Application des capteurs de pression mems. Technologie MEMS. Technologies de production de Mems

Apollon 16(anglais : Apollo 16), dixième vaisseau spatial habité du programme , le cinquième atterrissage des hommes sur la Lune. Le premier atterrissage s'effectue en zone montagneuse, sur un plateau non loin du cratère Descartes. C'était le deuxième après J-mission (eng. J-mission) avec un accent sur recherche scientifique. Le commandant d'équipage John Young et le pilote du module lunaire Charles Duke ont passé près de trois jours sur la Lune, soit 71 heures. Ils ont effectué trois voyages à bord du Lunar Rover 2, d'une longueur totale de 26,7 kilomètres. Les trois promenades sur la surface lunaire ont duré au total 20 heures et 14 minutes. 95,8 kilogrammes d'échantillons de roches lunaires ont été collectés et livrés sur Terre. Au cours de cette expédition, un record de vitesse pour voyager sur la Lune dans un véhicule lunaire a été établi - 18 km/h.

La composition de l'équipage a été officiellement annoncée le 3 mars 1971, immédiatement après la fin de la quarantaine de trois semaines pour les astronautes d'Apollo 14 revenus sur Terre le 9 février, et plus d'un an avant le lancement prévu d'Apollo 16.

Basique

John Young - commandant

Thomas Mattingly - pilote du module de commande

Charles Duke - Pilote du module lunaire

Au moment du vol, le commandant d'Apollo 16, John Young, était l'astronaute américain le plus expérimenté. Il s’agissait pour lui de son quatrième vol spatial et de son deuxième vol vers la Lune. Il a volé pour la première fois dans l’espace en 1965 en tant que pilote du vaisseau spatial Gemini 3. La deuxième fois en 1966 - en tant que commandant du Gemini 10. Il a effectué son premier vol vers la Lune en mai 1969 en tant que pilote du module de commande d'Apollo 10. En 1970, Young a servi de remplaçant à James Lovell, Cmdr. .

Pour Thomas (Ken) Mattingly, c'était son premier vol dans l'espace. Il se préparait pour le vol Apollo 13 en tant que pilote du module de commande de l'équipage principal, mais trois jours avant le lancement, il a été remplacé par un remplaçant par crainte de contracter la rubéole, qui aurait pu lui être transmise par Charles Duke. Ce dernier se préparait pour le vol Apollo 13 en tant que pilote suppléant du module lunaire. Les astronautes d'Apollo 13 n'ont pas pu atterrir sur la Lune à cause de l'accident et Mattingly n'a pas contracté la rubéole.

Pour Charles Duke, ce vol était aussi le premier. Le 20 juillet 1969, il était opérateur de communications (anglais : CapCom - Capsule Communicator) lors de l'alunissage historique de l'équipage d'Apollo 11 composé de Neil Armstrong et Edwin Aldrin.

Double

Fred Hayes - Commandant

Stuart Roosa - pilote du module de commande

Edgar Mitchell - pilote du module lunaire

Tous les membres de l’équipe de secours avaient de l’expérience en vol vers la Lune. Fred Hayes a volé en tant que pilote du module lunaire pour Apollo 13. Stuart Roosa était le pilote du module de commande d'Apollo 14. Edgar Mitchell a volé avec lui en tant que pilote du module lunaire et est entré dans l'histoire comme le sixième homme à marcher sur la lune.

Équipe d'assistance

Philippe Chapman

Antoine Angleterre

Henry Hartsfield, Jr.

Robert Overmyer

Les membres de l'équipage de soutien n'ont pas suivi de formation préalable au vol et, par conséquent, n'étaient pas des candidats susceptibles de postuler pour une place dans l'équipage. Mais ils avaient le pouvoir de représenter les équipages principaux et suppléants lors de diverses réunions si ces derniers étaient alors occupés à s'entraîner. Pendant les vols, ils se comportaient généralement très fonctions importantes opérateurs télécoms (eng. CapCom - Capsule Communicator).

Indicatifs d'appel des navires

Le module de commande - "Casper" - doit son nom au personnage de dessin animé populaire. Cette option a été suggérée par Ken Mattingly, car dans l'image télévisée, les astronautes sur la Lune ressemblaient beaucoup à des fantômes.

Le module lunaire est « Orion », du nom de la constellation. Dans la mythologie grecque antique, un chasseur légendaire.

Le module lunaire Apollo 16 a livré le premier télescope ultraviolet sur la Lune, qui, tel un chasseur, a pris les premières photographies astronomiques depuis la surface lunaire. En préparation Avant le démarrage, il a été nécessaire à plusieurs reprises de remplacer des systèmes et des composants individuels. À la mi-novembre 1971, il a été décidé de remplacer les trois parachutes principaux du module de commande car en août, lors de l'atterrissage d'Apollo 15, l'un d'eux ne s'est pas ouvert et le navire a atterri sur deux parachutes. Le 13 décembre 1971, le lanceur Saturn V-Apollo 16 a été transporté du bâtiment d'assemblage vertical jusqu'à la rampe de lancement 39-A. Cependant, des tests ultérieurs ont conduit à la destruction de l'une des chambres en téflon du propulseur à allumage automatique destiné aux moteurs du système de contrôle d'attitude du module de commande. Étant donné que les tests ont utilisé de l'hélium plutôt que du carburant réel, les dégâts n'ont pas été très graves. Mais la chambre à combustible devait être remplacée, ce qui nécessitait de retirer le bouclier thermique du module de commande. Parallèlement, lors des tests liés à la future station orbitale Skylab, des défauts importants ont été identifiés à cause desquels les pyrocordes ne fonctionnaient pas. Exactement le même cordon pyrotechnique a été installé sur Apollo 16 pour séparer les modules lunaires et de commande et de service avant de retourner sur Terre. Il fallait également le remplacer. En conséquence, pour la première fois dans tout le programme Apollo, il fut décidé de ramener le lanceur de la rampe de lancement au bâtiment d'assemblage vertical, et de reporter le lancement prévu le 17 mars 1972. Le transport retour a eu lieu le 27 janvier 1972. Le module de commande et de service a été démonté et après tous les remplacements, il a été réinstallé à sa place au sommet de la fusée. Le 9 février, Apollo 16 était enfin installé sur tableau de départ. La fenêtre de lancement suivante après le 17 mars s'est ouverte le 16 avril, puis le 14 mai.

Le jour du lancement d'Apollo 16, le 16 avril 1972, le pilote du module de commande de l'équipage de secours, Stuart Roos, fut le premier à entrer dans le cockpit. Ses responsabilités comprenaient la vérification et, si nécessaire, l'installation position souhaitée chaque interrupteur du panneau de commande principal. Dans l’aide-mémoire d’instructions, tout ce qu’il devait faire était décrit en 454 points.

Environ trois heures avant le départ, les membres de l'équipage principal ont pris place. Le commandant John Young est sur le siège gauche, le pilote du module de commande Ken Mattingly est au centre et le pilote du module lunaire Charles Duke est à droite. Apollo 16 a été lancé depuis Cap Canaveral en Floride le 16 avril 1972 à 17:54:00 UTC. Après 12 minutes, le navire est entré sur l’orbite terrestre basse calculée. Ensuite, pendant près de deux orbites, les astronautes ont vérifié les principaux systèmes. Du côté nocturne de la planète, ils ont observé des orages et des incendies de forêt en Afrique.

2 heures 33 minutes après le lancement, le moteur du troisième étage était allumé. Il a travaillé pendant près de 6 minutes et 341,9 secondes. Apollo 16 a changé sa trajectoire de vol vers la Lune. La vitesse du navire à ce moment était de 36 360 km/h. Après encore 25 minutes, les astronautes ont commencé à reconstruire les compartiments - une manœuvre lorsque le module de commande et de service quitte le troisième étage, au sommet duquel se trouve le module lunaire, tourne automatiquement à 180°, s'amarre au module lunaire puis le tire. sortir de la troisième étape. À la fin du virage, le module de commande et de service se trouvait à environ 15 mètres du module lunaire. De manière inattendue, les astronautes ont aperçu un nuage assez dense de minuscules débris autour du troisième étage et du module lunaire. Pour le rendez-vous, les moteurs du système de contrôle d'attitude du module de service ont été allumés pendant 4 secondes. Mais cela ne suffisait pas. Il fallut encore deux activations supplémentaires très courtes, de moins d'une seconde chacune. Lors du départ du troisième étage et du virage, les astronautes n'ont pas entendu le fonctionnement des moteurs du système de contrôle d'attitude du module de service. Cependant, lorsque la distance entre les modules a été réduite à trois mètres, le bruit des jets frappant la peau du module lunaire est devenu distinct. Les astronautes ont vu de gros flocons et un flux de particules brunes voler à travers la fenêtre. Cela a détruit la peinture à base de silicone, qui constituait un moyen supplémentaire d'isolation thermique du module lunaire au cas où le navire serait lancé un jour plus tard et, par conséquent, le Soleil serait plus haut au-dessus de l'horizon sur la Lune. Après l'amarrage, des traces de peinture écaillée étaient visibles sur la peau de la partie supérieure de l'étage de décollage du module lunaire. Des morceaux et de petites particules de peinture entouraient le vaisseau jusqu'au moment du désamarrage en orbite lunaire. Environ une heure après que l'équipage ait signalé un problème de particules de débris au centre de contrôle de mission à Houston, il a été demandé de se rendre au module lunaire pour sa première inspection. John Young et Charles Duke ont ouvert le tunnel de transfert et ont été transférés à Orion. Tous les systèmes du navire fonctionnaient normalement. Il n'y avait aucune fuite dans le moteur principal ni dans les moteurs de contrôle d'attitude. Quelques minutes plus tard, les astronautes retournèrent au module de commande. La deuxième inspection du module lunaire a été réalisée le deuxième jour du vol. Cela comprenait le nettoyage du navire et la vérification des systèmes de communication. L'intérieur du module lunaire était propre, à l'exception de quelques petits rouages ​​qui flottaient devant Young et Duke et qui furent immédiatement récupérés par eux.

Au tout début du troisième jour de vol, Young, Mattingly et Duke ont mené la première des deux expériences prévues pour observer des éclairs visuels (phosphènes). Cela a duré 66 minutes. (La même expérience a été réalisée par l'équipage d'Apollo 15 lors d'un vol précédent). Au cours de l'expérience, Charles Duke portait un casque spécial avec une émulsion sensible spéciale appliquée sur le verre près des yeux pour mesurer directement les rayons cosmiques qui provoquent des éclairs visuels. John Young avait les yeux couverts d'un bandage, Ken Mattingly enregistrait les résultats. Au départ, on pensait que c'était lui qui porterait le casque pendant toute la durée de l'expérience, mais, selon pour une raison inconnue, il n'a pas vu un seul éclair. Mattingly est devenu le seul astronaute depuis Apollo 11 à ne pas observer d'éruptions cutanées. En seulement 66 minutes, Young et Duke ont enregistré 70 flashs. Le commandant en a observé en moyenne un toutes les 3,6 minutes, et le pilote du module lunaire en a observé un toutes les 1,3 minutes.

Paramètres de mission

Poids:

• Poids au lancement : 2 921 005 kg

  Masse totale du vaisseau spatial : 46 782 kg

  • Poids du module de commande et de service : 30 354 kg, dont KM - 5 840 kg, SM - 24 514 kg

    Poids du module lunaire : (avant atterrissage) - 16 666 kg, poids de l'étage de décollage au décollage de la Lune - 4966 kg

Orbites autour de la Terre : environ deux avant de partir vers la Lune, environ une au retour

Périgée : 166,7 km

Apogée : 176,0 km

Inclinaison : 32,542°

Période de diffusion : 87,85 min

Orbites autour de la Lune : 64

Délocalisations : 107,6 km

Aposelenii: 315,4 km

Inclinaison : 168°

Période de circulation : 120 min

Coordonnées du site d'atterrissage : 8.97301° S - 15.50019° E ou 8° 58" 22.84" S - 15° 30" 0.68" E

Docking - désamarrage du module de commande et de service et du module lunaire

EVA (activités extravéhiculaires)

Young and Duke - le premier VKD

Durée : 7 heures 11 minutes 02 secondes

Young et Duke - deuxième VKD

Durée : 7 heures 23 minutes 09 secondes

Young et Duke - troisième VKD

Durée : 5 heures 40 minutes 03 secondes

Mattingly (Duke - dans la trappe ouverte du CM) - EVA en route vers la Terre

Durée : 1 heure 23 minutes 42 secondes

Qu'est-ce que les MEMS ?
systèmes qui incluent des systèmes interconnectés
composants mécaniques et électriques microniques
tailles.
Trois axes
accéléromètre
Électrique
micromoteur

Qu’est-ce que le MEMS ?

MEMS =
Electronique + Micromécanique

Histoire de la création

1958 - premiers prototypes circuits intégrés(EST);
1960 - production à petite échelle de propriété intellectuelle ;
1974 - production industrielle de jauges de contrainte à
à base de silicium (National Semiconductors) ;
1982 - le terme micro-usinage
utilisé pour décrire les processus de fabrication
sous-systèmes mécaniques (diaphragmes et microfaisceaux) ;
1986 - dans l'un des rapports du ministère de la Défense
États-Unis, le terme a été utilisé pour la première fois
« systèmes microélectromécaniques » (MEMS) ;

Méthodes de fabrication

Fabrication de MEMS
Volumétrique
microtraitement
(micro-usinage en masse)
Superficiel
microtraitement
(micro-usinage de surfaces)
Approche soustractive - de
couper l'excédent du tout
(comme faire une statue)
Approche additive -
nous construisons un tout à partir de
briques
(comme construire une maison)

Micro-usinage volumétrique

Il s'agit d'un processus qui va de la surface du matériau de base en profondeur, au cours duquel la gravure
les sections inutiles sont supprimées séquentiellement
matériau, ce qui entraîne des dommages mécaniques
structures de la forme requise.
Micropince
Micro-cantilever

Micro-usinage volumétrique

Si
Recuit
XeF2
SiO2
Si
SiO2
Si
Lithographie
Photorésist
SiO2
Si
RIE
SiO2
Si

Micro-usinage de surfaces

Il s'agit d'un processus composé de séquences
cycles d'application fines couches matériel qui
puis en utilisant la lithographie et ultérieurement
la gravure acquiert la géométrie nécessaire
formulaire
Système d'engrenage
transferts
Élément
imagerie thermique
matrices

Micro-usinage de surfaces

Schéma de fabrication MEMS généralisé

Applications des MEMS

Capteurs :
Accéléromètres ;
Gyroscopes ;
magnétomètres ;
Capteurs de pression
débitmètres
Exécutif
mécanismes (actionneurs):
Micromoteurs ;
Micro-pinces ;
Micromiroirs ;
Applications :
1. Composants MEMS pour l’électronique haute fréquence (RF MEMS) ;
2. Capteurs basés sur les forces d'inertie ;
3. MEMS acoustiques et ultrasoniques, capteurs de pression ;
4. MEMS optiques ;
5. MEMS biomédicaux ;
6. Micromanipulateurs.

Commutateurs MEMS haute fréquence

F2
F1
Terre
h0
Terre
Terre
Signal
S
V
V
Vue de dessus
Vue latérale
V' = 0
Terre

Commutateurs MEMS haute fréquence

Magnétoscope = 30-50 V

Capteur de pression MEMS

P1
P2
F2
h
F1
Capteurs de pression
type piézorésistif
Capteurs de pression
type capacitif

Accéléromètres et gyroscopes

F1
F2

Accéléromètres et gyroscopes

MEMS optiques

Éléments MOEMS : miroirs,
prismes, lentilles
Électrostatiquement
micromiroir contrôlé

MEMS optiques : DLP

Le DLP (Digital Light Processing) est une technologie utilisée dans
de nombreux projecteurs
Dispositif de déflexion
miroirs
La flèche rouge montre le trajet du faisceau
lumière de la lampe à la matrice, à travers
disque filtrant, miroir et
lentille Le faisceau est alors réfléchi soit dans
lentille (flèche jaune), ou sur
radiateur (flèche bleue).

MEMS optiques : microbolomètres

Le rayonnement infrarouge traversant le système de lentilles atteint
élément absorbant, en le chauffant. A côté de cet élément se trouve
Film thermorésistant qui change de résistance lorsqu'il est chauffé. Donc
comme coefficient de température de changement de résistance à température ambiante
la température est faible (environ 2 % par degré pour le dioxyde de vanadium)

Dans les actionneurs basés sur les technologies MEMS, il est courant de
les composants suivants sont impliqués :
1. Éléments basés sur l'effet piézoélectrique inverse - vous pouvez
obtenir de grandes amplitudes de force, mais l’amplitude du déplacement est faible. Nécessite
hautes tensions électriques ;
2. Éléments bimorphes basés sur deux matériaux avec des
coefficient de dilatation en température. Tu peux devenir grand
ampleur de la force et du déplacement, le processus se produit lentement et est difficile
gérer;
3. Les éléments électrostatiques fonctionnent à cause de
attraction et répulsion électrostatiques entre plaques
condensateur. Petites quantités forces et déplacements, faciles à fabriquer,
de grandes tensions électriques sont nécessaires ;
4. Éléments basés sur des bobines magnétiques. Faibles ampleurs de force,
difficile à fabriquer;

Actionneurs MEMS

Élément en céramique du scanner
microscope à force atomique
Bimorphe (Si - Al)
élément. Flèche
direction indiquée
se plier lorsqu'il est chauffé

Actionneurs MEMS

Actionneur électrostatique
mouvement linéaire
Actionneur électrostatique
mouvement angulaire

Références

1. « RF MEMS et leurs applications » Varadan V., Vinoy K., Jose K.,
Technosphère, 2004.
2. « Microdispositifs électromécaniques », N. Mukhurov, G. Efremov,
Litres, 2014.
3. Technologie et applications MEMS et MOEMS, P. Rai-Choudhury, SPIE
Presse, 2000.
4. MEMS : Introduction et principes fondamentaux, M. Gad-el-Hak, CRC Press, 2005.
5. Une introduction à l'ingénierie des systèmes microélectromécaniques, N. Maluf,