Lądownik misji ExoMars osiądzie na powierzchni Marsa

Misję ExoMars prowadzą: Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) i Agencja Kosmiczna Federacji Rosyjskiej - Roskosmos. Projekt jest dwuetapowy. Pierwszy etap obejmował wystrzelenie sondy orbitalnej Trace Gas Orbiter (TGO) oraz lądownika Entry, Descent and landing demonstrator Module (EDM), znanego jako Schiaparelli. Zostały one wyniesione w kosmos z kosmodromu Bajkonur 14 marca 2016 r. i podróżowały do Marsa wspólnie. Z kolei drugi etap będzie polegać na wystrzeleniu w roku 2020 lądownika wraz z łazikiem do badań egzobiologicznych i geochemicznych na powierzchni Marsa.

Naukowe i technologiczne cele misji

Główne naukowe cele misji to: poszukiwanie potencjalnych śladów życia na Marsie (obecnego albo dawnego, nazwa misji jest właśnie nawiązaniem do tego zadania), badania rozmieszczenia wody na różnych głębokościach, badania powierzchni i zidentyfikowanie potencjalnych zagrożeń dla przyszłej misji załogowej, badania prowadzone pod powierzchnią gruntu, aby lepiej zrozumieć ewolucję Marsa.

Cele technologiczne zaś to: przetestowanie lądowania dużej platformy na Marsie, testowanie wykorzystania energii słonecznej na powierzchni planety, wiercenie w marsjańskim gruncie na głębokość 2 metrów, testowanie rozwiązań dla kolejnych generacji marsjańskich łazików.

Elementy zbudowane w Polsce

W ramach misji ExoMars wykorzystano elementy zbudowane w Polsce. W Centrum Badań Kosmicznych PAN w Warszawie został zaprojektowany i wybudowany moduł zasilania do kamery CaSSIS, przy czym elementy zasilania montowała na zlecenie instytutu polska firma Creotech Instruments S.A. Z kolei na pokładzie lądownika zainstalowano detektory podczerwieni wyprodukowane przez firmę Vigo System S.A. z Ożarowa Mazowieckiego. Detektorów tych ESA użyła do stworzenia radiometrów ICOTOM w systemie COMARS+ służącym do monitoringu zewnętrznej powłoki lądownika.

W niedzielę, czyli na trzy dni przed planowanym lądowaniem, Schiaparelli oddzielił się od sondy Trace Gas Orbiter. 12 godzin po odłączeniu sonda skorygowała swój kurs, żeby uniknąć wejścia w atmosferę i znaleźć się na orbicie wokół Marsa. Z kolei Schiaparelli nadal pozostał w trybie hibernacji, aby ograniczyć zużycie energii. Wybudzi się dopiero na krótko przed wejściem w atmosferę Marsa, które nastąpi na wysokości 122,5 km i przy prędkości około 21 tysięcy km/h.

Ważne sześć minut

W środę, 19 października, rozpocznie się lądowanie. Najpierw Schiaparelli będzie wytracać prędkość przy pomocy aerodynamicznych osłon cieplnych. Na wysokości 11 km, przy prędkości 1650 km/h, otworzy się spadochron, który ma obniżyć prędkość do 250 km/h. Potem lądownik odrzuci przednią osłonę i włączy dopplerowski wysokościomierz radarowy oraz miernik prędkości, aby ustalić swoją pozycję i prędkość względem Marsa.

Na wysokości około 1 km, po odrzuceniu tylnej osłony termicznej i spadochronu, uruchomione zostaną trzy silniki na paliwo ciekłe (używające hydrazyny), aby obniżyć prędkość do mniej niż 7 km/h. Na wysokości 2 metrów nad powierzchnią silniki zostaną wyłączone i lądownik opadnie na marsjański grunt. Upadek ma zamortyzować specjalna struktura na spodzie lądownika. Cała procedura od wejścia w atmosferę do wylądowania potrwa mniej niż sześć minut.

Bezpieczne lądowanie

Jako miejsce lądowania wybrano równinę Meridiani Planum, niedaleko pozycji, w której w 2004 roku wylądował amerykański łazik Opportunity. Na tym obszarze występują dawne warstwy hematytów (tlenków żelaza), które w przypadku Ziemi powstają w środowisku zawierającym ciekłą wodę. Poza tym wiadomo, że obszar ten jest bezpieczny do lądowania.

Sygnał od lądownika będzie docierał na Ziemię poprzez orbitalną sondę Trace Gas Orbiter (TGO). Pomogą w tym także inne sondy krążące obecnie wokół Marsa, europejska Mars Express i amerykańska Mars Reconnaissaince Orbiter. ESA spodziewa się otrzymać około 100 megabitów danych od lądownika, w tym 50 megabitów danych naukowych.

Schiaparelli ma przede wszystkim przetestować w praktyce procedurę lądowania, ale zostanie również wykorzystany naukowo. Instrumenty naukowe mają działać przez dwa do czterech dni po lądowaniu.

Badania otoczenia

DREAMS (Dust Characterisation, Risk Assessment, and Environment Analyser on the Martian Surface) będzie przy pomocy kilku czujników badać otoczenie - mierzyć prędkość wiatru, jego kierunek, wilgotność, ciśnienie, temperaturę, przezroczystość atmosfery, pola elektryczne w atmosferze. Z kolei AMELIA będzie zbierać dane w trakcie wejścia w atmosferę i lądowania. Zestaw instrumentów COMARS+ ma służyć do monitorowania ciepła na tylnej osłonie Schiaparelliego, gdy ten będzie leciał przez atmosferę. Dodatkowo na powierzchni lądownika, która będzie skierowana ku zenitowi, zamontowano mały zestaw laserowych świateł odblaskowych o nazwie INRRI, który posłuży jako cel dla sond orbitalnych do laserowego zlokalizowania lądownika.

Z kolei sonda orbitalna będzie przede wszystkim badań zawartość i rozmieszczenie metanu oraz innych gazów śladowych w marsjańskiej atmosferze, takich jak para wodna, dwutlenek azotu, acetylen. Będzie też śledzić ich zmienność w różnych porach roku.

Zmiany koncepcji projektu

Lądownik Schiaparelli ma masę 577 kilogramów. Połowę stanowi właściwa platforma lądownika, 46 kg to paliwo, reszta to m.in. osłony termiczne pozwalające przetrwać temperatury, które w trakcie lotu przez atmosferę mogą osiągnąć 1750 stopni Celsjusza. Wymiary zewnętrze to 2,4 metra szerokości i 1,8 metra wysokości, z kolei ukryta wewnątrz platforma lądownika mierzy 1,7 metra.

Pierwsze lata przebiegu projektu ExoMars nie były łatwe, zmianom ulegała także koncepcja, co dokładnie poleci na Marsa. O tego typu misji zaczęto myśleć w 2001 roku w ramach projektu Aurora. W pierwotnej wersji projekt został zaakceptowany przez ESA w 2005 roku. Początkowo start miał nastąpić w 2011 roku z kosmodromu Kourou w Gujanie Francuskiej, przy pomocy rakiety nośnej Sojuz-2b/Fregat, a lądowanie w 2013 roku. Jednak z powodu awarii amerykańskiej sondy Mars Global Surveyor i niepewności co do możliwości wykorzystania innej amerykańskiej sondy orbitalnej Mars Reconnaissance Orbiter do przekazywania sygnału na Ziemię, w roku 2006 postanowiono, że projekt ExoMars obejmował będzie także dodatkowego satelitę, a całość wyniesie w roku 2013 rakieta Ariane 5.

Później jednak zrezygnowano z tego pomysłu i ESA podpisała umowę z Roskosmosem, a planowaną rakietę nośną zmieniono na rosyjski Proton. To jednak nie był koniec perypetii, bowiem wkrótce ustalono współpracę z NASA pod nazwą Mars Exploration Joint Initiative i podzielono projekt na sondę orbitalną i dwa łaziki, które miała wynieść amerykańska rakieta Atlas V, a sposób lądowania byłby podobny do amerykańskiego rozwiązania z misji Mars Science Laboratory.

Koszt części misji – 1,3 mld euro

Jednak w roku 2012 r. NASA wycofała się z projektu ExoMars i ponownie skierowano się w stronę Rosji (rakieta nośna Proton M), a Roskosmos został pełnoprawnym partnerem projektu. We wrześniu 2015 roku przełożono start z powodu awarii sensorów w systemie napędowym lądownika Schiaparelli. Z kolei w styczniu 2016 r. ogłoszono, że z powodów finansowych drugi etap misji będzie musiał zostać przesunięty i w końcu zdecydowano się na rok 2020.

Ostatecznie pierwszą misję udało się wystrzelić w kosmos 14 marca 2016 r. z kosmodromu Bajkonur przy pomocy rakiety Proton M.

Po tych wszystkich zmianach obecnie w pierwszym etapie misji ESA jest odpowiedzialna za sondę orbitalną Trace Gas Orbiter (TGO) oraz lądownik Schiaparelli, natomiast Roskosmos za rakietę nośną oraz dwa z instrumentów naukowych na pokładzie TGO. W drugim etapie Roskosmos również zapewni wystrzelenie z Ziemi przy pomocy rakiety Proton, przygotuje lądownik i kilka instrumentów naukowych dla łazika, z kolei ESA opracuje łazik i część jego instrumentów naukowych.

Koszt misji po stronie Europejskiej Agencji Kosmicznej wyniesie 1,3 miliarda euro.

Więcej informacji o misji ExoMars można znaleźć na przygotowanej przez ESA stronie internetowej.