V březnu 2016 spustila Evropská kosmická agentura (ESA) ExoMars (Exobiologie na Marsu) mise do vesmíru. Společný projekt mezi ESA a Roscosmosem se tato dvoudílná mise skládala z Stopový plynový orbiter (TGO) a Schiaparelli lander, oba přišli na orbitu kolem Marsu v říjnu 2016. Zatímco Schiaparelli při pokusu o přistání havaroval TGO pokračoval k dosažení některých působivých výkonů.
Například v březnu 2017 zahájila orbiter řadu aerobrakingových manévrů, kde začala snižovat svou oběžnou dráhu, aby vstoupila do tenké atmosféry Marsu a zpomalila se. Podle Armelle Hubault, Spacecraft Operations Engineer na internetu TGO letového řídícího týmu, mise ExoMars dosáhla obrovského pokroku a je na dobré cestě k ustavení své konečné dráhy kolem Rudé planety.
TGO mise byla studovat povrch Marsu, charakterizovat distribuci vody a chemikálií pod povrchem, studovat geologický vývoj planety, identifikovat budoucí přistávací místa a hledat možné biosignatury minulého marťanského života. Jakmile ustaví svou poslední oběžnou dráhu kolem Marsu - 400 km (248,5 mil) od povrchu - TGO bude mít ideální polohu pro provádění těchto studií.
ESA také vydala grafiku (ukázanou výše), která demonstruje následné oběžné dráhy TGO udělal od začátku aerobraking - a bude pokračovat až do března 2018. Zatímco červená tečka označuje orbiter (a modrá čára jeho aktuální orbitu), šedé čáry ukazují postupné snižování TGO orbitální období. Tučné čáry označují redukci o 1 hodinu, zatímco tenké čáry označují redukci o 30 minut.
V podstatě jediný manévr aerobrakingu spočívá v tom, že orbiter prochází do horní atmosféry Marsu a spoléhá se na jeho solární pole, aby generoval nepatrné množství odporu. Postupem času tento proces zpomaluje plavidlo a postupně snižuje jeho oběžnou dráhu kolem Marsu. Jak Armelle Hubault nedávno zveřejnila na blogu ESA o raketových vědách:
"Začali jsme na největší oběžné dráze s apocentrem (nejvzdálenější vzdálenost od Marsu během každé oběžné dráhy) 33 200 km a oběžné dráhy 24 hodin v březnu 2017, ale minulé léto jsme museli kvůli pozastavení Marsu zastavit." Aerobraking jsme zahájili v srpnu 2017 a jsme na dobré cestě, abychom se dostali na závěrečnou vědeckou oběžnou dráhu v polovině března 2018. K dnešnímu dni 30. ledna 2018 jsme zpomalili ExoMars TGO o 781,5 m / s. Pro srovnání je tato rychlost více než dvakrát rychlejší než rychlost typického dálkového proudového letadla. “
Začátkem tohoto týdne prošla orbita bodem, ve kterém se nejblíže přiblížila k povrchu na své oběžné dráze (pericentrální průchod, reprezentovaný červenou čarou). Během tohoto přístupu se plavidlo ponořilo dobře do nejvyšší atmosféry Marsu, což letadlo táhlo a dále ho zpomalilo. Na své současné eliptické dráze dosahuje maximální vzdálenosti 2700 km (1677 mi) od Marsu (je to apocentrum).
Přestože je aerobraking desetiletou praxí, zůstává pro týmy mise významnou technickou výzvou. Pokaždé, když kosmická loď prochází atmosférou planety, musí její řídící letů zajistit, aby byla její orientace správná, aby zpomalila a zajistila, že plavidlo zůstane stabilní. Pokud by jejich výpočty byly jen o kousek, kosmická loď by se mohla začít vymknout kontrole a vybočit z kurzu. Jak Hubault vysvětlil:
"Musíme pravidelně upravovat naši pericentrickou výšku, protože na jedné straně se marťanská atmosféra mění v hustotě (takže někdy brzdíme více a jindy brzdíme méně) a na druhé straně marťanská gravitace není všude stejná (takže někdy planeta nás táhne dolů a někdy se trochu unáší). Pro optimální brzdný účinek se snažíme zůstat v nadmořské výšce asi 110 km. Abychom udrželi kosmickou loď na trati, každý den nahráváme novou sadu příkazů - takže pro nás, pro dynamiku letu a pro týmy pozemních stanic je to velmi náročná doba! “
Dalším krokem pro tým řízení letu je použití raketových raket k manévrování kosmické lodi na její konečnou oběžnou dráhu (na obrázku znázorněná zelenou čarou). V tomto bodě bude kosmická loď ve své konečné vědecké a operační datové přenosové orbitě, kde bude na zhruba kruhové oběžné dráze asi 400 km (248,5 mil) od povrchu Marsu. Jak napsal Hubault, proces uvedení TGO na jeho konečnou oběžnou dráhu zůstává náročný.
"Hlavní výzvou v této chvíli je to, že protože nikdy předem nevíme, jak moc bude kosmická loď zpomalena během každého průchodu pericentrem, také nikdy přesně nevíme, kdy znovu naváže kontakt s našimi pozemními stanicemi poté, co ukazuje zpět na Země, “řekla. "Pracujeme s 20minutovým" oknem "pro získání signálu (AOS), když pozemní stanice poprvé zachytí signál TGO během jakékoli viditelnosti dané stanice, zatímco obvykle pro meziplanetární mise máme předem naprogramovaný pevný čas AOS."
S orbitální dobou kosmické lodi, která je nyní zkrácena na méně než 3 hodiny, musí tým řízení letu absolvovat toto cvičení 8krát denně. Jakmile TGO dosáhne své poslední dráhy (do března 2018), zůstane tam orbiter až do roku 2022 a bude sloužit jako telekomunikační přenosový satelit pro budoucí mise. Jedním z jeho úkolů bude předávání dat z ESA ExoMars 2020 mise, která bude sestávat z evropského roveru a ruské povrchové platformy, která bude na jaře 2021 rozmístěna na povrchu Marsu.
Spolu s NASA Mars 2020 rover, tento pár rover / lander bude nejnovější v dlouhé řadě robotických misí, které se snaží odkrýt tajemství minulosti Marsu. Kromě toho budou tyto mise provádět zásadní vyšetřování, která připraví cestu pro případné vzorkové návratové mise na Zemi, nemluvě o posádkách na povrch!
