu sesler 4 metreye kadar duyulabilir. Mars'ın çok ince olan atmosferi, Dünya'ya kıyasla 20 desibel azaltılan sesin yayılmasını güçlü bir şekilde sınırlar. Mikrofon ayrıca, "Azim" gezici mekanizmaları tarafından üretilen sesleri (taret dönüşü, yuvarlanma gürültüsü, vb.) kaydeder, bu da bir arıza durumunda teşhis oluşturmaya yardımcı olacaktır. Son olarak, bu mikrofon Mars gezegeninin seslerini çok ince bir atmosfer (rüzgar, gök gürültüsü) ile iletiliyorsa kaydedecektir. Bilimsel yükün bir parçası olmayan cihaz, The Planetary Society derneği tarafından finanse edildi ve 1999'da bu derneğin sponsorluğunda başlatılan modelle aynı. Esas olarak bir elektronik karttan oluşur ve yaklaşık 50 gram ağırlığındadır.
Cihazın çeşitli alt sistemlerini kalibre etmek ve SCCT'yi ( SuperCam Calibration Target ) oluşturmak için 35 hedef kullanılır . Ana iletişim antenlerinden birinin altında elektrik jeneratörünün ( RTG ) solunda bulunan bir titanyum plaka üzerine monte edilirler . Hedefler arasında 23 jeolojik örnek, pasif kızılötesi spektrometreyi kalibre etmek için kullanılan 5 hedef, organik bir örnek, bir elmas, görüntüleyiciyi kalibre etmeye yönelik dört hedef ve Dünya'dan kurtarılan ve farkındalık yaratma operasyonu için amaçlanan bir Mars asteroidi parçası yer alıyor. dünya. halk. Lazer tarafından temizlenmeyen pasif hedefler, Mars tozu birikimini azaltmaya yardımcı olan kalıcı bir mıknatısla çevrilidir (bu kısmen mıknatıslanmıştır). Bu alt kümenin geliştirilmesi Valladolid Üniversitesi'nin sorumluluğundadır .
SuperCam, direğe yerleştirilmiş optik modül ( Mast Unit 5,6 kg ), gezici gövdesine yerleştirilmiş spektrometreler ( Gövde Ünitesi 4,8 kg ) ve cihazı kalibre etmek için kullanılan hedefler (0,2 kg ) arasında dağıtılmış toplam 10,6 kg kütleye sahiptir. ) gezicinin arkasındaki üst güverteye takılır. Optik kafa tarafından toplanan veriler , bir optik fiber ile Gövde Ünitesinin spektrometrelerine iletilir . Çalışmakta olan cihaz 17,9 watt tüketir. Günde ortalama 4,2 megabit veri hacmi üretir.
SuperCam, her biri cihaz tarafından gözlemlenen spektral bandın bir kısmını kapsayan ve bir veya daha fazla spektroskopi tekniği tarafından kullanılan dört spektrometreye sahiptir. Kızılötesi spektrometre Direk Ünitesinde , diğer üçü ise Gövde Ünitesinde bulunur .
| Analiz edilen spektral bant | ultraviyole | Mor | Gözle görülür | Kızılötesi |
|---|---|---|---|---|
| Spektrometre tipi | Czerny-Turner monokromatör | yılan balığı | AOTF | |
| Durum | çerçeve | çerçeve | çerçeve | direk |
| spektroskopi tipi | LIBS | LIBS ve VISIR (görünür ve kızılötesi) | Raman, LIBS, VISIR | ZİYARET ETMEK |
| dedektör | CCD | ICCD | fotodiyot | |
| Dalga boyları (nm) | 240–340 | 385-475 | 535-855 | 1300–2600 |
| Kanal Sayısı | 2048 | 2048 | 6000 | 256 |
| çözüm | 0.20 nm | 0.20 nm | 0,3–0,4 nm | 30 / cm |
| Görüş alanı | 0.7 mrad | 0.7 mrad | 0.7 mrad | 1.15 mrad |
SuperCam çeşitli şekillerde kullanılabilir. Tipik bir sekans, Dünya'daki bilim ekibi tarafından gezici tarafından çekilen fotoğraflardan bir hedefin (kaya vb.) seçilmesi ve analiz edilecek kayanın koordinatlarının gezici bilgisayarına iletilmesi ile başlar. yürütülecek komutların sırası. Hedef ayrıca, bir örüntü tanıma algoritması kullanan veya ayrıca kör olan yerleşik AEGIS yazılımı tarafından otonom olarak da belirlenebilir. Aşağıdaki işlem dizisi başlatılır: