毅力号探测器上的火星环境动力学分析仪(MEDA)正在描述火星表面的天气以及尘埃颗粒的大小和形态。了解尘埃的行为是预测火星天气的关键。尘埃对火星天气的影响就像水对地球天气的影响一样。MEDA的两个与天气相关的目标是:测定紫外线辐射的破坏潜力、灰尘紫外线光学特性、光解速率和氧化产物;基于地面-大气相互作用和温度估算地下宜居性。
MEDA是好奇号漫游者环境监测站(REMS)的后续项目。MEDA的范围有所扩大，更侧重于收集与尘埃和辐射有关的数据。除了辐射和灰尘传感器，MEDA环境传感器测量6个大气参数:风速/方向，空气和地面温度，压力，相对湿度，和太阳辐射(紫外线，可见光和红外)。MEDA仪器由一组传感器和一个控制单元组成(图1)：
- 风传感器，WS(两个探测器，WS1和WS2，放置在两个吊杆上)
- 风传感器1是2 x 6.7英寸(5 × 17厘米)
- 风传感器2是2 x 15.75英寸(5 × 40厘米)
- 空气温度传感器，ATS(5个探测器:其中3个安装在RSM上，另外2个安装在探测车体前部)
- 每个传感器是2.25 x 1 x 2.7英寸(5.75 x 2.75 x 6.75厘米)
- 热红外传感器，TIRS
- 5 x 2.25 x 2.25英寸(6.25 x 5.75 x 5.75厘米)
- 相对湿度传感器，HS
- 2 x 1.0 x 2.8 in (5.5 x 2.5 x 7.25 cm)
- 辐射和灰尘传感器，RDS(它还包括SkyCam成像仪)
- 2 x 4.5 x 5英寸(13.2 x 11.5 x 12.5厘米)
- 压力传感器，PS(仪表控制单元内，ICU)
- ICU和压力传感器，5.5 x 5.5 x 5.1英寸(14 x 14 x 13厘米)
图1:根据它们的功能，MEDA传感器分布在毅力号探测器周围的几个位置。(图片:美国国家航空航天局）
辐射及尘埃传感器
MEDA辐射和尘埃传感器(RDS)结合了直接天空成像和漫射光的多波长和方位测量，以监测气溶胶光学深度、气溶胶相位函数和臭氧量的季节和日变化。漫射光通过两组8个光电二极管的RDS-Discrete光电探测器或RDS-DP的一部分在不同的波长和角度方向上进行测量。天空成像是使用一个向上观看的广角相机，RDS-SkyCam来完成的。RDS每30分钟记录5分钟。
RDS是MEDA套件中电子和机械最复杂的传感器(图2)．它包括两组8个光电二极管，用于RDS-DP测量天空的亮度作为波长和方位角的函数。第一组光电二极管(TOP通道)指向天顶，覆盖了一系列紫外线、可见光和近红外波长，旨在区分尘埃和水冰云，并测量气溶胶颗粒大小。第二组8个光电探测器，LAT通道，指向高于地平线20°，每个方位角分布45°。所有横向探测器的设计都是为了同时测量不同方向的天空亮度，目的是提取尘埃的形状和大小信息。
RDS-DP的目标是:
- 通过收集火星尘埃粒子的光学深度、单散射反照率和相位函数作为季节和当地时间的函数来估计火星尘埃的粒径和折射率。
- 确定水冰云的光学深度和高度，并结合收集到的尘埃粒子信息，以支持尘埃粒子作为云凝结核的研究。
- 估计臭氧的丰度随季节和当地时间的变化，并测量云层对臭氧水平的影响。
- 测量火星表面从紫外线到近红外的太阳辐射，以及它的每日和季节变化。
空气温度传感器
空气温度传感器(ATS)利用热电偶测量空气温度垂直廓线，以及当大气从不稳定的白天对流条件过渡到夜间稳定的廓线时温度的变化。ATS包括三个分布在探测车周围的传感器，用于校正探测车的影响，以及两个位于探测车车身两侧的传感器，用于测量靠近表面的垂直温度梯度。ATS提供4个高度的温度测量:0米(表面)，0.84米，1.45米和40米。
压力传感器
压力传感器(PS)是一种微加工电容式压力传感器头。压力移动传感器中的电容板，改变其电容。传感器的电容也是温度相关的，因此需要一个准确的参考温度测量来正确解释输出电容。MEDA PS在同一个多层PCB上包含两个压力传感器(振荡器)，每个都有自己的控制ASIC和八个通道，包括电容传感器、温度传感器和恒定参考电容。温度传感器直接位于PCB上，靠近压力传感器，以提供准确的内务温度测量。传感器的8个通道中的每一个通道的输出都是一个频率，电容恒定的参考通道用于从频率输出计算传感器的电容。
湿度传感器
湿度传感器(HS)包含一种活性聚合物，它改变传感器电容作为相对湿度和温度的函数，相对湿度(RH)的测量范围为0到100%。在给定的温度下，0到100% RH之间的响应几乎是线性的。即使在设备未通电的情况下，聚合物也会对相对湿度产生反应，因此几乎可以在启动后立即读取RH。湿度传感器电子元件基于与压力传感器相同的传感器架构，包括HS传感器、参考电容和PT1000温度传感器。所有传感器和相关电子产品都封装在一个单层多层PCB上，由圆形金属穿孔法拉第笼保护，笼上覆盖疏水聚四氟乙烯(PTFE)防尘过滤器。设计HS是为了提高对地面和低层大气之间水汽通量的了解。这将有助于开发更好的环流模型，并通过绕地球运行的卫星改进对含水量的估计。
热红外传感器
热红外传感器(TIRSs)使用一个红外辐射计和5个波长来测量表面向下和向上的长波(LW)热红外辐射、表面反射短波(SW)太阳辐射、表面亮度温度和表面上方约40米的空气温度。TIRSs由传感器和电子调理板组成。传感器包括壳体、包含五个热电堆的支撑板和校准板。支撑板将热电堆包中的任何热梯度降至最低，并用于着陆火星前的飞行校准。温度参考由两个冗余的PT1000温度传感器提供。
风传感器
MEDA风传感器(WS)包含在两个吊杆中，放置在漫游车轮子底座上方约1.5米处，围绕漫游车桅杆相互旋转120°(图3)。好奇号漫游车携带了MEDA风传感器吊杆的原型。好奇号上的WS在任务开始时就被损坏了，可能是在着陆时被石头击中。因此，无法精确测量探测车尾部的风。此外，吊杆电子设备的噪音意味着，在一定温度以下无法测量风，导致一夜之间损失了多达12个小时的风测量数据。MEDA纠正了这些问题。
放置两个WS和它们的120°分离是为了尽可能地减少探测车硬件的风干扰。然而，桅杆本身会影响风的流动模式，因此必须结合从两个帆栅同时收集的数据来产生有效的风速和方向测量。每个MEDA WS吊杆组件有6个风传感器传感器板，是好奇号上使用的两倍。额外的板使MEDA能够更准确地测量垂直风。
总结
与“好奇号”等早期任务相比，“毅力号”上的MEDA目标有所扩展。在规划未来的载人火星任务时，对大气尘埃和紫外线辐射的破坏潜力以及地面-大气温度相互作用的更深入的了解将非常重要。MEDA环境传感器被放置在漫游车周围和外部的不同位置，测量6个大气参数:风速/方向、空气和地面温度、压力、相对湿度、太阳辐射(紫外线、可见光和红外)，以及紫外线辐射和灰尘。
参考文献
火星环境动力学分析仪,维基百科
梅达——美国国家航空航天局
火星环境动态分析仪,美国宇航局
雷姆的科学家,美国宇航局
火星环境动力学分析仪，MEDA。2020年火星任务的环境传感器套件《空间科学评论》
了下:传感器提示
