ExoMars Trace Gas Orbiter

ExoMars Trace Gas Orbiter

Tipus de missió	sonda planetària i orbitador
Operador	Agència Espacial Europea    Roscosmos
NSSDCA ID	2016-017A
Núm. SATCAT	41388
Durada de la missió	7 anys (planejat)[1][2]
Propietats de la nau
Fabricant	Thales Alenia Space
Massa	enlairament: 3.755 kg càrrega útil: 113,8 kg
Dimensions	3,2 () × 2 () × 2 () m
Potència	~2000 W
Inici de la missió
Llançament espacial Data 14 març 2016 Lloc Site 200, cosmòdrom de Baikonur
Vehicle de llançament	Proton-M (en)
Contractista	Centre de Recerca i Producció Astronàutica Estatal Khrúnitxev
Activitat orbital  Tipus d'òrbita òrbita areocèntrica Excentricitat 0 Periàpside 400 km Apoàpside 400 km Inclinació 74 ° Període 2 h
Orbitador de Mart
Component de la nau	TGO
Inserció orbital	19 d'octubre de 2016 (2016-10-19) (planejat)
Mòdul de descens a Mart
Component de la nau	EDM
Data d'aterratge	19 octubre 2016, 15:24 UTC
Lloc d'aterratge	Meridiani Planum
Telescopi principal
Nom	CaSSIS
Tipus	Tres miralls anastigmàtic
Diàmetre	13,5 cm
Transponedors
Banda	Banda X UHF band
Freqüència	390–450 MHz
Potència del TWTA	65 W
Llista d'instruments NOMAD Nadir and Occultation for Mars Discovery ACS Atmospheric Chemistry Suite CaSSIS Colour and Stereo Surface Imaging System FREND Fine-Resolution Epithermal Neutron Detector
ExoMars Astromòbil ExoMars i Plataforma de superfície ExoMars 2018 →

L'ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) és un orbitador de recerca atmosfèrica i transportador del mòdul de descens Schiaparelli cap a Mart el 2016 com a part de la missió ExoMars liderada per l'ESA.^[3][4] La missió seguirà amb l'astromòbil ExoMars en 2018,^[5] en què l'orbitador TGO llançat en 2016 servirà també com a enllaç de comunicacions entre la Terra i l'astromòbil.

El TGO lliurarà el mòdul de descens estàtic ExoMars Schiaparelli i llavors procedirà a registrar les fonts de metà (CH₄) i altres gasos al planeta roig que podrien ser evidència d'una possible activitat biològica o geològica. Aquesta investigació també ajudarà a seleccionar el lloc d'aterratge de l'astromòbil ExoMars que serà llançat en el 2018, i buscarà biomolècules i biosignatures. El TGO i el mòdul de descens combinats resulten ser la nau espacial més pesant mai enviada a Mart.^[6]

Història

Les investigacions amb els observatoris terrestres i espacials han demostrat la presència de petites quantitats de metà en l'atmosfera de Mart que sembla variar amb la ubicació i l'hora.^[7][8][9] Això pot indicar la presència de vida microbiana a Mart, o un procés geoquímic com pot ser el vulcanisme o activitat hidrotermal.^{[10][11][12][13]}

El repte de discernir la font de metà en l'atmosfera de Mart va portar a la planificació independent per l'ESA i la NASA d'un orbitador cadascun que portaria instruments amb la finalitat de determinar si la seva formació és d'origen biològic o geològic,^[14][15] així com els seus productes de descomposició, com ara el formaldehid i el metanol.

Intent de col·laboració amb la NASA

El Mars Science Orbiter (MSO) de la NASA es va preveure originalment en 2008 amb l'objectiu de llançament de finals de 2013.^[16][17] Els funcionaris de la NASA i l'ESA van acordar en comú els recursos i els coneixements tècnics i col·laborar per posar en marxa un únic vehicle orbital.^[18] L'acord, anomenat Mars Joint Exploration Initiative, es va signar el juliol de 2009 i proposat utilitzar un coet Atlas en comptes d'un Soiuz, que va alterar significativament l'ajust tècnic i financer de la missió ExoMars europea. Atès que l'astromòbil ExoMars es va planejar originalment per ser llançat juntament amb el TGO, un futur acord requeriria que l'astromòbil perdés el pes suficient per adaptar-se a bord del coet Atlas amb l'orbitador de la NASA.^[19] En lloc de reduir la massa del vehicle, gairebé es va duplicar quan la missió es va combinar amb altres projectes per a un programa de múltiples naus espacials dividides en dos llançaments Atlas V:^[18][20][21] l'ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) es va fusionar amb el projecte, que transportaria un mòdul de descens meteorològic programat per al seu llançament en 2016. L'orbitador europeu portaria diversos instruments destinats originalment pel MSO de la NASA, de manera que l'agència estatunidenca va reduir els objectius i es va centrar en els instruments de detecció de traces de gasos atmosfèrics per a la seva incorporació en l'ExoMars Trace Gas Orbiter de l'ESA.^[4][17][22]

Sota el pressupost de l'any fiscal de 2013 del President Obama lliurat el 13 de febrer de 2012, la NASA va posar fi a la seva participació en l'ExoMars a causa de les retallades pressupostàries per tal de pagar per l'excés de despeses del Telescopi espacial James Webb.^[23] Amb fons de la NASA per a aquest projecte cancel·lat, la majoria dels plans de l'ExoMars van haver de ser reestructurats.^[24]

Col·laboració amb Rússia

El 15 de març de 2012, el Consell de governants de l'ESA va anunciar que segueix endavant amb el seu programa ExoMars en col·laboració amb l'Agència Espacial Russa (Roscosmos), amb la previsió de contribuir amb dos vehicles de llançament de càrregues pesants Proton i addicionalment un sistema d'entrada, descens i aterratge per la missió d'astromòbil de 2018.^{[25][26][27][28][29]}

Segons la proposta de col·laboració amb Roscosmos, la missió ExoMars es divideix en dues parts: la missió d'orbitador/mòdul de descens al març de 2016 que inclou el TGO i un mòdul de descens estacionari de 2,4 m de diàmetre fabricat per l'ESA anomenat Schiaparelli;^[30] això serà seguit per la missió ExoMars rover en 2018^[5] —també per ser llançat amb un coet rus Proton.

Especificacions

Les especificacions són les següents:^[31]

Dimensions

• Bus central de 3,5m × 2m × 2m ^[32]

Propulsió

• Motor principal de bicombustible líquid a 424 N que s'utilitzarà per entrar en l'òrbita de Mart i les maniobres

Energia

• 20m² de panells solars enterament coberts amb cèl·lules i capaç de girar en un grau, generant 2000 W de potència a Mart

Bateries

• 2 mòduls de bateries d'ió liti amb aproximadament una capacitat total de 5100 watt hores per proporcionar energia durant els eclipsis durant la missió primària

Comunicació

• Antena d'alt guany de banda X de 2,2 m amb un mecanisme de doble eix i un amplificador de tub d'ona progressiva de RF de 65 W per comunicar-se amb la Terra
• Transceptors de banda UHF Electra amb una sola antena helicoidal per comunicar-se amb els vehicles d'exploració de superfície i mòduls d'aterratge

Control tèrmic

• Control d'eixos de guinyada de la nau espacial per assegurar les tres cares que contenen la càrrega útil científica segueixen fredes

Massa

• 3732 kg – massa del TGO
• 4332 kg – massa de llançament incloent el mòdul de descens Schiaparelli^[6]

Càrrega útil

• Fins a 135,6 kg d'instruments científics

Ciència

El TGO se separarà del mòdul de descens ExoMars Schiaparelli i proporcionarà de relé de telecomunicacions per a 8 sols després de l'aterratge. Llavors el TGO a poc a poc realitzarà una aerofrenada durant set mesos en una òrbita més circular per a les observacions científiques i proporcionarà un relé de comunicacions per a l'ExoMars rover per a ser llançat en 2018, i continuarà servint com un satèl·lit de retransmissió per a futures missions sobre sòl marcià fins al 2022.^[2]

La missió cartografiarà els nivells d'hidrogen just sota la superfície de Mart.^[33] Llocs en els quals es troba l'hidrogen poden indicar dipòsits de gel d'aigua, el que podria ser útil per a futures missions tripulades.

En particular, la missió es caracteritza per la localització de la variació temporal i espacial de les fonts per a una àmplia llista de traces de gasos atmosfèrics. Si es troba metà (CH
4) en presència de propà (C
3H
8) o età (C
2H
6), resulta que hi haurà un fort indici que els processos biològics estan involucrats.^[34] No obstant això, si el metà es troba en la presència de gasos com ara el diòxid de sofre (SO
2), això seria una indicació que el metà és un subproducte dels processos geològics.^[35]

Detecció

La naturalesa de la font de metà requereix mesuraments d'un conjunt de traces de gasos per tal de caracteritzar els possibles processos bioquímics i geoquímics. L'orbitador té una sensibilitat molt alta a (almenys) les següents molècules i els seus isòmers isotòpics: aigua (H
2O), hidroperoxil (HO
2), nitrogen diòxid (NO
2), òxid nitrós (N
2O), metà (CH
4), acetilè (C
2H
2), etilè (C
2H
4), età (C
2H
6), propà (C
3H
8),^{[cal citació]} formaldehid (H
2CO), àcid cianhídric (HCN), àcid sulfhídric (H
2S), sulfur de carbonil (OCS), diòxid de sofre (SO
2), clorur d'hidrogen (HCl), monòxid de carboni (CO) i ozó (O
3). Les sensibilitats de detecció es troben en nivells de 100 parts per trilió, millorat a 10 parts per bilió o millor fent una mitjana d'espectres, que podria ser presa en diversos espectres per segon.^[36]

Caracterització

• La variabilitat espacial i temporal: cobertura de latitud i longitud diverses vegades en un any de Mart per determinar les fonts regionals i les variacions estacionals (informats a ser grans, però encara controvertida amb la comprensió actual de la fotoquímica en fase gasosa a Mart.)
• La correlació de les observacions de concentració amb paràmetres ambientals de temperatura, pols i aerosols de gel (llocs potencials per a la química heterogènia.)

Localització

• Mapeig de múltiples rastrejadors (p. ex., aerosols, vapor d'aigua, CO, CH
  4) amb diferents temps de vida fotoquímics i correlacions ajuda a restringir els models de simulació i els punts de les regions de font/embornal.
• Per aconseguir la resolució espacial requerida per localitzar les fonts podria requerir la localització de molècules en la part ~ 1 per mil milions de concentració.

Càrrega útil

Com el Mars Reconnaissance Orbiter, el Trace Gas Orbiter és un orbitador híbrid de ciència-telecomunicacions.^[37] La massa de la càrrega científica és d'aproximadament de 115 kg i consisteix en:^[38][39]

• Nadir and Occultation for Mars Discovery (NOMAD) conté dos canals d'espectròmetre infraroig i un d'ultraviolat. Desenvolupat per Bèlgica.
• Atmospheric Chemistry Suite (ACS) té tres canals d'espectròmetre infraroig^[40][41] Desenvolupat per Rússia.

NOMAD i ACS proporcionen la més àmplia cobertura espectral dels processos atmosfèrics de Mart fins ara.^[37][42] Dues vegades per òrbita, a l'alba i al capvespre local, que podran observar el Sol que brilla a través de l'atmosfera. És possible la detecció de traces atmosfèriques en nivell de parts per mil milions (de l'anglès parts-per-billion o ppb).

• Color and Stereo Surface Imaging System (CaSSIS) és una càmera estereogràfica d'alta resolució (4,5 m/píxel) per a la construcció de models d'elevació digitals exactes de la superfície de Mart. També serà una eina important per a la caracterització de candidats d'ubicació dels llocs d'aterratge per a futures missions. Desenvolupat per Suïssa.
• Fine Resolution Epithermal Neutron Detector (FREND) és un detector de neutrons que pot proporcionar informació sobre la presència d'hidrogen, en forma d'aigua o minerals hidratats, a la capa superior de la superfície de Mart.^[41] Desenvolupat per Rússia.

Relé de telecomunicacions

A causa dels desafiaments de l'entrada, descens i aterratge, els mòduls d'aterratge de Mart són molt limitats en massa, volum i potència. Per a les missions aterrades, això col·loca severes restriccions en la mida de l'antena i la potència de transmissió, que al seu torn redueixen en gran manera la capacitat de comunicació directa amb la Terra en comparació amb la nau espacial orbital. Com a exemple, la capacitat d'enllaços descendents en els astromòbils Spirit i Opportunity tenir solament 1/600a part la capacitat de baixada de dades de la Mars Reconnaissance Orbiter. La comunicació en relé adreça aquest problema en permetre que els vehicles en la superfície de Mart puguin comunicar-se utilitzant majors velocitats de dades a través d'enllaços de curt abast als orbitadors de Mart propers, mentre que l'orbitador assumeix la tasca de comunicar a través de l'enllaç de llarga distància a la Terra. Aquesta estratègia relé ofereix una varietat de beneficis clau pels mòduls d'aterratge a Mart: l'augment de volum de dades que retornen, els requisits d'energia reduïts, sistema de comunicacions de massa reduïda, augment de les oportunitats de comunicació, les comunicacions robustes d'esdeveniments crítics i ajuda de navegació in situ.^[43] La NASA va proporcionar un relé de telecomunicacions Electra i un instrument de navegació per assegurar les comunicacions entre les sondes i astromòbils en la superfície de Mart i els controladors a la Terra.^[44] El TGO proporcionarà al mòdul de descens Schiaparelli i l'ExoMars rover com un relé de telecomunicacions; a més que també servirà com un satèl·lit de retransmissió per a futures missions fins al 2022.^[2]

Referències

Vegeu també

• Orbitador marcià Mangalyaan
• Astromòbil Mars Science Laboratory
• Mars Exploration Joint Initiative

Enllaços externs

• ESA – EXOMARS Trace Gas Orbiter