Δύο από τις τρεις μη επανδρωμένες διαστημικές αποστολές στον Άρη, που ήταν σε εξέλιξη, τέθηκαν ήδη σε τροχιά γύρω από τον κόκκινο πλανήτη, με διαφορά μιας μέρας, ενώ και η τρίτη αναμένεται να κάνει το ίδιο στις επόμενες μέρες. Πρώτη έφτασε στις 9 Φλεβάρη 2021 η αποστολή Hope των Ηνωμένων Αραβικών Εμιράτων, ενώ στις 10 Φλεβάρη μπήκε σε αρειανή τροχιά και η αποστολή Tianwen-1 της Κίνας. Η αποστολή Tianwen-1 εκτοξεύτηκε με πύραυλο Long March 5 Η αποστολή αυτή θα προσπαθήσει να τοποθετηθεί σε τροχιά ένα σκάφος, ένα άλλο να προσεδαφιστεί στον πλανήτη και απ’ αυτό να κατέβει στο έδαφος ένα ρόβερ, που θα εξερευνήσει την επιφάνειά του. Στις 18 Φλεβάρη αναμένεται η τρίτη άφιξη, εκείνη της αποστολής Perseverance της NASA. Η αποστολή Perseverance περιλαμβάνει ένα ρόβερ σε μέγεθος αυτοκινήτου, συνολικού βάρους 1.025 κιλών, βασισμένο στο σχέδιο του ρόβερ Curiosity, αλλά πιο βαρύ κατά 126 κιλά.
Ο λόγος αυτού του …συνωστισμού είναι ότι η Γη και ο Άρης βρίσκονται στις θέσεις της τροχιάς τους που η μεταξύ τους απόσταση είναι η ελάχιστη δυνατή μόνο μια φορά κάθε περίπου δύο χρόνια. Το χρονικό «παράθυρο» αυτής της μικρής – με την αστρονομική έννοια απόστασης (58 εκατ. χλμ.) – είναι ολιγοήμερο και σχεδόν όλες οι διαστημικές αποστολές προς τον κόκκινο πλανήτη, σχεδιασμένες για την ελάχιστη κατανάλωση καυσίμων και τη μείωση του κόστους, προσπαθούν να μην το χάσουν. Αλλιώς, θα πρέπει να περιμένουν δύο ακόμη χρόνια, μέχρι να υπάρξουν και πάλι ευνοϊκές συνθήκες. Το 2020 το «παράθυρο» αυτό ήταν το τρίτο δεκαήμερο του Ιούλη. Έτσι, στις 19 Ιούλη εκτοξεύτηκε μια αποστολή από τα Ηνωμένα Αραβικά Εμιράτα (ΗΑΕ), στις 23 μια αποστολή από την Κίνα και στις 30 του ίδιου μήνα μια ακόμη αποστολή από τις ΗΠΑ.
Emirates Mars Mission
Η αποστολή Emirates Mars Mission (EMM) είναι η πρώτη αποστολή των Ηνωμένων Αραβικών Εμιράτων (ΗΑΕ) στον Άρη. Το EMM έχει σχεδιαστεί για να περιστρέφεται γύρω από τον Άρη και να μελετά τη δυναμική στην ατμόσφαιρα του Άρη σε παγκόσμια κλίμακα, και σε ημερήσια και σε εποχιακά χρονικά διαστήματα. Χρησιμοποιώντας τρία επιστημονικά όργανα επί του διαστημικού σκάφους, το EMM θα παρέχει ένα σύνολο μετρήσεων θεμελιώδους σημασίας για τη βελτιωμένη κατανόηση της κυκλοφορίας και του καιρού στην κάτω και μεσαία ατμόσφαιρα του Άρη. Συνδυάζοντας τέτοια δεδομένα με την παρακολούθηση των ανώτερων στρωμάτων της ατμόσφαιρας, οι μετρήσεις EMM θα αποκαλύψουν τους μηχανισμούς πίσω από την ανοδική μεταφορά ενέργειας και σωματιδίων και την επακόλουθη διαφυγή ατμοσφαιρικών σωματιδίων από τη βαρύτητα του Άρη.
Η Συμβουλευτική Ομάδα του προγράμματος Εξερεύνησης του Άρη (MEPAG) είναι ένα κεντρικό φόρουμ μέσω του οποίου διαμορφώνεται η επικρατούσα άποψη μεταξύ της διεθνούς επιστημονικής κοινότητας του Άρη, σχετικά με τους επιστημονικούς στόχους και τις έρευνες, που πρέπει να επιδιωχθούν για την ανάπτυξη της περαιτέρω γνώσης της ανθρωπότητας για τον Άρη.
Το έγγραφο στόχων του MEPAG 2020 περιγράφει τέσσερις πρωταρχικούς στόχους:
I) Προσδιορισμός του αν στον Άρη υπήρξε ποτέ ζωή, ή εξακολουθεί να υπάρχει, ζωή,
II) Κατανόηση των διαδικασιών και της ιστορίας του κλίματος στον Άρη,
III) Κατανόηση της προέλευσης και της εξέλιξης του Άρη ως γεωλογικό σύστημα και
IV) Προετοιμασία για ανθρώπινη εξερεύνηση. Καθένας από αυτούς τους στόχους υψηλού επιπέδου εμπεριέχει μια σειρά δευτερευόντων στόχων και καθένας από τους οποίους εμπεριέχει με τη σειρά του έναν ή περισσότερους επιμέρους στόχους και προτεινόμενες έρευνες.
Τα βασικά στοιχεία της αποστολής
Οι επιστημονικοί στόχοι και οι έρευνες EMM σχετίζονται πρωτίστως με το έγγραφο στόχων του MEPAG Goal II: Κατανόηση των διαδικασιών και της ιστορίας του κλίματος στον Άρη. Συγκεκριμένα, μελετώντας ταυτόχρονα την κατώτερη και την ανώτερη ατμόσφαιρα, και οι τέσσερις έρευνες EMM αντιμετωπίζουν τον στόχο II.A: «Χαρακτηρισμός της κατάστασης και του ελέγχου των διαδικασιών του σημερινού κλίματος του Άρη υπό την τρέχουσα τροχιακή διαμόρφωση.»
Το διαστημικό σκάφος «Hope» είναι επιφορτισμένο να παρέχει την πρώτη ολοκληρωμένη εικόνα της ατμόσφαιρας του Άρη. Τρία υπερσύγχρονα επιστημονικά όργανα έχουν σχεδιαστεί για να μελετήσουν τις διάφορες πτυχές της Ατμόσφαιρας του Άρη:
Emirates Mars Infrared Spectrometer
Το όργανο EMIRS (Emirates Mars Infrared Spectrometer) είναι ένα ενδομετρικό θερμικό υπέρυθρο φασματόμετρο που θα δώσει καλύτερη κατανόηση της ενεργειακής ισορροπίας στο τρέχον κλίμα του Άρη, χαρακτηρίζοντας την κατάσταση της κατώτερης ατμόσφαιρας του Άρη και τις διαδικασίες που οδηγούν την καθολική κυκλοφορία.
Η κατανόηση της ενεργειακής ισορροπίας θα βοηθήσει στον εντοπισμό των πηγών και της μεταφοράς ενέργειας σε καθολικό επίπεδο και πώς η χαμηλότερη ατμόσφαιρα ανταποκρίνεται στην ηλιακή ενέργεια ημερήσια και εποχιακά. Συγκεκριμένα, το όργανο EMIRS θα εξετάσει τη θερμική κατάσταση στην χαμηλότερη ατμόσφαιρα, τη γεωγραφική κατανομή σκόνης, υδρατμών, πάγου, νερού, καθώς και την τρισδιάστατη θερμική δομή της αριανής ατμόσφαιρας και τη μεταβλητότητά της σε υπο-εποχιακά χρονοδιαγράμματα. Το όργανο EMIRS διαθέτει περιστρεφόμενο καθρέφτη που θα επιτρέπει στο όργανο να κάνει σαρώσεις του Άρη.
Emirates Explotation Imager
Το όργανο EXI (Emirates Explotation Imager) είναι μια κάμερα αντοχής σε ακτινοβολία πολλαπλών μηκών κύματος. Η EXI έχει τη δυνατότητα λήψης εικόνων 12 megapixel διατηρώντας ταυτόχρονα την απαιτούμενη ραδιομετρική βαθμονόμηση για λεπτομερή επιστημονική ανάλυση. Το όργανο αναπτύσσεται από κοινού από το Εργαστήριο Ατμοσφαιρικής και Διαστημικής Φυσικής – Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP) [συμμετέχουν τρία αμερικανικά πανεπιστήμια – Κολοράντο, Αριζόνα και Μπέρκλεϊ]και το Διαστημικό Κέντρο Mohammed Bin Rashid – Mohammed Bin Rashid Space Centre (MBRSC). Οι ευέλικτες λειτουργίες ανάγνωσης επιτρέπουν την προσαρμογή της ανάλυσης, των περιοχών ενδιαφέροντος και του ρυθμού καρέ για την κάλυψη των αναγκών του χρήστη, της διαθέσιμης μνήμης και του εύρους ζώνης. Το σύστημα φακών είναι ένα συγκρότημα διπλού φακού με ξεχωριστές οπτικές διαδρομές UV και VIS. Ο τύπος του φακού που χρησιμοποιείται είναι μια παραλλαγή διπλού Gauss, ένας τύπος σύνθετου φακού, που χρησιμοποιείται για την παροχή απεικόνισης υψηλής ανάλυσης χαμηλής παραμόρφωσης του Άρη. Ο μικρός εστιακός λόγος καθιστά δυνατή τη χρήση πολύ μικρών χρόνων έκθεσης για τη λήψη σταθερών εικόνων κατά τη διάγνωση, ενώ ταιριάζουν και τα δύο συστήματα φακών σε ένα ενιαίο πακέτο. Ο αισθητήρας εικόνας είναι ένας μονόχρωμος συλλέκτης εικόνας 12 megapixel, 12 bit CMOS 4:3. Η On-chip αποθήκευση και η περιοχή ενδιαφέροντος των εικονοστοιχείων μπορούν να αλλάζουν για να προσαρμόσουν το μέγεθος και την ανάλυση της εικόνας όπως απαιτείται, ελαχιστοποιώντας τον ρυθμό δεδομένων. Σε πλήρη ανάλυση, ο αισθητήρας μπορεί να συλλάβει 180 fps, επιτρέποντας τη δυνατότητα λειτουργίας ταινίας 4K, εάν είναι επιθυμητό. Η χρήση ξεχωριστών φίλτρων παρέχει βελτιωμένη ανάλυση σε κάθε χρώμα σε σύγκριση με εκείνη που χρησιμοποιεί μια σειρά RGB εικονοστοιχείων. Επιπλέον, παρέχει πιο ακριβή χαρακτηριστικά του οργάνου, όπως αυξημένη ραδιομετρική ευαισθησία της επιστημονικής απεικόνισης (απαιτείται για την ανάκτηση υψηλής ακρίβειας του οπτικού βάθους). Το σύστημα φακών συμπεριλαμβάνει UV, UV-C μικρού μήκους κύματος (245 – 275 nm) και UV-A μεγάλου μήκους κύματος (305 – 335 nm). Όσο για το σύστημα φακών VIS, θα καλύπτει τις ζώνες κόκκινο (625 – 645 nm), πράσινο (506 – 586 nm) και μπλε (405 – 469 nm).
Emirates Mars Ultraviolet Spectrometer
Το όργανο EMUS (Emirates Mars Ultraviolet Spectrometer) είναι ένα φασματόμετρο υπεριώδους ακτινοβολίας που αναπτύχθηκε από κοινού από το Laboratory Atmospheric and Space Physics (LASP) και το Mohammed Bin Rashid Space Center (MBRSC). Το όργανο έχει σχεδιαστεί για να καλύπτει δύο από τις τέσσερις έρευνες EMM (έρευνα 3 και 4) που σχετίζονται με τη θερμοσφαιρική (100-200 km υψόμετρο) και την εξωσφαιρική (> 200 km υψόμετρο) μεταβλητότητα, αντίστοιχα. Το EMUS έχει χωρική ανάλυση 0,36o, επιλέξιμη φασματική ανάλυση 1,3 nm και 1,8 nm και φασματική περιοχή 100 – 170 nm για να κάνει τις απαιτούμενες παρατηρήσεις των υπεριωδών εκπομπών υδρογόνου (H), οξυγόνου (O) και μονοξειδίου του άνθρακα (CO). Οι φασματικές αναλύσεις επιλέγονται προκειμένου να γίνει διάκριση μεταξύ των εκπομπών ενδιαφέροντος από άλλες φωτεινές εκπομπές (ειδικά εκπομπών οξυγόνου στα 135,6 nm από 130,4 nm) και για την επίλυση των εκπομπών CO.
Η εκτόξευση
Το διαστημικό όχημα Hope εκτοξεύτηκε στο διάστημα από το Διαστημικό Κέντρο Tanegashima στην Ιαπωνία με έναν πύραυλο H2A202, ο οποίος αποτελεί μέρος της οικογένειας οχημάτων εκτόξευσης H-IIA. Το H-IIA Launch Vehicle είναι ένας πύραυλος υψηλής απόδοσης που αναπτύχθηκε και λειτουργεί από τη Mitsubishi Heavy Industries. Η Mitsubishi Heavy Industries παρέχει όλες τις υπηρεσίες που σχετίζονται με την εκτόξευση διαστημικών σκαφών, συμπεριλαμβανομένης της κατασκευής οχημάτων εκτόξευσης, του συντονισμού διεπαφών και των λειτουργιών εκτόξευσης στο Διαστημικό Κέντρο Tanegashima. Η Ιαπωνική Υπηρεσία Εξερεύνησης της Αεροδιαστημικής – Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) φροντίζει για την ασφάλεια των πτήσεων, την ασφάλεια της εμβέλειας και τις εγκαταστάσεις εκτόξευσης.
Το πρόγραμμα εκτόξευσης αποτελείται από ένα πρώτο στάδιο, δεύτερο στάδιο, αεροδυναμικό κάλυμμα και ένα ζεύγος ενισχυτών πυραύλων – Solid Rocket Boosters (SRB-As). Το σύστημα προώθησης του οχήματος εκτόξευσης χρησιμοποιεί υγρό υδρογόνο και υγρό οξυγόνο.
Πρώτο στάδιο
Το πρώτο στάδιο του συστήματος πυραύλων H-IIA αποτελείται από έναν κινητήρα LE-7A υψηλής απόδοσης, ένα τμήμα κινητήρα, μια δεξαμενή συστήματος πρόωσης φορτισμένη με υγρό υδρογόνο και υγρό οξυγόνο, ένα κεντρικό τμήμα που συνδέει τις δεξαμενές και ένα τμήμα που συνδέει το πρώτο και το δεύτερο στάδιο.
Ζεύγος ενισχυτών πυραύλων (SRB-A)
Οι Solid Rocket Boosters (SRB-A) συμπληρώνουν τη συνολική ώθηση πυροδοτούμενοι περίπου 100 δευτερόλεπτα από την ανύψωση. Οι δύο Solid Rocket Boosters είναι συνδεδεμένοι στο πρώτο στάδιο.
Δεύτερο επίπεδο
Το δεύτερο στάδιο περιλαμβάνει έναν κινητήρα LE-5B, μια δεξαμενή προωθητικού συστήματος που είναι φορτισμένη με υγρό υδρογόνο και υγρό οξυγόνο και ηλεκτρονικές συσκευές. Ο κινητήρας LE-5B στο δεύτερο στάδιο μπορεί να πυροδοτηθεί έως και τρεις φορές.
Η πραγματοποίηση της αποστολής
Η EMM ξεκίνησε το ταξίδι της στον Άρη από το νησί Tanegashima στην Ιαπωνία στις 20 Ιουλίου 2020 στις 1:58 π.μ. (ώρα ΗΑΕ). Η αποστολή είχε ένα παράθυρο εκτόξευσης 30 ημερών μεταξύ 14 Ιουλίου και 12 Αυγούστου 2020. Την ημέρα της εκτόξευσης, το Hope τοποθετημένο σε έναν πύραυλο Mitsubishi H-IIA κατευθύνθηκε ανατολικά, σε μια τροχιά που τον κάλυψε στον Ειρηνικό Ωκεανό.
Κατά τη διάρκεια του πρώτου σταδίου, οι ενισχυτές πυραύλων εξαντλήθηκαν, καθώς ο πύραυλος επιταχύνθηκε μακριά από τη Γη. Αυτό ακολούθησε με εκτόξευση την ασπίδα προστασίας, καθώς δεν χρειαζόταν πλέον για την προστασία του διαστημικού σκάφους από την ατμόσφαιρα της Γης.
Στο δεύτερο στάδιο, ο πύραυλος πυροδοτήθηκε και έβαλε το διαστημικό σκάφος Hope στην τροχιά της Γης. Έμεινε σε τροχιά μέχρι την ακριβή ευθυγράμμιση με τον Άρη, μετά την οποία προωθήθηκε στην τροχιά του προς τον κόκκινο πλανήτη. Μετά από αυτό, με τη σωστή κατεύθυνση και ταχύτητα 11km / s, το τελικό στάδιο ανέπτυξε απαλά το διαστημικό σκάφος.
Η αρχική λειτουργία
Αφού διαστημικό σκάφος διαχωρίστηκε από το ανώτερο στάδιο, μια αυτοματοποιημένη ακολουθία …ξύπνησε το σκάφος. Ακολούθησε η εκκίνηση του κεντρικού υπολογιστή και η ενεργοποίηση των θερμαντήρων για να αποφευχθεί η κατάψυξη του καυσίμου. Στη συνέχεια, το διαστημικό σκάφος ανέπτυξε τα πάνελ ηλιακής συστοιχίας και χρησιμοποίησε τους αισθητήρες του για να βρει τον ήλιο και με τέτοιο τρόπο ώστε οι ηλιακές συστοιχίες άρχισαν να φορτίζουν την ενσωματωμένη μπαταρία.
Με ενεργοποιημένη την ισχύ, το διαστημικό σκάφος Hope έστειλε την πρώτη μετάδοσή του στη Γη, που παραλήφθηκε από τον επίγειο σταθμό της NASA Deep Space Network στη Μαδρίτη. Ακολούθησαν οι εντολές των υποσυστημάτων και των εξαρτημάτων στο Hope από τις ομάδες ελέγχου και λειτουργίας του διαστημικού σκάφους EMM.
Η πορεία προς τον Άρη τελειοποιείται περαιτέρω από την ομάδα κατά τη διάρκεια του ταξιδιού της εκτελώντας μια σειρά ελιγμών διόρθωσης τροχιάς (TCM). Τα πρώτα δύο TCM πραγματοποιήθηκαν κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης.
Το Hope θα καλύψει συνολικά 493.500.000 χλμ. Στο δρόμο προς τον Άρη.
Το ταξίδι
Το διαστημικό σκάφος Hope τίθεται σε κανονική λειτουργία κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης. Σύμφωνα με τις εντολές, γίνονται περαιτέρω ελιγμοί διόρθωσης τροχιάς (TCM) για να διατηρηθεί το Hope σε καλό δρόμο προς τον προορισμό του.
Τα επιστημονικά όργανα είναι σε λειτουργία κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης. Στο 7μηνο ταξίδι του Hope, τα όργανα ελέγχονται σε τακτά χρονικά διαστήματα για να διασφαλιστεί ότι λειτουργούν σωστά. Τα όργανα βαθμονομούνται χρησιμοποιώντας αστέρια για να διασφαλίσουν ότι είναι έτοιμα να λειτουργήσουν μόλις φτάσουν στην τροχιά του Άρη.
Το Hope πλησιάζει τον Άρη με τόσο μεγάλη ταχύτητα που θα γλυστρίσει γύρω του και θα συνεχίσει στο βαθύ διάστημα, εάν δεν επιβραδύνεται στο επίπεδο που μπορεί να τραβηχθεί από τη βαρύτητα του Άρη.
Η εισαγωγή στην τροχιά του Άρη
Κατά τη φάση εισαγωγής στην τροχιά του Άρη, η ομάδα ελέγχου από τη γή επικεντρώνεται στην ασφαλή είσοδο σε τροχιά σύλληψης στον Άρη. Σχεδόν το ήμισυ του καυσίμου ξοδεύεται για να επιβραδύνει το Hope αρκετά, ώστε να τραβηχθεί από την τροχιά του Άρη. Η πυροδότηση των προωθητών Delta V διαρκεί περίπου 30 λεπτά και μειώνει την ταχύτητα του διαστημικού σκάφους από περισσότερα από 121.000 km / h σε περίπου 18.000 km / h.
Δεδομένου ότι η φάση εισαγωγής στην τροχιά του Άρη είναι εξίσου κρίσιμη με τη φάση εκτόξευσης, το διαστημικό σκάφος θα πρέπει να τεθεί ξανά σε λειτουργία και τα όργανα να δοκιμαστούν πριν εισέλθουν στη φάση της εκπομπής των επιστημονικών δεδομένων.
Η διαδικασία μετάβασης στη φάση της επιστημονικής έρευνας.
Η πρώτη επαφή με το παρατηρητήριο του Hope πιθανότατα θα προέλθει από το σταθμό εδάφους της NASA στην Ισπανία.
Το επόμενο στάδιο στο ταξίδι του διαστημικού οχήματος Hope είναι η μετάβαση από την τροχιά σύλληψης στη βαρύτητα του Άρη, σε μια αποδεκτή τροχιά επιστημονικής έρευνας, στο πλαίσιο της προετοιμασίας για τις κύριες επιστημονικές του δραστηριότητες. Η τροχιά επιστημονικής έρευνας είναι μια ελλειπτική τροχιά διάρκειας 40 ωρών, που θα φέρει το Hope σε κοντινότερη απόσταση στα 1.000 χιλιόμετρα πάνω από την επιφάνεια του Άρη και σε μακρύτερη απόσταση 49.380 χλμ.
Η πρώτη εικόνα του Άρη από τα επιστημονικά όργανα θα ληφθεί και θα μεταδοθεί στο Κέντρο Ελέγχου της Αποστολής – Mission Operation Center (MOC). Στη συνέχεια, προγραμματίζεται καθημερινή επαφή με την ομάδα στη Γη, επιτρέποντας μια γρήγορη εναλλαγή δεδομένων, μεταφορά εντολών και των δεδομένων τηλεμετρίας.
Μετά από μια περίοδο δοκιμών και επιβεβαιώσεων, πραγματοποιείται μια σειρά ελιγμών για να πάρει το Hope στη σωστή θέση για να μετακινηθεί στην τροχιά των επιστημονικών ερευνών.
Η φάση της επιστημονικής έρευνας.
Το διαστημικό σκάφος Hope θα έχει μια ελλειπτική τροχιακή στη φάση της επιστημονικής έρευνας, που κυμαίνεται μεταξύ 20.000–43.000 χιλιομέτρων, με μια πλήρη τροχιά να διαρκεί 55 γήινες ώρες. Η εξαιρετικά καινοτόμος τροχιά της αποστολής είναι μοναδική και θα επιτρέψει στο Hope να ολοκληρώσει την πρώτη ευρεία εικόνα σε όλο τον πλανήτη, 24×7 εικόνα της ατμοσφαιρικής δυναμικής και του καιρού του Άρη.
Η περίοδος επαφής με το Κέντρο Ελέγχου της Αποστολής (MOC) περιορίζεται σε 6-8 ώρες, δύο φορές την εβδομάδα. Στα δύο χρόνια που ο ανιχνευτής θα λειτουργεί, θα συγκεντρώσει νέα δεδομένα για τον Άρη, την ατμόσφαιρα και τη δυναμική της. Τα δεδομένα που συλλέγονται θα διατίθενται στην επιστημονική κοινότητα μέσω του κέντρου δεδομένων της Emirates Mars Mission.
Στην τροχιά επιστημονικής έρευνας, τα όργανα θα συλλέγουν τακτικά παρατηρήσεις της επιφάνειας και της ατμόσφαιρας του Άρη, καλύπτοντας όλες τις γεωγραφικές τοποθεσίες μέσω της προοπτικής του γεωγραφικού πλάτους και μήκους του πλανήτη. #
