I mars 2016 lanserade Europeiska rymdorganisationen (ESA) ExoMars (Exobiology on Mars) uppdrag i rymden. Detta tvådelade uppdrag bestod av ett gemensamt projekt mellan ESA och Roscosmos Spåra gas Orbiter (TGO) och Schiaparelli lander, som båda anlände till bana runt Mars i oktober 2016. Medan Schiaparelli kraschade under försöket att landa, TGO har genomfört några imponerande prestationer.
Till exempel, i mars 2017, började banan en serie aerobraking manövrar, där det började sänka sin bana för att komma in i Mars tunna atmosfär och bromsa sig ner. Enligt Armelle Hubault, rymdskeppsingenjören på TGO flygkontrollteamet, ExoMars-uppdraget har gjort enorma framsteg och är på god väg att etablera sin sista bana runt Röda planeten.
TGO s Uppdraget har varit att studera ytan på Mars, karakterisera fördelningen av vatten och kemikalier under ytan, studera planetens geologiska utveckling, identifiera framtida landningsplatser och att söka efter möjliga biosignaturer från tidigare Marsliv. När den väl har etablerat sin sista bana runt Mars - 400 km från ytan - TGO kommer att vara idealiskt placerade för att utföra dessa studier.
ESA släppte också en grafik (visas ovan) som visar de på varandra följande kretsarna TGO har gjort sedan det började aerobraking - och kommer att fortsätta att göra fram till mars 2018. Medan den röda pricken indikerar kretsbanan (och den blå linjen sin nuvarande bana), visar de grå linjerna successiva minskningar i TGO s omloppsperiod. De djärva linjerna anger en reduktion på 1 timme medan de tunna linjerna anger en reduktion på 30 minuter.
I huvudsak består en enda aerobraking manöver av omloppsbotten som passerar in i Mars 'övre atmosfär och förlitar sig på sina solpaneler för att generera små mängder drag. Med tiden saktar denna process ner farkosten och sänker gradvis sin bana runt Mars. Som Armelle Hubault nyligen publicerade på ESA: s raketvetenskapsblogg:
”Vi började på den största banan med ett apocenter (det längsta avståndet från Mars under varje bana) på 33 200 km och en bana på 24 timmar i mars 2017, men var tvungna att pausa förra sommaren på grund av att Mars var i samband. Vi återupptog aerobraking i augusti 2017 och är på väg att hamna i den slutliga vetenskapliga bana i mitten av mars 2018. Från och med idag, 30 januari 2018, har vi bromsat ExoMars TGO med 781,5 m / s. Som jämförelse är denna hastighet mer än dubbelt så snabb som hastigheten för ett typiskt långdistansflygplan. "
Tidigare den här veckan passerade orbiten genom den punkt där den närmade sig ytan i sin bana (pericenterpassagen, representerad av den röda linjen). Under detta tillvägagångssätt doppade fartyget väl in i Mars: s översta atmosfär, som drog flyget och bromsade det ytterligare. I sin nuvarande elliptiska bana når den ett maximalt avstånd på 2700 km (1677 mi) från Mars (det är apocenter).
Trots att det var en årtionden gammal praxis är aerobraking fortfarande en betydande teknisk utmaning för missionsteam. Varje gång ett rymdskepp passerar genom en planetens atmosfär måste flygkontrollerna se till att dess riktning är rätt för att bromsa ner och se till att farkosten förblir stabil. Om deras beräkningar är avstängda av lite, kan rymdskeppet börja snurra ut ur kontrollen och vrida sig från kursen. Som Hubault förklarade:
”Vi måste justera vår höjd på järnvägscentret regelbundet, för å ena sidan varierar den martiska atmosfären i densitet (så ibland bromsar vi mer och ibland bromsar vi mindre) och å andra sidan är martian tyngdkraften inte densamma överallt (så ibland planeten drar oss ner och ibland driver vi ut lite). Vi försöker stanna på cirka 110 km höjd för optimal bromseffekt. För att hålla rymdskeppet på rätt spår, laddar vi upp en ny uppsättning kommandon varje dag - så för oss, för flygdynamik och för markstationsteamen är det en mycket krävande tid! "
Nästa steg för flygkontrollteamet är att använda rymdfarkostens thrustare för att manövrera rymdskeppet till dess slutliga bana (representerat av den gröna linjen på diagrammet). Vid denna tidpunkt kommer rymdskeppet att befinna sig i sin slutliga omloppsbana för vetenskap och drift, där det kommer att ligga i en ungefär cirkulär bana cirka 400 km (248,5 mi) från Mars ytan. Som Hubault skrev förblir processen att ta TGO in i sin slutliga bana en utmanande.
”Den största utmaningen för tillfället är att eftersom vi aldrig vet i förväg hur mycket rymdskeppet kommer att bromsas under varje passagerande pericentrum, vet vi heller aldrig exakt när det kommer att återupprätta kontakten med våra markstationer efter att ha pekat tillbaka till Jorden, ”sa hon. "Vi arbetar med ett 20-minuters" fönster "för förvärv av signal (AOS), när markstationen först fångar TGO: s signal under en given stationssynlighet, medan vi normalt har en fast AOS-tid programmerad i förväg för interplanetära uppdrag."
Med rymdfarkostens omloppsperiod nu förkortad till mindre än 3 timmar måste flygkontrollteamet gå igenom denna övning 8 gånger om dagen nu. När TGO har nått sin slutliga omloppsbana (senast mars 2018), kommer orbiten att stanna kvar fram till 2022 och fungera som en telekommunikationsrelä-satellit för framtida uppdrag. En av dess uppgifter kommer att vara att vidarebefordra data från ESA: s ExoMars 2020 uppdrag, som kommer att bestå av en europeisk rover och en rysk ytplattform som kommer att distribueras Mars ytan våren 2021.
Tillsammans med NASA: s Mars 2020 rover, detta rover / lander-par kommer att vara det senaste i en lång rad robotuppdrag som vill låsa upp Mars-hemligheterna tidigare. Dessutom kommer dessa uppdrag att genomföra avgörande undersökningar som kommer att bana väg för eventuella återvändande uppdrag till jorden, för att inte tala om besättningen till ytan!
