Polski penetrator w misji Rosetta

MEJ
opublikowano: 05-06-2015, 07:00

Penetrator MUPUS sondy Philae znajdującej się 67P/Czuriumow–Gerasimenko został skonstruowany przy współpracy naukowców z Wydziału Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej. Zastosowano w nim także układ scalony Rosettabis zaprojektowany w Instytucie Mikroelektroniki i Optoelektroniki PW.

Penetrator MUPUS lądownika Philae
Zobacz więcej

Penetrator MUPUS lądownika Philae PW

Lądownik Philae, który w ramach europejskiej misji Rosetta wylądował na powierzchni komety 67P/Czuriumow-Gierasimienko w najbliższych dniach zacznie wiercenia geologiczne na powierzchni tego, nowego dla naukowców-geologów, ciała niebieskiego. W podłoże komety wbije się penetrator MUPUS, przeznaczony do pracy w warunkach mikrograwitacji. Zbudowano go w Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk w Warszawie. Aby zapewnić mu prawidłowe funkcjonowanie w tak ekstremalnych warunkach, jakie panują na powierzchni komety, jego elementy poddano nowatorskiej metodzie obróbki powierzchniowej, opracowanej na Wydziale Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej.

Penetrator MUPS w czasie wbijania trzpienia w grunt nie może przenosić sił na lądownik, aby w warunkach niskiej grawitacji nie spowodować oderwania jego ramion od powierzchni komety. jego elementy wykonano z lekkiego stopu tytanowego, który jednak należało utwardzić, aby zapewnić pożądane parametry pracy. Inżynierowie z WIM PW postanowili go poddać węgloazotowaniu jarzeniowemu.

Jak twierdzi kierujący zespołem badawczo-konstrukcyjnym prof. dr hab. inż. Tadeusz Wierzchoń, kierownik Zakładu Inżynierii Powierzchni na Wydziale Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej, w momencie przygotowania sondy do działania, czyli 10 lat temu, węgloazotowanie jarzeniowe stopów tytanu było technologią pionierską i unikalną.

Węgloazotowanie jarzeniowe stopów tytanu polega na wprowadzaniu atomów azotu i węgla w ich warstwy powierzchniowe. Przeprowadzono je w niskotemperaturowej plazmie łącząc procesy azotowania i nawęglania jarzeniowego. W ten sposób powstała konstrukcja twarda, odporna na ścieranie, ale o niskim współczynniku tarcia poszczególnych elementów. Dyfuzyjna warstwa powierzchniowa węgloazotka tytanu charakteryzowała się dobrą przyczepnością do podłoża.

Po przeprowadzeniu procesu elementy konstrukcji poddano ocenie renomowanych laboratoriów inżynierii materiałowej m.in. Space Research Institute (Institut für Weltraumforschung, IWF) w Graz w Austrii oraz Max Planck Institute for Aeronomy w Lindau w Niemczech (obecnie Max Planck Institute for Solar System Research).

Drugim problemem misji Rosetta, z którym zetknęli się polscy naukowcy z Centrum Badań Kosmicznych PAN, konstruując MUPUS, była konieczność umieszczenia w niewielkiej głowicy penetratora, złożonych elementów elektronicznych, które miały sterować pracą czujników pomiarowych. Tymczasem wprowadzenie elektroniki czujników do głowicy było konieczne, aby uniknąć  konieczności przeciągania dużej ilości narażonych na uszkodzenie przewodów, pomiędzy lądownikiem a penetratorem

Zespół dr inż. Zbigniewa Jaworskiego w Zespole Metod Projektowania w Mikroelektronice w Instytucie Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszawskiej, zaprojektował dwa innowacyjne układy scalone ASIC, integrujące dużą część bloków, co konstruktorzy penetratora chcieli zbudować przy pomocy komercyjnych układów scalonych, jak wzmacniacze operacyjne i matryce programowalne EPLD.

Nowy układ, wyprodukowano w 1999 roku za pośrednictwem konsorcjum Europractice, które umożliwiło dostęp do profesjonalnego oprogramowania EDA, przemysłowych technologii mikroelektronicznych oraz dotuje wytwarzanie prototypów układów scalonych.

Jest to CMOS w technologii 0,8 mikrometra, wytworzony przez Austria Microsystems. Dwie jego wersje - Rosetta i Rosettabis (która była wersją rozwiniętą) zostały wytworzone i przetestowane. Ostatecznie w penetratorze zamontowano chip Rosettabis sterujący dwoma trybami pracy penetratora, obejmującymi pomiary przewodnictwa cieplnego i gęstości jądra komety. Znajduje się w nim autorski interfejs szeregowy do komunikacji z lądownikiem, przetworniki cyfrowo-analogowe dostarczające napięć odniesienia, moduły sterowania czujnikami do badania przewodnictwa cieplnego oraz detektory impulsów generowanych przez czujniki wykorzystywane  do badania gęstości.

Rosettabis ma wymiary 3,15 mm x 3,12 mm i zawiera w części cyfrowej ok. 2500 bramek logicznych a w części analogowej ok. 2000 tranzystorów. Układ zamontowano w obudowie JLCC84. Koszt produkcji Rosettabis wyniósł ok. 2800 euro.

© ℗
Rozpowszechnianie niniejszego artykułu możliwe jest tylko i wyłącznie zgodnie z postanowieniami „Regulaminu korzystania z artykułów prasowych” i po wcześniejszym uiszczeniu należności, zgodnie z cennikiem.

Podpis: MEJ

Być może zainteresuje Cię też:

Polecane

Inspiracje Pulsu Biznesu

Puls Biznesu

Puls Innowacji / Polski penetrator w misji Rosetta