Diseño de un radiómetro miniaturizado para la exploración de Marte

Apéstigue Palacio, Víctor (2019). Diseño de un radiómetro miniaturizado para la exploración de Marte. Thesis (Doctoral), E.T.S.I. Telecomunicación (UPM). https://doi.org/10.20868/UPM.thesis.57356.

Description

Title: Diseño de un radiómetro miniaturizado para la exploración de Marte
Author/s:
  • Apéstigue Palacio, Víctor
Contributor/s:
  • Arruego Rodríguez, Ignacio
  • López, F. José
Item Type: Thesis (Doctoral)
Date: 2019
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. Telecomunicación (UPM)
Department: Señales, Sistemas y Radiocomunicaciones
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Marte será, con total seguridad, el primer planeta que el hombre visite y colonice en su historia. Tiene todos los elementos que lo hacen interesante: es cercano, posee características “similares” a la Tierra, puede haber albergado vida. Estos aspectos explican por qué este planeta es el que más misiones no tripuladas ha recibido. En estos casi sesenta años de exploración hemos aprendido mucho de Marte. Desde las primeras fotos que nos envió la sonda Mariner IV, mostrando un planeta desolado, nuestra imagen de él ha ido evolucionando hacia un planeta complejo, que tuvo un pasado muy similar a la Tierra, con actividad volcánica, densa atmósfera y agua fluyendo por su superficie. En la evolución de Marte ha sido y es clave el conocimiento de su atmosfera y, particularmente del polvo suspendido en ella, ya que es el agente más importante en la climatología actual del planeta. Para que los modelos atmosféricos sean cada vez más precisos tanto a nivel local como global, se necesitan datos in-situ como la estimación del espesor óptico debido al polvo en suspensión y a las nubes de hielo congelado, las medidas de las características del polvo, su distribución vertical, etc. En este trabajo se ha desarrollado un novedoso sensor para medir el espesor óptico en Marte debido al polvo en suspensión, así como sus propiedades ópticas. Se describe su diseño conceptual con especial énfasis en aquellas características que lo hacen innovador, presentando el método de tratamiento de datos propuesto demostrando su funcionalidad en una campaña de medida representativa en un análogo marciano en Tierra. Todo ello además está enmarcado dentro de los especiales requisitos que impone una misión espacial, y más concretamente a Marte. Se ha requerido un diseño altamente miniaturizado, de bajo consumo y con un rango de temperaturas de funcionamiento fuera de los límites habituales en los componentes electrónicos. Estos condicionantes han sido resueltos durante la ejecución de este trabajo y se han obtenido metodologías novedosas que han sido aplicadas ya a desarrollos posteriores. Se hubieran querido presentar datos de la operación del sensor en Marte, pero no ha sido posible debido al accidente que sufrió la sonda Schiaparelli en su descenso sobre el planeta. De una misión que duró 7 meses se produjo un fallo en los últimos 40 segundos que dio al traste con estas aspiraciones. Sin embargo, de las telemedidas recibidas durante las comprobaciones de salud de los instrumentos de la sonda durante el viaje, sabemos que ésta llegó en perfecto estado hasta ese fatídico momento. El trabajo aquí presentado ha sentado las bases del desarrollo de otros instrumentos subsiguientes para las misiones Mars 2020 de JPL/NASA y ExoMars 2020 de ESA/Roscosmos. ----------ABSTRACT---------- Mars will surely be, the first planet man will visit and colonize in its history. It has all the elements which make it interesting: it is close, it has "similar" characteristics to Earth, it may have harbored life. These aspects explain why it is the planet that to have received the most unmanned missions ever. We have learned a lot from Mars during these almost sixty years of exploration. From the first pictures sent to us by the Mariner IV probe, showing a bleak planet, our understanding of it has evolved towards a complex planet, which past was quite similar to Earth’s, with volcanic activity, dense atmosphere and water flowing on its surface. In the evolution of Mars, knowledge of its atmosphere and the study of dust has been and still is key, since it is the most important actor in the planet’s current climate. For atmospheric models to be increasingly accurate both locally and globally, in-situ data is needed such as the estimation of optical thickness due to suspended dust and frozen ice clouds, dust characteristics measurements, their vertical distribution, etc. This work has developed a new sensor to measure the optical thickness on Mars due to suspended dust and its optical properties. Its conceptual design will be described with special emphasis on those characteristics which make it innovative, presenting the proposed method of data treatment and showcasing its functionality in a representative measurement campaign in a Martian analogue on Earth. Furthermore, all this work will be framed within the special requirements imposed by a space mission, and especially to Mars: a highly miniaturized design, with low power consumption and compatible with a functional temperature range out of the typical values for electronic devices. Those conditions have been solved during this work defining new methodologies have already been used, in a satisfactory way, for the next developments of the author’s research group. We would have liked to present sensor’s data from its operation on Mars surface, but it was not possible due to the accident suffered by the Schiaparelli probe in its descent on the planet. Within a mission that lasted 7 months, there was a failure in the last 40 seconds that ruined these aspirations. However, from the telemetry received from instruments’ health checks during the journey, we know that they arrived in perfect condition until that moment. The work presented here has stablished the baseline for future developments for Mars 2020 JPL/NASA and ExoMars 2020 ESA/Roscosmos.

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Item ID: 57356
DC Identifier: http://oa.upm.es/57356/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:57356
DOI: 10.20868/UPM.thesis.57356
Deposited by: Archivo Digital UPM 2
Deposited on: 20 Nov 2019 06:23
Last Modified: 20 Nov 2019 06:42
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