АМС “Trace Gas Orbiter” (TGO)

Trace Gas Orbiter

«Трейс Гас Орбитер» (Trace Gas Orbiter) — космический аппарат для изучения происхождения малых составляющих в атмосфере Марса с орбиты искусственного спутника.

Аппарат создан по программе «Экзомарс» специалистами европейского и российского космических агентств. Запущен 14 марта 2016 года.

Научные цели полёта

Аппарат исследует и выяснит природу возникновения в атмосфере Марса малых составляющих метана, других газов и водяного пара, о содержании которых известно с 2003 года. Наличие метана, быстро разлагающегося под ультрафиолетовым излучением, означает его постоянное поступление из неизвестного источника. Таким источником могут быть ископаемые или биосфера — живые организмы.

Присутствие метана в атмосфере Марса интригует, потому что вероятное его происхождение — это либо результат деятельности современной жизни, либо геологической активности. Орбитальный аппарат будет определять локализацию источников многих следовых газов в атмосфере и изменения пространственного распределения этих газов во времени. В частности, если метан (CH4) обнаружен в присутствии пропана (C3H8) или этана (C2H6) то это будет сильным указанием на биологические процессы. Если метан обнаружен в присутствии таких газов как диоксид серы (SO2) то это будет указывать на то что метан является побочным продуктом геологических процессов.

«Трейс Гас Орбитер» определит точки возникновения метана, чтобы аппарат Экзомарс-ровер высадился в те места в 2018 году.

Европейское космическое агентство преследует и вторую цель: опробовать новую технологию входа в атмосферу, спуска и посадки космических аппаратов на поверхность планет. «Трейс Гас Орбитер» обеспечит перелёт к Марсу спускаемого аппарата с автоматической марсианской станцией — модуля «Скиапарелли» для демонстрации возможности входа в атмосферу, спуска и посадки.

Модуль «Скиапарелли» для демонстрации возможности входа в атмосферу, спуска и посадки

Первоначально на марсианской станции планировалось установить одиннадцать научных приборов под общим названием «полезная нагрузка Гумбольдта», которые будут исследовать геофизику внутреннего строения планеты, но в итоге в первом квартале 2009 года этот проект был полностью отменён.

Модуль «Скиапарелли» отделится от орбитального аппарата 16 октября 2016, до его торможения и перехода на орбиту искусственного спутника, и войдет в атмосферу Марса 19 октября со скоростью 21000 км/час. Скорость снижается путем последовательного использования аэродинамического торможения и парашюта. Полное торможение и мягкая посадка проводится ракетным двигателем с помощью навигационной и управляющей системы, основанной на доплеровском датчике радара альтиметра.

Предложенным местом посадки называлось Плато Меридиана, которое представляет собой относительно плоский участок, расположенный неподалеку от экватора планеты.

Для электроснабжения научных приборов используются аккумуляторы, которых хватит на 2-8 суток. Возможности модуля «Скиапарелли» по исследованиям ограничены поскольку нет долговременного источника энергии, а также относительно небольшим пространством для приборов. Однако научные приборы выполнят полезные измерения на поверхности, в частности первые измерения электрических полей на поверхности Марса.

История разработки

Модель Трейс Гас Орбитер представленная на Парижском авиасалоне 2015

В 2008 году космическое агентство НАСА представило проект Марсианского научного орбитального аппарата (Mars Science Orbiter). Годом спустя, после подписания соглашения о совместном сотрудничестве в области освоения Марса, часть проекта легла на плечи ЕКА, а сам проект был изменен. Аппарат сменил название, дата запуска была перенесена на 2016 год, а оборудование стало разрабатываться как НАСА, так и ЕКА. Было решено, что «Трейс Гас Орбитер» заменит уже работающий Марсианский разведывательный спутник (Mars Reconnaissance Orbiter) и будет включен в программу «Экзомарс». Запуск предполагалось осуществить с помощью ракеты Атлас V. Однако, в 2012 году, вследствие сокращения бюджета, НАСА было вынуждено приостановить сотрудничество и прекратить свое участие в проекте.

В том же году ЕКА установило соглашение с космическим агентством России. Два из четырёх научных приборов аппарата разработаны в Институте космических исследований РАН. Для запуска использована ракета-носитель “Протон-М”.

Приборы

На данном космическом аппарате установлены следующие научные приборы:

• NOMAD (Nadir and Occultation for MArs Discovery) — три спектрометра, два инфракрасных и ультрафиолетовый, для высокочувствительной идентификации компонентов атмосферы, включая метан и многие другие следовые газы, с орбиты спутника. NOMAD проводит солнечно-затменные наблюдения и прямые наблюдения отраженного света. Разработан Бельгией, Испанией, Италией, Великобританией, США, Канадой. NOMAD покрывает диапазоны 2,2—4,3 мкм (инфракрасный) и 0,2—0,65 мкм (ультрафиолетовый).
• ACS (Atmospheric Chemistry Suite) — набор из трёх инфракрасных инструментов для изучения химии и структуры атмосферы Марса. ACS дополнит NOMAD, расширив покрытие инфракрасного диапазона и сможет получать снимки Солнца нужные для лучшего анализа солнечно-затменных данных. Головной исполнитель — ИКИ РАН (Россия). Руководитель проекта — д.ф.-м.н. О. И. Кораблев. Прибор состоит из Эшелле-спектрометра НИР, работающего в диапазоне 0,7—1,6 мкм, Эшелле-спектрометра МИР, работающего в диапазоне 2,3—4,2 мкм, и Фурье-спектрометра ТИРВИМ, работающего в диапазоне 1,7—17 мкм.

NOMAD и ACS дважды за оборот вокруг Марса, во время местного восхода и заката, будут наблюдать Солнце когда оно просвечивает атмосферу. Такие измерения дадут подробную информацию о количестве метана на различных высотах над поверхностью Марса.

NOMAD и ACS будут также исследовать отраженный поверхностью свет направляя спектрометры строго вниз (в надир) на планету. Такие измерения позволят картографировать источники метана.

• CaSSIS (Colour and Stereo Surface Imaging System) — камера высокого разрешения (4,5 м на пиксель), способная получать цветные и стереофотографии. CaSSIS предоставит геологические и динамические данные по источникам газов, обнаруженным приборами NOMAD и ACS. Разработан Швейцарией, Италией. CaSSIS представляет собой трёхзеркальный телескоп-анастигмат с фокусным расстоянием 880 мм, апертурой 135 мм и полем зрения 1,34° × 0,88°.
• FREND (Fine Resolution Epithermal Neutron Detector) — этот детектор нейтронов определит присутствие водорода от поверхности до глубины 1 метр, и таким образом обнаружит места залегания водного льда вблизи поверхности. Обнаружение присутствия подповерхностного льда прибором FREND будет в 10 раз лучше, чем существующие измерения. Головной исполнитель — ИКИ РАН (Россия). Руководитель проекта — д.ф.-м.н. И. Г. Митрофанов. Прибор состоит из четырёх пропорциональных детекторов, заполненных гелием-3 для регистрации потоков нейтронов с энергиями от 0,4 до 500 кэВ и одного сцинтилляционного детектора с кристаллом стильбена для регистрации потока нейтронов с энергиями от 0,5 до 10 МэВ. Благодаря коллиматору поле зрения прибора сужено до пятна размером 40 км на поверхности Марса, что позволит создавать карты распределения подповерхностного водорода с таким разрешением. В состав прибора FREND входит также дозиметрический прибор «Люлин-МО», который измеряет радиацию и позволит судить о радиационной обстановке в космосе и на поверхности Марса. В разработке прибора FREND принимали участие 5 российских институтов и один болгарский (он создал прибор «Люлин-МО»).

По материалам Wikipedia