Feasibility analysis of miniaturized FTIR spectrometer for ExoMars mission

The objective of this work is to design an Infra-Red Fourier Spectrometer (IRFS) for the ESA mission “ExoMars 2016”. This instrument, called micro- MIMA (micro-Martian Infra-red Mapper), will be mounted on a descending module to Mars and will observe the Martian atmosphere after landing. One goal is to study the features of atmosphere gas-composition (analysis of methane presence in particular) to make conclusions about possible biological activity and to check the meteorological conditions at the landing site. So long, the instrument will measure the atmosphere spectrum with the resolution necessary to identify its gas content by recognizing spectral features of each element. Design constraints for the mission are quite strict: · limited mass, size and power budget; · high stress resistance for the landing shock; · withstanding of severe environmental conditions without any power for thermal control); · resistance for strong vibrations of the high acceleration levels in wide frequency range. Model design is supported by the finite element analysis simulating the static and dynamic loads during launch and landing of the system, as well as thermo- elastic analysis for the thermal field during operating process ( including thermal stresses and instrument misalignments computation). The final result of this work is the design of an instrument mock-up for further performance characteristics check. This mock up will be simplified from the structural point of view but with detailed representation of mounting, regulation and positioning of optical elements and piezoactuator group.

L' obiettivo di questo lavoro è la progettazione di micro-MIMA, spettrometro infrarosso di Fourier per la missione ESA "ExoMars 2016". Lo strumento sarà montato su un modulo di discesa su Marte e dopo l'atterraggio, osserverà l'atmosfera marziana al fine di studiarne la composizione ottenendo informazioni utili per la successiva missione ESA in programma nel 2018-2019. Il design del modello è stato supportato da analisi agli elementi finiti simulando i carichi statici e dinamici durante le fasi di lancio e atterraggio del sistema. Inoltre si è realizzato un modello termo-elastico dello strumento con l'obiettivo di ricavare la distribuzione delle temperature e calcolare il disallineamento introdotto. Il risultato finale è la progettazione di un modello dimostrativo dello strumento al fine di verificare le caratteristiche operative e le prestazioni attese.