Heat Flow and Physical Properties Probe (HP3) - jedno z trzech urządzeń naukowych lądownika InSight, które użyje specjalnego penetratora pneumatycznego, w celu wykonania odwiertu na głębokości 3-5 m i pomiaru ciepła uciekającego z wnętrza Marsa.

Wizja artystyczna lądownika InSight na powierzchni Marsa z zaznaczonym urządzeniem HP3. Źródło: NASA.
 

HP3 w skrócie

• urządzenie zagrzebie się wiertłem na głębokość do 5 m pod powierzchnią Marsa
• zmierzy przepływ ciepła we wnętrzu planety i pomoże ustalić jak wyglądała historia Czerwonej Planety

Przepływ ciepła może bardzo dużo powiedzieć o planecie i o tym jak wygląda jej geologia. Ewolucja planety, kształtowanie się gór i kanionów na powierzchni - to wszystko zależy od wnętrza planety i generowanego tam ciepła. Ustalenie jak ciepło z wnętrza planety przemieszcza się pozwoli naukowcom ustalić dokładniejsze modele jak wnętrze Marsa zmieniało się w czasie.

Wiertło instrumentu HP3 wejdzie 15 razy głębiej w skały Marsa niż jakikolwiek inny sprzęt wcześniej. Obecny rekord należy do lądownika Phoenix (na którym bazuje InSight). Wiertło tego lądownika dosięgnęło 18 centymetrów w głąb planety.

Na Ziemi wiertła badające przepływ ciepła muszą wchodzić znacznie głębiej z uwagi na wpływ wód gruntowych. Naukowcy uważają, że na Marsie wystarczające do badania emisji termalnej wnętrza planety będzie głębokość 3 metrów, ale HP3 może osiągnąć nawet 5 m głębokości.

Wiertło instrumentu wykona tysiące uderzeń w przeciągu około jednego miesiąca. W zależności od rodzaju skał napotkanych przez wiertło liczba potrzebnych uderzeń może wynosić od 5000 do 20 000.

Samo wiertło ma średnicę 2,7 cm i długość 40 cm. Na wiertle znajdują czujniki ciepła i specjalne podgrzewacze potrzebne do oceny przewodności cieplnej otoczenia. Aby ustalić przepływ ciepła potrzebne jest rozmieszczenie czujników na znanych odległościach. Zbiorcza informacja z tych sensorów pozwoli ustalić gradient temperaturowy badanego otoczenia odwiertu. Czujniki temperatury na urządzeniu pozwalają określić temperaturę z dokładnością 0,01 stopnia Celsjusza.

Na wiertle znajduje się mechanizm pneumatyczny i czujniki odchyleń. Specjalny silniczek powoli zwija sprężynę, a następnie szybko ją wypuszcza, przesuwając wolframowy młotek w kierunku czubka wiertła.

Wiertło jest połączone ze specjalnym urządzeniem wspierającym na powierzchni Marsa za pomocą pępowiny. Urządzenie wspierające jest z kolei połączone osobną pępowiną z lądownikiem. Na pępowinie łączącej wiertło z urządzeniem usytuowano 14 sensorów temperaturowych. Odległości między sąsiednimi czujnikami rosną wraz z odległością od wiertła.

Cykl wiercenia

Po tym jak urządzenie HP3 zostanie postawione przez ramię robotyczne na powierzchni Marsa, rozpocznie się faza wiercenia, która potrwa 30-40 dni. Wiercenie będzie odbywać się w cyklach po 15 cm, a przerwie między cyklami wynosić będą około 4 dni. Wtedy będą dokonywane pomiary temperaturowe.

Po zakończeniu wiercenia do końca trwania misji dokonywane będą obserwacje temperaturowe przez urządzenie. Oprócz oprzyrządowanie wiercącego i sensorów temperaturowych, na ładunku naukowym umieszczono radiometr, który będzie mierzył temperaturę gruntową. Dzięki niemu będzie można wprowadzać poprawki pomiarów.

Wykonawcą urządzenia była Niemiecka Agencja Kosmiczna DLR. Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk zbudowało mechanizm pneumatyczny urządzenia.