ExoMars 2020: możliwe lokalizacje badań

esa_logo_small_2Oxia Planum i Mawrth Vallis – to nazwy dwóch marsjańskich krain zarekomendowanych jako potencjalne miejsce lądowania i badań europejskiej misji ExoMars. Obserwacje satelitarne wskazują, że w przeszłości krainy te były bogate w wodę w stanie ciekłym. Jeśli przypuszczenia te okażą się prawdziwe, roboty ExoMars będą mogły wziąć pod lupę formacje geologiczne wartościowe z punktu widzenia astrobiologii.

Z technicznego punktu widzenia obie lokalizacje oferują warunki sprzyjające lądowaniu platformy ExoMars. Przede wszystkim obszar lądowania (elipsa o wymiarach 120 x 19 km) musi być równiną pozbawioną gęsto rozsianych skał i większych kamieni. Mogłyby uszkodzić platformę w trakcie lądowania lub zablokować “rozpakowywanie” ładunku, czyli zamkniętego w środku łazika. Dodatkowo niskie położenie obu krain pozwoli maksymalnie wykorzystać spadochrony hamujące opadającego robota.

Zaproponowane lokalizacje leżą niewiele na północ od równika planety i dzieli je zaledwie kilkaset kilometrów. Krainy poprzecinane są kanałami, które najprawdopodobniej stanowiły kiedyś ujścia dla rzek płynących z południowych wyżyn do położonego na północy oceanu. Oznacza to bogactwo materiałów osadowych, w których mogło zachować się wiele wartościowych informacji o przeszłości planety. Przypuszczenia te potwierdzają obserwacje satelitarne.

_86228521_molamap

Kandydaci do miejsca badań ExoMars 2020

Zdaniem naukowców woda w stanie ciekłym mogła pokrywać te obszary przez okres kilkuset milionów lat. To wystarczająco długo by proste jednokomórkowe organizmy wyewoluowały w bardziej zaawansowane formy życia.

Planując ExoMars naukowcy ESA rozważali wiele możliwych lokalizacji do badań, ostatecznie wybór padł na dwie wymienione w tym poście. Specjalnie powołana w tym celu Landing Site Selection Working Group skupi się teraz na przeanalizowaniu kandydatów pod kątem istotnych detalów.

Grupa będzie szukać miejsc, w których łazik powinien wwiercić się pod powierzchnię by pobrać materiał skalny do badań. To pierwszy raz, gdy będziemy mieli okazję zajrzeć głębiej pod powierzchnie Marsa. Naszkicowane zostaną potencjalne trasy przejazdów, którymi od 2020 roku poruszać się będzie europejski robot. Z technicznego punktu grupa bierze pod uwagę takie czynniki jak rozmieszczenie i wielkość skał, nachylenie terenu czy miałkość podłoża. Należy dołożyć starań, żeby łazik nie zakopał się w niepewnym marsjańskim gruncie i maksymalnie wykorzystał swój potencjał naukowy.

Misja ExoMars 2020 składa się z dwóch modułów – mobilnego robota wyposażonego w instrumenty do badań geologicznych i kamery oraz platformy lądownika, która po lądowaniu i uwolnieniu robota prowadzić będzie pomiary meteorologiczne na miejscu. Orbitujący Marsa satelita ExoMars TGO poza obserwacją atmosfery będzię pośredniczył w komunikacji robotów na powierzchni planet z naukowcami na Ziemi.

Przygotowania do badań TGO w ramach misji ExoMars

esa_logo_small_2Misja ExoMars wkroczyła w kolejną fazę. Orbiter TGO, który od 19. października 2016 roku krąży wokół Czerwonej Planety rozpoczął serię pomiarów kalibracyjnych, które mają przygotować go do badań atmosfery Marsa. Ostatnie dni to intensywna kampania testów wyposażenia robota. Naukowcy chcą dostroić bagaż naukowy zanim rozpoczną etap hamowania w atmosferze, który sprowadzi Trace Gas Orbiter na regularną orbitę dookoła planety, 400 km nad jej powierzchnią.

W tej chwili TGO okrąża Marsa po wysoce eliptycznej orbicie raz nurkując w atmosferę na wysokość ok 300 km a potem oddalając się od Marsa o prawie 100 tyś km. Pełna orbita trwa obecnie 4.2 dni. W chwili dotarcia do Marsa orbiter krążył po orbicie mniej więcej równoległej do równika Marsa. Po pierwszych manewrach przygotowujących do hamowania atmosferycznego, które odbyły się na początku tego roku, inklinacja (kąt między płaszczyznami orbity i równika planety) TGO wynosi 74 st, co pozwala jej na lepszą obserwację obydwu półkul planety oraz komunikację z robotami znajdującymi się na powierzchni.

exomars_science_orbit_1

Grafika pokazuje obserwacje naukowe TGO wykonane w trakcie jednej orbity dookoła Marsa w pierwszej fazie misji. Pojedyńcze pomiary uruchamiane były w określonych momentach na orbicie, co przedstawiono za pomocą kolorowych pasków i kropek.

Piloci misji w tej chwili dostrajają bagaż naukowy sondy. Dwa spektrometry są kalibrowane do pomiarów światła słonecznego przechodzącego przez atmosferę planety. Dzięki kalibracji nauczą się one również „podążać” za wskazanym obiektem. Uzyskane w ten sposób pomiary mają dostarczyć interesujących danych na temat gazowej powłoki Marsa. Przy okazji kalibracji TGO zrobi serię zdjęć Marsa w momencie największego zbliżenia.

Proces hamowania w górnej atmosferze rozpocznie się 15. marca i potrwa okrągły rok.

ExoMars u celu, ciąg dalszy

Schiaparelli_separating_from_Trace_Gas_Orbiter-1-2.jpg

Po blisko 500 mln km podróży i niecały milion km przed Marsem roboty ExoMars wykonały dwa manewry: oddzielenia moduł Schiaparelli od Trace Gas Orbiter (w niedziele, 16.10) oraz wejścia TGO na orbitę Marsa (w poniedziałek, 17.10). Operacje przebiegły zgodnie z planem i obydwa roboty mogą bez przeszkód kontynuować misję.

Komunikaty radiowe potrzebują około 10 minut, żeby pokonać drogę z Ziemi do satelity i tyle samo czasu musimy czekać na potwierdzenia z robota oddalonego o miliony kilometrów. Wszystkie dane z aparatury nawigacyjnej satelity, informacje o jej „zdrowiu” i te zarejestrowane przyrządami naukowymi odbieramy na Ziemi z takim samym opóźnieniem, dlatego operacje związane z nawigacją bardzo odległych satelitów należy szczegółowo planować.

cu5lol_wyaalncb

Space Operations Centrum w Dramstadt, Niemcy na godzinę przed zaplanowanym manewrem

W związku z powyższym zdalne sterowanie „na żywo” jest niemożliwe. Jeśli chcemy wpłynąć na lot satelity po odległej orbicie, musimy przekazać mu paczkę instrukcji, które ten po otrzymaniu wykona krok po kroku, w miarę swoich możliwości. Jeśli w zaplanowanej sekwencji zabrakłoby istotnego detalu, na przykład polecenia wznowienia komunikacji z Ziemią, misje spotkałby tragiczny los – orbiter pozbawiony możliwości sterowania dołączyłby do tysięcy ciał niebieskich orbitujących Słońce. Pułapek związanych z planowaniem kosmicznych misji jest znacznie więcej…

Odłączenie modułu lądownika od satelity wiązało się ze zmianą masy obydwu robotów, pędzących z zawrotną prędkością blisko 6km/s (relatywnie do Marsa). To nie pozostało obojętne do stabilności ich lotu. Aby uniknąć ryzyka uszkodzenia, antena wysokiego zysku orbitera TGO złożyła się przed manewrem rozłączenia i na Ziemię docierał jedynie sygnał nadawany z niewielkiej anteny LGA, pozwalający określić trasę i stabilność satelity (dane telemetryczne liczone na podstawie efektu Dopplera – nauka to fajna rzecz, clrk). Szczegółowe informacje z podsystemów robota oraz odbieranie i nadawanie skomplikowanych sygnałów wymagają przepustowości, którą oferuje wyłącznie antena kierunkowa HGA (wyłączona na czas manewru ze względu na ryzyko uszkodzenia). Dlatego piloci misji na potwierdzenie musieli czekać do czasu aż TGO wykona cały zaplanowany program.

cu8cfaexgaevypa

Sygnał z HGA potwierdzający powodzenie operacji odłączenie lądownika od satelity, źródło: ESA Operations@Twitter.com

Szczęśliwie dla europejskiej i rosyjskiej agencji kosmicznej na kwadrans przed 7 wieczorem w niedzielę 16.10 radioteleskopy na Ziemi wznowiły komunikację z TGO – robot nadał potwierdzenie odłączenia modułu lądownika, co w centrum sterowania przyjęto z wielką ulgą.

Wymierzony z precyzją mistrza rzutów lotką lądownik mknie teraz w kierunku atmosfery Marsa. Obliczenie odpowiedniego kąta wejścia w gazową otoczkę planety było bardzo ważnym elementem planu. Gdyby kąt natarcia był zbyt duży, robot spłonąłby w atmosferze w wyniku przegrzania tarczy ochronnej. Jeden stopień za mało i Schiaparelli minąłby planetę mknąc bez celu w kierunku kosmicznej pustki.

Moduł lądownika nie ma możliwości ładowania baterii i tuż po odłączeniu od satelity przełączył się w tryb hibernacji, żeby zaoszczędzić ograniczony zapas energii. Kilowatogodziny zgromadzone w bateriach mają wystarczyć mu na przeprowadzenie manewru lądowania i 3-4 dni badań na powierzchni planety. Robot ma obudzić się na chwilę przed wejściem w atmosferę Marsa około godziny 16:42 w środę 19.10 czasu polskiego.

Satelita TGO pozbawiony ciężkiego lądownika mógł skorgować prędkość i tor lotu odpalając dwukrotnie niewielkie silniki odrzutowe. Pierwszy raz na niecałą minutę w celu poprawienia kierunku i drugi raz na ponad dwie godziny, żeby zwolnić o 1550 m/s. Teraz robot może zostać przechwycony przez grawitację Marsa. Gdyby oddzielenie lądownika od orbitera nie powiodło się, masa połączonych robotów byłaby zbyt duża dla hamującej siły silników odrzutowych i satelicie nie udałoby się wejść na orbitę dookoła Marsa. W takim wypadku piloci ExoMars musieliby czekać aż dwa lata (!) aż robot wykona pełną orbitę dookoła Słońca, tracąc przy tym prędkość wystarczająco, by przy następnym spotkaniu dać się przechwycić przez przyciąganie Czerwonej Planety.

tgoedm-arrival-512x384

Klatka z symulacji lotu TGO i lądownika Schiaparelli u celu podróży, źródło: ESA

W następnym poście postaram się streścić przebieg lądowania lądownika Schiaparelli na powierzchni planety. Do usłyszenia!

na podst. spaceflight101.com

Misja ExoMars wystartowała

pobranePierwsza z dwóch misji na Marsa realizowanych wspólnym wysiłkiem ESA i Roskosmos właśnie rozpoczęła 7-miesięczną podróż w kierunku Czerwonej Planety. Po dotarciu na orbitę europejski satelita rozpocznie badania marsjańskiej atmosfery.

Misja ExoMars wystartowała 14. marca o godzinie 10:31 (czasu środkowoeuropejskiego) z kosmodromu Bajkonur. Badawcze combo, satelitę Trace Gas Orbiter oraz moduł lądownika Schiaparelli, wyniosła na orbitę rosyjska rakieta Proton-M.

Ucieczka z ziemskiej grawitacji na okołosłoneczną orbitę transferową trwała do godziny 21:13 CET. Kilka minut później centrum kontroli w Darmstadt w Niemczech potwierdziło powodzenie startu i dobry stan ładunku. Satelita rozłożył panele słoneczne i jest w drodze na Marsa.

Start rakiety Proton M

Start rakiety Proton M z ładunkiem ExoMars

Podróż do celu potrwa do połowy października b.r. Po rozdzieleniu niecały 1 mln. km od planety moduł lądownika skieruje się na powierzchnię a satelita pozostanie na jej orbicie.

Misja naukowa TGO rozpocznie się 7 miesięcy po osiągnięciu Czerwonej Planety. Przez ten czas będzie on starał się ustabilizować swoją orbitę.

Lądownik Schiaparelli to test oraz demonstracja europejskiej technologii lądowania. Po udanym zejściu na powierzchnię moduł wykona kilka badań, m.in. nad powstawaniem burz pyłowych. Próba lądowania na Marsie to rozgrzewka przed następnym etapem ExoMars, który przewiduje wysłanie na powierzchnię łazika.

TGO będzie prowadził badania z wysokości 400km, poszukując rzadkich gazów w atmosferze planety. Wyposażenie satelity umożliwi odnalezienie wodnego lodu ukrytego pod powierzchnią planety, odkrycie źródła metanu oraz umożliwi komunikację z łazikiem ExoMars 2018.

Więcej informacji o ExoMars niebawem.

ExoMars: Jest porozumienie ESA i Roskosmos

Porozumienie ESA/Roskosmos w sprawie ExoMars. Na zdj. J-J. Dordain, V. Popovkin. Źródło: esa.int

J-J. Dordain, V. Popovkin po podpisaniu porozumienia, źródło: esa.int

14. marca ESA i Roskosmos podpisały porozumienie w sprawie wspólnej realizacji projektu ExoMars, którego start przewidziano na 2016 i 2018 rok. Celem misji będzie ustalenie czy życie kiedykolwiek istniało na Marsie. To jedno z najistotniejszych pytań naszych czasów i priorytet misji dowiadujemy się na stronie ESA. Porozumienie podpisali szefowie obu agencji – J.J. Dordain z ESA oraz V. Popovkin z Roskosmosu

Porozumienie dotyczy „podziału obowiązków” przy realizacji ExoMars. Europejska agencja dostarczy orbiter TGO (Trace Gas Orbiter) oraz moduł EDM (Entry, Descent and Landing Demonstrator Module) na pierwszy start w 2016 roku a dwa lata później zapakowanego w kapsułę kosmiczną łazika. Roskosmos ma zapewnić rakiety nośne dla dwóch lotów oraz lądownik dla łazika w 2018 roku. Obie agencje pracują nad naukowym wyposażeniem misji. Porozumienie przewiduję ścisłą współpracę nad misją, gdy ta osiągnie Marsa.

Poza realizacją celów naukowych ExoMars ma być sprawdzianem/demonstracją europejskiej technologii eksploracji innych planet i przygotowaniem do kolejnego kroku w badaniach Czerwonej Planety – misji dostarczenia na Ziemię próbek.

Łazik ExoMars. Klik otworzy obrazek w pełnej rozdzielczości, źródło esa.int.

Łazik ExoMars. Klik otworzy obrazek w pełnej rozdzielczości, źródło esa.int.

ExoMars 2016 składa się z dwóch elementów – orbitera TGO i lądownika EDM. Orbiter będzie poszukiwał w marsjańskiej atmosferze rzadkich gazów, m.in. metanu a od 2018 roku posłuży jako środek łączności łazika ExoMars z Ziemią. EDM ma być eksperymentem testującym europejskie rozwiązanie lądowania na powierzchni Czerwonej Planety. Doświadczenie tego eksperymentu ma posłużyć się budowie lądownika na misję w 2018 roku.

Drugi etap misji ExoMars wystartuje w 2018 roku. Łazik misji będzie poszukiwał śladów życia na powierzchni (obecnych i z odległej przeszłości). Będzie mógł wiercić w powierzchni na głębokość do 2 metrów pobierając materiał do badań niedostępny dla obecnych misji. Na powierzchnie dostarczy go rosyjski lądownik, wyposażony w dodatkowe instrumenty naukowe.

Szefowie agencji z zadowoleniem przystąpili do porozumienia. W misji będzie miała swój udział także amerykańska NASA. Pierwszy start zaplanowano na styczeń 2016 roku.

na podst. esa.int

Szansa dla ExoMars

Dodatkowy budżet w wysokości 80 mln euro trafił na konto rezlizacji ExoMars. Tym samym dotychczasowe wydatki na europejski projekt badania atmosfery i lądowania na Czerwonej Planecie urosły do 481 mln euro. Całkowity koszt misji szacuje się na 1,2 mld euro. ESA przewiduje, że do 2016 roku jest w stanie przeznaczyć na ten cel do 850 mln euro. Budżet ExoMars jest wciąż bardzo niepewny.

Decyzję o dodatkowych środkach podjęto na spotkaniu zarządu ESA w siedzibie agencji w Paryżu 14. czerwca. Następne spotkanie i dyskusja nad funduszem ExoMars zaplanowane jest na listopad. Wtedy agencja ma ostatecznie zadecydować czy jest misja, wspierana przez Rosję dojdzie do skutku.

ExoMars składa się z dwóch etapów. W 2016 roku rosyjska rakieta Proton miałaby wynieść na orbitę Marsa satelitę komunikacyjnego oraz lądownik. Dwa lata później, w 2018 roku kolejny Proton miałby dostarczyć na Czerwoną Planetę kapsułę z europejskim łazikiem. Pomimo zainwestowania na ten cel blisko 500 mln euro wciąż nie ma pewności, czy misja dojdzie do skutku.

Główny podwykonawca ESA, Thales Alenia Space przyznaje, że finansowanie na raty to nie najszczęśliwszy sposób realizowania programu. Firma zapewnia jednak, że dołoży wszelkich starań, żeby w terminie ukończyć prace nad satelitą i lądownikiem.

Z zainteresowaniem przyglądamy się pracy nad ExoMars. Teraz, gdy Polska stała się państwem członkowskim ESA możemy mówić, że to także nasza misja.

ExoMars, co dalej?

źródło: ESA

ExoMars to projekt europejskich badań Czerwonej Planety pod kątem obecności (w przeszłości i obecnie) organizmów żywych.

Misja składa się z dwóch części. Pierwszy etap misji (planowany na rok 2016) zakłada wysłanie na orbitę Marsa  satelity badającego marsjańską atmosferę pod kątem występujących tam w śladowych ilościach metanu i innych organicznych gazów. Satelita będzie poszukiwał źródeł tych gazów oraz badał ich naturę. Razem z satelitą ma zostać wystrzelony specjalny moduł EDL, którego zadaniem będzie przetestowanie europejskiej technologii lądowania na powierzchni planety. EDL jest ważny z punktu widzenia drugiej części ExoMars – badań na powierzchni za pośrednictwem zdalnie sterowanego robota.  Celem ma być poszukiwanie aktywności organicznej na Marsie. Początkowo zakładano współpracę z NASA, w 2018 roku na Marsa miały polecieć dwa łaziki – amerykański i europejski. Niestety, amerykanie zrezygnowali z uczestnictwa.

ESA początkowo zakładała współprace z NASA. Amerykanie mieli wystrzelić obydwa ładunki (w 2016 i 2018) na Czerwoną Planetę rakietami Atlas. Amerykańska agencja boryka się z własnymi problemami budżetowymi i nie jest w stanie wziąć udziału w przedsięwzięciu. Pomoc zaoferowała Rosyjska Agencja Kosmiczna. Rosjanie zapowiedzieli, że wystrzelą satelitę i roboty misji ESA rakietami Proton, obiecują również reaktory jądrowe dla europejskich lądowników.

W tej chwili ważą się losy projektu. Europejska Agencja Kosmiczna nie dysponuje środkami na sfinansowanie misji (koszt szacuje na ponad 1,2 mld Euro). Na konferencji 15. maja Prezes ESA Jean-Jacques Dordain przedstawił plan oszczędności, które miałyby zapewnić środki dla ExoMars. Zakłada on między innymi opóźnienie w budowie nowej siedziby ESA oraz przekazywanie całości środków od członków Agencji na poczet ExoMars.

Głosowanie w sprawie przyszłości misji odroczono do dnia 16. czerwca.