Integration and Performance Evaluation of The RAD1 Spectrometer in The RLS ExoMars Simulator

Abstract

El presente proyecto fin de grado se enmarca en el desarrollo del espectrómetro Raman RLS del proyecto ExoMars de la Agencia Espacial Europea, que enviará un rover a Marte en el 2022. La unidad Asociada UVa-CSIC-CAB es un grupo de investigación reconocido (GIR ERICA) de la Universidad de Valladolid, dirigido por el investigador principal del instrumento RLS y, en cuya sede, se encuentra el RLS ExoMars Simulator. Este es un sistema desarrollado para automatizar y emular las capacidades analíticas del instrumento RLS en conjunción con el sistema de preparación y distribución de muestras (SPDS) del rover de ExoMars. En este marco de actuación, el presente proyecto consta de tres fases diferenciadas: 1. Estudio y puesta al día, comprensión y análisis de la problemática, de la teoría de la espectroscopía Raman y la misión ExoMars, así como de los aspectos hardware y software relevantes del simulador ExoMars. 2. Realización de la integración del espectrómetro RAD1 (RAman Demonstrator 1) en la réplica de laboratorio del instrumento RLS, el Simulador ExoMars. 3. Realización de un estudio de funcionamiento y prestaciones de dicho espectrómetro en conjunción con el resto de elementos del simulador, así como la comparación de dichas prestaciones con la configuración previa basada en un espectrómetro comercial. La fase de integración se ha realizado de forma escalable, de modo que podrían añadirse nuevos espectrómetros en el futuro. A su vez, el tratamiento de datos y la estructura del código anterior han quedado inalterados. Finalmente, en la fase del estudio de prestaciones, se han llevado a cabo ensayos con ambos espectrómetros mediante el uso de muestras estándares. Dichos análisis han permitido la obtención de resultados acerca de las prestaciones ofrecidas en ambas configuraciones, comparándolas a su vez con las del instrumento RLS, pudiendo así evaluar la bondad del sistema con las actualizaciones introducidas. Además, el objetivo fundamental del trabajo es hacer del Simulador ExoMars un emulador más realista, acercándose así a las prestaciones presentes en el instrumento RLS de vuelo.

The technical content of this end-of-studies project is encompassed in the framework of the development of the Raman RLS spectrometer, part of the ExoMars project of the European Space Agency, which is programmed to launch a rover to the Martian surface in 2022. The Associate Unit UVa-CSIC-CAB and the ERICA group, which is a recognized investigation group of the University of Valladolid, are responsible for this instrument. This group is directed by the principal investigator of the RLS instrument and the RLS ExoMars Simulator is located in their facilities. This is a system developed to automatize and emulate the analytical capabilities of the RLS instrument in conjunction with the SPDS (Samples Preparation and Distribution System) of the ExoMars rover. The aim of this project is well separated into three main objectives: 1. General comprehension of the project, understanding of the basics of Raman spectroscopy and the ExoMars mission, and analysis of the principal hardware/software capabilities of the RLS ExoMars Simulator. 2. Integration of the RAD1 (RAman Demonstrator 1) spectrometer code into the ExoMars Simulator software. 3. Study of the functionalities and the benefits of each spectrometer in conjunction with the rest of the parts of the simulator. Both configurations will be compared to gather data, enabling a technical comparison between spectrometers according to results. The integration part was accomplished ensuring a scalable structure, in order to allow future code extensions and the incorporation of new spectrometers. At the same time, data treatment and the code structure have remained immutable. Moreover, as part of the study comparison, standard samples have been used to assure the capabilities of each spectrometer, allowing the analysis of the new actualizations proposed and the final comparison with the real RLS instrument. Finally, the main goal of the project is to improve the realism of the simulator, bringing it closer to the characteristics of the real flying RLS instrument