Förord: Jag är långt ifrån expert på rymdelektronik; Jag tror inte att jag kan väga in hur mycket dessa sensorer faktiskt är , vilket är titelfrågan; allt jag kan erbjuda är en outbildad galning om vart de pengarna kan gå.

Låt oss ta din analogi med en fyndkällare termisk sensor; faktiskt, låt oss ange en gemensam hylla Melexis-del.

För det första noterar du att databladet säger att sensorn kännetecknas av mellan -40 och 125c. Resan till mars kommer att ha massiva termiska cykler i flera månader ... kommer sensorn att fungera utanför det temperaturområdet? Om så är fallet, hur långt? Vad är sannolikheten att linsen splittras under -40c? Hur exakt kommer det att vara?

Att svara på dessa frågor kommer förmodligen att ta några månader i en termisk cykelkammare och en lämpligt kvalificerad ingenjör eller forskare, som inte är billiga (särskilt för en statlig entreprenör). Det här testet ensam kan kosta $ 10-50 000 dollar. Man kan försumma det, men du kommer nästan säkert att ha en icke-funktionell sensor vid ankomsten till den röda planeten.

Säg att du har den ljusa idén att hålla temperaturen på sensorn aktivt kontrollerad, som de flesta rymdskeppssystem är.

Nu har du inte bara fyra kablar som går till din sensor; du har termistorer, värmare och du behöver ett temperaturkontrollsystem som är tillräckligt härdat för att en programvarulåsning inte kommer att ta din stackars lilla bolometer (och alla andra sensorer i den bilagan) upp till 600K.

För detta behöver du inbäddade mjukvaruutvecklare, termiska FEA-personer för att designa dina radiatorer, industrins engagemang för att bygga dig de snygga anpassade värmare (som nu tar dig i farorna med att dra över huvudet) etc. Alla dessa erfarna människor kostar dig lätt> 300 000 vardera. kom ihåg att en anställd i allmänhet kostar ungefär dubbelt så mycket som lönen.

Tänk nu på att köra dessa tester på:

• Avgasning; de andra forskarna med andra sensorer kan bli lite irriterade om de hittar en del av din IR-detektor avsatt på deras spektrometrar och reflektorer och vad som helst.
• Strålningstolerans; hur kommer sensorn att brytas ned under konstant bombardemang av laddade partiklar och kosmiska strålar i det hårda mellanrummet?
• och dussintals andra tråkiga och dyra parametrar.

Det är där storleksordningarna kommer ifrån. I huvudsak kommer sensorkostnaden från människor som krävs för att stirra på sensorn en stund.

Å andra sidan Det finns verkligen en spirande marknad för billigare , enklare rymdfarkoster, med minskade krav på allt ovanstående. För billiga kortdistansuppdrag, som CubeSats, där ett ersättningsuppdrag inte skulle vara alltför anstötligt, använder människor verkligen verkligen COTS-sensorer; ett projekt använde till och med en komplett smartphone för att driva sin satellit.

Men med längre distansresor, där enklare, mindre karaktäriserade lösningar sannolikt misslyckas, och kanske där vikten av finansieringsbyråkratiets krav på framgång är större, kommer formgivarna att spela det säkert, och spendera lite extra pengar.

Jag klämmer in med de andra två väluttalade svaren. Förutom all testning är det frågan om "Vad gör du när instrumentet misslyckas med ett test?" även Omega Engineering är utformade för att fungera i en jordmiljö, med viss marginal. Men inte för mycket marginal; det gör instrumentet dyrare än konkurrenternas, och det förlorar affärer. Observera att det nämnda Melexis-instrumentet @ Giskard42 har ett intervall från -40 till +125 C. Du kan få lägre temperaturer här på jordytan. Mars blir mycket kallare än på natten!

Melexis-ingenjörerna, som säkert skulle rådfrågas tidigt i processen, skulle omedelbart säga att för att hantera Mars-temperaturer utan att lägga till värmare av komponenterna måste bytas ut mot mer elastiska och dyrare delar. Men kostnaden för dessa delar bleknar i jämförelse med kostnaden för den redesign som är nödvändig för att införliva delarna. Sällan beter sig den mer elastiska delen precis som originalet, eller passar den där originalet gjorde, så även om redesignen slutar vara onödig, måste driftsegenskaperna analyseras om och testas på nytt. Att lägga till värmare skulle också vara en redesign.

Termisk kvalificering är bara en del av rymdkvalifikation , en ganska lång process som NASA kräver för hårdvara avsedd för användning i alla utom den minsta av NASA rymdflyguppdrag. Men ofta är det inte den svåraste delen för COTS-hårdvara.

@ Giskard42 nämnde redan strålningstolerans. För interplanetära uppdrag är det ofta den svåraste delen för COTS-hårdvara. Moderna mikrokretsar (som ADC), med utsökt små funktionsstorlekar, är känsliga för strålningseffekter från källor som primära kosmiska strålar och solstrålning, särskilt solprotoner. En enda träff kan orsaka störningar i en händelse, bit-flips och till och med de fruktade låsningarna. Flygkvalificerad hårdvara måste (via test) visa en viss nivå av tolerans mot strålning, ibland kräver redundanta delaggregat eller komponenter, som du inte hittar i ett hyllainstrument. Omodifierade COTS-delar eller komponenter misslyckas ofta med strålningstesterna och det betyder vanligtvis redesign, och det är dyrt.

Alla dessa processer kan snabbt förvandla ett instrument på 5 dollar till ett 50 kdollarinstrument eller till och med 500 kdollarinstrument om ingen annars vill ha en rymdkvalificerad version av den här widgeten.

Men att köpa det rymdkvalificerade instrumentet är inte slutet på pengarna. Du måste också betala rymdskeppsingenjörerna som måste göra instrumentboende . Är ditt instrument det enda som kräver +9 VDC istället för 28 VDC för rymdfarkosten? Sedan betalar du för en ingenjör för att designa en 9 V-kraftenhet i rymdfarkostens kraftsystem, och för att designa och köra den delen av kabelstammen. Du betalar också för en värmeingenjör för att verifiera att den termiska designen är adekvat, även innan den går på skakbordet (som @PearsonArtPhoto nämnde) och in i termisk vakuumkammaren. Kommer ditt instrument att generera några signaler som stör andra rymdskeppssystem? En ingenjör utbildad i EMI kommer att undersöka detta. Det finns ett instrumentteam som du betalar för, och ett rymdskeppsteam som projektet betalar för, som är herd för hela processen. För en billig hårdvara är det den dyraste delen.

I min erfarenhet av Voyager, Cassini, Genesis och Rosetta, och en massa studier och förslag till missionskoncept, har jag sett några instrument för interplanetära uppdrag komma in på ensiffriga miljoner dollar, men inte många. De flesta är tiotals miljoner dollar, och riktigt komplexa kan lägga till ytterligare noll till det. Jag skulle älska att veta vad Kepler-instrumentet kostade, men en PI innehåller vanligtvis kostnadsfördelningssiffror för tävlade uppdrag mycket nära bröstet.

En sista anmärkning. Under 1990-talet, under Dan Goldin som NASA-administratör, försökte NASA tillvägagångssättet för flyguppdrag till de billiga, för att få fler uppdrag att flyga. Men en serie pinsamma misslyckanden som resulterade (som Mars Polar Lander och de DS-2-instrumenterade impaktorerna som den hade) satte stopp för den inställningen och Dan avgick strax efter. NASA är ganska intolerant mot misslyckanden, särskilt på mycket synliga (för allmänheten och för kongressen), stora pengar-uppdrag, och är villiga att spendera mycket pengar för att förhindra dem.

Bara för att ge dig en uppfattning, här är hur kostnaden kan gå sönder.

COTS-versionen måste rivas sönder för att överleva vibrationstest, tillsammans med extra material. Det måste ha någon form av programvara skriven för att skicka data till rymdfarkosten. Vissa tester måste göras för att se om instrumentet fungerar på Mars. Den termiska frågan kommer verkligen att vara av viss betydelse, den måste testas för att säkerställa att den fungerar på Mars. En del värme kan behöva appliceras, eller termiska filtar, eller något liknande. Låt oss inte glömma att plasten kommer att behöva gå, eftersom det är en potentiell källa till utgasning.

Kort sagt, ett sådant instrument kan fungera ganska bra, men det kan göras. Men du skulle förmodligen behöva minst ett årsverk för att göra instrumentet på rymdfarkosten. Med en standardavgift på kanske 300 000 USD, är det där de flesta av dina pengar kommer att vara.

Och vad skulle du verkligen få? Vi har faktiskt termiska kartor över Mars. http://tes.asu.edu/monitoringmars/index.html. Noggrannheten är inom några få grader. Temperaturen varierar sannolikt inte så mycket från punkt till punkt. Men i teorin kan det göras.

Ytterligare en faktor som ingen hittills har berört. Här på jorden är vi inte alltför intresserade av kraftanvändning på de flesta instrument. Kraften är billig, sällan är det värt att göra mycket för att sänka strömförbrukningen.

På en raket kommer dock kraft antingen från solceller (och du måste betala för att lyfta dem och batterierna för när de är skyddade från solen) eller kärnbatterier (och Pu-238 för dem är kritiskt bristfällig, för att inte tala om vikten av att lyfta den.)

Du måste också vara bekymrad över vad blir av den makten. Här kastas det vanligtvis in i atmosfären när du är klar med det. De flesta rymdfarkoster fungerar inte i atmosfären, det är en mycket större fråga att bli av med spillvärme.

En " en till en miljon " -faktor är inte alltför galen om du tror att det är något: din ficktermometer tillverkades förmodligen i över en miljon exemplar. Rumstermometern tillverkas bara en gång (eller fem gånger, toppar). Därav kostnadsförhållandet.

Lägg till den galna kvalitetskontrollen och det exponentiella pappersarbete som det innebär, så får du bilden.

Jag vill bara påpeka att Mars Pathfinder drivs av en 8085-processor. Vilket släpptes ursprungligen 1976 och användes eftersom det var en massproducerad produkt.

Det finns många fördelar med att använda massproducerad teknik. Du får statistiska bevis för tillförlitlighet från de många kunder som använder den.

Ingenjörer kan lättare "rymdsäkra" en befintlig teknik genom att lägga till / ta bort / uppdatera komponenter och sedan konstruera ett komplett alternativ som en engång .