“毅力號”火星探測器在“好奇號”火星探測器的基礎(chǔ)上，搭載了更精密的探測工具。PI精密運動控制設(shè)備再次入選——在“毅力號”火星探測器的SuperCam中搭載了用于調(diào)焦控制的微型定位平臺。

　　SuperCam集成了可見光和紅外光譜儀、激光器及相機(jī)，通過分析巖石和土壤中的有機(jī)化合物痕跡，追溯遠(yuǎn)古生命存在的可能性。

　　在之前的任務(wù)中，“好奇號”火星探測器已成功識別出碳、氫、氧、硫、氮和磷等生命構(gòu)成的關(guān)鍵元素。 這些認(rèn)知源于車載ChemLab對沉積巖鉆孔粉末的分析數(shù)據(jù)。

　　在這張2015年1月31日來自火星探測器MAHLI相機(jī)的圖像中，可以看到“好奇號”在樣本收集孔周圍對名為“莫哈韋2號”目標(biāo)的鉆探。 這個位于“帕倫普山”露頭的站點提供了任務(wù)在火星夏普山的第二個鉆探樣本。

　　“好奇號”在夏普山“莫哈韋”站點的自拍

　　火星巖石中有機(jī)物檢測的部分?jǐn)?shù)據(jù)(SAM = Sample Analysis at Mars，火星樣本分析)。

　　火星巖石富含硅。如果地球上的硅資源耗盡，我們可以從火星獲取。

　　火星探測器搭載了多個PI運動和定位系統(tǒng)，這些系統(tǒng)專為在惡劣環(huán)境下提供多年高可靠性服務(wù)而設(shè)計。

　　PI交期提速-多層壓電陶瓷線性促動器，實現(xiàn)更高精度

　　上圖所示的陶瓷封裝PICMA?壓電陶瓷促動器在通過火星任務(wù)資格認(rèn)證之前，已成功完成了1000億次循環(huán)壽命測試。

　　配備激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)激光束的火星探測器渲染圖

　　與全部太空任務(wù)類似，車載相機(jī)拍攝的圖像通常特別受媒體關(guān)注，火星探測器也不例外——無論是令人驚嘆的全景影像，還是偶爾捕捉到的趣味畫面。但科學(xué)是一門需要耐心的學(xué)科，每天都在進(jìn)行揭示火星成分與歷史的實驗。

　　PI 助力 “好奇號” 火星探測

　　性能與可靠性對全部科研與工業(yè)應(yīng)用而言均不可或缺，但在數(shù)億公里之外提供服務(wù)支持充滿重重挑戰(zhàn)。因此，“好奇號”火星探測器的每個零部件都需要具備經(jīng)過驗證的可靠性和穩(wěn)健性能。PI和PI miCos產(chǎn)品成為火星探測器設(shè)備包的一部分，助力在火星上開展重要的科學(xué)研究，令我們倍感振奮。

　　配備PI和PI miCos運動系統(tǒng)的“好奇號”探測器

　　PI的高可靠性PICMA?多層電陶瓷促動器一直是納米定位可靠性的黃金標(biāo)準(zhǔn)，也是PI納米定位平臺產(chǎn)品的核心。NASA對這些促動器超過千億次循環(huán)的測試驗證了其性能，這使其得以成為化學(xué)與礦物學(xué)(CheMin)儀器的基礎(chǔ)元件。

　　化學(xué)與礦物學(xué)(CheMin)儀器

　　樣本處理系統(tǒng)的柔性機(jī)構(gòu)中嵌入了16個PICMA壓電陶瓷促動器。32個樣本室(包括5個含有固定參考物的樣本室)圍繞樣本輪排列;這些樣本室成對排列，每對由一個堆疊型壓電陶瓷促動器耦合連接。該系統(tǒng)通過漏斗將礦物粉末樣本輸送到各個樣本室?？烧{(diào)樣本室中的粉末需要以可變振幅和0.9–2.2 kHz范圍內(nèi)的頻率進(jìn)行振動，以使粒徑或密度分聚均質(zhì)化。

　　用于樣本處理系統(tǒng)的PICMA壓電陶瓷促動器與柔性機(jī)構(gòu)

　　這正是PI壓電陶瓷機(jī)械部件專長的用武之地。 PICMA多層壓電陶瓷促動器被安裝在進(jìn)料器中，用于準(zhǔn)確控制振動。進(jìn)料器為透射式X射線衍射與熒光光譜系統(tǒng)提供待分析的新材料。

　　顯然，其可靠性對整個任務(wù)的成功至關(guān)重要。測量在火星夜間進(jìn)行，以便CCD傳感器得以有效冷卻。永不停歇的火星探測器!

　　激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)技術(shù)

　　當(dāng)PICMA促動器正在對火星礦物樣本進(jìn)行光譜分析時，另一個名為ChemCam的實驗正在執(zhí)行初次行星際激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)分析。這種全光學(xué)非接觸式技術(shù)利用強大的脈沖紅外激光誘導(dǎo)目標(biāo)樣本的光學(xué)發(fā)射。光纖耦合光譜儀對每次激光脈沖產(chǎn)生的可見的電火花進(jìn)行分析，并結(jié)合化學(xué)計量學(xué)解析樣本的物質(zhì)構(gòu)成情況。

　　該技術(shù)的關(guān)鍵優(yōu)勢在于可對遠(yuǎn)離火星探測器的地質(zhì)樣本進(jìn)行遠(yuǎn)程探測。 但這要求對光學(xué)焦點進(jìn)行準(zhǔn)確控制，這正是通過太空認(rèn)證的PI miCos MT系列平臺的用武之地。 該高精度步進(jìn)電機(jī)平臺沿軸向平移望遠(yuǎn)鏡次鏡，收集樣本光學(xué)反饋信號，同時為地質(zhì)環(huán)境定位提供成像信息。

　　PI miCos MT系列精密線性平移平臺

　　發(fā)射和著陸階段的沖擊與振動要求平臺中的每個組件——從步進(jìn)電機(jī)到交叉滾柱軸承——都需要經(jīng)過驗證和優(yōu)化，以徹底排除故障或性能降低的風(fēng)險。自動對焦過程對平臺性能提出了嚴(yán)格要求：分辨率、回程間隙、軌跡質(zhì)量和穩(wěn)定性，這些性能共同決定了響應(yīng)速度、操作可預(yù)測性及數(shù)據(jù)可靠性。 平臺在飛行階段及火星表面面臨的劇烈溫度波動更使挑戰(zhàn)倍增。采用了建模和熱補償技術(shù)以及前沿的真空兼容組件、涂層和潤滑劑。這款基于商用現(xiàn)貨(COTS)設(shè)計的專用型號已通過全部飛行前測試，并驗證了采用商用設(shè)計的成本控制策略。

　　SuperCam-“毅力號”火星探測器更強大的分析能力

　　在分辨率方面，SuperCam與“好奇號”火星探測器上的ChemCam相似，但它采用彩色濾光片和分辨率提升四倍的探測器提供色彩信息。

　　一臺緊湊型精密定位平臺負(fù)責(zé)控制望遠(yuǎn)鏡對焦。調(diào)焦平臺根據(jù)火星探測器立體導(dǎo)航相機(jī)預(yù)設(shè)的有效距離范圍進(jìn)行位置掃描， 通過兩種算法確定理想對焦位置： 其一采用連續(xù)波激光照射目標(biāo)，同時通過望遠(yuǎn)鏡末端光電二極管記錄掃描過程中的強度波動。其二基于遠(yuǎn)程顯微成像儀在平臺掃描時采集的圖像， 通過尋找圖像中心小視場內(nèi)相鄰像素間的最大對比度實現(xiàn)定焦(此法同樣應(yīng)用于高分辨率顯微技術(shù))。為彌補傳統(tǒng)CCD在這方面的劣勢，SuperCam還采用增強算法，以提升圖像質(zhì)量并擴(kuò)展CMOS芯片動態(tài)范圍。