• open panel

MEDUSA

 

Martian Environmental DUst Systematic Analyser

Novaetech ha collaborato con l’INAF, in un progetto finanziato dall’ESA, per la realizzazione di uno strumento di analisi di polveri e vapore acqueo sul suolo e nell’atmosfera di Marte.MEDUSANovaetech, in base ai requisiti scientifici, ha avuto l’incarico di disegnare, assemblare e testare il prototipo.

Rilevanza Scientifica del progetto

La polvere in sospensione influenza termicamente le condizioni della bassa atmosfera marziana assorbendo la radiazione solare, oltre ad avere effetti sulla modellazione della superficie per effetto del trasporto del vento. Quindi, la conoscenza delle caratteristiche della polvere atmosferica Marziana  e dei meccanismi attraverso i quali la polvere precipita o va in sospensione sono importanti per quanto riguarda  la determinazione dell’ evoluzione del clima e della superficie di Marte. L’acqua è un importante mezzo di analisi  per indagare i cambiamenti  climatici stagionali oltre ad essere strettamente collegata alla presenza di forme di vita. Quindi, lo studio “in situ”  delle caratteristiche della polvere e del contenuto di vapor d’acqua dell’atmosfera hanno particolare rilevanza per lo studio dell’evoluzione del clima marziano.
MEDUSA (Martian Environmental Dust Analyser) è uno strumento multisensore e multistadio che unisce un rivelatore ottico per il rilevamento e la caratterizzazione della polvere, un sensore d’impatto e una serie di sensori in cascata che misurano la deposizione di polvere (microbilance), infine un igrometro per la misura del vapor d’acqua atmosferico (microbilancia controllata termicamente).

Modello Ingegneristico

Il rilevatore ottico è costituito dal Grain Detection System (GDS). I grani di polvere in arrivo dall’atmosfera sono illuminati da un fascio laser: parte della radiazione è assorbita, parte ritrasmessa e parte diffusa. La diffusione e l’assorbimento della luce da parte delle particelle danno informazioni sulla concentrazione la distribuzione dimensionale e la composizione dell’Aerosol.

Caratteristiche GDS:
Primo strumento di misurazione lungo il percorso delle particelle (non influenza le proprietà della polvere)
Sensibilità fino ad un micron
Bassa probabilità di rilevazione di particelle grandi
Misurazione della velocità
Indicazione sulle proprietà ottiche (mineralogia)

Il sensore di impatto è costituito dall’Impact Sensor (IS).
La rilevazione della polvere tramite l’impatto su di una superficie fornisce informazioni su alcuni parametri fisico-dinamici dei grani (come la quantità di moto): la deformazione subita dalla superficie è convertita in un segnale elettrico tramite adeguati trasduttori come i rivelatori piezoelettrici.

I sensori in cascata sono costituiti da microbilance al quarzo (QCM) (vedi immagine).
Un flusso (vedi immagine) costante di aria generato da una pompa diretto dal primo all’ultimo stadio trascina con sé grani di aerosol di varie dimensioni. Ciascuno stadio è collegato a quelli adiacenti tramite ugelli di diametro decrescente nella direzione del flusso d’aria. Ciò aumenta la velocità del flusso d’aria e di conseguenza quella dei grani. La maggiore inerzia dei grani di dimensioni superiori ad una certa soglia fa si che questi impattino sulle microbilance mentre i restanti grani passano agli stadi successivi.
La massa totale delle particelle depositate su ogni stadio è misurata dalle QCM.

Stadio di rivelazione vapor d’acqua (vedi immagine):
Il vapor d’acqua è rilevabile fino ad una concentrazione di 10 parti per miliardo ad una pressione atmosferica di 6.1 mbar.
La velocità di deposizione (evaporazione) dipende dalla temperatura operativa al di sotto (al di sopra) del punto di congelamento.
Le microbilance  possono anche misurare la deposizione (evaporazione) naturale del vapore atmosferico senza utilizzare un controllo in temperatura.

Obiettivi
Lo strumento fornisce una vasta gamma di misure dirette sui parametri concernenti le proprietà fisiche e dinamiche della polvere e l’abbondanza di vapore acqueo: distribuzione della dimensione dei grani, loro massa, abbondanza e proprietà di scattering. Medusa potrà, per la prima volta, misurare direttamente e in modo quantitativo le caratteristiche fisiche e dinamiche della polvere atmosferica di Marte e inoltre l’abbondanza di vapor d’acqua atmosferico.

Status
Le tecnologie dei singoli sottosensori sono state adoperate con successo per lo strumento GIADA sulla missione spaziale Rosetta per lo studio della cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, ed il loro adattamento al nuovo ambiente ed alle differenti proprietà fisico/dinamiche dei grani marziani è attualmente allo studio di fattibilità.
Per ciò che riguarda lo strumento nel suo complesso, i diametri di soglia dei singoli stadi sono stati stimati mediante uno studio fluidodinamico preliminare. Su tali valori dei diametri di soglia è stata impostata la stima di massa e dimensioni dello strumento stesso.
A seguito di tale lavoro il progetto MEDUSA ha partecipato con successo all’Announcement for Opportunity ESA (AO4141) ed è stato presentato al centro ESA ESTEC (Noordwijk, Olanda) nei giorni 10-12 Dicembre 2002. Infine è stato firmato un contratto ESA No.16205/02/NL/LVH  per lo studio di fattibilità. Inoltre, MEDUSA è stato proposto come payload del rover Pasteur (denominazione preliminare) all’interno della futura missione ExoMars di ESA (vedi link).
Attualmente sono in corso studi di approfondimento del modello fluidodinamico e simulazioni numeriche per la determinazione della forma ottimale di un modello da laboratorio, al fine di iniziare i test. Inoltre è in corso di sviluppo un sensore basato su microbilance per la rivelazione del vapor acqueo (vedi link a “sensori piezoelettrici”).

 

Leave a Comment

© 2012 Novaetech S.r.l. - Innovation Technology
Centro Direzionale, Isola G7, 80143 Napoli - Italia - tel. +39 081 0320584 - P.IVA 05132311217