Vertraagd door te afromen door de top van de bovenste atmosfeer, ESA's ExoMars heeft zichzelf neergelaten in een planeet-omhelzende baan en staat op het punt om de Rode Planeet te gaan snuiven naar methaan.

De ExoMars Trace Gas Orbiter arriveerde in oktober 2016 bij Mars om de mogelijk biologische of geologische oorsprong van sporengassen in de atmosfeer te onderzoeken.

Het zal ook dienen als een relais, rovers op het oppervlak verbinden met hun controllers op aarde.

Maar voordat dit allemaal op gang kon komen, het ruimtevaartuig moest zijn initiaal transformeren, zeer elliptische vierdaagse baan van ongeveer 98 000 x 200 km naar de finale, veel lager en cirkelvormig pad op ongeveer 400 km.

Verschrikkelijk delicaat

"Sinds maart 2017 we hebben een uiterst delicate 'aerobraking'-campagne gevoerd, waarin we het bevolen om in het piekerige te duiken, bovenste ranken van de atmosfeer eenmaal per omwenteling, het vaartuig vertragen en zijn baan verlagen, ", zegt ESA-vluchtdirecteur Michel Denis.

"Dit maakte gebruik van de zwakke weerstand op de zonnevleugels, de baan gestaag veranderen. Het was een grote uitdaging voor de missieteams die werden ondersteund door de Europese industrie, maar ze hebben uitstekend werk geleverd en we hebben ons oorspronkelijke doel bereikt.

"Tijdens sommige banen, we waren slechts 103 km boven Mars, dat is ongelooflijk dichtbij."

Het einde van deze inspanning kwam op 20 februari om 17:20 GMT, toen het vaartuig zijn stuwraketten ongeveer 16 minuten afvuurde om de dichtste nadering tot het oppervlak te verhogen tot ongeveer 200 km, goed uit de sfeer. Dit beëindigde effectief de aerobraking-campagne, het achterlatend in een baan van ongeveer 1050 x 200 km.

Interplanetaire ervaring gebruiken

"We hebben aan het einde van de Venus Express-missie al ervaring opgedaan met aerobraking op testbasis, die niet is ontworpen voor aerobraking, in 2014, ", zegt Peter Schmitz, manager operaties van ruimtevaartuigen.

"Maar dit is de eerste keer dat ESA de techniek gebruikt om een ​​routinematige baan rond een andere planeet te maken - en ExoMars is hier speciaal voor ontworpen."

Aerobraking rond een buitenaardse planeet dat wil zeggen, typisch, 225 miljoen km verderop is een ongelooflijk delicate onderneming. De dunne bovenste atmosfeer zorgt slechts voor een lichte vertraging - maximaal zo'n 17 mm/s per seconde. Hoe klein is dit?

Als u uw auto met dit tempo hebt afgeremd vanaf een beginsnelheid van 50 km/u om te stoppen op een kruispunt, je zou 6 km van tevoren moeten beginnen.

"Aerobraking werkt alleen omdat we tijdens elke baan veel tijd in de atmosfeer hebben doorgebracht, en herhaalde dit meer dan 950 keer, " zegt Michiel.

"Meer dan een jaar, we hebben de snelheid van het ruimtevaartuig verminderd met een enorme 3600 km/u, het verlagen van zijn baan met de benodigde hoeveelheid."

Trimmen

In de komende maand, het controleteam zal het vaartuig besturen via een reeks van maximaal 10 orbit-trimming-manoeuvres, een om de paar dagen, zijn stuwraketten afvuren om de baan aan te passen aan zijn laatste twee uur, cirkelvorm op ongeveer 400 km hoogte, zal naar verwachting medio april worden gerealiseerd.

De eerste fasen van het verzamelen van wetenschap, half maart, zal worden gewijd aan het controleren van de instrumenten en het uitvoeren van voorlopige observaties voor kalibratie en validatie. De start van routinematige wetenschappelijke observaties zou rond 21 april moeten plaatsvinden.

"Vervolgens, het vaartuig zal worden geheroriënteerd om de camera naar beneden gericht te houden en de spectrometers naar de zon, om de atmosfeer van Mars te observeren, en we kunnen eindelijk beginnen aan de langverwachte wetenschappelijke fase van de missie, " zegt Håkan Svedhem, ESA's projectwetenschapper.

Het belangrijkste doel is om een ​​gedetailleerde inventaris te maken van sporengassen, in het bijzonder op zoek naar bewijs van methaan en andere gassen die tekenen kunnen zijn van actieve biologische of geologische activiteit.

Een suite van vier wetenschappelijke instrumenten zal aanvullende metingen van de atmosfeer doen, oppervlakte en ondergrond. De camera zal helpen bij het karakteriseren van kenmerken op het oppervlak die verband kunnen houden met bronnen van sporengassen, zoals vulkanen.

Het zal ook zoeken naar waterijs dat net onder het oppervlak verborgen is, die samen met potentiële bronnen van sporengas de keuze voor toekomstige landingsplaatsen voor missies zouden kunnen bepalen.

Langeafstandsgesprekken

In april zal het vaartuig ook zijn data-relay-capaciteit testen, een cruciaal aspect van zijn missie op Mars.

Een door NASA geleverde radiorelaislading zal gegevenssignalen van Amerikaanse rovers op het oppervlak opvangen en deze doorsturen naar grondstations op aarde. Het doorgeven van gegevens zal later in de zomer routinematig van start gaan.

Vanaf 2021, zodra ESA's eigen ExoMars-rover arriveert, de orbiter zal data-relay-diensten leveren voor beide agentschappen en voor een Russisch oppervlaktewetenschapsplatform.

ExoMars is een gezamenlijk initiatief van ESA en Roscosmos.