Planeettojen kaasukehien tutkimuslaitepaketin järjestelmäsuunnittelu

Abstract

Avaruustutkimusluotainohjelmat sisältävät niin kutsuttuja tutkimuslaite-paketteja, joihin kuuluu useita, kulloiseenkin tutkimuskohteeseen tarvit-tavia laitteita. Ilmatieteen laitos on osallistunut missioihin muun muassa kehittämällä kaasukehien tutkimiseen käytettäviä laitteita. Tämän työn aiheena oli tutkimuslaitepaketti, jota käytetään planeettojen kaasukehien tutkimiseen. Tehtävänä oli järjestelmä- ja mekaniikkasuunnittelua.

Laitepaketti sisältäisi Ilmatieteen laitoksen ja muiden kansainvälisten ins-tituutioiden tutkimuslaitteita. Malli sisältäisi muun muassa maston, kote-lon ja kaapelit. Planeettatutkimuksessa kiinnostus on viime vuosina koh-distunut Mars-planeettaan, joten laitepaketti kehitettiin alustavasti Mar-sin kaasukehän tutkimiseen. Huomioon otettiin rajoittavia tekijöitä kuten paine, lämpö, säteily sekä laukaisun ja laskeutumisen aikaiset rasitukset. Vaikka jokaisella tutkimuskohteella on omat vaatimuksensa, tutkimuslait-teisto pysyisi pääpiireittäin samankaltaisena. Laitepakettia on tarkoitus käyttää myös Maan ilmakehän tutkimiseen, joten siihen on voitava tehdä pieniä muutoksia, joilla siitä saadaan uuteen ympäristöön soveltuva.

Tämä insinöörityö on tehty osana tutkimusryhmän toimintaa. Työn koh-teena oli mekaniikan ja järjestelmätason suunnittelu. Suunnittelussa sel-vitettiin mittalaitteiden rajapinnat, tehobudjetti ja kotelointi. Työn toi-meksiantaja oli Ilmatieteen laitos.

Työssä onnistuttiin suunnittelemaan malli, joka täyttää ennalta määritel-lyt vaatimukset sekä löytämään käyttökelpoiset ratkaisut mahdolliselle laitepaketille. Rakennetta hahmoteltiin tietokoneavusteisella suunnitte-lulla ja käytettiin 3D-tulostusta fyysisten mallien tekemiseen kokoonpa-notestausta varten.

Space research missions have often included so-called research instru-ment packages consisting of a number of devices needed for each partic-ular research mission. The Finnish Meteorological Institute has partici-pated in missions, inter alia, by developing instrumentation for atmos-pheric research. The purpose of the thesis work was to design a concep-tual model of an instrument package for the research of planetary at-mospheres.

The package would consist of research equipment developed by the Finn-ish Meteorological Institute and by other, international institutions. The model would include the mast, the housing and the cables. In the field of planetary research, the focus has been in Mars in the past few years, and therefore the package was originally developed to investigate the atmos-phere of the planet Mars. Limiting factors such as pressure, heat, radia-tion, and strains during launch and landing were taken into account. Alt-hough each mission has its own requirements, the main part of research equipment would be the same. The instrument package is also to be used for the study of the Earth's atmosphere, and therefore, it must be possi-ble to make minor changes to adapt it to the new research environment.

This thesis has been done as part of the research team's work. The sub-ject of the project was the mechanical and system-level design and the analyze of instrument interfaces, power budget and housing. The thesis work was commissioned by the Finnish Meteorological Institute.

The work succeeded in designing a model that meets the predefined re-quirements and useful solutions were found for a potential package. The conceptual model was outlined with computer-aided design and 3D print-ing was used to make physical models for trial assembly.