Trace Gas Orbiter

Trace Gas Orbiter ( förkortning TGO  ) är en rymdfarkost för att studera uppkomsten av små gaskomponenter i Marsatmosfären från en konstgjord satellits omloppsbana.

Apparaten skapades under ExoMars - programmet av specialister från European Space Agency . Två av de fyra vetenskapliga instrumenten utvecklades vid Ryska vetenskapsakademins rymdforskningsinstitut . Lanserades 14 mars 2016 kl. 09:31 UTC [1] . 19 oktober 2016 anlände i en mycket elliptisk bana om Mars [2] . I april 2018 överfördes den till en låg cirkulär bana med en höjd av cirka 400 kilometer [5] [7] . Den 21 april 2018 började det vetenskapliga uppdraget [8] [9] .

Vetenskapliga syften med flygning

Enheten kommer att undersöka och ta reda på arten av förekomsten i Mars atmosfär av små komponenter: metan , andra gaser och vattenånga , vars innehåll har varit känt sedan 2003 [10] . Närvaron av metan, som snabbt sönderfaller under ultraviolett strålning , innebär att det ständigt tillförs från en okänd källa. En sådan källa kan vara fossiler eller biosfärens  levande organismer [3] .

Närvaron av metan i Mars atmosfär är spännande eftersom dess troliga ursprung antingen är resultatet av biologiskt liv eller geologisk aktivitet. Orbiter kommer att bestämma lokaliseringen av källor till många spårgaser i atmosfären och förändringar i den rumsliga fördelningen av dessa gaser över tiden. I synnerhet om metan (CH4) påträffas i närvaro av propan (C3H8) eller etan (C2H6) så kommer detta att vara en stark indikation på biologiska processer. Om metan påträffas i närvaro av gaser som svaveldioxid (SO₂), skulle detta tyda på att metan är en biprodukt av geologiska processer.

Trace Gas Orbiter kommer att identifiera områden på ytan där metan släpps ut så att ExoMars-2020 AMS nedstigningsfordon kommer att landa på en sådan plats. Trace Gas Orbiter kommer också att fungera som en repeater i kommunikationssessioner med ExoMars rover .

European Space Agency eftersträvade ett andra mål: att testa en ny teknik för återinträde i atmosfären, nedstigning och landning av rymdfarkoster på planeternas yta. Trace Gas Orbiter tillhandahöll en flygning till Mars för ett nedstigningsfordon med en automatisk marsstation, Schiaparelli -modulen , för att demonstrera möjligheten till återinträde, nedstigning och landning.

Den 19 oktober 2016 försökte Schiaparellis nedstigningsmodul för ExoMars-uppdraget att landa på den röda planetens yta , men några sekunder efter att man slagit på framdrivningssystemet avbröts signalen från apparaten [11] . Samma dag, efter att ha slagit på motorerna, som varade från 13:05 till 15:24 UTC , gick "Trace Gas Orbiter" in i omloppsbanan för en artificiell Mars-satellit [2] . Den 21 oktober 2016 bekräftade Europeiska rymdorganisationen officiellt förlusten av landaren Schiaparelli [12] .

Utvecklingshistorik

2008 presenterade rymdorganisationen NASA ett projekt för Mars Science Orbiter ( Eng.  Mars Science Orbiter ). Ett år senare, efter undertecknandet av ett avtal om gemensamt samarbete inom området för Mars-utforskning, föll en del av projektet på ESA:s axlar, och själva projektet ändrades. Enheten bytte namn, lanseringsdatumet flyttades till 2016 och utrustningen började utvecklas av både NASA och ESA . Det beslutades att Trace Gas Orbiter skulle ersätta den redan fungerande Mars Reconnaissance Orbiter och inkluderas i ExoMars - programmet .  Uppskjutningen var tänkt att genomföras med hjälp av Atlas V -raketen [13] . Men 2012, på grund av budgetnedskärningar, tvingades NASA att avbryta samarbetet och upphöra med sitt deltagande i projektet [14] .

Samma år ingick ESA ett avtal med den ryska rymdorganisationen . Två av apparatens fyra vetenskapliga instrument utvecklades vid Ryska vetenskapsakademins rymdforskningsinstitut . För uppskjutning användes en Proton-M bärraket .

Apparater

Följande vetenskapliga instrument är installerade på denna rymdfarkost [15] :

• NOMAD ( N adir and O ccultation for MA rs D iscovery)  - tre spektrometrar, två infraröda och ultravioletta, för mycket känslig identifiering av atmosfäriska komponenter, inklusive metan och många andra spårgaser, från satellit omloppsbana. NOMAD genomför solförmörkande observationer och direkta observationer av reflekterat ljus. Utvecklad av Belgien , Spanien , Italien , Storbritannien , USA , Kanada . NOMAD täcker intervallen 2,2-4,3  µm (infraröd) och 0,2-0,65 µm (ultraviolett) [16] .
• ACS ( A tmospheric Chemistry Suite ) är  en uppsättning av tre infraröda spektrometrar för att studera kemin och strukturen hos Mars atmosfär. ACS kommer att komplettera NOMAD genom att utöka sin infraröda täckning och kommer att kunna fånga solbilder som behövs för bättre analys av solockultationsdata. Huvudentreprenör är IKI RAS ( Ryssland ). Projektledare - d.f.-m.s. O. I. Korablev. Enheten består av en Echelle-spektrometer NIR som arbetar i intervallet 0,7–1,6  µm , en Echelle-spektrometer MIR som arbetar i intervallet 2,3–4,2 µm och en Fourier-spektrometer TIRVIM ", som arbetar i intervallet 1,7-17 mikron [17] .

NOMAD och ACS kommer att observera solen två gånger per varv runt Mars, under lokal soluppgång och solnedgång, när den skiner genom atmosfären. Sådana mätningar kommer att ge detaljerad information om mängden metan på olika höjder över Mars yta.

NOMAD och ACS kommer också att undersöka ytreflekterat ljus genom att peka spektrometrar rakt ner ( nadir ) mot planeten. Sådana mätningar kommer att möjliggöra kartläggning av metankällor.

• CaSSIS ( Colour and Stereo Surface Imaging System ) är en högupplöst kamera (4,5 m per pixel )  som kan ta färg- och stereofotografier. CaSSIS kommer att tillhandahålla geologiska och dynamiska data om gaskällor som upptäckts av NOMAD- och ACS- instrumenten . Designad av Schweiz , Italien. CaSSIS är ett anastigmatteleskop med tre spegel med en brännvidd på 880 mm , en öppning på 135 mm och ett synfält på 1,34° × 0,88° [18] .
• FREND ( Fine R esolution E pithermal N eutron D etector )  - denna neutrondetektor kommer att detektera närvaron av väte från ytan till ett djup av 1 meter , och på så sätt upptäcka platsen för vattenis nära ytan. FRENDs upptäckt av förekomsten av is under ytan kommer att vara 10 gånger bättre än befintliga mätningar. Huvudentreprenör är IKI RAS (Ryssland). Projektledare - d.f.-m.s. I. G. Mitrofanov. Enheten består av fyra proportionella detektorer fyllda med helium-3 för att detektera neutronflöden med energier från 0,4 till 500  keV och en scintillationsdetektor med en stilbenkristall för att detektera neutronflöden med energier från 0,5 till 10  MeV . Tack vare kollimatorn minskas instrumentets synfält till en plats på 40 km i storlek på Mars yta, vilket gör det möjligt att skapa kartor över vätefördelning under ytan med denna upplösning. I FREND- enheten ingår även den dosimetriska enheten Lyulin-MO, som mäter strålning och kommer att göra det möjligt att bedöma strålningssituationen i rymden och på Mars yta. 5 ryska institut och ett bulgariskt deltog i utvecklingen av FREND- enheten (han skapade Lyulin-MO-enheten) [19] [20] .

Vetenskaplig forskning

Observationer under TGO:s vetenskapliga program började den 21 april 2018 i en låg cirkulär bana cirka 400 km över Mars yta [21] [8] [9] : den högupplösta CaSSIS -kameran och spektrometrarna lanserades. Den 2 mars 2019 tog CaSSIS en bild som visar InSight-landaren , fallskärmen och två halvor av kapseln som skyddade InSight under dess intåg i Mars-atmosfären - den främre värmeskölden och den bakre delen [22] .

År 2020 återupptog TGO-sonden vetenskaplig forskning [23] ; fortsatt forskning 2021 [24] .

Baserat på data från neutrondetektorn FREND sammanställdes en global karta över vatteninnehållet på Mars-ytan i ekvatorområdet från 50° nordlig latitud till 50° sydlig latitud. På vissa ställen är halten av vattenekvivalenten väte (WEH) i den övre metern av Mars regoliten cirka 20 viktprocent (i polarområdena överstiger WEH 40 %). Neutronsondering skiljer inte mellan de olika möjliga formerna av vatten: vattenis, adsorberat vatten eller kemiskt bundet vatten. För att särskilja måste ytterligare mätningar göras med andra metoder, såsom in situ-analys eller multispektral avbildning. Den detekterade mängden WEH i kombination med andra data (reliefegenskaper, yttemperatur, atmosfäriska förhållanden) gör det dock möjligt att särskilja: större WEH, som överstiger tiotals viktprocent, kan knappast förklaras av något annat än vattenis; Å andra sidan innehåller hydratiserade mineraler vanligtvis inte mer än 10–15 viktprocent. Som referensvärde för den dimensionslösa parametern för neuronal suppression togs data från en av de torraste regionerna på Mars, Solis Planum -regionen, där den genomsnittliga WEH uppskattas till 2,78 viktprocent. Vid punkt 17 i mitten av jorden Arabia och vid punkt 10 nära den är koncentrationen av vatten i jorden 23–24 %, vilket indikerar närvaron av ren vattenis i det övre meterlagret. I fallet med punkt LWRR-23 på arkadiska slätten, som visar en WEH-viktprocent på 20,4, är dess läge nära 50° N förmodligen den bästa förklaringen till hög hydrering: Mars permafrostgräns sträcker sig från polerna till 50° latitud på vissa longituder. Mer än 20% av vattnet i massa som FREND finns i kanjonen i Mariner Valley. På punkterna LWRR-3 och LWRR-4, som ligger sydväst om berget Olympus, är vattenhalten cirka 9–13 viktprocent [25] .

Se även

• Utforskning av Mars
• " ExoMars "

Anteckningar

1. ↑ 1 2 ExoMars 2016  lyft . ESA (14 mars 2016). Datum för åtkomst: 19 oktober 2016. Arkiverad från originalet 20 oktober 2016.
2. ↑ 1 2 3 ExoMars TGO når Mars omloppsbana medan EDM-situationen under bedömning  (eng.)  (död länk) . ESA (19 oktober 2016). Datum för åtkomst: 19 oktober 2016. Arkiverad från originalet 20 oktober 2016.
3. ↑ 1 2 EXOMARS TRACE GAS ORBITER (TGO)  (eng.)  (länk ej tillgänglig) . ESA (13 mars 2014). Hämtad 28 februari 2015. Arkiverad från originalet 29 mars 2015.
4. ↑ NSSDCA/COSPAR ID:  2016-017A . NASA . Hämtad 27 maj 2018. Arkiverad från originalet 28 mars 2017.
5. ↑ 1 2 3 4 EXOMAR. TGO-MODULEN HAR GÅTT TILL ARBETSOMRÅDE . Roscosmos . _ Hämtad 27 maj 2018. Arkiverad från originalet 24 juli 2020. (obestämd)
6. ↑ ANGLING UPP FÖR MARS SCIENCE  (engelska)  (länk ej tillgänglig) . ESA . Hämtad 27 maj 2018. Arkiverad från originalet 27 maj 2018.
7. ↑ 1 2 ExoMars redo att starta vetenskapsuppdrag  (engelska)  (nedlänk) . ESA . Hämtad 27 maj 2018. Arkiverad från originalet 27 april 2018.
8. ↑ 1 2 EXOMAR. FÖRSTA BILDERNA PÅ CASSIS UTRUSTNINGEN . Roscosmos . _ Hämtad 27 maj 2018. Arkiverad från originalet 21 februari 2020. (obestämd)
9. ↑ 1 2 ExoMars returnerar första bilder från ny omloppsbana  (engelska)  (länk ej tillgänglig) . ESA . Hämtad 27 maj 2018. Arkiverad från originalet 30 april 2018.
10. ↑ Robert Naey. Mars Metan ökar chansen för livet . Sky & Telescope (28 september 2004). Hämtad 2 december 2019. Arkiverad från originalet 22 oktober 2019. (obestämd)
11. ↑ ExoMars TGO når Mars omloppsbana medan EDM-situation under bedömning  (eng.)  (länk ej tillgänglig) . ESA (19 oktober 2016). Datum för åtkomst: 19 oktober 2016. Arkiverad från originalet 20 oktober 2016.
12. ↑ Schiaparelli-modulen kraschade när han landade på Mars . " Interfax " (21 oktober 2016). Hämtad 21 oktober 2016. Arkiverad från originalet 22 oktober 2016. (obestämd)
13. ↑ Jonathan Amos. Europas Mars-planer går framåt . BBC News (12 oktober 2009). Hämtad 12 oktober 2009. Arkiverad från originalet 3 december 2009. (obestämd)
14. ↑ Jonathan Amos. NASA kan komma att dra sig ur det europeiska Mars - programmet . BBC rysk tjänst (7 februari 2012). Hämtad 7 februari 2012. Arkiverad från originalet 23 juni 2012.  (obestämd)  (Tillgänglig: 7 februari 2012)
15. ↑ ExoMars Trace Gas Orbiter Instruments (ej tillgänglig länk) . ESA . Hämtad 12 mars 2016. Arkiverad från originalet 19 februari 2016. (obestämd) 
16. ↑ NOMAD (nedlänk) . ESA . Hämtad 15 mars 2016. Arkiverad från originalet 3 mars 2016. (obestämd) 
17. ↑ ACS/ACS . "ExoMars-2016" . IKI RAS . Hämtad 15 februari 2019. Arkiverad från originalet 16 mars 2016. (obestämd)
18. ↑ CaSSIS (nedlänk) . ESA . Hämtad 15 mars 2016. Arkiverad från originalet 16 mars 2016. (obestämd) 
19. ↑ FREND högupplöst epitermisk neutrondetektor för ExoMars-projektet . Avdelning nr 63 "Kärnplanetologi" . IKI RAS . Hämtad 15 februari 2019. Arkiverad från originalet 4 september 2018. (obestämd)
20. ↑ FREND . "ExoMars-2016" . IKI RAS . Hämtad 15 februari 2019. Arkiverad från originalet 15 februari 2019. (obestämd)
21. ↑ Ryssland löser två problem på en gång . Lenta.ru (11 maj 2017). Hämtad 11 maj 2017. Arkiverad från originalet 19 september 2020. (obestämd)
22. ↑ Europeisk satellit fångar Nasa Mars landare från omloppsbana Arkiverad 7 november 2020 på Wayback Machine // BBC , 14 mars 2019
23. ↑ TGO Mars sond återupptog vetenskaplig forskning Arkiverad 24 juli 2020 på Wayback Machine // 04/15/2020
24. ↑ Roskosmos meddelar att Trace Gas Orbiter (TGO), som lanserades under det första steget av ExoMars-projektet, överförde 20 000-årsfotografiet av Red Planet Archival daterat den 31 januari 2021 till jorden på Wayback Machine // 01/30 /2021
25. ↑ Malakhov A. V. et al. Högupplöst karta över vatten i Martian Regolith observerad av FREND Neutron Telescope Onboard ExoMars TGO // Journal of Geophysical Research: PlanetsVolume 127, Issue 5

Länkar

• ExoMars Trace Gas Orbiter . ESA . (obestämd)
• "ExoMars-2016" . IKI RAS . (obestämd)

I sociala nätverk	Twitter