Miniaturni piezoelektrični ventil za vzorčenje med spuščanjem v atmosferi

Masni spektrometri (MS) so ključna orodja za preučevanje sestave atmosfer in nebesnih teles v našem Osončju. Uporabljeni so bili na misijah na Luno, Mars, Venero, Jupiter, Saturn, Titan in različne komete. Vendar pa se, tako kot njihovi laboratorijski ekvivalenti na Zemlji, tudi vesoljski MS soočajo z izzivom vnosa plinskih vzorcev v notranjost instrumenta, ki deluje v vakuumu.

Specifičen izziv se pojavi pri uporabi MS na planetarnih sondah. Te sonde morajo omogočiti vstop plina v MS, hkrati pa vzdrževati konstanten masni pretok. To postane zahtevno, saj sonda med svojim spuščanjem prehaja iz skoraj vakuumskih razmer v zgornji atmosferi do končne merilne višine. Sonda, ki analizira Venerino atmosfero med 75-kilometrskim spustom, bo tako doživela ogromno spremembo tlaka – od približno 20 milibarov na višini 70 kilometrov do več kot 90 barov na površju planeta – kar predstavlja spremembo tlaka za več kot tri velikostne rede.

Za rešitev tega problema razvijamo majhen, hitro odziven in energijsko učinkovit ventil. Ta ventil bo imel nastavljivo prevodnost, kar mu bo omogočalo natančen nadzor masnega pretoka v zelo majhnih korakih. Zasnovan je za delovanje v okoljih z visokimi zunanjimi tlaki, do 60 barov. Tehnologija, na kateri temelji ventil, uporablja mikroelektromehanske sisteme (MEMS), za hitre odzivne čase (v milisekundah) pa bo skrbel piezoelektrični aktuator. Ventil bo lahko deloval v linearnem ali pulznem načinu in bo idealen za sistem za vnos vzorcev, ki ga bo mogoče integrirati z izbranim masnim spektrometrom. Skupaj bosta predstavljala praktično rešitev za atmosferske sonde, kar bo naredilo raziskovalne misije učinkovitejše in zanesljivejše.