Обзор миссии Экзомарс-2016

14 марта 2013 года Российское и европейское космическое агентство (ESA) подписали договор, превративший масштабную европейскую программу изучения Марса в совместный проект. Программа разделена на два этапа, осуществление которых запланировано на 2016 и 2018 года. Приближение первой даты дает повод подробно обсудить миссию «Экзомарс-2016» (ExoMars 2016).

За первый этап миссии «Экзомарс» преимущественно отвечает Европейской космическое агентство. Россия предоставит ракету-носитель «Протон-М» для запуска космического аппарата и некоторые научные приборы. Подобно многим автоматическим станциям, «Экзомарс-2016» будет состоять из двух блоков, орбитального и наземного. Орбитальный модуль называется TGO – Trace Gas Orbiter, Спутник для отслеживания газов. Посадочный модуль, известный как EDM (Entry, Descent and Landing Demonstrator Module – Модуль-демонстратор входа, снижения и посадки), получил имя в честь итальянского астронома Джованни Скиапарелли.

Основной целью миссии станет поиск в атмосфере Марса следов метана и других газов, которые могут быть признаками биологических и эндогенных геологических процессов. Дополнительная задача – отработка технологий, необходимых для более амбициозной миссии 2018 года.

Орбитальный и посадочный аппараты при запуске и в ходе перелета, который займет девять месяцев, будут находиться вместе. EDM отделится от орбитального аппарата, чтобы начать собственные полет, за три дня до входа в атмосферу Марса. С этого момента и до посадки он будет передавать данные через TGO, а во время работы на поверхности – через ретранслятор на марсианском спутнике НАСА. Орбитальный аппарат после разделения выйдет на эллиптическую орбиту. Он пролетит через верхние слои атмосферы планеты, а затем выровняет орбиту до круговой с высотой около 400 км.

В ходе перелета до Марса за связь с межпланетной станцией будет отвечать Европейский центр космических операций ЕКА. После посадки данные с EDM будет принимать сеть дальний космической связи НАСА.

В сентябре 2015 года «по техническим причинам» старт был перенесен на 14 марта 2016 года. Это, скорее всего, приведет к небольшой коррекции дальнейшего расписания миссии.

Орбитальный аппарат

Главной научной целью автоматического исследовательского аппарата TGO (Trace Gas Orbiter) будет всесторонне изучение метана и других газов, которые присутствуют в атмосфере Марса в малой концентрации (менее 1%), однако являются свидетельством биологической или геологической активности.

Исследования метана прошлых лет, проведенные при помощи наземных и космических обсерваторий, имели противоречивые результаты. Ученые сходятся во мнении, что метан в марсианской атмосфере присутствует в малозначительном объеме. Несмотря на это, поскольку в геологических масштабах времени его период существования очень короткий, обнаружение даже небольшого количества этого газа свидетельствует о наличии источника в настоящее время. Большая часть метана на Земле обязана своим появлением органической жизни, однако газ может иметь и химическое происхождение. Он образуется в ходе различных геологических процессов, включающих, например, реакцию окисления железа.

Детекторы, установленные на TGO, будут способны с высоты 400 км определять содержание в атмосфере Марса метана, паров воды, диоксида азота и ацетилена с точностью на три порядка выше, чем в предыдущих исследованиях. Ученые рассчитывают, что им удастся найти выделить места на поверхности планеты, являющиеся источником газа, чтобы в дальнейшем к ним можно было отправить дополнительные исследовательские станции.

Дополнительная задача TGO – обеспечение связи наземных миссий с Землей. Космический аппарат будет служить ретранслятором для аппарата EDM в ходе посадки (в том числе передавая критически важную информацию в реальном времени), и для тяжелого марсохода миссии «Экзомарс-2018».

Научные инструменты

• NOMAD (Nadir and Occultation for MArs Discovery) – спектрометр, способный проводить съемку в большом диапазоне волн (от инфракрасного до ультрафиолетового), для определения компонентов марсианской атмосферы.
• ACS (Atmospheric Chemistry Suite) – блок из трех инфракрасных инструментов для исследования химического состава и структуры атмосферы. Его диапазон пересекается с диапазоном NOMAD, расширяя его инфракрасную полосу. Кроме того, он будет производить съемку Солнца. Прибор разрабатывается ИКИ РАН.
• CaSSIS (Colour and Stereo Surface Imaging System) – камера с разрешением 5 м на пиксель для съемки поверхности Марса с возможностью получения стереоснимков. Предполагается использовать ее для анализа геологического строения планеты в местах, являющихся источниками метана.
• FREND (Fine Resolution Epithermal Neutron Detector) – нейтронный детектор для изучения распределения водорода в атмосфере и поиска отложений водяного льда неглубокого залегания. Разработка ИКИ РАН.

Посадочный аппарат Скиапарелли

EDM, фото via Джереми Уилкс

Главной задачей модуля EDM, как можно догадаться из его названия, станет отработка технологий посадки на Марс. Основные научные данные всей программы «Экзомарс» ожидаются от тяжелого марсохода с буровой установкой, который должен быть запущен в 2018 году. Хотя для его посадки на поверхность планеты будет использован десантный модуль российской разработки, аппаратура, бортовой компьютер, радар и радиосистему и программное обеспечение для него предоставит ЕКА. Все технологии должны пройти предварительное испытание и продемонстрировать свою надежность, прежде чем им будет доверен рекордно дорогой марсоход. Именно этой цели служит посадочный модуль миссии 2016 года.

Кроме того, EDM доставит на поверхность Марса несколько небольших, но полезных научных инструментов.

Как и спускаемый аппарат «Гюйгенс», разработанный ЕКА для посадки на Титан, EDM не будет оборудован солнечными батареями. Срок его работы на поверхности составит от 2 до 8 суток.

Посадка на Марс

Полет EDM к Марсу начнется в марте 2016 года. Вплоть до последних этапов подлета к планете модуль будет закреплен на верхней стенке орбитального аппарата TGO.

Сближение

Торможение в атмосфере

Снижение

Посадка

Конструкция

Научная программа

Посадочный модуль будет проводить исследования как на этапе спуска в атмосфере, так и после посадки. В первой фазе аппарат буде изучать плотность атмосферы и характеристики ветров на разных высотах. Эти данные позволят уточнить модель марсианской атмосферы. Комплекс приборов EDM, которые будут работать на поверхности, включает MetWIND (датчик ветра), DREAMS-H и DREAMS-P (датчики влажности и давления), MarsTem (температурный сенсор), SIS (датчик солнечного света для измерения концентрации пыли в атмосфере) и MicroARES (прибор для измерения электрического поля на поверхности Марса).