TIMM 2
Spektrometr Echelle jest spektrometrem podczerwieni służy do badań składu atmosfery Marsa pod kątem gazów występujących w koncentracjach śladowych. Instrument ten uzupełnia się z AOST. Jest zoptymalizowany do pomiarów zawartości gazów występujących stężeniach bardzo niskich, dzięki wyższej rozdzielczości spektralnej i wysokiemu współczynnikowi sygnału do szumu. AOST jest natomiast zoptymalizowany do badań struktury atmosfery. Oba instrumenty mogą wykrywać metan niezależnie od siebie. TIMM 2 pozwala na wykrycie metanu w koncentracji niższej od 0.5 ppb, 20 razy niższej od pomiarów dostępnych obecnie. Ponadto pozwala na pomiary stosunku HDO/H2O, profilowanie zwartości aerozoli, poszukiwań innych substancji występujących w minimalnych koncentracjach, oraz badań zawartości izotopów w CO2. W przypadku CH4 instrument ten został przeznaczony do wykonania pierwszych pomiarów z orbity po spektrometrze PFS (Planetary Fourier Spectrometer) sondy Mars Express. W ten sposób pozwala na potwierdzenie detekcji dokonanych z Ziemi i z PFS. Ponadto może potwierdzić zachodzenie zmienności koncentracji metanu w czasie. Nie jest to jednak pewne, ponieważ czas obserwacji Marsa będzie ograniczony. W przypadku HDO pozwala na wykonanie pierwszych jednoczesnych pomiarów HDO i H2O dostarczając pomiaru stosunku izotopowego D/H. Wcześniej HDO i H2O w atmosferze Marsa były obserwowane oddzielnie z Ziemi. Instrument pozwala też na uzyskanie ich profili pionowych. W przypadku badań aerozoli pozwala na uzyskanie profili pionowych zmian ich właściwości optycznych w szerokim zakresie spektralnym. Pozwala tym samym na określenie rozkładu ich wielkości. Razem z AOST daje możliwość określenia stosunku pomiędzy nieprzezroczystością atmosfery w zakresie optycznym a nieprzezroczystością w zakresie podczerwieni cieplnej.
Instrument TIMM 2 znajduje się na korpusie sondy Phobos-Grunt, po wewnętrzne stronie jednego z paneli bocznych, od strony instrumentu MANAGA. Jest to spektrometr typu Echelle. Konstrukcja instrumentu opiera się na kanale SOIR (Solar Occultation at Infrared Channel) instrumentu SPICAV (Spectroscopy for Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Venus) sondy Venus Express. Podobne urządzenie (RUSALKA) zastosowano też na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. TIMM 2 jest kompaktową modyfikacją kanału SOIR. Masa urządzenia wynosi 2830 g, a pobór mocy - 12 W (pobór mocy w okresie bezczynności - 2 W). Wymiary instrumentu wynoszą 262 x 165 x 139 mm. Maksymalna szybkość wymiany danych wynosi 40 kbps. W czasie jednej sesji można uzyskać 22 Mb danych. W skład instrumentu wchodzi główny spektrometr, pięć dodatkowych układów fotometrycznych oraz system elektroniczny. Głównymi czynnikami które zdefiniowały jego konstrukcję były: konieczność uzyskania rozdzielczości spektralnej wystarczającej do wykrycia metanu oraz określenia stosunku HDO/H2O; krótki czas projektowania i ścisły budżet; oraz bardzo mała przestrzeń dostępna na sondzie powodująca, że maksymalna szerokość urządzenia nie mogła być dużo większa od 260 mm.
Główny system spektrometryczny pracuje w całkowitym zakresie spektralnym 2 400 - 4 200 nm z rozdzielczością spektralną 20 000 w całym obszarze. Jest on podzielony na 14 pasm spektralnych o szerokości 14 - 23.5 nm. Pole widzenia ma wymiary 1.5 x 21 minut kątowych, co z okolic orbity Phobosa odpowiada fragmentowi krawędzi tarczy Marsa o wymiarach 60 x 2 km. Jest ono zdefiniowane przez wymiary szczeliny wejściowej spektrometru. W skład tego elementu wchodzi optyka wejściowa, filtr akustooptyczny (Acousto-Optic Tunable Filter - AOTF), oraz spektrometr Echelle (Echelle Spectrometer). Świtało wchodzące do tej części instrumentu przechodzi przez układ optyczny w postaci teleskopu Cassegraina. Jego zwierciadła zostały wykonane z aluminium. Następnie przechodzi przez soczewkę i pada na filtr AOTF pozwalający na wybranie zakresu spektralnego kierowanego do spektrometru. AOTF składa się z kryształu TeO2 na który działa się falami akustycznymi o częstotliwości 20 - 40 MHz. Fale akustyczne przenikające kryształ powodują, że działa on podobnie jak siatka dyfrakcyjna. Efektywność wynosi tutaj 40% przy 3 390 nm. Fala jest wytwarzana w krysztale piezoelektrycznym przymocowanym do kryształu tlenku telluru przez syntezator częstotliwości radiowych. Element ten został przygotowany specjalnie na potrzeby instrumentu. Po przejściu przez AOTF światło przechodzi przez kolejną soczewkę i jest odbijane przez małe zwierciadło na szczelinę wejściową spektrometru Echelle. W jego obrębie jest odbijane na kolimator. Następnie pada na siatkę dyfrakcyjną. Została ona dostarczona przez firmę Newport RGL. Zawiera 24.355 szczeliny na milimetr. Jest ścięta pod kątem 70 stopni. Jej obszar roboczy ma wymiary 46 x 96 mm. Po odbiciu od siatki światło ponownie pada na kolimator i jest odbijane na detektor. W urządzeniu zastosowano detektor w postaci macierzy HgCdTe SOFRADIR MCT o wymiarach 256 x 320 pikseli. Pojedynczy piksel ma wymiary 30 x 30 µm. Detektor ten jest chłodzony za pomocą chłodziarki produkcji Ricor LDT.
Spektrometr instrumentu TIMM 2 jest przeznaczony do wykonywania obserwacji zakryciowych, obejmujących Słońce w czasie gdy chowa się ono za tarczą Marsa. Rejestracja linii absorpcyjnych gazów atmosferycznych w świetle Słońca pozwala wtedy na wyszukanie nawet bardzo rozrzedzonych składników. Szczelina wejściowa spektrometru jest wtedy ustawiona równolegle do krawędzi tarczy planety. Rozdzielczość spektralna jest tutaj 10 razy większa niż w przypadku AOST. Obserwacje takie pozwalają na bardzo precyzyjne pomiary zawartości metanu. Ponadto pozwalają profilować zawartość D/H, H2O, O3, CO i CO2. Możliwe są też poszukiwania nie wykrytych do tej pory gazów wiążących się z aktywnością geofizyczną lub charakterystycznych dla aktywności biologicznej.
Pięć kanałów fotometrycznych pracuje niezależnie od spektrometru. Rozciągają one pomiary wykonywane za pomocą urządzenia w zakres ultrafioletu i światła widzialnego, co pozwala na dobre scharakteryzowanie właściwości optycznych aerozoli w atmosferze Marsa. Całkowity zakres spektralny ich pracy to 250 - 1500 nm. Rozdzielczość spektralna znajduje się tu w zakresie 30 - 150. Kanały te pracują w pasmach 250 nm (ozon), 340 nm ozon i aerozole), 990 nm (aerozole), 1550 nm (aerozole), oraz 550 nm (kontrola pozycjonowania instrumentu). Szerokość poszczególnych pasm wynosi 10, 10, 10, 12 i 1 nm.. Pole widzenia w pierwszych czterech wypadkach ma szerokość 3.5 minuty kątowej, co z okolic orbity Phobosa odpowiada rozdzielczości 10 km na krawędzi tarczy Marsa. Średnice otworów wejściowych są różne - dla kanałów badawczych wynoszą odpowiednio 11, 8, 3 i 3 mm. Pole widzenia jest określone przez diafragmę o średnicy 100 µm. Kanał do kontroli pozycjonowania posiada otwór o średnicy 3 mm bez diafragmy. Detektorami w pierwszych trzech kanałach są fotodiody krzemowe Hamamatsu S1336-5BQ o wymiarach 2 x 2 mm. W czwartym kanale detektorem jest fotodioda InGaAs G8370-01 Hamamatsu o średnicy 1 mm. Kanał do kontroli pozycjonowania posiada detektor w postaci czterech diod krzemowych o wymiarach 1 x 1 mm.
System elektroniczny instrumentu pozwala na kontrolę i monitoring jego pracy, wymianę danych oraz zarządzanie komendami. Posiada pamięć RAM o pojemności 8 Kb, FIFO 256 Kb, oraz pamięć Flash 256 Mb.
Instrument TIMM 2 został opracowany przez IKI we współpracy z laboratorium LATMOS we Francji. Został on dodany do misji po jej opóźnieniu do 2011 roku. Zastąpił planowany wcześniej rosyjsko - włoski system obrazujący w zakresie podczerwieni i korzysta z zapewnionych dla niego możliwości zasilania i wymiany danych. Wcześniejszy instrument miał pozwolić na określenie składu mineralogicznego i petrologicznego różnych fragmentów powierzchni Phobosa, badania temperatury powierzchni Phobosa i zmienności właściwości cieplnych w czasie. Po jego wymianie akronim TIMM (od nazwy Thermal Infrared Mulispectral Mapper) został pozostawiony, chociaż nie opisuje on zasady pracy i funkcji obecnego instrumentu. Urządzenie zostało dostarczone do NPO Lavochkin w licu 2011r. W sierpniu zostało oficjalnie dodane do zestawu instrumentów. We wrześniu przeszło testy po zainstalowaniu na sondzie.
Wątek: Kompendium wiedzy o Fobos-Grunt (Przeczytany 4272 razy)