Nivellierung des SEIS Instruments aufNASA‘s InSight Mission zum Mars

Marco BierwirthMax-Planck-Institut für Sonnensystemforschung Göttingen

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Interior Exploration using Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport

Mission FactsStart: 05. Mai 2018

Landung: 26. November 2018Ende der Primärmission: Dezember 2020

3 geophysikalische Instrumente zurUntersuchung der inneren Struktur des Mars

SEIS Instrument• hochempfindliches Seismometer• Messbereich 0.01…100Hz• Temperaturbereich: -120°C non-op; -65°C…+60°C• Nivelliersystem; Wind- und Thermalisolierung• Gewicht des abgesetzten Sensor Assembly: ca. 6.5kg• Internationales Konsortium mit Hardwarebeiträgen aus

Frankreich, Deutschland, Schweiz, Großbritannien, USA

HP3 Instrument• Radiometer• “Maulwurf”• Wärmeflußmessung

der oberen Schichten• vom DLR Berlin

beigestellt

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Das SEIS Instrument

SensorAssembly

3-axigeslangperiodisches

Seismometer

Wind undThermalshield 3 Teleskopbeine

verwindungssteiferStrukturring mit

Neigungssensoren

Motor-elektronik

3 kurzperiodischeSeismometer

Leveling Systemund Füße

Elektronik-Boxim Lander

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Leveling System

InSight ist in Elysium Planitia angekommen!

SOL1SOL10

SOL20

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SOL22: SEIS wird abgesetztSOL 30: SEIS Leveling

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Beim Nivellierenwurden 2.6°Bodenneigungerfolgreichausgeglichen

Tmax: -17°CTmin: -95°CP ~7mbar

Um einen auf dem Mars funktionierenden Mechanismus herzustellen, sind vieleDesignschritte, Tests und Verifikationen erforderlich.Qualifikation = Testen auf die zu erwartenden Umgebungsbedingungen

Qualifikation

Baugleiches Qualifikationsmodell des Teleskopbeins

• 4 Thermal-Vakuumzyklen -120°C…+60°C inkl. Funktionstest• thermale Lebensdauer: 400 Thermalzyklen• mechanische Lebensdauer: >7800mm akkumulierter Fahrweg• Vibrationstest• Schocktest• Performancetests (Anlaufstrom)

• Zerlegen und Inspektion

Untersuchung des Linearantriebs

Zahnradspindel aus TiAl6V4Beschichtung: MoS2• 1-2µm Dicke• im PVD-Sputterverfahren aufgebracht• ideal für extremen Temperaturbereich• ideal für Vakuum• aber problematisch bei Luftfeuchtigkeit

Mutter aus Lagerbronze• ist selbsthemmend• hat MoS2 von der

Spindelaufgenommen

Verfahrweg = 59mm

Die Spindel zeigte die größten Verschleißerscheinungen.Beanspruchung durch Vibration, Schock, Bewegen an Luft

gelb: EXTENDorange: RETRACT

Qualifikation

Motorstrom als Verschleißindikator

Der Anlaufstrom ist abhängig von derPosition der Mutter auf der Spindel

1mm

REM-Untersuchung der Zahnradspindel

1

2

3 Flanke, nicht von derMutter vorgespannt

Vertiefung vomGewinde

Flanke, von der Muttervorgespannt

reguläre lamellareStruktur des MoS2

2

50µm

200µm

REM-Untersuchung der Zahnradspindel

nicht vorgespannte Flanke

vorgespannte Flanke

Mitte der Spindel =größte Belastung

außerhalb desBewegungsbereichs

im Bewegungsbereichder Mutter

50µm

50µm50µm50µm

50µm 50µm

1

3

• Die Qualifikation des Linear Aktuators war erfolgreich -• Das Flugmodell funktioniert auf dem Mars einwandfrei!

• Eine Degradation der Performance an den am stärksten beanspruchten Stellenkonnte auf eine Abnahme der Trockenschmierung und Riefenbildung auf derSpindel zurückgeführt werden

• Die erhöhte Reibung war im Motorstrom sichtbar• Die REM-Untersuchungen an der Spindel konnten dies verifizieren• Die anderen beweglichen Teile zeigten nach der Qualifikation keine signifikante

Änderungen

Zusammenfassung

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.eu Weitere Meilensteine :

SOL 22: Absetzen des InstrumentsSOL 30: NivellierenSOL 44: Absenken des InstrumentsSOL 66: Absetzen des Wind und ThermalshieldsSOL 76: Absetzen des HP3-InstrumentsSOL 95: Kalibration der seismischen Sensoren

Heute ist SOL103. SEIS ist jetzt im regulären Meßbetrieb.

Zurück zum Mars…

SOL 66: Das WTS wird abgesetzt

SOL 44: Leveling Low

SOL 76: Absetzen des HP3-Instruments

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