In 2013, de European Space Agency en Roscosmos - de Russische overheidsinstantie die verantwoordelijk is voor ruimteonderzoek - kwamen overeen om samen te werken aan ExoMars, de eerste gezamenlijke interplanetaire missie tussen ESA en Rusland. Bij dit project zijn nu wetenschappers van 29 onderzoeksorganisaties betrokken, waaronder MIPT en het Space Research Institute van de Russische Academie van Wetenschappen, die aan Russische zijde de belangrijkste leverancier is van hardware en apparatuur. Tegen deze tijd, het eerste pakket observatie-instrumenten is in een baan om Mars gebracht om kleine chemische componenten van de atmosfeer van de planeet te zoeken die sporen van primitief leven kunnen zijn.

Zelfs als de nieuwe gegevens niet overtuigend blijken te zijn, ze zullen de discussie over de vraag of er ooit leven is geweest op de rode planeet zeker ophitsen. Begin 2018, de ExoMars-satelliet met onderzoeksinstrumenten aan boord zal in zijn operationele baan dalen en beginnen met observaties van de atmosfeer van Mars. Een recent artikel in Space Science Reviews beschrijft de samenstelling en doelstellingen van een van de twee in Rusland gebouwde instrumenten die door de orbiter worden gedragen.

De gezamenlijke ruimtemissie ExoMars van ESA en Roscosmos omvat twee fasen. De eerste begon op 14 maart, 2016, met de lancering van een Proton-M-boosterraket vanuit het Russische ruimtecomplex in Baikonoer, Kazachstan. De raket lanceerde twee modules:de Schiaparelli-lander en de Trace Gas Orbiter (TGO). De twee werden in 226 dagen op Mars afgeleverd, een reis van 500 miljoen kilometer maken.

Schiaparelli was bedoeld om de technologie te testen voor toekomstige landingen. Het probeerde een landing, maar stortte naar de oppervlakte. De doelstellingen van TGO zijn het detecteren van sporengassen in de atmosfeer, waterijsverdeling onder het oppervlak in kaart brengen, en beeldvorming met hoge resolutie uitvoeren, inclusief stereo oppervlaktebeeldvorming.

De gunstige lanceervensters voor Mars-trajecten vinden eens in de ongeveer twee jaar plaats, en de tweede fase van de ExoMars-missie is gepland voor 2020. Een nieuwe lander zal een rover inzetten om autonoom over het oppervlak van Mars te navigeren, het doorgeven van de verzamelde gegevens via TGO. Het belangrijkste doel van de ExoMars-missie is om te onderzoeken of er ooit leven op Mars heeft bestaan.

De TGO-satelliet draagt ​​vier wetenschappelijke instrumenten:een kleurenbeeldvormingssysteem met hoge resolutie, een neutronendetector met hoge resolutie, en twee spectrometersuites. De epithermische neutronendetector en de atmosferische chemiesuite (ACS) werden gebouwd in het Space Research Institute in Moskou.

Het primaire wetenschappelijke doel van TGO is het bestuderen van het klimaat, atmosfeer, en oppervlak van Mars. Met behulp van de ingebouwde detectoren, gevoelig genoeg om sporen van gassen te herkennen, de orbiter zal naar verwachting de twijfels over de aanwezigheid van atmosferisch methaan op Mars wegnemen. Dit gas werd eerder gedetecteerd door telescopen op aarde en NASA's Curiosity-rover.

De in Rusland gebouwde ACS (fig. 1) bestaat uit drie infraroodspectrometers. Het is gevoelig genoeg om sporen van atmosferische gassen zoals methaan, wat een teken kan zijn van geologische of biologische activiteit op Mars. De spectrometers hebben een oplossend vermogen van 10, 000 of meer en een brede spectrale dekking - van 0,7 tot 17 micrometer. Met hun hulp, TGO zal de rol van de belangrijkste atmosferische bestanddelen van Mars verduidelijken:koolstofdioxide, waterdamp, en aerosolen - in het klimaat van de planeet.

Het nabij-infrarood (NIR) kanaal wordt opgevangen door een veelzijdige echelle-spectrometer die het spectrale bereik tussen 0,7 en 1,6 micrometer bestrijkt met een oplossend vermogen van ongeveer 20, 000. Dit apparaat zal zich voornamelijk richten op het meten van waterdamp, spuitbussen, de dagzijde airglows van moleculaire zuurstof, en de nachtelijke luchtgloed veroorzaakt door de fotochemische processen in de atmosfeer van Mars. Waarnemingen in de nabij-infraroodband zullen in drie primaire modi worden uitgevoerd (fig. 2). Namelijk, de zonne-occultatiemetingen van licht dat door de atmosfeer van Mars gaat en het dieptepunt - of "recht naar beneden" - metingen van zonlicht dat wordt gereflecteerd door de planeet en haar eigen straling. Ledemaatmetingen worden ook ondersteund.

Het mid-infrared (MIR) kanaal is een cross-dispersion echelle spectrometer gewijd aan zonne-occultatie metingen in het 2,2-4,4 micrometer bereik. Het heeft een oplossend vermogen van meer dan 50, 000. Door ontwerp, ACS-MIR zal zeer gevoelige metingen doen van het spoorgasgehalte, inclusief methaan- en aerosolconcentraties, en de deuterium-waterstofverhouding. Het behalen van de belangrijkste doelstellingen van de ExoMars-missie zal afhangen van waarnemingen in de midden-infrarode band. Het is grotendeels dit kanaal dat een wetenschappelijke doorbraak belooft.

"Het maakt metingen van de Marsatmosfeer mogelijk die honderden keren nauwkeuriger zijn dan ooit tevoren, " zegt hoofdingenieur Alexander Trokhimovskiy van het Space Research Institute, RAS, die het werk aan ACS-MIR leidde. "Ook, de sonde is op weg naar een baan die vrij frequente waarnemingen van zonne-occultatie mogelijk maakt."

"MIPT heeft algoritmen voor gegevensverwerking ontwikkeld en een algemeen circulatiemodel van de atmosfeer van Mars ontworpen, die nodig is voor het plannen van experimenten en het interpreteren van hun resultaten, " voegt Alexander Rodin toe, het hoofd van het Applied Infrared Spectroscopy Lab bij MIPT.

Bekend als TIRVIM, het derde ACS-instrument is een Fourier-transformatiespectrometer die werkt in het bereik van 1,7-17 micrometer met een resolutie van 0,2-1,3 per centimeter. Het is verantwoordelijk voor het verzamelen van gegevens over het klimaat op Mars:atmosferische temperatuurprofielen, stofgehalte, en oppervlaktetemperatuur. Thermische infraroodmetingen zullen naar verwachting temperaturen van het oppervlak van de planeet tot op een hoogte van ongeveer 60 kilometer in kaart brengen. Het instrument zal het ook mogelijk maken om de optische diepten van stof en wolken op Mars te schatten met een ongeëvenaarde precisie, biedt de mogelijkheid om ozon en waterstofperoxide te detecteren - twee gassen die fundamenteel zijn voor de fotochemie van Mars (fig. 3).

De TIRVIM-detector dankt de eerste helft van zijn naam aan het thermische infrarood, of TIR, spectrale band, maar de drie laatste letters in het acroniem eren Vasily Ivanovich Moroz, de grondlegger van de Russische infraroodspectrometrie en jarenlang hoofd van de afdeling Planetaire Fysica van het Space Research Institute van de Russische Academie van Wetenschappen.