Instrumentos científicos em sondas de pequeno porte

Transcrição

1 Instrumentos científicos em sondas de pequeno porte Paulo Penteado IAG/USP NIS (NEAR Shoemaker) AMIE (SMART 1) MSI (NEAR Shoemaker)

2 Instrumentos científicos em sondas de pequeno porte Marco Polo Imageamento NEAR SMART 1 Hayabusa* Marco Polo Espectroscopia NEAR SMART 1 Hayabusa* Marco Polo Espectros solares LIDAR* Gravimetria* Plasma* Altas energias Rádio Relação com seleção de alvo e trajetória Planejamento, processamento e análise de dados *Em outras apresentações neste evento

3 Sondas recentes e seus instrumentos

4 Sondas recentes e seus instrumentos nome Massa instr (kg) 19 Pot tot (kw) 1.2 Pot inst (W) 61 Custo (106 USD) 170 Dims (m) inst Tempo Dist (meses) (km) Res (m) SMART 1 Massa seca (kg) 287 1,1, Hayabusa ,1.6, NEAR ,1.7, Dawn ,2, Marco Polo ~ MRO ,2,8 6 > Cassini ,4, ~

5 Marco Polo

6 Marco Polo

7 Marco Polo

8 Imageamento sonda instr SMART 1 Hayabusa NEAR Pot Pixels (W) ano AMIE 2 AMICA MSI Marco Polo WAC Marco Polo NAC Marco Polo CUC Massa (kg) Res ang (rad) 1024x1024 9e x e-5 Res Filtros (µm) espac (m) 27 -,.75,.915,.960, w,.38,.43,.55,.7,.86,.96, 1.01, 244x537 16e-5 16 w,.45,.55,.76,.90, 1, x e w+7 1e

9 Imageamento NEAR Shoemaker Topografia Mosaico a 350 km, 20 m/pix Veverka et al., 2000

10 Imageamento NEAR Shoemaker variação de cor Murchie et al., 2002

11 Imageamento NEAR Shoemaker - Determinação da forma Veverka et al., 2000

12 Imageamento NEAR Shoemaker Espectros MSI Murchie et al., 2002

13 Imageamento SMART -1 Mosaico a 2700 km de distância, 0.24 km/pix Foing et al., 2006

14 Imageamento SMART -1 Topografia Foing et al., 2008

15 Imageamento Hayabusa 0.7 m/pix, a 7 km de distância Saito et al., 2006

16 Espectroscopia sonda instr Massa Pot Pixels Pixels (kg) (W) espec espac dim SMART 1 SIR D Comp onda (µm) Hayabusa NEAR Marco Polo Marco Polo NIRS NIS MAPIS ~ (s) (s) 640x480 (FTS) 1D 1D 2D 3D Res ang (rad) 1.1e-3 Res ano espac (m) e e

17 Espectroscopia NEAR Shoemaker Veverka et al., 2000 Linha cheia NEAR NIS Quadrados NEAR MSI Bell et al., 2002

18 Espectroscopia NEAR Shoemaker Mapeamento da variação das bandas em 1 e 2 µm Bell et al., 2002

19 Espectroscopia SMART - 1 Foing et al., 2006

20 Espectroscopia Hayabusa

21 Espectros solares Será necessário um espectro solar, para obter o espectro de reflexão. Faltam espectros do Sol fora da atmosfera da Terra, se extendendo do UV ao IV próximo. Cassini VIMS: Porta solar (apenas para IV), com atenuação do fluxo de ~1e5. Mas houve problemas: A porta aponta em uma outra direção, com relação ao sistema óptico normal, e está sempre aberta: observações próximas à direção do Sol são contaminadas por flare. Problemas de calibração em terra e o alto fluxo (que revela efeitos ópticos como flares e reflexões internas) tornaram os espectros do Sol difíceis de ser calibrados. Na prática, o espectro solar usado nas análises foi um obtido de aviões (digitalizado manualmente, de 1974). MRO CRISM: Só lâmpada de calibração. Solar Flux (erg/cm2/s/mm) 2.000E E E E E Wave le ngt h (mm)

22 Espectros solares NEAR/Shoemaker: O espelho móvel do NIS (usado para mover em uma dimensão espacial o campo de visão), era usado para observar um refletor montado na sonda, para obter o espectro do Sol. Mas um espectrômetro com scan é provavelmente desnecessariamente complexo para observar um asteróide com baixa velocidade relativa. Uma alternativa é um refletor móvel que possa ser posicionado no campo de visão.

23 LIDAR NEAR Shoemaker NLR (Near Laser Rangerfinder) 5 kg, 20.7W (max) 37.5 cm x 21.6 cm x 22.9 cm Laser de µm, precisão até 6 m, resolução horizontal 150 m à distância máxima (50 km). Observável pelo MSI com filtro específico. Hayabusa LIDAR Laser de µm, precisão até 1 m a 50 m, 10 m a 50 km, resolução horizontal até 5x12 m (altitude de 7 km). Observável pelo NIRS. Marco Polo Resolução horizontal 1 m a 5 km, 0.1 m a 1 km NLR (NEAR Shoemaker)

24 Rádio Se compatível, sistema de comunicação de alto ganho pode ser reaproveitado, como RADAR para altimetria e imageamento (SAR Synthetic Aperture Radar). Se frio o suficiente, pode ser também usado com radiômetro passivo. Exemplo Cassini RADAR / RSS (Radio Science Subsystem) Antena de comunicações de 4 m usada em: Banda Ku (13.78 GHz, 2.18 cm) a >1000 km de distância: SAR até km/pixel Altímetro resolução vertical m, horizonatal km Radiômetro resolução espacial km/pix Bandas S, X e Ka (14 cm, 4 cm, 1cm): Gravimetria e ocultações usada apenas como fonte, observada de terra. Para asteróides (baixas altitudes, sem atmosfera), câmeras e LIDAR provavelmente oferecem melhor resolução e cobertura.

25 Altas energias Fluorescência de raios-x de Mg, Al, Si, Ca, Ti, Fe (dependendo da atividade solar) Raios-gama O, Si, Fe, H excitados por raios cósmicos K, Th, U radioativos SMART 1 D-CIXS (Demonstration of a Compact X-ray Spectrometer) XSM (X-ray Solar Monitor) kev XGRS (NEAR Shoemaker) Resolução espacial 8-12 (26km) NEAR Shoemaker XGRS (X-ray / Gamma-ray Spectrometer) 1-10 kev / MeV Resolução espacial 5 (2km) Hayabusa XRS (X-ray Fluorescence Spectrometer) Marco Polo NPA (Neutral Particle Analyser) <1 ev a 1 kev, 5 x5 APXS (Alpha Particle X-ray Spectrometer)

26 Relação com seleção de alvo e trajetória Se possível, as características dos instrumentos devem ser definidas depois do alvo e trajetória. O alvo e a distância determinam qual a resolução máxima que ainda permite cobrir toda a superfície. Por isso a resolução espacial da SMART 1 (27 m) é muito menor que da Hayabusa (0.7 m). Se possível, toda a superfície deve ser imageada mais de uma vez, para obter imagens estereográficas. A rotação do alvo, conjuntamente com a órbita e a resolução angular do instrumento, determina o máximo tempo de exposição. A órbita e a configuração da sonda determinam por quanto tempo as observações podem ser tomadas, entre as interrupções para apontar a antena para a Terra, e se é necessário interromper as observações para apontar os painéis solares para o Sol. Órbitas em torno de asteróides têm a vantagem de não precisar de apontamento rápido para manter o alvo no campo de visão, mas Mas pode ser difícil conciliar as condições para observar o asteróide principal e seu(s) satélite(s).

27 Planejamento, processamento e análise de dados Volume a ser obtido Tempo de exclusividade Planejamento: Dados de navegação, para planejamento e processamento formato NAIF (SPICE). Durante o vôo: Desenvolvimento de pipelines para processamento radiométrico e geométrico. Desenvolvimento de armazenamento segundo padrões PDS. Desenvolvimento de bancos de dados de observações. Documentação adequada e publicamente disponível (ao contrário da, por exemplo, Hayabusa).