Organizace | Evropská kosmická agentura |
---|---|
Pole | Technologie |
Typ mise | Experimentální Marťan Lander |
Postavení | Selhání (ztráta přistání) |
Zahájení | 14. března 2016 |
Spouštěč | Proton (raketa) |
Konec mise | 19. října 2016 |
Doba trvání | Naplánováno na osm dní měření in situ |
Stránky | exploration.esa.int/mars/46124-mission-overview |
Mše při startu | 577 kg |
---|
Umístění | Mars (353,79 ° západ 2,07 ° jih) |
---|
SNY | Meteorologická stanice |
---|
Schiaparelli nebo ExoMars EDM (EDM pro modul ExoMars Entry, Descent and Landing Demonstrator ), je experimentální přistávací modul vyvinutý Evropskou kosmickou agenturou (ESA), který havaroval při přistání na planetě Mars na19. října 2016, v důsledku selhání brzdného postupu. Posláním Schiaparelli bylo ověřit atmosférické reentry a přistávací techniky, které budou implementovány budoucími evropskými marťanskými misemi. Kosmická loď je vyvíjena v rámci programu ESA ExoMars za účasti ruské kosmické agentury Roscosmos .
Schiaparelli je spuštěn dne 14. března 2016raketou Russian Proton s orbiterem Mars ExoMars Trace Gas Orbiter , který zajišťuje dopravu na nedaleký Mars. 19. října 2016 zahájil sestup na marťanskou půdu, ale veškerý kontakt byl ztracen krátce po uvolnění tepelného štítu a asi třicet sekund před přistáním. NASA MRO orbiter dokáže fotografovat stopy dopadu Schiaparelli, který havaroval jen několik kilometrů od centra plánovaného přistání.
Kosmická loď s celkovou hmotností 577 kg použila sestupové vozidlo vybavené tepelným štítem chránícím jej před teplem vytvářeným atmosférickým návratem při vysoké rychlosti, z padáku nasazeného, jakmile rychlost klesla na Mach 2 , a nakonec raketové motory s kapalinou pohonné hmoty, které jí měly umožnit hladké přistání. To také neslo malé vědecké užitečné zatížení , ale jeho očekávaná životnost na marťanské půdě byla omezena kapacitou baterií, které nebyly dobíjecí.
Na počátku dvacátých let se studuje návrhový rover European Mars ExoMars . Tento ambiciózní projekt byl několikrát odložen, protože vyžaduje jak značné finanční zdroje, tak zvládnutí technik přistání na Marsu. Byla zaregistrována v roce 2005 jako hlavní mise ( stěžejní mise ) programu Aurora .
ExoMars EDM je pevná přistávací jednotka původně určená k přepravě skupiny jedenácti přístrojů souhrnně označovaných jako „ Humboldtova instrumentální sestava “, dříve známé jako „GEP“ ( geofyzikální a environmentální užitečné zatížení ), která by byla věnována geofyzikálnímu studiu hlubokých hlubin vnitřek planety. Ale v prvním čtvrtletí roku 2009 vedla kontrola potvrzení užitečného zatížení k přehodnocení počtu přistávacích přístrojů a sada Humboldt byla zrušena: hlavní průmyslový dodavatel nemohl konvergovat k technickému řešení, tato sada nástrojů nakonec nebude na palubě. Tato sada pevných přístrojů, věnovaná vnitřní geofyzice a studiu životního prostředí, měla měřit geofyzikální vlastnosti primárního významu pro pochopení Marsu a jeho dlouhodobé obyvatelnosti, jako je seismická , tektonická a vulkanická aktivita , a měření vnitřního tepla. tok. Tento instrumentální soubor se měl také zaměřit na UV záření , studium prachu, vlhkosti a zahrnout meteorologickou ruku . Muselo být schopno přežít několik let na Marsu, aby bylo možné měřit dlouhodobé odchylky v prostředí a zahájit budoucí síť vědeckých stanic na povrchu Marsu.
v října 2009„NASA a Evropská kosmická agentura kombinují své projekty průzkumu Marsu v rámci Společné iniciativy pro průzkum Marsu . První realizací této dohody je program ExoMars , který zajišťuje vývoj čtyř kosmických lodí:
Druhá část programu s názvem ExoMars 2018 měla být vypuštěna v roce 2018 jedinou raketou a měla zahrnovat vypuštění dvou kosmických lodí, které budou muset provést přistání sdílením stejného modulu sestupu. Pro stavbu ExoMars TGO a ExoMars EDM byl vybrán francouzsko-italský stavitel Thales Alenia Space .
V roce 2011 však NASA utrpěla rozpočtové škrty související s pokračující ekonomickou krizí a obrovské výdaje na svůj projekt vesmírného dalekohledu James-Webb . Aby se vyrovnala se svými problémy s financováním, americká vesmírná agentura nejprve částečně vystoupí z programu Exomars, než zcela opustí svoji účast.
Jelikož ESA nemůže sama nést náklady na program, vyzývá ruskou kosmickou agenturu Roscosmos , která právě utrpěla selhání své marťanské vesmírné sondy Phobos-Grunt . vbřezna 2012, ESA formalizuje své partnerství se společností Roscosmos. Podmínky dohody vyžadují, aby ruská kosmická agentura poskytla protonové rakety pro starty v letech 2016 a 2018.listopadu 2013, přistávací modul se jmenuje Schiaparelli, na počest italského astronoma Giovanniho Schiaparelliho, autora první kartografie planety Mars.
Jedním z hlavních cílů vesmírných misí na planetu Mars je hledání stop minulého nebo současného života. Nejdůležitějším přístupem pro tento výzkum je provádět výzkumy na marťanské půdě. Dosáhnout kontrolovaného přistání na Rudé planetě je ale obtížné cvičení, jak se ukázalo mnoho neúspěšných marťanských misí. Evropská kosmická agentura, která dosud nikdy nepředstavovala misi na marťanské půdě, chce tuto odbornost získat pomocí ExoMars EDM. Toto zařízení by mělo umožnit ověřit různé techniky implementované během atmosférického reentry, sestupu a přistání. Testovaná řešení a technická zařízení jsou následující:
Vlastnosti | Schiaparelli (2016) | Viking (1975) | Mars Pathfinder (1996) | SEA (2003) | MSL (2011) |
---|---|---|---|---|---|
Mše na začátku atmosférického návratu | 600 kg | 992 kg | 584 kg | 827 kg | 3299 kg |
Přistávací hmota | 300 kg | 590 kg | 360 kg | 539 kg | 1541 kg |
Roverova hmota | - | - | 10,5 kg | 185 kg | 899 kg |
Ovládání během atmosférického návratu | Ne | Pouze orientace | Ne | Ne | Úhel útoku |
Poměr zvedání / tažení | ? | 0,18 | 0 | 0 | 0,22 |
Průměr padáku | 13 m | 16 m | 12,5 m | 14 m | 21,5 m |
Rychlost otevírání padáku | Mach 1.4 | Mach 1.1 | 1,57 Mach | 1,77 Mach | Mach 2 |
Svislá a vodorovná rychlost přistání | 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 přistání | Retro rakety | Retro rakety | Nafukovací polštáře | Nafukovací polštáře | Jeřáb |
Přesnost přistání | 100 × 15 km | 280 × 180 km | 200 × 100 km | 80 × 12 km | 7 × 20 km |
ExoMars EDM má tvar talíře o průměru 2,4 metru (1,65 metru bez tepelného štítu) s celkovou hmotností 577 kg . Jeho příjezd na Mars je naplánován na bouřkovou sezónu a je navržen tak, aby se s ním vyrovnal. Zahrnuje tepelný štít , zadní štít, padák , několik raketových motorů určených k zajištění konečného brzdění, radarový výškoměr Doppler. Sada senzorů musí během sestupu provádět měření, která jsou přenášena na Zemi, aby bylo možné sledovat chování podvozku. Tenhle nemá solární panely a jeho životnost je omezena na osm solů (marťanské dny) kvůli kapacitě jeho baterií. ExoMars EDM nese malé užitečné zatížení, které by mělo být použito ke studiu jeho prostředí po přistání. Část sondy, která přistane na marťanské půdě, váží při přistání po oddělení štítu a padáku při zohlednění spotřeby paliva pouze 300 kg .
Zadní kónický nárazník s úhlem 47 ° je vyroben z hliníkového včelího včelího materiálu o tloušťce 25 mm a je potažen uhlíkovým potahem o tloušťce 0,3 mm s výztuhami dosahujícími 1,2 mm . Přední štít má tvar mnohem otevřenějšího kuželu (70 °); je vyroben z voštin o tloušťce 20 mm a je pokryt uhlíkovou kůží. Tepelnou izolaci tvoří dlaždice vyrobené z ablativního materiálu s použitím Norcoat Liège, prášku z korku a fenolové pryskyřice používané pro Beagle 2 a ARD . Jeho tloušťka je maximálně 16,8 mm na předním nárazníku a pohybuje se od 7,9 do 9 mm na zadním nárazníku. Je navržen tak, aby odolal průtoku 2,1 kW / m 2 .
Tepelný štít je vybaven baterií senzorů, které musí umožňovat rekonstrukci sledu operací:
Padák, který se nasazuje pomocí minometu, zatímco se sestupný modul pohybuje rychlostí 2,1 Mach , má průměr dvanáct metrů; má slot. Jde o vývoj stroje vyvinutého pro sondu Huygens . Pohon používaný během poslední fáze sestupu ke zpomalení přistání je zajišťován devíti raketovými motory typu CHT-400 seskupenými do tří skupin. Každý motor má jednotkový tah 400 newtonů a spaluje hydrazin uložený ve třech nádržích s maximální kapacitou 45 kg . Palivo je natlakováno heliem a je vstřikováno při 24 barech do spalovacích komor .
Palubní elektronika obsahuje dvě setrvačné jednotky , radar Dopplerova výškoměru umožňujícího zjistit rychlost i vzdálenost od země, solární senzor použitý bezprostředně po oddělení pomocí ExoMars TGO k určení orientace sestupového modulu, dva palubní počítače a čtyři antény. Toto zařízení je instalováno na plošině, která má konstrukci absorbující nárazy při přistání při srážce. Na zadním nárazníku je instalována anténa, která je funkční při nástupu atmosférického návratu. Elektronika poskytuje vedení a umožňuje zjistit nadmořskou výšku stroje s přesností 1,5 m při přistání. V době, kdy se trysky vypnou těsně před přistáním, je horizontální rychlost menší nebo rovna jednomu metru za sekundu a vertikální rychlost je menší než dva metry za sekundu.
Životnost na zemi kosmické lodi je omezena na osm dní, protože energii dodávají baterie, které nejsou dobíjecí, což omezuje zájem palubních přístrojů. Předpokládalo se, že Rusko poskytne radioizotopový termoelektrický generátor , který by umožnil přistávacímu modulu EDM několik měsíců pracovat na povrchu Marsu, ale od této úpravy bylo upuštěno, protože do návrhu EDM zasáhlo příliš pozdě.
Užitečné zatížení Schiaparelli obsahuje malé Meteostanice sny, tři sady senzorů, stejně jako experimentální zařízení. Omezení vyplývající z celkové hmotnosti kosmické lodi omezují hmotnost přidělenou na užitečné zatížení na 3 kg .
Vědeckou užitečnou zátěží společnosti Schiaparelli je malá meteorologická stanice DREAMS ( Dust Characterization, Risk Assessment, and Environment Analyzer on the Martian Surface) . Skládá se z řady senzorů pro měření rychlosti a směru větru (MetWind), vlhkosti (MetHumi), tlaku (MetBaro), povrchové teploty (MarsTem), průhlednosti atmosféry (ODS pro optický hloubkový senzor ) a atmosférické elektrifikace ( MicroARES pro senzor atmosférického záření a elektřiny nebo senzor elektřiny a atmosférického záření).
Užitečné zatížení DREAMS bude fungovat jako ekologická stanice po celou dobu mise EDM po přistání. DREAMS poskytne první měření elektrických polí na povrchu Marsu (s MicroARES). V kombinaci s měřením (z přístroje ODS) koncentrace prachu v atmosféře nabídne DREAMS nový pohled na roli elektrických sil při zvedání prachu, což je mechanismus, který spouští prachové bouře. Senzor MetHumi navíc doplní měření MicroARES o data kritické vlhkosti, což vědcům umožní lépe porozumět procesu elektrizujícího prachu.
Schiaparelli bere tři kusy vybavení určeného ke kontrole výkonu podvozku (kamera DECA, AMELIA, COMARS) a experimentálního vybavení (INRII).
Přistávací modul Schiaparelli byl vypuštěn pomocí Marsu ExoMars Trace Gas Orbiter vyvinutého také Evropskou kosmickou agenturou . Startovací okno bylo mezi 14. a25. března 2016. Obě kosmické lodě byly vypuštěny dne14. března 2016pomocí rakety Proton -M / Briz -M z kosmodromu Bajkonur .
Schiaparelli byl připojen k orbiteru a musel zůstat nečinný až do příjezdu poblíž Marsu. Několik dní před vložením orbiteru ExoMars Trace Gas Orbiter na oběžnou dráhu kolem Marsu se přistávací modul musel od něj oddělit a pokračovat čistě inerciální trajektorií až do opětovného vstupu do atmosféry Marsu. Jakmile přistál na zemi Marsu, měl přistávací modul, jehož jediným zdrojem energie byly baterie, v provozu asi osm dní přenášením dat shromážděných jeho přístroji na orbiter NASA MRO .
The 16. října 2016Tři dny před příjezdem na Mars se Schiaparelli odpojil od své nosné lodi ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO), aby mohla včas manévrovat, aby nevstoupila do atmosféry jako přistávací modul. Před vydáním zaujme TGO přesnou orientaci, takže trajektorie Schiaparelli, která je bez pohonu, ji přivede přímo k cílovému místu přistání. Nakloněné pružiny se uvolní a zatlačí zpět Schiaparelli, který se pohybuje rychlostí 32 cm / s rychlostí otáčení 2,7 otáčky za sekundu, aby stabilizoval jeho trajektorii.
Lander začíná sestupovat směrem k marťanské půdě 19. říjnado 14 hodin 42 UT . Velký radioteleskop v Pune v Indii poslouchá Schiaparelli v rádiu, což je velmi slabý signál navržen tak, aby se zvedl od marsovských sond 75 minut dříve, než plavidla začne přes atmosféru. Navíc byla zvolena trajektorie Trace Gaz Orbiter a oběžné dráhy strojů již na místě ( Mars Express z ESA, MRO a MAVEN z NASA), aby během sestupu dostávaly od přistávacího modulu telemetrická data. Signál přijímaný indickým radioteleskopem i Mars Express ukazuje, že Schiaparelli přežil atmosférický reentry vysokou rychlostí a že byl schopen postupně uvolnit přední a poté zadní tepelný štít . Nicméně, signál byl přerušen krátce po této etapy a odpálení retro - rakety , které provozují pouze na 3 až 4 sekundy místo naprogramovaných 30 sekund.
Analýza ukazuje, že tepelný štít správně vykonával svoji aerodynamickou brzdnou funkci. Padák se poté správně nasadil, ale indukovaná dynamika krátce nasytila inerciální jednotku účinkem chyby odhadu výšky Schiaparelli palubním počítačem, což vedlo k předčasnému vysunutí padáku a provozu retrokocků 3 × 3 pouze po dobu několik sekund na 3,7 km nad zemí. Výsledkem bylo, že Schiaparelli v marťanské atmosféře provedl volný pád vysoký 3 až 4 kilometry, než dopadl na zem podstatnou rychlostí přes 300 kilometrů za hodinu.
Fáze | Datováno | Čas od opětovného vstupu do atmosféry |
Nadmořská výška | Vertikální rychlost |
událost |
---|---|---|---|---|---|
Spuštění a přeprava | 14. března 2016 | Zahájení | |||
16. října 2016 | Modul Schiaparelli se odděluje od stopového plynu Orbiter | ||||
Sestup a přistání | 19. října | 0 | 121 km | 21 000 km / h | Začátek opětovného vstupu do marťanské atmosféry |
1 minuta 12 sekund | 45 km | 19 000 km / h | Špičkový ohřev tepelného štítu | ||
3 minuty 21 sekund | 11 km | 1700 km / h | Otevření padáku | ||
4 minuty 1 sekundu | 7 km | 320 km / h | Přední uvolnění tepelného štítu | ||
5 minut 22 sekund | 1,2 km | 240 km / h | Uvolnění zadního tepelného štítu a padáku | ||
5 minut 23 sekund | 1,1 km | 250 km / h | Palba raketovým motorem | ||
5 minut 26 sekund | 0,9 km | 252 km / h | Manévr zamýšlel zabránit srážce se zadním nárazníkem | ||
5 minut 41 sekund | 2 metry | 4 km / h | Zastavení pohonu; modul je ve volném pádu | ||
5 minut 42 sekund | 0 metrů | 10 km / h | Přistání | ||
Pozemní operace | 19. října | Zahájení vědeckých operací | |||
kolem 27. října | Konec vědeckých operací (vybité elektrické baterie) |
Snímky poskytnuté kamerou Context CTX z NASA MRO Martian Orbiter s rozlišením šesti metrů umožňují s jistotou identifikovat místo dopadu Schiaparelli a také patnáctimetrový padák, který leží přibližně o 900 metrů daleko. Jak havaroval, přistávací stroj zoral půdu a zanechal stopu patnáct krát čtyřicet metrů. Je možné, že energie nárazu byla zvýšena explozí hydrazinu, z čehož asi 90% mělo zůstat v nádržích. Náraz je přibližně 5,4 km západně od středu elipsy plánované na přistání, což ukazuje, že Schiaparelli sledoval nominální trajektorii až do selhání, které způsobilo selhání mise. Inženýři v Evropské kosmické agentuře mají během sestupu přenášeno přibližně 600 megabajtů dat, která budou analyzována K identifikaci původu poruchy. Fotografie, které musely být pořízeny během závěrečné fáze sestupu, nemohly být přeneseny. Orbiter MRO provede další průchod webem a pořizuje snímky pomocí HiRISE , který je schopen dosáhnout rozlišení 30 cm . Navzdory neúspěchu přistání Schiaparelli přesto umožnil ověření fáze vstupu a sestupu.
Vyšetřování prováděné Evropskou kosmickou agenturou na základě telemetrie přenášené společností Schiaparelli umožnilo určit původ selhání, které bylo předmětem první tiskové zprávy na konci listopadu 2016 a poté závěrečné zprávy zveřejněné dne 24. května 2017 s podrobnými údaji o časové ose a příčině selhání přistání:
Datováno | Čas od opětovného vstupu do atmosféry |
Nadmořská výška | Vertikální rychlost |
událost |
---|---|---|---|---|
19. října | 0 | 121 km | 21 000 km / h | Začátek opětovného vstupu do marťanské atmosféry. |
3 minuty 1 sekundu | 12 km | 1730 km / h | Otevření velkého padáku a nasycení snímače úhlového měření. | |
3 minuty 57 sekund | 6 km | Nesprávná interpretace polohy sondy palubním počítačem. | ||
4 minuty 27 sekund | 4,3 km | Uvolnění zadního tepelného štítu a padáku a odpálení raketových motorů. | ||
4 minuty 31 sekund | 3,7 km | Zastavení raketových motorů; modul je ve volném pádu. | ||
5 minut 4 sekundy | 0 km | 540 km / h | Rozdrtit na marťanské půdě. |
Zamýšleným místem přistání Schiaparelli je elipsa o délce 100 km a 15 km se středem 353 ° na východ a 2 ° na jih, která se nachází v Meridiani Planum v nadmořské výšce -1 424 metrů. Nachází se nedaleko místa přistání roveru Opportunity . Pravděpodobná nárazová zóna přistávacího modulu se nachází na 353,79 ° východní délky a 2,07 ° jižní šířky, přibližně 5,4 km západně od středu plánované přistávací elipsy a 54 km od polohy, kde se v době srážky nacházel rover Opportunity .