Mars Reconnaissance Orbiter

Mars Reconnaissance Orbiter
-avaruusanturi Tämän kuvan kuvaus, myös kommentoitu alla Taiteilijan vaikutelma MRO- koettimesta . Yleisdata
Organisaatio NASA / JPL
Rakentaja Lockheed Martin
Ala Marsin tutkimus
Tehtävän tyyppi Kiertelijä
Tila Operatiivinen (helmikuussa 2021)
Muut nimet MRO
Tuoda markkinoille 12. elokuuta 2005
Launcher Atlas V 401
COSPAR-tunniste 2005-029A
Sivusto [1]
Tekniset ominaisuudet
Massa käynnistämisen yhteydessä 2 180  kg , mukaan lukien 1149  kg ja ponneaineiden
Polaarinen kiertorata
Periapsis 250 km
Apoapsi 316 km
Kaltevuus 93 °
Tärkeimmät instrumentit
HIRISE Teleskooppi
CRISM Infrapuna / näkyvän valon kuvantaminen spektrometri
MCS Radiometri
SHARAD Tutka

Mars Reconnaissance Orbiter ( MRO ) on Yhdysvaltain avaruusoperaatio NASA: lta, jokakiertää Marsia . MRO -luotaimen käynnistettiin12. elokuuta 2005Atlas V -401 -raketin avulla Cape Canaveralin laukaisualustalta ja tuli Marsin kiertoradalle10. maaliskuuta 2006. Koetin muutti kiertorataa seuraavan viiden kuukauden aikana käyttämällä jarrutekniikkaa matalan pyöreän kiertoradan saavuttamiseksi.

MRO- tehtävän päätavoitteena on kartoittaa Marsin pinta. Suuren kiertoradan (yli 2 tonnia ponneaineita ) on täytettävä tämä HIRISE-teleskoopin tavoite, jonka avulla on mahdollista saada kuvia 20–30  cm: n tarkkuudella . Tämä laite täydennetään spektrometrillä ja radiometrillä, jotka toimivat näkyvässä ja infrapunavalossa , sekä tutkalla, jonka avulla voidaan määrittää maaperän mineraloginen koostumus , sen geologia sekä etsiä jääksi jäänyttä vettä . Lopuksi MRO on varustettu tietoliikenne- järjestelmään, joka sen pitäisi pystyä siirtämään erittäin suuria tietomääriä Maahan ja toimimaan rele keräämien tietojen Landers ja Rovers sijoitettu Marsin pinnalla, kuten Mars Science Laboratory .

Saavuttuaan kiertoradalla Mars MRO ottaa haltuunsa Mars Global Surveyor ja tulee neljäs toiminnallinen keinotekoinen satelliitti kiertoradalle punaisen planeetan Euroopan koetin Mars Express ja kaksi NASA 2001 antureista Mars Odyssey ja Mars Global Surveyor . MRO- instrumentit ovat mahdollistaneet erityisesti Marsin polaarisen korkin tilavuuden arvioinnin, jään havaitsemisen suhteellisen matalalla leveydellä sijaitsevissa kraattereissa, lumivyöryjen havaitsemisen ja monentyyppisten mineraalien havaitsemisen. Ensimmäinen tehtävä, joka päättyi vuonnajoulukuu 2008, on jatkettu useita kertoja ja sen odotetaan olevan toiminnassa vuosikymmenen puoliväliin saakka 2020.

Asiayhteys

NASAn virkamiehet tutkivat Mars-maaperän laskeutumisvaiheen aikana kadonneen Mars Polar Lander ( MPL ) -anturin epäonnistumisen syitä ja toteavat, että heillä ei ole keinoja taata, että laskeutumispaikka ei aiheuta riskiä. Marsin ympäri kiertävien avaruuskoettimien ( Mars Global Surveyor ja 2001 Mars Odyssey ) parhaiden kuvien avaruusresoluutio on kaksi metriä. Tämä yksityiskohtien taso ei mahdollista sellaisten yhden metrin pituisten kivien tunnistamista, jotka voivat aiheuttaa avaruusaluksen kaatumisen laskeutuessaan. MPL- operaation suunnittelijat, jotka eivät voineet luottaa täysin MGS : n ottamiin valokuviin , tukeutuivat laskeutumispaikan valinnassa kivijakelutilastoihin. Vaikka tämän tyyppinen onnettomuus on poissuljettu selittämään Mars Polar Landerin epäonnistumista , NASA päättää kehittää Marsin kiertoradan, joka pystyy tarjoamaan kuvia poistamaan tämän riskin seuraaville Marsin maahan lähetetyille tehtäville. Tuleva Marsin kiertorata, joka on nimeltään Mars Reconnaissance Orbiter ( MRO ), valitsee 30 cm: n tarkkuuden laivakameralle . Tutkijat, jotka ovat vastuussa Mars Climate Orbiter -laitteessa olevista instrumenteista , menettivät myös vuonna2009, pyydä MRO ottamaan kopio päälaitteesta (nimeltään Mars Climate Sounder tai MCS) tutkiakseen planeetan ilmakehää ja ilmastoa. Päätös Mars Reconnaissance Orbiterin kehittämisestä tehdään vuoden alussa2000Muutaman kuukauden kuluttua projektin aloittamista Rovers Mars Mars Exploration Rover ( MER ), mutta kun Rovers käynnistetään2003, seuraavan käynnistysikkunan MRO- käynnistyspäivä on asetettu2005.

Tavoitteet

MRO- operaation panokset ovat NASA: n Marsin-ohjelmalle asettamien tieteellisten tavoitteiden mukaiset:

MRO- tehtävälle asetetaan seuraavat tieteelliset tavoitteet  :

Lisäksi avaruuskoettimella on erittäin tärkeä rooli Marsin pinnalla tehtävissä tehtävissä, jotka varmistavat Marsin ja Maan pinnalla olevien koneiden välisen välityksen.

Tehtäväarkkitehtuuri

Mars Reconnaissance Orbiterin ensisijaisen tehtävän on kestettävä kaksi marsilaisvuotta (tai neljä maavuotta): ensimmäinen vuosi on omistettu tieteellisille havainnoille samalla kun varmistetaan välitys Marsin pinnalla olevien koneiden kanssa. Toisena vuonna painopisteet muutetaan. Kuten edeltäneet kiertoradat , MRO kiertää aurinkosynkronisella kiertoradalla  : se kulkee päiväntasaajan yli kello 3 iltapäivällä suosiakseen kuvien ottamista, joka vaatii pitkiä varjoja. Kiertorata on matalampi kuin Mars Global Surveyor (255 x 320  km 370 km: n sijasta  ), mikä lisää valokuvien spatiaalista tarkkuutta. Kuten kaksi edeltäjäänsä saapunutta Marsin kiertorataa, MRO käyttää ilmajarrua päästäkseen kiertoradalle, josta se suorittaa nämä tieteelliset tutkimukset. Tämä tekniikka säästää lähes 580  kiloa ja ponneaineet . Pääkameran spatiaalisen resoluution valitsemisesta käydään keskustelua: jotkut tutkijat haluavat, että resoluutio, joka ei ole liian korkea, saisi suhteellisen täydellisen valokuvan peiton planeetasta: ohuin suunniteltu tarkkuus edellyttäisi todellakin 200 000 päivän tarkkailua kattamaan koko kameran pinnan Mars. Korkean resoluution, MRO: n olemassaolon olemassaolon , valinta säilyy kuitenkin: HiRISE-kameran on tarjottava kuvia 30 cm: n tarkkuudella,  kun taas toinen kamera, jonka tarkkuus on 6 metriä, palauttaa kuvan kontekstin. Luotain kannattaa myös tutka (SHARAD) optimoitu analysoida pintakerrosten maahan syvyyteen 1  km: n päässä , kuvantamisen spektrometri (CRISM), joka toimii infrapuna- ja näkyvän valon, joilla on huomattava spatiaalinen resoluutio 20 metriä ja ilmakehän summeri ( MCS), joka antaa Marsin ilmakehän lämpötilan ja paineen sekä napa-aukkojen lämpötilan. Selvittääkseen pääkameransa tuottamien suurten kuvien määrän (80-kertainen tuotetun datan määrään verrattuna vuoden 2001 Mars-Odysseiaan ) MRO: lla on erityisen tehokas tietoliikennejärjestelmä, joka käyttää ensimmäistä kertaa Ka-kaistaa tällä tavalla. parabolinen antenni 3 metriä halkaisijaltaan. Satelliitti, jolla on erityisen suuri hyötykuorma (139  kg ), painaa kaksi kertaa niin paljon kuin Mars Global Surveyor (2180  kg / 1055  kg ). Operaation kustannukset (noin 720 miljoonaa dollaria ensisijaisen tehtävän operaatioiden kanssa) osoittavat, että NASA on osittain poikennut nopeamman, halvemman, paremman dogmasta .

Avaruussondin rakentaminen

Projektin hallinta on uskottu muiden Marsin lähetystapojen tapaan NASA: n Jet Propulsion -laboratorioon , jonka päämaja on Kaliforniassa. SisäänLokakuu 2001, JPL päättää antaa Lockheed Martin Space Systems -yhtiön Denverin perustamiselle tehtäväksi avaruussondin rakentaminen. Lennon aikana tapahtuvan toiminnan hallinta, joka vaatii erityisasiantuntemusta kameran erittäin terävän tarkkuuden takia, on myös uskottu Lockheedille, koska yrityksellä on kentällä taitoja, jotka on hankittu rakentamalla tiedustelusatelliitteja. Tieteelliset instrumentit kehitetään Tucsonissa , Arizonan yliopistossa , Laurelissa Marylandissa, Johns Hopkinsin yliopiston soveltavan fysiikan laboratoriossa , mutta myös Euroopassa, Roomassa , Italian avaruusjärjestössä (ASI) sekä San Diegossa. Kaliforniassa Malinin avaruustieteiden järjestelmissä ja suihkumoottorilaboratoriossa.

Avaruussondin tekniset ominaisuudet

Koettimen rakenne

Avaruussondin rakenne on valmistettu komposiittimateriaalista, joka sisältää muovilla vahvistettua grafiittia, täydennettynä alumiinikennopaneeleilla. Titaanisäiliö, joka sisältää anturin käyttämän polttoaineen, on tärkein osa MRO: ta ja varmistaa kokonaisuuden jäykkyyden. Kokonaismassa on alle 2180 kg, mukaan lukien 1149 kg ponneaineita . Alun perin kiertorata painoi 2180 kiloa, mutta insinöörit onnistuivat vähentämään koettimen painoa 51  kilolla . Tämä rakenteen keventäminen mahdollisti hydratsiinilisäaineen lisäämisen koettimen käyttöiän pidentämiseksi.2014. Hyötykuorma massa on 139  kg .

Virtalähde

Mars Reconnaissance Orbiter -laitteen sähköenergiaa toimitetaan kahdella 5,35 metriä pitkällä ja 2,53 metriä leveällä aurinkopaneelilla , jotka on asennettu anturin rungon molemmille puolille. Jokainen aurinkopaneeli on kooltaan noin 9,5 neliömetriä ja siinä on 3744  aurinkokennoa , jotka koostuvat kolmesta kiteisestä kerroksesta, jotka muuttavat aurinkoenergian sähköksi tehokkaammin. MRO: n tapauksessa nämä solut pystyvät muuntamaan yli 26% tulevasta aurinkoenergiasta ja voivat tuottaa enintään 2000  wattia 32  V : n virralla Marsin kiertoradalla. Jokainen paneeli voi pyöriä itsenäisesti kahden akselin ympäri (kiertyminen ylhäältä alas tai vasemmalta oikealle) ja siten vastaanottaa aurinkosäteilyä optimaalisessa kulmassa.

Mars Reconnaissance Orbiter käyttää kahta ladattavaa paristoa ja nikkelimetallihybridiparistojen . Paristoja käytetään virtalähteenä, kun aurinkopaneelit eivät ole päin aurinkoa (kuten laukaisun, kiertoradan asettamisen tai ilmakehän jarrutuksen aikana) tai kun ne kulkevat Marsin varjon läpi. Jokaisen akun energian varastointikapasiteetti on 50  Ah , mutta koska mittapää ei tarvitse kaikkea tätä energiaa, akkua käytetään todennäköisesti vasta noin 40 prosentilla sen kapasiteetista tehtävän alkaessa. Tämä kapasiteetti vähenee niiden ja aurinkopaneelien kulumisen myötä. Kun jäljellä oleva jännite laskee alle  20V , aluksella tietokone lakkaa toimimasta.

Sulautettu elektroniikka

Mars Reconnaissance Orbiterin päätietokone on 32-bittinen RAD750- prosessori , joka käsittää 10,4 miljoonaa transistoria ja jonka sisäisen kellon kellotaajuus on 133  MHz . Tämä prosessori on erikoisversio PowerPC 750 -prosessorista , jota kutsutaan myös G3: ksi , mutta tämä versio on karkaistu vastustamaan avaruuden säteilyä. Tilaisuutta varten tuotettiin erityinen emolevy . RAD750-prosessori on RAD6000: n seuraaja . Tietysti tämä prosessori saattaa tuntua vanhentuneelta, jos verrataan sitä tietokoneeseen tai Macintoshiin , mutta se on erityisen luotettava avaruudessa ja pystyy toimimaan myös aurinkomyrskyjen aikana .

Tieteelliset tiedot tallennetaan 160  gigatavun (20  gigatavun ) flash-muistiin , joka koostuu noin 700 muistisirusta, joista jokaisen sirun kapasiteetti on 256  Mbit . Tämä tallennuskapasiteetti ei ole kovin suuri, kun otetaan huomioon, että hankittujen tietojen määrä on suuri. Yhdessä HiRISE- kameran kuvassa voi olla jopa 28 gigabittiä dataa.

Aluksen käyttöjärjestelmässä, VxWorks , on monia työkaluja veneen seuraamiseen ja hallintaan. Monet VxWorks-sovellukseen sisältyvät protokollat ​​mahdollistavat virheiden tarkan diagnosoinnin.

Navigointijärjestelmät

Navigointijärjestelmät ja anturit tarjoavat tietoja insinööreille (aluksen sijainti, suunta ja korkeus):

Televiestintäjärjestelmä

Televiestintäalijärjestelmä käyttää suurta antennia tiedonsiirtoon taajuudella, jota yleisesti käytetään planeettojen välisiin koettimiin (ts. X-kaista , taajuudella 8  GHz ). MRO innovoi käyttämällä kokeellisesti Ka-kaistaa 32  GHz: llä tiedonsiirtoon suurella nopeudella. Tiedonsiirtonopeus voi nousta 6  Mbit / s . Tämä tiedonsiirtonopeus on kymmenen kertaa suurempi kuin aikaisemmilla Marsin kiertäjillä. X-kaistan radiotaajuudelle käytetään kahta vahvistinta (lähetysteho 100  wattia , toinen vahvistin on varalaite). Ka-kaistainen vahvistin kuluttaa 35 wattia. Yhteensä koettimessa on kaksi transponderia .

Kaksi pienempää, matalan vahvistuksen antennia on integroitu myös anturiin pienen nopeuden tiedonsiirtoa varten (niitä käytetään kriittisissä tilanteissa, laukaisun tai Marsin kiertoradalle asettamisen aikana). Näitä antenneja ei tarvitse osoittaa maapallolle, ne voivat lähettää ja lähettää mihin tahansa suuntaan.

Propulsiojärjestelmä

Itsensä kuljettamiseksi koetin sisältää 20 yksimoottorista rakettimoottoria, jotka kaikki polttavat hydratsiinia , polttoainetta, joka tuottaa spontaanisti kaasuja ilman polttojärjestelmää kulkemalla katalysaattorin yli . MRO kuljettaa 1220  kg hydratsiinia, josta 70% käytetään kiertoradan lisäystoiminnan aikana. Hydratsiini ruiskutetaan moottoreihin paineistamalla sitä erityiseen säiliöön varastoidulla heliumilla . Moottoreita on kolmen tyyppisiä:

Mukana on myös neljä gyroskooppia , jotta satelliitti voidaan hienosäätää esimerkiksi erittäin korkean resoluution kuvien hankkimisen yhteydessä, jolloin pienin kiertoradan "väärä liike" voi aiheuttaa kuvan hämärtymisen. Kutakin gyroskooppia käytetään aksiaaliliikkeeseen. Neljäs gyroskooppi voi korvata minkä tahansa kolmesta muusta mahdollisen vian sattuessa. Jokainen gyroskooppi painaa 10  kg ja voi pyöriä erittäin nopeasti (jopa 6000  kierrosta minuutissa ).

Tieteellinen instrumentointi

Aluksella on kuusi tieteellistä instrumenttia, samoin kuin kaksi instrumenttia, joiden aluksen osajärjestelmien keräämien tietojen perusteella kokonaispaino on 139  kg . Aluksella on myös kolme teknistä mielenosoittajaa, joita voidaan käyttää tulevissa tehtävissä. Mars Reconnaissance Orbiter -operaation päätavoitteet ovat mahdollisten pohjavesivarojen etsiminen, ilmakehän karakterisointi ja Marsin geologia.

Tieteellinen instrumentointi

HiRISE

HiRISE kamera ( High Resolution Imaging Science Experiment ) koostuu teleskoopin 50  cm: n halkaisija ja polttoväli on 12  m , joka vuonna 2016 edelleen suurin kamera koskaan asennettu luotaimen. Sen avaruusresoluutio maassa saavuttaa 30  cm 300 km: n korkeudesta  . Ilmaisin koostuu 14 CCD-anturista, joiden koko on 2048 x 128 pikseliä , joista 10: llä on punainen suodatin ja muilla neljällä on sininen, vihreä ja lähellä oleva infrapunasuodatin . Hän ottaa kuvia kolmella värialueella: sinivihreä, punainen ja infrapuna. Mahdollisten laskeutumispaikkojen kartoituksen helpottamiseksi HiRISE-kamera voi tuottaa stereokuvia. Voimme siten arvioida kohteen helpotuksen 0,25 metrin tarkkuudella  . Instrumentin massa rajoitettiin 65  kg : iin käyttämällä hiilikuituvahvisteista muovia ja kevyitä lasipeilejä sen rakenteeseen . Jokaisen korkean resoluution kuvan koko on 28 megabittiä.

CTX

CTX tai Context Imager tarjoaa yksivärisiä kuvia , joiden leveys voi olla jopa 40  km , tarkkuudella 8 metriä pikseliä kohti. CTX-laitteen on toimittava synkronisesti kahden muun koettimessa olevan kameran kanssa tarjotakseen karttoja, joiden avulla HiRISE- ja MARCI-kuvat voidaan sijoittaa globaaliin kontekstiinsa.

MARCI

MARCI- kamera (lyhenne sanoista Mars Color Imager ) tarjoaa kuvia viidellä näkyvällä värialueella ja kahdella ultraviolettinauhalla . MARCI: ta käytetään Marsin maailmanlaajuisen kartan luomiseen Marsin ilmaston päivittäisten, kausiluonteisten ja vuosittaisten vaihtelujen kuvaamiseksi. MARCI mahdollistaa päivittäisten sääraporttien tuottamisen.

CRISM

CRISM ( lyhenne varten Compact Ennakkotutustuminen Imaging spektrometrejä Mars ) kuvaamiseksi spektrometri toteaa infrapuna ja näkyvä valo . Se tuottaa yksityiskohtaisia ​​karttoja Marsin pintamineralogiasta . Tämän instrumentin resoluutio on 18 metriä kiertoradan etäisyydellä 300  km . Se toimii aallonpituuksilla 400 - 4050  nm ja mittaa niiden spektrin käyttämällä 560 kanavaa, joiden leveys on 6,55  nm .

MCS

MCS ( Mars ilmastointi Sounder ) radiometri analysoi Marsin ilmakehän 9 taajuuskaistoilla, mukaan lukien yksi kanava vaihtelee kohteen ultravioletti lähes infrapuna (0,3-3  um ) ja kahdeksan kanavaa keski-infrapuna (12-50  um) ). Eri kanavien avulla laite voi mitata lämpötilan, paineen, vesihöyryn ja pölyn tason koko ilmakehän paksuudessa maan ja 80 km: n korkeuden välillä  . Hän tarkkailee ilmakehän osaa. Instrumentti on asennettu kaksinkertaiseen kardaaniin, jonka avulla sillä on kaksi vapausastetta. MCS pystyy erottamaan ilmakehän kerrosten ominaisuudet pystysuunnassa 5  km . Tehdyt mittaukset kootaan tuottamaan päivittäiset ja maailmanlaajuiset lämpötilakartat, jotka esittävät Marsin ilmakehän alueelliset ja ajalliset vaihtelut, jotta voidaan luoda Marsin ilmakehän globaali kiertomalli. MCS mahdollistaa polaaristen korkkien evoluution seuraamisen määrittämällä jääpeitteiden ominaisuudet ja mittaamalla niiden pinnan lämpötilan. MCS: n massa on 8  kg, ja siihen kuuluu kaksi 4 cm: n aukon teleskooppia,  joiden polttoväli on f / 1,7. Instrumentti on jo ollut kahdella avaruuskoettimella - Mars Observer ja sitten Mars Climate Observer (nimellä PMIRR ( Pressure Modulator Infrared Radiometer ) - mutta ei ole tuottanut tuloksia näiden kahden laitteen katoamisen vuoksi.

SHARAD

SHARAD ( Shallow Suburface Radar ) on toisen sukupolven tutka, jonka on tutkittava maapallon maaperä täyttämällä MARSIS-tutkan peitto Mars Express -aluksella . Instrumentin läsnäolo liittyy pitkälti siihen, että Mars Global Surveyor havaitsi syvennykset, joiden muodostuminen voisi liittyä muutaman sadan metrin syvyydessä olevien vesipöytien esiintymiseen tai rikkaiden kerrostumien sulamiseen vesijäässä. MARSIS-tutka on kuitenkin optimoitu määrittämään planeetan pinnan rakenne muutaman kilometrin syvyydessä, eikä se sellaisenaan tarjoa käyttökelpoista tietoa muutaman sadan metrin päässä maasta sijaitsevista pintakerroksista. SHARAD lähettää aaltoja korkeammalla taajuudella kuin MARSIS (keskitetty 20  MHz: iin ja 10 MHz: n kaistanleveydellä  ), ja se on puolestaan ​​optimoitu analysoimaan ensimmäisen paksuuskilometrin pystysuuntainen resoluutio 15 metriä ja spatiaalinen resoluutio 0,3- 1  km: n pitkin satelliitin uralla ) 3-6  km: n . Se myös mahdollistaa analyysin sedimenttisistä, kuten ne, jotka esiintyvät alueilla Marsin napajäätiköt on Terra Meridiani , Candor Chasma tai Holden kraatterin , jokilaaksot, haudattu kraattereita ja tulivuoren kompleksit. Välineen toimittaa Italian avaruusjärjestö, johon osallistuu amerikkalaisia.

Yhteenveto laitteen ominaisuuksista
Väline Tyyppi Ominaisuudet Tieteelliset tavoitteet Instrumenttipäällikkö
CRISM Kuvan spektrometri Karhon leveys 11  km
Spatiaalinen resoluutio 20  m / pikseli
514 spektrikaistaa välillä 0,4 ja 4 mikronia
Spektrinen resoluutio 7  nm
Pinnan alueellinen ja paikallinen koostumus ja morfologia		 Scott Murchien
soveltavan fysiikan laboratorio
Johns Hopkinsin yliopisto
CTX Kamera Karhon leveys 30  km
Pankromaattinen kuva (miinus sininen)
Spatiaalinen resoluutio 6  m / pikseli 		Alueellinen morfologia ja stratigrafia Michael Malinin
yliopisto Arizonassa
HiRISE Korkean resoluution kamera Karhon leveys 6  km punainen) ja 1,2  km (sininen, vihreä)
Värikuva
Spatiaalinen resoluutio 0,3 - 1  m / pikseli 		Geologiset ja stratigrafiset prosessit
Morfologia		 Alfred MacEwen
Arizonan yliopisto
MARCI Laajakulmainen kamera Ilmakehän pilvet, sumu,
otsoni ja pinta-albedo
7 spektrinauhaa (0,28 - 0,8 mikronia)		 Planeetan meteorologia
Pinnan muutokset		 Michael Malin
Malin Avaruustietojärjestelmät
MCS Ilmakehä Lämpötila, vesi, pöly, CO 2 -profiili
Pystysuora peittoalue 0 - 80  km
Pystysuuntainen erottelukyky 5  km
Säteilytasapaino napoissa		 Ilmakehän rakenne
Polaariset prosessit		 Daniel JM Cleese
Jet Propulsiolaboratorio
SHARAD Tutka 1  km: n syvyyteen
kuuluva pystysuuntainen erottelukyky 10 - 20  m
Paikkatarkkuus 1 x 5  km 		Pohjarakenne
jopa 1  km syvä		 Roberto Seu
Italian avaruusjärjestö

Muut tieteelliset tutkimukset

Painovoimakenttätutkimus

Marsin painovoimakentän vaihtelut voivat aiheuttaa vaihteluja nopeudessa MRO- koettimessa . Koettimen nopeus mitataan käyttämällä kiertoradan Doppler-siirtymää , jonka signaali lähetetään takaisin maahan.

Tutkimus Marsin ilmakehän rakenteesta

Of kiihtyvyysanturit hyvin herkkiä on integroitu luotain. Ne mahdollistavat ilmakehän tiheyden määrittämisen vähentämällä. Ei ole vielä tiedossa, tehdäänkö tämä koe vain ilmakehän jarrutusvaiheessa (kun MRO sijaitsee matalammassa korkeudessa, ilmakehän tiheämmillä alueilla) vai koko tehtävän ajan.

Teknologian esittelyt

Electra

Electra on korkeataajuinen UHF- radiolähetin, joka on suunniteltu kommunikoimaan Marsin pinnalla sijaitsevien kiinteiden tai liikkuvien avaruusalusten, kuten Curiosity- kuljettajan , InSight- laskeutimen jne. Kanssa . Electran ansiosta koettimien saapuminen ja sijainti Marsissa ovat tarkempia.

Optinen navigointikamera

Optinen navigointikamera ottaa tilannekuvia Marsin, Phoboksen ja Deimoksen kuista tähtien kanssa taustalla MRO: n kiertoradan määrittämiseksi tarkemmin. Tämä kokemus ei ole välttämätön tehtävän moitteettoman toiminnan kannalta, se on sisällytetty, jotta insinöörit voivat testata uusia havaintotekniikoita avaruudessa. Liittimet kiertoradalle ja koettimien laskeutuminen voivat olla tarkempia.

Ka-bändin käyttö

Tavallinen tietoliikennejärjestelmä tietojen vaihtamiseksi avaruuskoettimien ja Maan välillä perustuu X-kaistan käyttöön . MRO on ensimmäinen avaruusoperaatio, joka välittää tiedot operatiivisesti Ka-kaistaa käyttäen . Tämä mahdollistaa tietojen siirtämisen huomattavasti nopeammin.

Tehtävän suorittaminen

MRO johti tieteellistä tehtäväänsä aluksi kahden vuoden ajan sen jälkeen, kun se oli asetettu kiertoradalle NASA: n kehittämän aerobraking tekniikan avulla . Tämän tarkoituksena on hidastaa alusta asteittain laskemalla aluksen kiertorata huipullaan niin, että se kulkee Marsin ylemmän ilmakehän läpi. Muodostettua vastusta käytetään kiertoradan asteittaiseen laskemiseen, kunnes tavoiterata saavutetaan. Varsinainen tieteellinen tehtävä alkoi vasta, kun kaikki tekniset testit oli suoritettu (vuonna 2005)Marraskuu 2006). Kaksivuotisen tehtävänsä jälkeen koetin jatkoi tieteellisiä havaintojaan samalla kun hän toimi Marsin pinnalle sijoitettujen avaruusalusten viestintäreleenä.

Laukaisu ja kuljetus Marsille (elokuu 2005 - maaliskuu 2006)

Alun perin suunnitellun MRO: n käynnistäminen10. elokuuta 2005, lykättiin kahdesti teknisten tapahtumien seurauksena (erityisesti pienen ongelman vuoksi Atlas V -raketin Centaur- vaiheessa . Koetin käynnistettiin lopulta onnistuneesti perjantaina12. elokuuta 2005alkaen Cape Canaveral laukaisualusta jota Atlas V raketti , varustettu Centaur ylempi vaiheessa . MRO purjehti avaruudessa seitsemän kuukautta ennen kuin saavutti Marsin. Neljä kurssikorjausta voitaisiin mahdollisesti tehdä, jotta koetin voisi suorittaa kiertoradan asettamisen ongelmitta saavutettuaan mahdollisimman lähelle Marsia.

Kiertoradan lisäys tapahtui, kun MRO- koetin lähestyi Marsia ensimmäistä kertaa10. maaliskuuta 2006. Koetin kulki planeetan eteläisen pallonpuoliskon alla 370–400 kilometrin (190 mailin) ​​korkeudessa. Koettimen kuusi päämoottoria polttivat polttoainettaan 27 minuutin ajan pienentääkseen anturin nopeutta 2900  m / s: stä 1900  m / s: iin (4 250 mailia tunnissa). Tämä kiertoradan sijoitus asetti koettimen hyvin elliptiseen polaariseen kiertoradalle. Periapse , eli piste, jossa avaruusalus on lähimpänä pintaa, on 300 km (180 mailia). Apoapse , kauimpana pinnalla, on 45000km (28000 mailia). Koettimella kestää sitten 35 tuntia täydellisen kiertoradan suorittamiseen.

Ilmajarrutusvaihe (maaliskuusta marraskuuhun 2006)

Ilmajarrutuslaskelmissa alkoi pian sen jälkeen silmäkuopan lisäys, jolloin koetin on pienempi, nopeampi kiertoradalla. Tämä jarrutus säästää polttoainetta (lähes 50%). Ilmakehän jarrutus tapahtui kolmessa vaiheessa:

  • MRO laski asteittain periapseja moottoreidensa avulla. Ihanteellinen korkeus ilmakehän jarrutukseen määritettiin, kun aika tuli, se riippui ilmakehän hienoudesta (muista, että ilmanpaine vaihtelee Marsin vuodenajan mukaan). Tämä ensimmäinen vaihe suoritettiin viidellä kiertoradalla, toisin sanoen yhdellä maanpäällisellä viikolla;
  • Sitten MRO pysyi riittävän matalalla korkeudella, jotta se voisi käyttää ilmakehän jarrutusta viisi ja puoli kuukautta tai alle 500 kiertorataa. NASA: n insinöörit käyttivät avaruusaluksen moottoreita satunnaisiin korjauksiin periapsiin, joten avaruusalus ei hajonnut ohuessa ilmakehässä. Tällä jarrutuksella apoapsi tulisi vähentää 450 kilometriin (280 mailia);
  • ilmakehän jarrutussarjan loppuun saattamiseksi MRO- koetin käytti potkureitaan niin, että sen periapsi sijaitsi Marsin ilmakehän ulkopuolella (elokuu 2006).

Tämän jarrutusvaiheen jälkeen insinöörit tekevät kiertoradalle lisäasetuksia yhden tai kahden viikon ajan moottorien ansiosta. Nämä korjaukset tehdään ennen aurinkoyhteyttä, joka tapahtui7. lokakuuta ja 8. marraskuuta 2006. Tänä aikana Mars kulki Auringon takana maanpäällisiä tarkkailijoita varten. Tämän ilmakehän jarrutusvaiheen jälkeen tieteelliset toimet alkoivat. Toimiva kiertorata värähtelee 255 kilometrin (etelänavan yläpuolella) ja 320 kilometrin (Marsin pohjoisnavan yläpuolella) välillä.

Tieteellisen tutkimuksen vaihe

Perusmatka (marraskuusta 2005 marraskuuhun 2008)

Tieteellinen toiminta tapahtuu nimellisen kahden vuoden ajan. Sen jälkeen laajennettu tehtävä alkoi. Mars Reconnaissance Orbiter -koetin keräsi tietoja valmistautuakseen seuraaviin NASA-tehtäviin, mukaan lukien vuonna 2007 käynnistetty Phoenix- laskeutuja ja vuonna 2011 käynnistetty Mars Science Laboratory -ratsastaja . MRO- kameroilla valittiin paikat näiden robottien kannalta suotuisimmille laskuille tekemällä on mahdollista löytää paras kompromissi riskien ja tieteellisten tulosten välillä. MRO- koettimen erityisen tärkeät kapasiteetit releenä tiedonsiirtoon Marsin ja Maan välillä ovat keskeisessä asemassa maassa tehtävissä tehtävissä. MRO pystyi myös toimittamaan tärkeitä tietoja MER- ja MSL-roverien laskeutumisvaiheissa.

25. toukokuuta 2008, HiRISE-kamera onnistuu valokuvaamaan Phoenix- avaruuskoettimen laskeutuessaan laskuvarjojensa alle kohti Vastitas Borealiksen alueella sijaitsevaa laskeutumispaikkaa .

Tehtäväpidennykset (marraskuu 2008 -)

Avaruuskoetin suorittaa ensisijaisen tehtävänsä mennessä joulukuu 2008. MRO- tehtävää jatketaan kahdella vuodella tavoitteena tutkia muutoksia Marsin pinnalla (dyynit, ontelot napakorkkien pinnalla jne.). 6. elokuuta 2009, MRO siirtyi selviytymistilaan kolmannen kerran vuonna 2009 ja seitsemännen kerran sen käynnistämisen jälkeen. Hän siirtyy jälleen selviytymistilaan26. elokuutaja insinöörit päättävät lopettaa kaikki toiminnot näiden toistuvien tapahtumien alkuperän selvittämiseksi. Avaruussondi alkaa toimia uudelleen vasta8. joulukuutakun sisäinen ohjelmisto on ladattu uusi versio. Sisäänhuhtikuu 2010, kiertoradalla on edelleen 290  kg ponneainetta, josta 120  kg on varattu Mars Science Laboratory -operaatioon tarkoitettuihin liikkeisiin . MRO kuluttaa noin 10  kg vuodessa, mikä antaa mahdollisuuden ajatella tehtävänsä jatkamista vuoden 2020 jälkeen. Kesän 2011 aikana yksi HiRISE-kameran 14 CCD: stä hajoaa, mikä vähentää karhon leveyttä 6  km : llä 5,4: een.  km . Kolme vuotta Phoenixin kuvaamisen jälkeen MRO uudistaa esitystään6. elokuuta 2012Marsin tiedelaboratorion laskeutumista varten .

Toimenpiteet operaation jatkamiseksi 2020-luvulle saakka

NASA: lla on oltava useita Marsin kiertoratoja vuoden 2020 vuosikymmenen aikana voidakseen välittää pinnalla työskentelevien kuljettajiensa keräämät tiedot ( Mars 2020 , Curiosity jne.). Käytettävissä olevat koneet, erityisesti MRO, kuitenkin vanhenevat. Amerikan avaruusjärjestö päätti vuoden 2018 alussa ryhtyä toimenpiteisiin MRO: n käyttöiän pidentämiseksi niin paljon kuin mahdollista, erityisesti taatakseen tietojen edelleenlähetysMaaliskuu 2020. Asennonhallintalaitteita MRO lepää normaalikäytössä on inertiaalinen , hän kantaa kahta kopiota. Ensimmäinen yksikkö, jonka käyttöikä päättyi 58 000 tunnin käytön jälkeen, korvattiin useita vuosia sitten valmiustilalla, jolla oli vuoden 2018 alussa 52 000 tuntia käyttöä. Viimeksi mainitun säilyttämiseksi, joka saavutti melkein teoreettisen potentiaalinsa loppuun ja joka on edelleen välttämätön kiertoradan korjauksille, selviytymismoodille tai poikkeuksellisille liikkeille, jotka liittyvät esimerkiksi uuden avaruusaluksen saapumiseen, NASA on päättänyt käyttää tähtitunnistinta sen sijaan normaalissa käytössä. inertiayksikön. Tämä laite käyttää kameraa tunnistamaan tähdet näkökentässään ja määrittämään avaruusaluksen suunnan.

Toinen kriittinen osa MRO: ta ovat kaksi akkua, jotka ovat myös vaarassa epäonnistua. Näitä kutsutaan aina, kun Mars-planeetta tulee Auringon ja MRO: n väliin, tai noin 40 minuuttiin jokaisen kahden tunnin kiertoradalla. Pidentääkseen niiden käyttöikää, päätettiin lisätä niiden kuormitusta ja kytkeä päälle lämmitysvastukset, jotka ovat vastuussa avaruusaluksen lämpötilan pitämisestä oikeilla alueilla, kun se kulkee Marsin varjossa - ennen tätä vaihetta, jotta voidaan vähentää akun pimennyksen aikana ja lopuksi MRO: n kiertoradan muokkaamiseksi planeetan yön puoleisen matkan keston lyhentämiseksi. Tällä kiertoradan muutoksella, joka koostuu siirtymisajan siirtymisestä takaisin päiväntasaajan yläpuolelle, on vaikutusta havaintoihin: lyhennetään niiden jaksojen kestoa vuodessa, jolloin pylväitä voidaan havaita, oivallusten toteutumista ja tulkintaa. samassa sivustossa muutosten havaitsemiseksi. Ikääntyminen on jo ottanut vuoden 2018 alussa pois käytöstä yhden kahdesta CRISM-spektrometristä, joiden toiminta vaatii kryojäähdyttimen  : kolme tämän tyyppistä laitetta on poistettu käytöstä.

Tulokset

Galleria

  • Dyyni kentät
  • Eri

  • Viimeisimmät iskut kraatterit, joiden halkaisija on 30 metriä (alle 3 vuotta vanha), kuvattu Marraskuu 2013HiRISE- kameralla .

  • Lumivyöry laukaisi sulatuksen napakorkissa ja kuvasi sisään Helmikuu 2008. Romupilvi on noin 200 metriä pitkä ja kallio on 700 metriä korkea ja kalteva noin 60 °. Sen yläosa on peitetty jäätyneellä hiilidioksidilla.

  • Kerrokset Chasma Borealen rinteillä, laakso, joka uppoaa napakaappiin. Kuva on 1  km oikealta vasemmalle ja korkeusero on myös 1  km

Huomautuksia ja viitteitä

  1. Rocard 2003-2006 , s.  139-140
  2. (in) "  Science yhteenveto  " on NASAn JPL , Jet Propulsion Laboratory (näytetty 03 tammikuu 2016 ) .
  3. (in) "  Science Tavoite 1: Selvitä, Life On Mars Ever syntyi  " on NASAn JPL , Jet Propulsion Laboratory (näytetty 03 tammikuu 2016 ) .
  4. (in) "  Tavoite 2: luonnehtivat ilmasto- Mars  " on NASAn JPL , Jet Propulsion Laboratory (näytetty 03 tammikuu 2016 ) .
  5. (in) "  Tavoite 3: Luonnehdi Marsin geologia  " on NASAn JPL , Jet Propulsion Laboratory (näytetty 03 tammikuu 2016 ) .
  6. (in) "  Tavoite 4: Valmistaudu ihmisen etsintä Mars  " on NASAn JPL , Jet Propulsion Laboratory (näytetty 03 tammikuu 2016 ) .
  7. (in) "  MO> Mission> Tiede> Tavoitteet  " on NASAn JPL , Jet Propulsion Laboratory (näytetty 25 tammikuu 2016 ) .
  8. Ulivi ja Harland 2014 , s.  213-218
  9. Rocard 2003-2006 , s.  141
  10. (in) "  Mars Reconnaissance Orbiter - High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE)  " on NASA NSSDC Master Catalogue , NASA (näytetty 25 tammikuu 2016 )
  11. (in) "  Mission> Mittarit> CTX Context Camera  " on NASAn JPL , Jet Propulsion Laboratory (näytetty 25 tammikuu 2016 )
  12. (in) "  Mission> Työkalut> Väri Imager MARCI maaliskuussa  " on NASAn JPL , Jet Propulsion Laboratory (näytetty 25 tammikuu 2016 )
  13. (in) "  Mars Reconnaissance Orbiter - Kompakti Reconnaissance Imaging Spectrometer Mars (CRISM)  " on NASA NSSDC Master Catalogue , NASA (näytetty 25 tammikuu 2016 )
  14. (in) "  Mars Reconnaissance Orbiter - Mars Climate Sounder (MCS)  " , NASA: n NSSDC-pääluettelossa , NASA (käytetty 25. tammikuuta 2016 )
  15. Rocard 2003-2006 , s.  143-144
  16. (in) "  Mission> Mittarit> SHARAD matala tutka  " on NASAn JPL , Jet Propulsion Laboratory (näytetty 25 tammikuu 2016 )
  17. (in) "  missiot ja Hankkeet> Aurinkokunnan tutkiminen> SHARAD  " on Italian avaruusjärjestö , Jet Propulsion Laboratory (näytetty 25 tammikuu 2016 )
  18. Graf ja Zurek 2001 , s.  3.
  19. (in) "  Mission> Työkalut> painovoimakentän  " on NASAn JPL , Jet Propulsion Laboratory (näytetty 25 tammikuu 2016 )
  20. (in) "  Mission> Mittarit> Kiihtyvyys  " on NASAn JPL , Jet Propulsion Laboratory (näytetty 25 tammikuu 2016 )
  21. (in) "  Mission> Mittarit> Electra  " on NASAn JPL , Jet Propulsion Laboratory (näytetty 25 tammikuu 2016 )
  22. (in) "  Mission> Mittarit> Optiset Camera  " on NASAn JPL , Jet Propulsion Laboratory (näytetty 25 tammikuu 2016 )
  23. (in) "  Mission> Mittarit> Ka-bändi  " on NASAn JPL , Jet Propulsion Laboratory (näytetty 25 tammikuu 2016 )
  24. (in) Mars Reconnaissance Orbiter lähestyy loppu ilmajarrutuslaskelmissa - Lehdistötiedote NASA 25. elokuuta, 2006
  25. (in) Eric Hand, "  Planetary Science: muukalainen vieraalla maalla  " , Nature , n o  753,4. kesäkuuta 2008, s.  712-713 ( lue verkossa )
  26. Ulivi ja Harland 2014 , s.  235
  27. (in) "  Orbiter vikasietotilassa lisää tiedonsiirtoa  " , NASA / JPL28. elokuuta 2009
  28. (in) "  Avaruusalukset poissa vikasietotilasta  " , NASA / JPL8. joulukuuta 2009
  29. (sisään) Emily Lakdawalla, "  Mars Reconnaissance Orbiter HiRISE on tehnyt sen uudestaan ​​!!  " , Planetary Society ,6. elokuuta 2012
  30. (in) Emily Lakdawalla, "  terveyden ylläpitämistä ikääntymisen luotain vuonna Maaliskuu  " , The Planetary Society ,14. helmikuuta 2018

Liitteet

Bibliografia

NASAn lähetysasiakirjat
  • (en) NASA, Mars Reconnaissance Orbiter Launch -puristinsarja ,Elokuu 2005( lue verkossa )NASA: n toimittama lehdistöpaketti MRO: n käynnistämistä varten
  • (en) NASA, Mars Reconnaissance Orbiterin saapuminen ,Maaliskuu 2006( lue verkossa )NASA: n toimittama puristussarja MRO: n kiertoradalle asettamista varten
  • (fr) James E.Graf, Richard W.Zurek et ai. , "  Mars Reconnaissance Orbiter Mission IAC-05-A.3.3  " , IAC ,2005, s.  1–11 ( lue verkossa [PDF] ) Tehtävän yleinen esittely.
  • (en) Richard W. Zurek ja Suzanne E. Smrekar, "  Katsaus Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) -tutkimusoperaatioon  " , Journal of Geophysical Research , voi.  112, n o  E05S01,12. toukokuuta 2007, s.  23291–23316 ( DOI  10.1029 / 2006JE002701 , lue verkossa [PDF] ) Missio ja tieteelliset kysymykset.
  • ( fr ) Jim Taylor et ai. , Mars Reconnaissance Orbiter Telecommunications , Jet Propulsion Laboratory (NASA), kokoonpano  "DESCANSO Design and Performance Summary -sarja",Syyskuu 2006( lue verkossa [PDF] )
Mars Reconnaissance Orbiter -televiestintäjärjestelmän tekniset tiedot . Synteesikirjat Marsin etsimisestä
  • (en) Paolo Ulivi ja David M.Harland , aurinkokunnan robottitutkimus: Osa 4: Moderni aikakausi 2004--2013 , Springer Praxis,2014, 567  Sivumäärä ( ISBN  978-1-4614-4811-2 )
  • (en) Peter J. Westwick, Into the black: JPL ja amerikkalainen avaruusohjelma, 1976-2004 , New Haven, Yale University Press ,2006, 413  Sivumäärä ( ISBN  978-0-300-11075-3 ) - Suihkumoottorilaboratorion historia vuosina 1976–2004
  • (en) Erik M. Conway, Tutkimus ja tekniikka: Jet-propulsiolaboratorio ja Marsin etsintä , Baltimore, Johns Hopkins University Press ,2015, 418  Sivumäärä ( ISBN  978-1-4214-1605-2 , lue verkossa ) - Jet Propulsion Laboratoryn Marsin etsintäohjelman historia
  • (en) Frédéric W. Taylor, Marsin tieteellinen tutkimus , Cambridge, Cambridge University Press ,2007, 348  Sivumäärä ( ISBN  978-0-521-82956-4 , 0-521-82956-9 ja 0-521-82956-9 )
  • Francis Rocard, Planète rouge: Viimeisimmät uutiset Marsilta , Pariisista, Dunod , coll.  ”Quai des Sciences”, 2003-2006, 2 nd  ed. , 257  Sivumäärä ( ISBN  978-2-10-049940-3 ja 2-10-049940-8 )
Tieteellisten instrumenttien kuvaus - Tieteelliset tulokset - Instrumenttien suunnittelijoiden artikkelit
  • ( fr ) Roberti Seu et ai. , "  SHARAD-äänetutka Mars Reconnaissance Orbiterilla  " , Journal of Geophysical Research , voi.  112, n o  E05S05,12. toukokuuta 2007, s.  23291–23316 ( DOI  10.1029 / 2006JE002745 , lue verkossa [PDF] ) Sharad-tutkan esittely.
  • (en) DJ McCleese, JT Schofield et ai. , "  Mars Climate Sounder: Tutkimus lämpö- ja vesihöyryrakenteesta, pölyn ja kondensaatin jakautumisesta ilmakehässä sekä napa-alueiden energiatasapainosta  " , Journal of Geophysical Research , voi.  112, n o  E05S06,2007, s.  23291–23316 ( DOI  : 10.1029 / 2006JE002790 , lue verkossa [PDF] ) MCS-instrumentin kuvaus.
  • ( fr ) Alfred S. McEwen, Maria E. Banks et ai. , "  High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) MRO: n ensisijaisen tieteen vaiheen (PSP) aikana  " , Icarus , voi.  205, n °  1,tammikuu 2010( DOI  10.1016 / j.icarus.2009.04.023 ) HiRISE-kameran kuvaus ja tulokset ensisijaisen tehtävän lopussa.
  • ( fr ) Alfred S. McEwen, Maria E. Banks et ai. , "  High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) MRO: n ensisijaisen tieteen vaiheen (PSP) aikana  " , Icarus , voi.  205, n °  1,tammikuu 2010( DOI  10.1016 / j.icarus.2009.04.023 ) HiRISE-kameran kuvaus ja tulokset ensisijaisen tehtävän lopussa.
  • (en) S. Murchie, R. Arvidson et ai. , "  Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM) on Mars Reconnaissance Orbiter (MRO)  " , Journal of Geophysical Research , voi.  112, n o  E05S03,2007, s.  1-57 ( DOI  10.1029 / 2006JE002682 , lue verkossa [PDF] ) CRISM-spektrometrin kuvaus.
  • ( fr ) Michael C.Malin, James F.Bell III et ai. , "  Context Camera Investigation on board the Mars Reconnaissance Orbiter  " , Journal of Geophysical Research , voi.  112, n o  E05S04,2007, s.  1-25 ( DOI  0.1029 / 2006JE002808 , lue verkossa [PDF] ) Kontekstikameran kuvaus.

Aiheeseen liittyvät artikkelit

MaaliskuuMarsin avaruusetsintäAvaruustekniikat

Ulkoiset linkit