Введение
Европейский орбитальный аппарат Марса – космическая миссия Mars Express, проводимая Европейским космическим агентством (ESA). Миссия "Марс Экспресс" исследует планету Марс и является первой планетарной миссией, предпринятой агентством. "Экспресс" изначально относилось к скорости и эффективности, с которой был спроектирован и построен космический аппарат. Однако "Экспресс" также описывает относительно короткое межпланетное путешествие космического аппарата, ставшее возможным благодаря запуску в момент, когда орбиты Земли и Марса сблизились сильнее, чем за последние примерно 60 000 лет. Марс Экспресс состоит из двух частей: орбитального аппарата Марс Экспресс и посадочного модуля "Бигл-2", предназначенного для проведения исследований в области экзобиологии и геохимии. Хотя посадочный модуль не смог полностью развернуться после посадки на поверхность Марса, орбитальный аппарат успешно выполняет научные измерения с начала 2004 года, включая получение изображений высокого разрешения и минералогическое картографирование поверхности, радиолокационное зондирование структуры подповерхностных слоев вплоть до вечной мерзлоты, точное определение циркуляции и состава атмосферы, а также изучение взаимодействия атмосферы с межпланетной средой. Некоторые инструменты на орбитальном аппарате, включая системы камер и некоторые спектрометры, используют конструкции, разработанные для российской миссии "Марс-96", запуск которой в 1996 году оказался неудачным. Прибыв на Марс в 2003 году и продолжающий работу по сей день, он является вторым по продолжительности функционирования космическим аппаратом, находящимся на орбите вокруг планеты, отличной от Земли, уступая только американскому аппарату "Mars Odyssey", запущенному в 2001 году и все еще находящемуся в эксплуатации.
the space exploration mission
Mars Express is a space exploration mission being conducted by the European Space Agency (ESA). The Mars Express mission is exploring the planet Mars, and is the first planetary mission attempted by the agency. "Express" originally referred to the speed and efficiency with which the spacecraft was designed and built. However, "Express" also describes the spacecraft's relatively short interplanetary voyage, a result of being launched when the orbits of Earth and Mars brought them closer than they had been in about 60,000 years. Mars Express consists of two parts, the Mars Express Orbiter and Beagle 2, a lander designed to perform exobiology and geochemistry research. Although the lander failed to fully deploy after it landed on the Martian surface, the orbiter has been successfully performing scientific measurements since early 2004, namely, high resolution imaging and mineralogical mapping of the surface, radar sounding of the subsurface structure down to the permafrost, precise determination of the atmospheric circulation and composition, and study of the interaction of the atmosphere with the interplanetary medium. Some of the instruments on the orbiter, including the camera systems and some spectrometers, reuse designs from the failed launch of the Russian Mars 96 mission in 1996
Arriving at Mars in 2003, ago (and counting), it is the second longest surviving, continually active spacecraft in orbit around a planet other than Earth, behind only NASA's still active 2001 Mars Odyssey.
Обзор миссии
Миссия Mars Express посвящена орбитальному (и изначально непосредственному) изучению внутреннего строения, подповерхностного слоя, поверхности и атмосферы, а также космической среды планеты Марс. Научные цели миссии Mars Express представляют собой попытку частично реализовать утраченные научные задачи российской миссии Mars 96, дополненные исследованиями в области экзобиологии с помощью аппарата Beagle 2. Исследование Марса критически важно для более глубокого понимания Земли с точки зрения сравнительной планетологии. Изначально космический аппарат нес семь научных приборов, небольшой посадочный модуль, ретранслятор посадочного модуля и визуальную камеру, все разработанные для решения загадки исчезнувшей воды на Марсе. Все приборы проводят измерения поверхности, атмосферы и межпланетной среды с главного космического аппарата на полярной орбите, что позволит ему постепенно охватить всю планету. Общий первоначальный бюджет Mars Express, не включая посадочный модуль, составил 150 миллионов евро. Главным подрядчиком по строительству орбитального аппарата Mars Express была компания EADS Astrium Satellites.
Запуск
Космический аппарат был запущен 2 июня 2003 года в 23:45 по местному времени (17:45 UT, 1:45 pm EDT) с космодрома Байконур в Казахстане с помощью ракеты-носителя "Союз FG / Fregat". Аппараты "Марс Экспресс" и разгонный блок "Фрегат" первоначально были выведены на околоземную парковочную орбиту высотой 200 км, после чего в 19:14 UT был произведен повторный запуск "Фрегата" для перевода "Марс Экспресс" на межпланетную траекторию к Марсу. Отделение "Фрегата" и "Марс Экспресс" произошло приблизительно в 19:17 UT. Затем были развернуты солнечные панели, а 4 июня был выполнен маневр коррекции траектории для точного наведения "Марс Экспресс" на Марс и обеспечения свободного полёта разгонного блока "Фрегат" в межпланетном пространстве. "Марс Экспресс" стал первым российским аппаратом, успешно покинувшим околоземную орбиту после распада Советского Союза.
Фаза ввода в эксплуатацию около Земли
Фаза ввода в эксплуатацию на околоземной орбите длилась от момента отделения космического аппарата от верхней ступени ракеты-носителя до завершения первоначальной проверки орбитального модуля и полезной нагрузки. Она включала развертывание солнечных батарей, начальную ориентацию, отсоединение механизма раскрутки Beagle 2, маневр коррекции ошибки сближения и первичную проверку работоспособности космического аппарата и полезной нагрузки (окончательная проверка полезной нагрузки была проведена после выхода на орбиту Марса). Полезная нагрузка проверялась по одному прибору за раз. Эта фаза продолжалась около месяца.
Фаза межпланетного круиза
Эта пятимесячная фаза длилась с момента завершения фазы ввода в эксплуатацию на околоземной орбите до одного месяца до маневра захвата Марса и включала в себя маневры коррекции траектории и калибровку оборудования. Оборудование в основном было выключено во время перелётной фазы, за исключением некоторых промежуточных проверок. Хотя изначально планировалось, что это будет "спокойный перелёт", вскоре стало очевидно, что этот "перелёт" окажется очень насыщенным. Возникали проблемы со звездными трекерами, неисправность в электропроводке, потребовались дополнительные маневры, и 28 октября космический аппарат подвергся воздействию одной из самых мощных солнечных вспышек, когда-либо зарегистрированных.
Отброс приземления
Посадочный модуль "Бигл-2" был отделен 19 декабря 2003 года в 8:31 UTC (9:31 CET) и начал баллистический спуск к поверхности Марса. Он вошел в атмосферу Марса утром 25 декабря. Ожидалось, что посадка произойдет около 02:45 UT 25 декабря (24 декабря в 21:45 по восточному времени). Однако после неоднократных безуспешных попыток установить связь с модулем с использованием космического аппарата Mars Express и орбитального аппарата NASA Mars Odyssey, 6 февраля 2004 года руководство проекта "Бигл-2" объявило его утерянным. Было проведено расследование, результаты которого были опубликованы позднее в том же году.
Двигатель
Ракета-носитель "Союз" / "Фрегат" обеспечила основную часть тяги, необходимую "Марс Экспресс" для достижения Марса. Последняя ступень "Фрегата" была отброшена после того, как зонд был выведен на безопасную траекторию к Марсу. Собственные двигательные установки космического аппарата использовались для торможения зонда при выходе на орбиту Марса и последующей коррекции орбиты. В штатном режиме энергопотребление космического аппарата составляет 450–550 Вт.
Авионика
Контроль положения (стабилизация по трем осям) обеспечивается двумя инерциальными измерительными блоками (ИМБ) с тремя осями, набором из двух звездных камер и двух датчиков Солнца, гироскопами, акселерометрами и четырьмя реактивными колёсами с моментом 12 Н·м·с. Точность наведения составляет 0,04 градуса относительно инерциальной системы отсчета и 0,8 градуса относительно орбитальной системы Марса. Три бортовых системы помогают аппарату Mars Express поддерживать высокую точность наведения, что необходимо для работы некоторых научных приборов.
Сообщения
Подсистема связи состоит из трех антенн: параболической антенны диаметром 1,6 м с высоким коэффициентом усиления и двух всенаправленных антенн. Первая обеспечивает связь (передачу телекоманд и прием телеметрии) в диапазонах X (8,4 ГГц) и S (2,1 ГГц) и используется во время номинальной научной фазы на орбите Марса. Антенны с низким усилением используются во время запуска и начальных операций при полете к Марсу, а также для возможных нештатных ситуаций после выхода на орбиту. На верхней панели установлены две УВЧ-антенны ретранслятора для связи с Beagle 2 или другими посадочными аппаратами с использованием трансивера Melacom.
Земные станции
Хотя изначально связь с Землей планировалась через наземную станцию ESA шириной 35 метров в Нью-Норсии (Австралия), профиль миссии, ориентированный на постепенное расширение возможностей и гибкость получения научных данных, привел к использованию наземных станций ESA ESTRACK в Себреросе, Мадрид, Испания, и Маларгюэ, Аргентина. Кроме того, дополнительные соглашения с NASA Deep Space Network позволили использовать американские станции для стандартного планирования миссии, что увеличило сложность, но оказало явное положительное влияние на научные результаты. Это межведомственное сотрудничество оказалось эффективным, гибким и взаимовыгодным для обеих сторон. С технической точки зрения, это стало возможным (среди прочего) благодаря тому, что оба агентства приняли стандарты космической связи, определенные в CCSDS.
Тепловой
Термический контроль обеспечивается с помощью радиаторов, многослойной изоляции и активно управляемых нагревателей. Космический аппарат должен обеспечивать благоприятную среду для приборов и бортового оборудования. Два прибора, PFS и OMEGA, оснащены инфракрасными детекторами, которые необходимо поддерживать при очень низких температурах (около −180 °C). Датчики камеры (HRSC) также нуждаются в охлаждении. Однако остальные приборы и бортовое оборудование функционируют оптимально при комнатной температуре (10–20 °C). Космический аппарат покрыт тепловыми экранами из алюминиево-оловянного сплава с золотым напылением для поддержания температуры 10–20 °C внутри аппарата. Приборы, работающие при низких температурах, теплоизолированы от этой относительно высокой внутренней температуры и отводят избыточное тепло в космос через установленные радиаторы. Основная задача ИИ-инструмента – планирование времени загрузки различных частей собранных научных данных на Землю, процесс, который ранее требовал значительных затрат времени от наземных операторов. Новый ИИ-инструмент экономит время операторов, оптимизирует использование пропускной способности сети DSN, предотвращает потерю данных и позволяет более эффективно использовать DSN для других космических операций. ИИ определяет, как управлять 12 гигабитами памяти космического аппарата, когда сеть DSN будет доступна и не занята другими миссиями, как наилучшим образом использовать выделенную пропускную способность DSN и когда космический аппарат должен быть ориентирован для передачи данных на Землю.
Ландер
Целью посадочного аппарата "Бигл 2" было изучение геологии, минералогии и геохимии места посадки, физических свойств атмосферы и поверхностных слоев, сбор данных о марсианской метеорологии и климатологии, а также поиск возможных признаков жизни на Марсе. Однако попытка посадки оказалась неудачной, и аппарат был объявлен утерянным. Комиссия по расследованию причин потери "Бигл 2" выявила несколько возможных факторов, включая проблемы с надувными подушками, сильные ударные нагрузки на электронику аппарата, которые не были должным образом смоделированы перед запуском, и столкновение элементов системы посадки. Тем не менее, комиссия не смогла прийти к однозначным выводам. Судьба аппарата оставалась невыясненной до января 2015 года, когда было объявлено, что орбитальный аппарат NASA Mars Reconnaissance Orbiter, с помощью камеры HiRISE, обнаружил зонд целым на поверхности Марса. Впоследствии выяснилось, что неисправность помешала раскрытию двух из четырех солнечных панелей, что привело к блокировке связи с аппаратом. "Бигл 2" стал первым британским и первым европейским зондом, совершившим посадку на Марс.
2008 год
Команда "Марс Экспресс" удостоена премии сэра Артура Кларка за выдающиеся командные достижения.
2019 год
Основываясь на данных камеры HRSC, имеются геологические свидетельства существования древней планетарной системы подземных вод.
2020 год
В сентябре 2020 года было сообщено об открытии, основанном на данных радиолокационного зондирования MARSIS, еще трех подледниковых озер на Марсе, под южной полярной ледяной шапкой. Размер первого обнаруженного и самого большого озера был уточнен – оно имеет значительную ширину. Вокруг него расположены три небольших озера, каждое из которых несколько километров в поперечнике.
В 2022 году
В бортовое программное обеспечение эксперимента MARSIS были внесены обновления для улучшения работы прибора.