W marcu 2016 r. Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) uruchomiła program ExoMars (Egzobiologia na Marsie) misja w kosmos. Ta dwuczęściowa misja, będąca wspólnym projektem ESA i Roscosmos, składała się z Trace Gas Orbiter (TGO) i Schiaparelli lądownik, z których oba przybyły na orbitę wokół Marsa w październiku 2016 r Schiaparelli rozbił się podczas próby wylądowania, TGO dokonał imponujących wyczynów.
Na przykład w marcu 2017 r. Orbiter rozpoczął serię manewrów akrobacyjnych, podczas których zaczął obniżać swoją orbitę, aby wejść w cienką atmosferę Marsa i zwolnić. Według Armelle Hubault, Inżyniera Operacji Kosmicznych na TGO Zespół kontroli lotów, misja ExoMars poczyniła ogromne postępy i jest na dobrej drodze do ustanowienia swojej ostatecznej orbity wokół Czerwonej Planety.
TGO misją było badanie powierzchni Marsa, scharakteryzowanie rozmieszczenia wody i chemikaliów pod powierzchnią, badanie ewolucji geologicznej planety, identyfikacja przyszłych miejsc lądowania oraz poszukiwanie możliwych biosignatur z dawnego życia na Marsie. Po ustaleniu ostatecznej orbity wokół Marsa - 400 km od powierzchni - TGO będzie idealnie przygotowany do prowadzenia tych badań.
ESA wydała także grafikę (pokazaną powyżej) demonstrującą kolejne orbity TGO dokonał odkąd rozpoczął aerobraking - i będzie kontynuował do marca 2018 r. Podczas gdy czerwona kropka wskazuje na orbitę (i niebieska linia na bieżącej orbicie), szare linie pokazują kolejne redukcje na TGO okres orbitalny. Pogrubione linie oznaczają skrócenie o 1 godzinę, podczas gdy cienkie linie oznaczają skrócenie o 30 minut.
Zasadniczo pojedynczy manewr aerobrakowy polega na tym, że orbiter przechodzi do górnej atmosfery Marsa i opiera się na swoich układach słonecznych, aby generować niewielki opór. Z czasem proces ten spowalnia statek i stopniowo obniża orbitę wokół Marsa. Jak niedawno opublikował Armelle Hubault na blogu ESA dotyczącym rakiet:
„Zaczęliśmy na największej orbicie z apocentrum (najdalsza odległość od Marsa na każdej orbicie) 33 200 km i orbitą 24 godziny w marcu 2017 r., Ale musieliśmy zatrzymać się latem ubiegłego roku ze względu na to, że Mars był w połączeniu. W sierpniu 2017 r. Wznowiliśmy aerobraking i jesteśmy na dobrej drodze do finałowej orbity naukowej w połowie marca 2018 r. Na dzień 30 stycznia 2018 r. Spowolniliśmy ExoMars TGO o 781,5 m / s. Dla porównania prędkość ta jest ponad dwukrotnie większa niż prędkość typowego samolotu odrzutowego na duże odległości. ”
Na początku tego tygodnia orbiter przeszedł przez punkt, w którym zbliżył się do powierzchni na swojej orbicie (przejście w perycentrum, reprezentowane przez czerwoną linię). Podczas tego podejścia statek zanurzył się w najwyższą atmosferę Marsa, co przeciągnęło samolot i spowolniło go jeszcze bardziej. Na obecnej orbicie eliptycznej osiąga maksymalną odległość 2700 km (1677 mil) od Marsa (apocentrum).
Pomimo swojej wieloletniej praktyki, aerobraking pozostaje znaczącym wyzwaniem technicznym dla zespołów misyjnych. Za każdym razem, gdy statek kosmiczny przepływa przez atmosferę planety, jego kontrolerzy lotów muszą upewnić się, że jego orientacja jest właściwa, aby zwolnić i zapewnić stabilność statku. Jeśli nawet ich obliczenia nie są wystarczające, statek kosmiczny może zacząć wymykać się spod kontroli i zboczyć z kursu. Jak wyjaśnił Hubault:
„Musimy regularnie dostosowywać naszą wysokość perycentrum, ponieważ z jednej strony marsjańska atmosfera różni się gęstością (więc czasami hamujemy więcej, a czasem hamujemy mniej), az drugiej strony grawitacja marsjańska nie jest wszędzie taka sama (więc czasami planeta ściąga nas w dół, a czasem trochę odpływamy). Staramy się pozostać na wysokości około 110 km, aby uzyskać optymalny efekt hamowania. Aby utrzymać kontrolę nad pojazdem kosmicznym, codziennie przesyłamy nowy zestaw poleceń - więc dla nas, dla dynamiki lotu i dla zespołów stacji naziemnej, jest to bardzo wymagający czas! ”
Następnym krokiem zespołu sterującego lotem jest użycie pędników statku kosmicznego do manewrowania statkiem kosmicznym na jego końcowej orbicie (reprezentowanej przez zieloną linię na schemacie). W tym momencie statek kosmiczny znajdzie się na swojej końcowej orbicie przekaźnikowej danych naukowych i operacyjnych, gdzie będzie na mniej więcej okrągłej orbicie około 400 km (248,5 mil) od powierzchni Marsa. Jak napisał Hubault, proces wprowadzenia TGO na ostatnią orbitę pozostaje trudny.
„Obecnie głównym wyzwaniem jest to, że ponieważ nigdy nie wiemy z góry, jak bardzo statek kosmiczny zostanie spowolniony podczas każdego przejścia w perycentrum, nigdy też nie wiemy dokładnie, kiedy zamierza nawiązać kontakt z naszymi stacjami naziemnymi po wskazaniu Ziemia - powiedziała. „Pracujemy z 20-minutowym„ oknem ”do akwizycji sygnału (AOS), gdy stacja naziemna najpierw łapie sygnał TGO podczas dowolnej widoczności stacji, podczas gdy zwykle w przypadku misji międzyplanetarnych mamy ustalony z góry ustalony czas AOS.”
Ponieważ okres orbitowania statku kosmicznego jest teraz skrócony do mniej niż 3 godzin, zespół kontroli lotów musi teraz wykonywać to ćwiczenie 8 razy dziennie. Gdy TGO osiągnie swoją ostateczną orbitę (do marca 2018 r.), Orbiter pozostanie tam do 2022 r., Służąc jako przekaźnikowy satelita telekomunikacyjny do przyszłych misji. Jednym z jego zadań będzie przekazywanie danych z ESA ExoMars 2020 misja, w skład której wejdzie europejski łazik i rosyjska platforma nawodna rozmieszczone na powierzchni Marsa wiosną 2021 r.
Wraz z NASA Mars 2020 łazik, ta para łazik / lądownik będzie najnowszą z długiej serii robotycznych misji, które chcą odkryć tajemnice przeszłości Marsa. Ponadto misje te przeprowadzą kluczowe dochodzenia, które utorują drogę do ewentualnych misji powrotnych próbek na Ziemię, nie mówiąc już o załodze na powierzchnię!
