Orbiter gazu śladowego - Trace Gas Orbiter
Typ misji | Orbiter na Marsa | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Operator | ESA · Roskosmos | ||||||||||
ID COSPAR | 2016-017A | ||||||||||
SATCAT nr. | 41388 | ||||||||||
Strona internetowa | http://exploration.esa.int/jump.cfm?oid=46475 | ||||||||||
Czas trwania misji | Planowane: 7 lat Upłynęło: 5 lat, 6 miesięcy, 26 dni |
||||||||||
Właściwości statku kosmicznego | |||||||||||
Producent | Thales Alenia Space | ||||||||||
Rozpocznij masę | 3755 kg (8278 funtów) | ||||||||||
Masa ładunku | Instrumenty: 113,8 kg (251 funtów) Schiaparelli : 577 kg (1272 funtów) |
||||||||||
Wymiary | 3,2 × 2 × 2 m (10,5 × 6,6 × 6,6 stopy) | ||||||||||
Moc | ~2000W | ||||||||||
Początek misji | |||||||||||
Data uruchomienia | 14 marca 2016, 09:31 UTC | ||||||||||
Rakieta | Proton-M / Briz-M | ||||||||||
Uruchom witrynę | Bajkonur 200/39 | ||||||||||
Kontrahent | Chruniczew | ||||||||||
Parametry orbitalne | |||||||||||
System odniesienia | Areocentryczny | ||||||||||
Reżim | Okólnik | ||||||||||
Ekscentryczność | 0 | ||||||||||
Wysokość Periareion | 400 km (250 mil) | ||||||||||
Wysokość apoareiona | 400 km (250 mil) | ||||||||||
Nachylenie | 74 stopnie | ||||||||||
Okres | 2 godziny | ||||||||||
Epoka | Zaplanowany | ||||||||||
Orbiter na Marsa | |||||||||||
Wstawianie orbitalne | 19 października 2016, 15:24 UTC | ||||||||||
Transpondery | |||||||||||
Zespół muzyczny |
Pasmo X pasma UHF |
||||||||||
Częstotliwość | 390–450 MHz | ||||||||||
Moc TWTA | 65 W | ||||||||||
| |||||||||||
Insygnia misji ESA na start ExoMars 2016 , przedstawiające Trace Gas Orbiter (po lewej) i Schiaparelli (po prawej).
Program ExoMars
|
ExoMars nazwiska Gas Orbiter ( TGO lub ExoMars Orbiter ) to projekt współpracy między Europejską Agencją Kosmiczną (ESA) oraz rosyjski Roskosmos agencji, która przesłała atmosferycznego badawczy orbiter i Schiaparelli demonstracyjny lądownik na Marsie w 2016 roku jako część europejskiego kierowanego Program ExoMars .
Trace Gas Orbiter dostarczył lądownik Schiaparelli 16 października 2016 r., który rozbił się na powierzchni z powodu przedwczesnego zwolnienia spadochronu.
Orbiter rozpoczął hamowanie aerodynamiczne w marcu 2017 r., aby obniżyć początkową orbitę 200 o 98 000 km (120 o 60 890 mil). Aerobraking zawarta w dniu 20 lutego 2018 r., kiedy ostatnie wystrzelenie steru strumieniowego spowodowało orbitę 200 o 1050 km (120 o 650 mil). Dodatkowe odpalenia silnika co kilka dni podniosły orbiter na okrągłą orbitę „naukową” o długości 400 km (250 mil), co osiągnięto 9 kwietnia 2018 roku.
Kluczowym celem jest lepsze zrozumienie metanu ( CH
4) i inne gazy śladowe obecne w atmosferze Marsa, które mogą świadczyć o możliwej aktywności biologicznej. Program będzie kontynuowany z lądownikiem Kazachok i łazikiem Rosalind Franklin w 2022 roku, które będą poszukiwać biomolekuł i biosygnatur ; TGO będzie działać jako łącze komunikacyjne dla lądownika i łazika ExoMars i zapewniać komunikację z innymi sondami powierzchniowymi Marsa z Ziemią.
Historia
Badania prowadzone w obserwatoriach kosmicznych i ziemskich wykazały obecność niewielkiej ilości metanu w atmosferze Marsa, która wydaje się zmieniać w zależności od miejsca i czasu. Może to wskazywać na obecność życia mikrobiologicznego na Marsie lub na procesy geochemiczne , takie jak wulkanizm lub aktywność hydrotermalna .
Wyzwanie polegające na rozpoznaniu źródła metanu w atmosferze Marsa skłoniło ESA i NASA do niezależnego zaplanowania jednego orbitera, z którego każdy byłby wyposażony w instrumenty w celu ustalenia, czy jego formacja ma pochodzenie biologiczne czy geologiczne, a także produktów jego rozkładu, takich jak: jako formaldehyd i metanol .
Początki
ExoMars Trace Gas Orbiter powstał z połączenia flagowego programu ESA Aurora ExoMars oraz koncepcji Mars Science Orbiter (MSO) z lat 2013 i 2016. Wysłanie nowego lotniskowca na Marsa w 2016 roku w ramach prowadzonej przez Europę misji ExoMars stało się elastyczną propozycją współpracy w ramach NASA i ESA. Jeśli chodzi o ExoMars, ESA zatwierdziła w 2005 r. około pół miliarda euro na łazik i ministację; ostatecznie przekształciło się to w dostarczanie go przez orbiter, a nie przez etap rejsowy.
Próba współpracy z NASA
NASA „s Mars Science Orbiter (MSO) został pierwotnie przewidywał w 2008 roku jako all-NASA starania zmierzające do późnego 2013 startu. Urzędnicy NASA i ESA zgodzili się połączyć zasoby i wiedzę techniczną oraz współpracować w celu wystrzelenia tylko jednego orbitera. Porozumienie, nazwane Mars Exploration Joint Initiative , zostało podpisane w lipcu 2009 roku i zaproponowało użycie wyrzutni rakiet Atlas zamiast rakiety Sojuz , co znacząco zmieniło techniczne i finansowe ustawienie europejskiej misji ExoMars. Ponieważ łazik pierwotnie planowano wystrzelić wraz z TGO, potencjalna umowa wymagałaby, aby łazik stracił na wadze na tyle, aby zmieścił się na pokładzie rakiety Atlas z orbiterem NASA. Zamiast zmniejszać masę łazika, została ona prawie podwojona, gdy misja została połączona z innymi projektami w ramach programu obejmującego wiele statków kosmicznych, podzielonego na dwa starty Atlas V : do projektu włączono ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) z lądownikiem meteorologicznym planowany do startu w 2016 roku. Europejski orbiter miałby posiadać kilka instrumentów pierwotnie przeznaczonych dla NASA MSO, więc NASA ograniczyła cele i skupiła się na instrumentach do wykrywania gazów śladowych w atmosferze w celu włączenia ich do sondy ExoMars Trace Gas Orbiter.
Zgodnie z budżetem FY2013 prezydent Barack Obama wydany 13 lutego 2012 r., NASA zakończyła swój udział w ExoMars z powodu cięć budżetowych, aby zapłacić za przekroczenie kosztów Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba . Po anulowaniu finansowania tego projektu przez NASA, większość planów ExoMars musiała zostać zrestrukturyzowana.
Współpraca z Rosją
15 marca 2012 r. rada rządząca ESA ogłosiła, że będzie kontynuować realizację programu ExoMars we współpracy z rosyjską agencją kosmiczną Roscosmos , która planowała wnieść do 2020 roku dwa ciężkie pojazdy nośne Proton oraz dodatkowy system wejścia, zejścia i lądowania. misja łazika.
Zgodnie z propozycją współpracy z Roscosmos, misja ExoMars została podzielona na dwie części: misję orbitera/lądownika w marcu 2016 roku, która obejmuje TGO i lądownik stacjonarny o średnicy 2,4 m (7 stóp 10 cali) zbudowany przez ESA o nazwie Schiaparelli oraz Rosalind Misja łazika Franklin w 2020 r. (przełożona na 2022 r.). Obie misje wykorzystują rakietę Proton-M .
Początek
Trace Gas Orbiter i moduł opadania Schiaparelli zakończyły testy i zostały zintegrowane z rakietą Proton w kosmodromie Bajkonur w Kazachstanie w połowie stycznia 2016 r. Wystrzelenie nastąpiło 14 marca 2016 r. o 09:31 UTC. godziny przed wypuszczeniem modułu zniżania i orbitera. Sygnał ze statku kosmicznego został odebrany tego dnia o godzinie 21:29 UTC, potwierdzający, że start zakończył się sukcesem, a statek kosmiczny działał prawidłowo.
Krótko po oddzieleniu od sond brazylijski teleskop naziemny zarejestrował małe obiekty w pobliżu górnego stopnia rozruchowego Briz-M , co sugeruje, że stopień Briz-M eksplodował kilka kilometrów dalej, nie uszkadzając orbitera ani lądownika. Szef Roskosmosu, który przeprowadził briefing reporterów w Moskwie, zaprzeczył jakimkolwiek anomaliom i udostępnił do wglądu wszystkie dane dotyczące startu.
Status
Schiaparelli Lander oddzielone od orbiterze TGO w dniu 16 października 2016 przez trzy dni, zanim dotarła na Mars i wprowadzane do atmosfery przy 21000 km / h (13,000 mph, 5,8 km / s). Schiaparelli przesłał około 600 megabajtów danych telemetrycznych podczas próby lądowania, zanim uderzył w powierzchnię z prędkością 540 km/h (340 mph).
TGO został wstrzyknięty na orbitę Marsa 19 października 2016 r. i przeszedł 11 miesięcy hamowania w powietrzu (od marca 2017 r. do lutego 2018 r.), zmniejszając prędkość orbitalną o 3600 km/h (2200 mph) i orbitę z początkowych 98 000 o 200 km (60 890). o 120 mil) do 1050 przez 200 km (650 o 120 mil). Dodatkowe odpalenia silnika w połowie kwietnia zaokrągliły orbitę statku kosmicznego do 400 km (250 mil), a pełne działania naukowe rozpoczęły się 21 kwietnia 2018 roku.
Specyfikacje
- Wymiary
- Autobus centralny ma wymiary 3,2 m × 2 m × 2 m (10,5 stopy × 6,6 stopy × 6,6 stopy)
- Napęd
- 424 N (95 lbf ) dwupaliwowy silnik główny, używany do wprowadzania na orbitę Marsa i manewrów
- Moc
- 20 m 2 (220 stóp kwadratowych), baterie słoneczne obejmujących 17,5 m (57 ft) czubek do czubka, zdolny do obracania się w jednej osi; generuje około 2000 W mocy w Mars
- Baterie
- 2 moduły akumulatorów litowo-jonowych o łącznej pojemności około 5100 watogodzin, aby zapewnić moc podczas zaćmień podczas głównej misji
- Komunikacja
- 2,2 m (7 stóp 3 cale) antena o wysokim wzmocnieniu w paśmie X z dwuosiowym mechanizmem wskazującym i wzmacniaczem lampowym o mocy 65 W RF do komunikacji z Ziemią
- Dwa nadajniki-odbiorniki pasma Electra UHF z pojedynczą anteną śrubową do komunikacji ze statkiem kosmicznym na Marsie
- Kontrola termiczna
- Kontrola osi odchylenia statku kosmicznego, aby upewnić się, że trzy ściany zawierające ładunek naukowy pozostają zimne
- Masa
- 3755 kg (8278 funtów), mokra masa orbitera
- 4332 kg (9550 funtów), mokra masa orbitera plus lądownik Schiaparelli
- Ładunek
- 113,8 kg (251 funtów) instrumentów naukowych
Nauki ścisłe
TGO oddzielił się od lądownika demonstracyjnego ExoMars Schiaparelli i zapewniłby mu przekaźnik telekomunikacyjny na 8 marsjańskich dni słonecznych (sol) po wylądowaniu. Następnie TGO stopniowo przechodziło hamowanie aerodynamiczne przez siedem miesięcy na bardziej kołową orbitę w celu obserwacji naukowych i zapewni przekaźnik komunikacyjny dla łazika Rosalind Franklin, który ma zostać wystrzelony w 2022 r., i będzie nadal służył jako satelita przekaźnikowy dla przyszłych misji lądujących.
Instrument FREND obecnie mapuje poziomy wodoru do maksymalnej głębokości 1 m (3 stopy 3 cale) pod powierzchnią Marsa. Miejsca, w których znajduje się wodór, mogą wskazywać na osady lodu wodnego , które mogą być przydatne w przyszłych misjach załogowych.
W szczególności misja jest w trakcie scharakteryzowania przestrzennej, czasowej zmienności i lokalizacji źródeł szerokiej listy atmosferycznych gazów śladowych . Jeśli metan ( CH
4) występuje w obecności propanu ( C
3h
8) lub etan ( C
2h
6), byłoby to mocną wskazówką, że w grę wchodzą procesy biologiczne. Jeśli jednak metan zostanie znaleziony w obecności gazów, takich jak dwutlenek siarki ( SO
2), byłoby to wskazanie, że metan jest produktem ubocznym procesów geologicznych.
- Wykrycie
Charakter źródła metanu wymaga przeprowadzenia pomiarów zestawu gazów śladowych w celu scharakteryzowania potencjalnych procesów biochemicznych i geochemicznych w trakcie pracy. Orbiter ma bardzo wysoką czułość na (co najmniej) następujące cząsteczki i ich izotopomery :
woda ( H
2O ), hydroperoksyl ( HO
2), dwutlenek azotu ( NO
2), podtlenek azotu ( N
2O ), metan ( CH
4), acetylen ( C
2h
2), etylen ( C
2h
4), etan ( C
2h
6), formaldehyd ( H
2CO ), cyjanowodór ( HCN ), siarkowodór ( H
2S ), siarczek karbonylu ( OCS ), dwutlenek siarki ( SO
2), chlorowodór ( HCl ), tlenek węgla ( CO ) i ozon ( O
3). Czułość wykrywania jest na poziomie 100 części na bilion, poprawiona do 10 części na bilion lub lepiej przez uśrednienie widm, które można rejestrować z częstotliwością kilku widm na sekundę.
- Charakteryzacja
- Zmienność przestrzenna i czasowa: wielokrotne pokrycie szerokości i długości geograficznej w ciągu roku marsjańskiego w celu określenia źródeł regionalnych i zmienności sezonowej (oceniane jako duże, ale wciąż kontrowersyjne przy obecnym zrozumieniu fotochemii fazy gazowej Marsa)
- Korelacja obserwacji stężeń z parametrami środowiskowymi temperatury, aerozoli pyłowych i lodowych (potencjalne miejsca chemii heterogenicznej)
- Lokalizacja
- Mapowanie wielu znaczników (np. aerozole , para wodna , CO , CH
4) o różnych czasach życia i korelacjach fotochemicznych pomaga ograniczyć symulacje modelu i wskazuje na regiony źródła/ujścia - Osiągnięcie rozdzielczości przestrzennej wymaganej do lokalizacji źródeł może wymagać śledzenia cząsteczek w stężeniach części na miliard
Instrumenty
Podobnie jak Mars Reconnaissance Orbiter , Trace Gas Orbiter jest hybrydowym orbiterem naukowo-telekomunikacyjnym. Jego naukowa masa ładunku wynosi około 113,8 kg (251 funtów) i składa się z:
- Nadir i zakrycie Mars Discovery ( NOMAD ) ma dwie na podczerwień i jeden ultrafioletowych spektrometru kanałów. Opracowany przez Belgię.
- Atmosferyczne Chemistry Pokój ( ACS ) ma trzy kanały spektrometru podczerwieni. Opracowany przez Rosję.
- NOMAD i ACS zapewniają jak dotąd najszersze pokrycie spektralne procesów atmosferycznych na Marsie. Dwa razy na orbitę, podczas lokalnego wschodu i zachodu słońca, są w stanie obserwować Słońce przeświecające przez atmosferę. Możliwe jest wykrywanie śladowych gatunków atmosferycznych na poziomie części na miliard (ppb).
- Kolorowy i stereofoniczny system obrazowania powierzchni ( CaSSIS ) to kolorowa kamera stereo o wysokiej rozdzielczości 4,5 m na piksel (15 stóp/piksel), służąca do tworzenia dokładnych cyfrowych modeli elewacji powierzchni Marsa. Będzie to również ważne narzędzie do charakteryzowania lokalizacji kandydujących miejsc lądowania dla przyszłych misji. Opracowany przez Szwajcarię.
- Dokładna rozdzielczość epitermalny neutronów detektora ( Frend ) jest neutronów, które może dostarczać informacji o obecności wodoru w postaci wody lub uwodnionych składników mineralnych w górę 1 m (3 stóp 3 cale) marsjańskiej powierzchni. Opracowany przez Rosję.
Telekomunikacja przekaźnikowa
Ze względu na wyzwania związane z wejściem, zejściem i lądowaniem, lądowniki marsjańskie są bardzo ograniczone pod względem masy, objętości i mocy. W przypadku misji lądowych nakłada to poważne ograniczenia na rozmiar anteny i moc transmisji, co z kolei znacznie zmniejsza możliwości komunikacji bezpośredniej z Ziemią w porównaniu z orbitalnymi statkami kosmicznymi. Jako przykład, łącza nadawczego wydolności na Duch i Możliwości łazikach ma tylko 1 / 600 obciążalności trasą Mars Orbitera dół. Komunikacja przekaźnikowa rozwiązuje ten problem, pozwalając statkom kosmicznym na powierzchni Marsa komunikować się przy użyciu wyższych szybkości transmisji danych za pośrednictwem łączy krótkiego zasięgu z pobliskimi orbiterami Marsa, podczas gdy orbiter przejmuje zadanie komunikowania się za pośrednictwem łącza dalekodystansowego z powrotem na Ziemię. Ta strategia przekaźnikowa oferuje szereg kluczowych korzyści lądownikom marsjańskim: zwiększona ilość danych zwrotnych, zmniejszone zapotrzebowanie na energię, zmniejszona masa systemu komunikacyjnego, zwiększone możliwości komunikacyjne, solidna komunikacja w sytuacjach krytycznych oraz pomoc nawigacyjna in situ . NASA dostarczyła przekaźnik telekomunikacyjny i instrument nawigacyjny Electra , aby zapewnić komunikację między sondami i łazikami na powierzchni Marsa a kontrolerami na Ziemi. TGO zapewni łazikowi Rosalind Franklin z 2022 r. przekaźnik telekomunikacyjny; będzie również służyć jako satelita przekaźnikowy dla przyszłych misji lądowych.
Wyniki
Sonda wykonała pierwsze zdjęcia powierzchni Marsa 15 kwietnia 2018 roku. Pierwszy rok działalności naukowej przyniósł mnóstwo nowych danych i odkryć naukowych, w tym: nowe obserwacje składu i struktury atmosfery, wzmocnienie chmur wody lodowej podczas globalna burza pyłowa, nowe pomiary struktury termicznej i gęstości atmosfery, oszacowanie okresu zapisu klimatycznego pokrywy lodowej bieguna południowego, potwierdzenie suchych procesów odpowiedzialnych za powtarzające się linie nachylenia w kraterze Gale oraz mapy o wysokiej rozdzielczości płytkie podpowierzchniowe Wodór, zwiększając znane ilości prawdopodobnie zakopanego przy powierzchni wody lodu.
W kwietniu 2019 r. zespół naukowy poinformował o swoich pierwszych wynikach dotyczących metanu: TGO w ogóle nie wykryło metanu, mimo że ich dane były bardziej czułe niż stężenia metanu znalezione za pomocą Curiosity , Mars Express i obserwacji naziemnych.
Zobacz też
- Curiosity (łazik) – łazik automatyczny NASA badający krater Gale na Marsie
- Lista misji na Marsa – artykuł z listy Wikipedii
- Mars 2020 – Astrobiologia Misja łazika marsjańskiego przez NASA
- Wspólna inicjatywa Mars Exploration
- Mars Express – europejski orbiter na Marsa
- Mars Global Surveyor – orbiter NASA na Marsie
- Mars Orbiter Mission – indyjski orbiter Marsa, wystrzelony w 2013 r.
- MAVEN – orbiter NASA na Marsa
Bibliografia
Zewnętrzne linki
- ExoMars Trace Gas Orbiter na ESA.int
- ESA ExoMars na Flickr