Organizare | Agenția Spațială Europeană |
---|---|
Camp | Tehnologie |
Tipul misiunii | Experimental Martian Lander |
stare | Eșec (pierdere la aterizare) |
Lansa | 14 martie 2016 |
Lansator | Proton (rachetă) |
Sfârșitul misiunii | 19 octombrie 2016 |
Durată | Programat pentru opt zile de măsurători in situ |
Site | exploration.esa.int/mars/46124-mission-overview |
Liturghie la lansare | 577 kg |
---|
Locație | Marte (353,79 ° vest 2,07 ° sud) |
---|
VISE | Stație meteorologică |
---|
Schiaparelli sau ExoMars EDM (EDM pentru modulul Demonstrator de intrare, coborâre și aterizare ExoMars ), este un lander experimental dezvoltat de Agenția Spațială Europeană (ESA), care s-a prăbușit la aterizarea pe planeta Marte pe19 octombrie 2016, din cauza eșecului procedurii de frânare. Misiunea lui Schiaparelli a fost de a valida tehnicile de reintrare și aterizare atmosferică care vor fi puse în aplicare de viitoarele misiuni europene marțiene. Nava spațială este dezvoltată în cadrul programului ExoMars al ESA, cu participarea agenției spațiale rusești Roscosmos .
Schiaparelli este lansat pe 14 martie 2016cu racheta Russian Proton cu orbitatorul Mars ExoMars Trace Gas Orbiter , care asigură transportul către Marte din apropiere. Pe 19 octombrie 2016, și-a început coborârea spre solul marțian, dar orice contact a fost pierdut la scurt timp după eliberarea scutului termic și cu aproximativ treizeci de secunde înainte de aterizare. NASA MRO Orbiter reușește să fotografieze urmele impactului Schiaparelli , care a prăbușit la câțiva kilometri de centrul zonei de aterizare planificată.
Nava spațială cu o masă totală de 577 kg a folosit un vehicul de coborâre echipat cu un scut termic care îl proteja de căldura generată de reintrarea atmosferică la viteză mare, de o parașută desfășurată odată ce viteza a scăzut la Mach 2 și, în cele din urmă, motoarele rachete cu lichid propulsori care urmau să-i permită să aterizeze lin. De asemenea, avea o sarcină utilă științifică mică , dar durata de viață așteptată pe solul marțian era limitată de capacitatea bateriilor sale care nu erau reîncărcabile.
La începutul anilor 2000, se studiază un proiect de rover European Mars ExoMars . Acest proiect ambițios a fost amânat de mai multe ori, deoarece necesită atât resurse financiare semnificative, cât și stăpânirea tehnicilor de aterizare pe Marte. A fost înregistrată în 2005 ca o misiune majoră ( misiune emblematică ) a programului Aurora .
ExoMars EDM este un lander fix destinat inițial să transporte un grup de unsprezece instrumente denumite în mod colectiv „ansamblul instrumental Humboldt ”, cunoscut anterior sub numele de „GEP” ( sarcină utilă geofizică și de mediu ), care ar fi dedicat studiului geofizic al adâncimii interiorul planetei. Dar în primul trimestru al anului 2009, o revizuire a confirmării încărcăturii utile a condus la reevaluarea numărului de instrumente de tren de aterizare, iar suita Humboldt a fost anulată: contractorul principal industrial nu a putut converge către o soluție tehnică, această suită de instrumente va în cele din urmă să nu fii la bord. Această suită de instrumente fixe, dedicată geofizicii interne și studiului mediului, trebuia să măsoare proprietățile geofizice de primă importanță pentru a înțelege Marte și habitabilitatea sa pe termen lung, cum ar fi activitatea seismică , tectonică și vulcanică și măsurarea căldurii interne. curgere. Acest ansamblu instrumental trebuia, de asemenea, să se concentreze asupra radiațiilor UV , studiul prafului, umidității și să includă un braț meteorologic . Trebuia să poată supraviețui câțiva ani pe Marte, pentru a măsura variațiile pe termen lung ale mediului și pentru a iniția o viitoare rețea de stații științifice pe suprafața lui Marte.
În octombrie 2009, NASA și Agenția Spațială Europeană își combină proiectele de explorare a planetei Marte în cadrul Inițiativei comune de explorare a Marte . Prima materializare a acestui acord este programul ExoMars , care prevede dezvoltarea a patru nave spațiale:
A doua parte a programului, numită ExoMars 2018, urma să fie lansată în 2018 de o singură rachetă și să includă lansarea a două nave spațiale care vor trebui să efectueze aterizarea prin partajarea aceluiași modul de coborâre. Constructorul franco-italian Thales Alenia Space a fost selectat pentru construcția ExoMars TGO și ExoMars EDM.
Dar în 2011, NASA a suferit atât reduceri bugetare legate de criza economică în curs de desfășurare, cât și o cheltuială uriașă pentru proiectul său de telescop spațial James-Webb . Pentru a face față problemelor sale de finanțare, agenția spațială americană se retrage mai întâi parțial din programul Exomars, înainte de a renunța complet la participarea sa.
Deoarece ESA nu poate suporta singură costul programului, solicită agenției spațiale rusești Roscosmos , care tocmai a suferit eșecul sondei sale spațiale marțiene Phobos-Grunt . Înmartie 2012, ESA își formalizează parteneriatul cu Roscosmos. Termenii acordului cer ca agenția spațială rusă să furnizeze rachete Proton pentru lansările din 2016 și 2018.noiembrie 2013, landerul se numește Schiaparelli, în cinstea astronomului italian Giovanni Schiaparelli, autor al primei cartografii a planetei Marte.
Unul dintre principalele obiective atribuite misiunilor spațiale pe planeta Marte este căutarea urmelor vieții trecute sau actuale. Cea mai relevantă abordare pentru această cercetare este efectuarea de investigații pe solul marțian. Dar realizarea unei aterizări controlate pe Planeta Roșie este un exercițiu dificil, așa cum s-au dovedit numeroasele misiuni marțiene eșuate. Agenția Spațială Europeană, care până acum nu și-a propus niciodată o misiune pe solul marțian, dorește să dobândească această expertiză folosind ExoMars EDM. Acest dispozitiv ar trebui să permită validarea diferitelor tehnici implementate în timpul reintrării atmosferice, coborârii și aterizării. Soluțiile și dispozitivele tehnice testate sunt după cum urmează:
Caracteristici | Schiaparelli (2016) | Viking (1975) | Mars Pathfinder (1996) | SEA (2003) | MSL (2011) |
---|---|---|---|---|---|
Masă la începutul reintrării atmosferice | 600 kg | 992 kg | 584 kg | 827 kg | 3.299 kg |
Masa de aterizare | 300 kg | 590 kg | 360 kg | 539 kg | 1.541 kg |
Masa roverului | - | - | 10,5 kg | 185 kg | 899 kg |
Control în timpul reintrării atmosferice | Nu | Numai orientare | Nu | Nu | Unghiul de atac |
Raport ridicare / tragere | ? | 0,18 | 0 | 0 | 0,22 |
Diametrul parașutei | 13 m | 16 m | 12,5 m | 14 m | 21,5 m |
Viteza de deschidere a parașutei | Mach 1.4 | Mach 1.1 | Mach 1,57 | Mach 1,77 | Mach 2 |
Viteza de aterizare verticală și orizontală | Vv < 4 m / s | Vv < 2,4 m / s Vh < 1 m / s |
Vv < 12,5 m / s Vh < 20 m / s |
Vv < 8 m / s Vh < 11,5 m / s |
Vv < 0,75 m / s Vh < 0,5 m / s |
Metoda de aterizare | Rachete retro | Rachete retro | Perne gonflabile | Perne gonflabile | Macara |
Precizie de aterizare | 100 × 15 km | 280 × 180 km | 200 × 100 km | 80 × 12 km | 7 × 20 km |
ExoMars EDM are forma unei farfurioare cu diametrul de 2,4 metri (1,65 metri fără scutul termic) cu o masă totală de 577 kg . Sosirea sa pe Marte este programată pentru sezonul furtunilor și este concepută pentru a face față acestuia. Acesta cuprinde un scut termic , un scut de tracțiune, o parașută , o multitudine de motoare rachete destinate să asigure frânarea finală, un altimetru radar Doppler. Un set de senzori trebuie să efectueze măsurători în timpul coborârii care sunt transmise pe Pământ pentru a permite monitorizarea comportamentului trenului de aterizare. Acesta nu are panouri solare și are o durată de viață limitată la opt soli (zile marțiene) datorită capacității bateriilor sale. ExoMars EDM are o sarcină utilă mică, care ar trebui utilizată pentru a-și studia mediul după aterizare. Partea sondei care aterizează pe solul marțian cântărește doar 300 kg la aterizare după separarea scutului și parașutei și ținând cont de consumul de combustibil.
Bara de protecție spate conic, cu un unghi de 47 °, este realizată din albină cuib de aluminiu cu grosimea de 25 mm și este acoperită cu o piele de carbon de 0,3 mm grosime, cu întăriri de 1,2 mm . Scutul frontal are forma unui con mult mai deschis (70 °); realizat din fagure de 20 mm grosime, este acoperit cu o piele de carbon. Izolația termică constă din plăci din material ablativ folosind Norcoat Liège, o pulbere de plută și rășină fenolică folosite pentru Beagle 2 și ARD . Grosimea sa este de cel mult 16,8 mm pe bara din față și variază de la 7,9 la 9 mm pe bara din spate. Este proiectat să reziste la un debit de 2,1 kW / m 2 .
Ecranul termic este echipat cu o baterie de senzori care trebuie să permită reconstituirea secvenței de funcționare:
Parașuta, care se desfășoară folosind un mortar în timp ce modulul de coborâre se deplasează cu o viteză de Mach 2.1 , are un diametru de doisprezece metri; are un slot. Este o evoluție a mașinii dezvoltată pentru sonda Huygens . Propulsia, utilizată în ultima fază a coborârii pentru a încetini aterizatorul, este asigurată de nouă motoare rachete de tip CHT-400 grupate în grupuri de trei. Fiecare motor are o tracțiune de 400 newtoni și arde hidrazina stocată în trei rezervoare cu o capacitate maximă de 45 kg . Combustibilul este presurizat de heliu și este injectat la 24 bar în camerele de ardere .
Electronica de la bord include două unități inerțiale , un radar Doppler altimetru care permite să știe atât viteza, cât și distanța de la sol, un senzor solar utilizat imediat după separare cu ExoMars TGO pentru a determina orientarea modulului de coborâre, două la bord calculatoare și patru antene. Acest echipament este instalat pe o platformă care are o structură care absoarbe șocul aterizării atunci când se prăbușește. O antenă este instalată pe bara de protecție spate, care este funcțională la începutul reintrării atmosferice. Electronica oferă îndrumare și face posibilă cunoașterea altitudinii mașinii cu o precizie de 1,5 m la aterizare. În momentul în care propulsoarele sunt oprite chiar înainte de aterizare, viteza orizontală este mai mică sau egală cu un metru pe secundă, iar viteza verticală este mai mică de doi metri pe secundă.
Durata de viață la sol a navei spațiale este limitată la opt zile, deoarece energia este furnizată de baterii care nu sunt reîncărcabile, ceea ce limitează interesul instrumentelor de la bord. Se prevedea ca Rusia să furnizeze un generator termoelectric de radioizotopi , care ar fi permis dispozitivului de aterizare EDM să funcționeze pe suprafața lui Marte timp de câteva luni, dar această modificare a fost abandonată deoarece a intervenit prea târziu în proiectarea EDM.
Sarcina utilă Schiaparelli include o mică stație meteo DREAMS, trei seturi de senzori, precum și echipamente experimentale. Constrângerile rezultate din masa totală a navei spațiale limitează masa alocată sarcinii utile la 3 kg .
Sarcina utilă științifică a lui Schiaparelli este o mică stație meteo DREAMS ( caracterizarea prafului, evaluarea riscurilor și analizorul mediului pe suprafața marțiană) . Acesta constă dintr-o serie de senzori pentru a măsura viteza și direcția vântului (MetWind), umiditatea (MetHumi), presiunea (MetBaro), temperatura suprafeței (MarsTem), transparența atmosferei (ODS pentru senzorul optic de adâncime ) și electrificarea atmosferică ( MicroARES pentru senzorul de radiație și electricitate atmosferică sau senzor de electricitate și radiație atmosferică).
Sarcina utilă DREAMS va funcționa ca o stație de mediu pe durata misiunii EDM după aterizare. DREAMS va furniza primele măsurători ale câmpurilor electrice de pe suprafața lui Marte (cu MicroARES). Combinat cu măsurători (de la instrumentul ODS) ale concentrației de praf în atmosferă, DREAMS va oferi noi informații despre rolul forțelor electrice în ridicarea prafului, mecanismul care declanșează furtunile de praf. În plus, senzorul MetHumi va completa măsurătorile MicroARES cu date critice de umiditate, care vor permite oamenilor de știință să înțeleagă mai bine procesul de electrizare a prafului.
Schiaparelli ia trei echipamente destinate să verifice performanța trenului de aterizare (camera DECA, AMELIA, COMARS) și a echipamentului experimental (INRII).
Lander-ul Schiaparelli a fost lansat cu Orbiterul Trian Gas Martian ExoMars , dezvoltat și de Agenția Spațială Europeană . Fereastra de lansare a fost între 14 și 1425 martie 2016. Ambele nave spațiale au fost lansate pe14 martie 2016de o rachetă Proton -M / Briz -M de la Cosmodromul Baikonur .
Schiaparelli era atașat de orbitator și trebuia să rămână inactiv până la sosirea lângă Marte. Cu câteva zile înainte ca Orbiterul ExoMars Trace Gas Orbiter să intre pe orbita în jurul Marte , landerul a trebuit să se detașeze de acesta și să continue o traiectorie pur inerțională până la reintrarea în atmosfera lui Marte. Odată aterizat pe pământul lui Marte, landerul, a cărui singură sursă de energie erau bateriile, urma să funcționeze timp de aproximativ opt zile prin transmiterea datelor colectate de instrumentele sale către orbitatorul NASA MRO .
16 octombrie 2016, cu trei zile înainte de a ajunge pe Marte, Schiaparelli s-a desprins de nava sa de transport ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), astfel încât să poată manevra în timp, astfel încât să nu pătrundă în atmosferă ca pe cel de aterizare. Înainte de lansare, TGO adoptă o orientare precisă, astfel încât traiectoria lui Schiaparelli, care este lipsită de propulsie, o aduce direct la locul de aterizare țintă. Arcurile înclinate sunt eliberate și împing înapoi Schiaparelli care se îndepărtează cu o viteză de 32 cm / s cu o viteză de rotație de 2,7 ture pe secundă menită să-și stabilizeze traiectoria.
Landerul începe coborârea spre solul marțian pe 19 octombriela 14 h 42 UT . Marele radiotelescop din Pune din India ascultă radioul lui Schiaparelli, un semnal foarte slab conceput pentru a fi preluat de orbitarii marțieni cu 75 de minute înainte ca nava să înceapă să traverseze atmosfera. În plus, traiectoria Trace Gaz Orbiter și orbitele mașinilor aflate deja la fața locului ( Mars Express de la ESA, MRO și MAVEN de la NASA) au fost alese astfel încât să primească date de telemetrie de la lander în timpul coborârii sale. Semnalul primit atât de radiotelescopul indian, cât și de Mars Express, arată că Schiaparelli a supraviețuit reintrării atmosferice cu viteză mare și că a putut elibera succesiv scutul termic din față și apoi din spate. Cu toate acestea, semnalul a fost întrerupt la scurt timp după această fază și lansarea rachetelor retro care au funcționat doar timp de 3 până la 4 secunde în loc de cele 30 de secunde programate.
Analiza arată că ecranul termic și-a îndeplinit corect funcția de frânare aerodinamică. Parașuta s-a desfășurat apoi corect, dar dinamica indusă a saturat pe scurt unitatea inerțială cu efectul unei erori de estimare a altitudinii Schiaparelli de către computerul de bord care a condus la ejecția prematură a parașutei și la funcționarea retrorochetelor 3 × 3 doar pentru o câteva secunde la 3,7 km deasupra solului. Ca urmare, Schiaparelli a făcut o cădere liberă de 3-4 kilometri înălțime în atmosfera marțiană, înainte de a lovi pământul la viteza substanțială de peste 300 de kilometri pe oră.
Fază | Datat | Timp de la reintrarea în atmosferă |
Altitudine | Viteza verticală |
Eveniment |
---|---|---|---|---|---|
Lansare și tranzit | 14 martie 2016 | Lansa | |||
16 octombrie 2016 | Modulul Schiaparelli se separă de Trace Gas Orbiter | ||||
Coborâre și aterizare | 19 octombrie | 0 | 121 km | 21.000 km / h | Începutul reintrării în atmosfera marțiană |
1 minut 12 secunde | 45 km | 19.000 km / h | Încălzire maximă a scutului termic | ||
3 minute 21 secunde | 11 km | 1.700 km / h | Deschiderea parașutei | ||
4 minute 1 secundă | 7 km | 320 km / h | Eliberarea scutului termic frontal | ||
5 minute 22 secunde | 1,2 km | 240 km / h | Eliberarea scutului termic din spate și a parașutei | ||
5 minute 23 secunde | 1,1 km | 250 km / h | Motorul rachetei de ardere | ||
5 minute 26 secunde | 0,9 km | 252 km / h | Manevră destinată să evite o coliziune cu bara spate | ||
5 minute 41 secunde | 2 metri | 4 km / h | Oprirea propulsiei; modulul este în cădere liberă | ||
5 minute 42 secunde | 0 metri | 10 km / h | Aterizare | ||
Operațiuni la sol | 19 octombrie | Începerea operațiunilor științifice | |||
pe la 27 octombrie | Sfârșitul operațiunilor științifice (baterii electrice epuizate) |
Imaginile furnizate de camera Context CTX a NASA MRO Martian Orbiter cu o rezoluție de șase metri permit identificarea cu certitudine a locului impactului Schiaparelli, precum și a parașutei de cincisprezece metri care se odihnește cu aproximativ 900 de metri mai departe. Când s-a prăbușit, landerul a arat pământul, lăsând o urmă de cincisprezece pe patruzeci de metri. Este posibil ca energia de impact să fi fost mărită de explozia hidrazinei, din care aproximativ 90% urma să rămână în rezervoare. Impactul este la aproximativ 5,4 km vest de centrul elipsei planificate pentru aterizare, arătând că Schiaparelli a urmat o traiectorie nominală până la eșecul care a provocat eșecul misiunii. Inginerii de la Agenția Spațială Europeană au aproximativ 600 de megaocteți de date transmise în timpul coborârii, care vor fi analizate Pentru a identifica originea eșecului. Fotografiile care trebuiau făcute în faza finală a coborârii nu au putut fi transmise. Orbitatorul MRO face o altă trecere peste site, făcând fotografii cu HiRISE , capabil să atingă o rezoluție de 30 cm . În ciuda eșecului aterizării, Schiaparelli a permis totuși validarea fazelor de intrare și coborâre.
Ancheta desfășurată de Agenția Spațială Europeană pe baza telemetriei transmise de Schiaparelli a făcut posibilă determinarea originii eșecului care a făcut obiectul unui prim comunicat de presă la sfârșitul lunii noiembrie 2016 și apoi al unui raport final publicat la 24 mai 2017, detaliind cronologia și cauza eșecului aterizării:
Datat | Timp de la reintrarea în atmosferă |
Altitudine | Viteza verticală |
Eveniment |
---|---|---|---|---|
19 octombrie | 0 | 121 km | 21.000 km / h | Începutul reintrării în atmosfera marțiană. |
3 minute 1 secundă | 12 km | 1.730 km / h | Deschiderea parașutei mari și saturația senzorului de măsurare unghiular. | |
3 minute 57 secunde | 6 km | Interpretarea incorectă a poziției sondei de către computerul de bord. | ||
4 minute 27 secunde | 4,3 km | Eliberarea scutului termic din spate și a parașutei și declanșarea motoarelor rachete. | ||
4 minute 31 secunde | 3,7 km | Oprirea motoarelor pentru rachete; modulul este în cădere liberă. | ||
5 minute 4 secunde | 0 km | 540 km / h | Zdrobește pe solul marțian. |
Situl de aterizare destinat Schiaparelli este o elipsă de 100 km pe 15 km, centrată la 353 ° est și 2 ° sud, situată în Meridiani Planum la o altitudine de -1 424 metri. Acesta este situat nu departe de locul de aterizare al rover-ului Opportunity . Zona de impact probabilă a landerului este situată la 353,79 ° est și 2,07 ° sud, la aproximativ 5,4 km vest de centrul elipsei planificate de aterizare și la 54 km de poziția în care se afla roverul Opportunity în momentul prăbușirii .