I marts 2016 lancerede Det Europæiske Rumorganisation (ESA) ExoMars (Eksobiologi på Mars) mission i rummet. Et toprojekt mellem ESA og Roscosmos, denne to-delede mission bestod af Spor gas orbiter (TGO) og Schiaparelli lander, som begge ankom i kredsløb omkring Mars i oktober 2016. Mens Schiaparelli styrtede ned, mens de forsøgte at lande, TGO har fortsat med at opnå nogle imponerende feats.
For eksempel startede orbiteren i marts 2017 med en række aerobraking manøvrer, hvor den begyndte at sænke sin bane for at komme ind i Mars 'tynde atmosfære og bremse sig selv. Ifølge Armelle Hubault er rumfartøjsoperatøren på TGO Flykontrolteam, ExoMars-missionen har gjort enorme fremskridt og er godt på vej til at etablere sin endelige bane omkring den røde planet.
TGO s mission har været at studere Mars 'overflade, karakterisere fordelingen af vand og kemikalier under overfladen, studere planetens geologiske udvikling, identificere fremtidige landingssteder og at søge efter mulige biosignaturer fra tidligere Marsliv. Når den først har etableret sin endelige bane omkring Mars - 400 km (248,5 mi) fra overfladen - TGO vil være ideelt placeret til at gennemføre disse undersøgelser.
ESA frigav også en grafik (vist ovenfor), der demonstrerer de successive kredsløb TGO har gjort, siden det begyndte at aerobraking - og vil fortsætte med at gøre det indtil marts 2018. Mens den røde prik angiver orbiter (og den blå linje sin nuværende bane), viser de grå linjer successive reduktioner i TGO s orbital periode. De dristige linjer angiver en reduktion på 1 time, mens de tynde linier angiver en reduktion på 30 minutter.
I det væsentlige består en enkelt aerobraking-manøvrering af orbiteren, der passerer ind i Mars 'øvre atmosfære og stoler på dens solpaneler for at generere små mængder træk. Over tid sænker denne proces håndværket og sænker gradvist sin bane rundt om Mars. Som Armelle Hubault for nylig postede på ESAs raketvidenskabsblog:
”Vi startede på den største bane med et apocentre (den længste afstand fra Mars under hver bane) på 33 200 km og en bane på 24 timer i marts 2017, men måtte pause sidste sommer på grund af Mars i forbindelse. Vi genoptog aerobraking i august 2017 og er på vej til at afslutte i den endelige videnskabelige bane i midten af marts 2018. Fra i dag, 30. januar 2018, har vi bremset ExoMars TGO med 781,5 m / s. Til sammenligning er denne hastighed mere end dobbelt så hurtig som hastigheden for et typisk langtransportfly. ”
Tidligere denne uge passerede orbiteren gennem det punkt, hvor den nærmede sig nærmest overfladen i sin bane (pericenterpassagen, repræsenteret af den røde linje). Under denne tilgang dykkede fartøjet godt ned i Mars 'øverste atmosfære, hvilket trækkede flyet og bremsede det yderligere. I sin nuværende elliptiske bane når den en maksimal afstand på 2700 km (1677 mi) fra Mars (dets apocenter).
På trods af at være en årtiers gammel praksis, er aerobraking fortsat en betydelig teknisk udfordring for missionsteams. Hver gang et rumfartøj passerer gennem en planetens atmosfære, er det nødvendigt at dets flyveledere sørger for, at dets orientering er helt rigtigt for at bremse og sikre, at fartøjet forbliver stabilt. Hvis deres beregninger er slået til med lidt, kan rumfartøjet begynde at dreje ude af kontrol og vende væk fra banen. Som Hubault forklarede:
”Vi er nødt til at justere vores pericentrehøjde regelmæssigt, fordi på den ene side den martiske atmosfære varierer i densitet (så nogle gange bremser vi mere, og nogle gange bremser vi mindre), og på den anden side er martian tyngdekraften ikke den samme overalt (så nogle gange planeten trækker os ned og nogle gange driver vi lidt ud). Vi forsøger at forblive i ca. 110 km højde for optimal bremseeffekt. For at holde rumfartøjet på sporet, uploader vi et nyt sæt kommandoer hver dag - så for os, for flydynamik og for jernbanestationholdene, er det en meget krævende tid! ”
Det næste trin for flykontrolteamet er at bruge rumfartøjets thrustere til at manøvrere rumfartøjet ind i dets endelige bane (repræsenteret af den grønne linje på diagrammet). På dette tidspunkt vil rumfartøjet befinde sig i dets sidste videnskab og driftsdata relæbane, hvor det vil være i en omtrent cirkulær bane omkring 400 km (248,5 mi) fra Mars 'overflade. Som Hubault skrev, forbliver processen med at bringe TGO ind i sin endelige bane en udfordrende.
”Den største udfordring i øjeblikket er, da vi aldrig på forhånd ved, hvor meget rumfartøjet vil blive bremset under hver passage på pericentre, og vi ved heller aldrig nøjagtigt, hvornår det skal genoprette kontakten med vores jordstationer efter at have peget tilbage til Jorden, ”sagde hun. "Vi arbejder med et 20-minuters 'vindue' til erhvervelse af signal (AOS), når jordstationen først fanger TGO's signal under en given stationssynlighed, mens vi normalt for interplanetære missioner har en fast AOS-tid programmeret på forhånd."
Da rumfartøjets orbitalperiode nu er forkortet til mindre end 3 timer, skal flyvekontrolteamet gennemgå denne øvelse 8 gange om dagen nu. Når TGO har nået sin endelige bane (inden marts 2018), forbliver orbiteren der indtil 2022, der tjener som en telekommunikationsrelæssatellit til fremtidige missioner. En af dens opgaver vil være at videresende data fra ESA'erne ExoMars 2020 mission, der vil bestå af en europæisk rover og en russisk overfladeplatform, der udsættes overfladen til Mars i foråret 2021.
Sammen med NASA'erne Mars 2020 rover, dette rover / lander-par vil være det seneste i en lang række robotopgaver, der søger at låse hemmelighederne fra Mars forbi. Derudover vil disse missioner gennemføre afgørende undersøgelser, der baner vejen for eventuelle prøveudleveringsmissioner til Jorden, for ikke at nævne besætningen til overfladen!
