Radiometer miniRAD für MMX
Wissenschaftliche Ziele
Das Radiometer MiniRAD, das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) zur Mission Martian Moons eXploration (MMX) der japanischen Weltraumagentur JAXA beigesteuert wurde, untersucht die thermophysikalischen Eigenschaften und die Zusammensetzung der Oberfläche von Phobos. Durch die Messung der thermischen Infrarotemission über mehrere Wellenlängen hinweg verfolgt MiniRAD folgende Ziele:
- Bestimmung der Oberflächentemperaturen und der thermischen Trägheit, um Rückschlüsse auf die Korngröße, Porosität und Schichtung des Regoliths zu gewinnen
- Ableitung der Oberflächenzusammensetzung anhand der Emissionscharakteristika, einschließlich der Lage des Christiansen-Features
- Charakterisierung der Oberflächenrauheit und Staubbedeckung, die das thermische Verhalten beeinflussen
- Untersuchung der täglichen Temperaturschwankungen zur Bewertung von Oberflächenveränderungsprozessen wie thermischer Ermüdung
Diese Messungen unterstützen das übergeordnete Ziel der MMX-Mission, den Ursprung und die Entwicklung von Phobos zu verstehen, und liefern wichtige Grunddaten für die Interpretation der Orbitaldaten und der zurückgebrachten Proben.
Hauptmerkmale des Instrumentendesigns
Das vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) für die Mission Martian Moons eXploration (MMX) entwickelte Radiometer miniRAD wurde für hochpräzise thermische Infrarotmessungen der Oberflächentemperaturen in sechs speziellen Infrarotkanälen entwickelt.
Zu den wichtigsten Designanforderungen gehören:
- Geringe Masse, geringes Volumen und geringer Stromverbrauch
- Präzise Temperaturregelung des Sensorkopfes
- Hohe Empfindlichkeit gegenüber niedrigen Oberflächentemperaturen bei Nacht
Um diese Anforderungen zu erfüllen, verfügt miniRAD über eine kompakte Architektur, die aus einem Sensorkopf, einer Elektronikeinheit und einem Kalibrierstrahler besteht.
Sensorkopf
Der Sensorkopf beherbergt sechs Thermosäulendetektoren, die für thermische Infrarotstrahlung in mehreren Spektralkanälen zwischen etwa 5 und 100 µm empfindlich sind. Er ist im Inneren des Rovers angebracht und so ausgerichtet, dass er die Oberfläche direkt vor dem Rover beobachtet.
Zu den wichtigsten Merkmalen gehören:
- Hohe thermische Stabilität durch thermische Isolierung und aktive Temperaturregelung
- Ein weites Sichtfeld, das für Punktmessungen im Dezimeterbereich geeignet ist
- Spezielle Spektralkanäle, die für Oberflächentemperatur, thermische Trägheit und die Bestimmung der mineralogischen Zusammensetzung optimiert sind
Diese Konfiguration ermöglicht genaue Messungen der Oberflächenhelligkeitstemperatur sowohl bei Tag als auch bei Nacht auf Phobos.
Elektronik
Die miniRAD-Elektronikeinheit übernimmt die Steuerung des Instruments, die Signalverarbeitung, die Regelung der Heizung und die Datenverbindung zum Rover.
Zu den wichtigsten Merkmalen gehören:
- Hochauflösende analoge Signalverarbeitung für thermische Messungen mit geringem Fluss
- Aktive Steuerung der Temperaturen von Sensorkopf und Kalibrierstrahler
- Strahlungstolerante digitale Steuerung und geringer Stromverbrauch
Die Elektronik ist im thermisch isolierten des Rovers untergebracht, wodurch trotz der rauen Außenbedingungen ein stabiler Betrieb gewährleistet ist.
Kalibrierstrahler
Um genaue und stabile radiometrische Messungen zu gewährleisten, verfügt miniRAD über einen integrierten Kalibrierstrahler, der als Referenz-Schwarzkörper dient und während des Flugs und auf Phobos verwendet wird, bevor die Blende des Rovers geöffnet wird.
Zu den wichtigsten Merkmalen gehören:
- Eine klar definierte Referenzfläche mit hoher Emissivität
- Aktive Temperaturregelung
- Regelmäßige Kalibrierung während des Fluges zur Überwachung der Stabilität und Performance der Detektoren
Dieser Ansatz ermöglicht zuverlässige Temperaturmessungen über den gesamten erwarteten Bereich der Oberflächenbedingungen auf Phobos und während der gesamten Missionsdauer.