Специалисты России участвуют во всех научных и технических группах проекта “ЭкзоМарс”, научной программе обоих этапов проекта. Две стороны имеют равные права на научные данные. Миссия “ЭкзоМарс” 2016-го года будет включать предназначенный для обнаружения малых газовых примесей атмосферы Марса орбитальный аппарат [TGO, Trace Gas Orbiter] и демонстрационный десантный модуль для отработки входа в атмосферу, спуска и посадки, а также исследований на поверхности Красной планеты [EDM, Entry, Descent and Landing Demonstrator Module]. Основанные цели данной миссии – слежение за метаном и другими атмосферными газами, что присутствуют в атмосфере Марса в малых концентрациях [менее 1% атмосферы], но могут служить доказательством возможной биологической активности или геологических процессов, а также отработка ключевых технологий необходимых для участия в последующих марсианских миссиях.
Орбитальный аппарат и десантный модуль будут запущены совместно в январе 2016 года с космодрома Байконур ракетой-носителем “Протон” с разгонным блоком «Бриз-М» и в связке совершат перелет к Марсу. Используя преимущество взаимного расположения Земли и Марса, время перелета может быть сокращено до приблизительно 9 месяцев. За три дня до того, как достигнуть атмосферы Марса, EDM будет отстрелен от орбитального аппарата по направлению к Красной планете. Далее десантный модуль будет двигаться по инерции к месту своего назначения, входя в атмосферу и опускаясь на поверхность планеты. С момента отделения и до посадки EDM будет держать связь с орбитальным аппаратом. После того, как десантный модуль окажется на поверхности планеты, связь с ним будет поддерживаться через ретрансляционный орбитальный аппарат НАСА. Орбитальный аппарат “ЭкзоМарс” будет переведен на эллиптическую орбиту вокруг Марса, а после серии маневров на орбите, включая аэродинамическое торможение, орбитальный аппарат выйдет на круговую орбиту высотой около 400 километров, готовый начать свою научную миссию.
ОРБИТАЛЬНЫЙ АППАРАТ
Trace Gas Orbiter [TGO, Орбитальный аппарат примесных газов] сконструирован ЕКА, научные инструменты обеспечат Россия и страны-участницы ЕКА, запуск аппарата в январе 2016 года РН “Протон” с разгонным блоком «Бриз-М» осуществит Роскосмос. Аппарат будет отслеживать примесные газы – газы, что присутствуют в атмосфере в малых концентрациях, составляя менее 1% атмосферы. Особое внимание будет уделено углеводородам и соединениям серы, которые могут указывать на активные биологические или геологические процессы, происходящие в настоящем или происходившие в прошлом.
Установленные на орбитальном аппарате научные инструменты для обнаружения примесных газов будут обладать повышенной на три порядка величины точностью по сравнению с предшествующими измерениями с орбиты и поверхности планеты. Кроме того, аппарат даст новые данные для изучения временной и пространственной эволюции примесных газов в марсианской атмосфере, а также данные для определения положения областей-источников этих газов. Научная нагрузка орбитального аппарата начнет работу в 2017 году, планируется, что она будет длиться минимум в течение одного марсианского года – 687 земных дней.
Научные цели
Подробная характеристика состава атмосферы Марса. Это включает в себя картографирование распределения примесных газов, определение их источников и стоков, исследование географической и временной переменности. Первой научной задачей тут станет обнаружение в марсианской атмосфере широкого набора примесных газов, в том числе ключевых изотопологов [молекул, что в своем составе имеют хотя бы один атом с иным числом нейтронов, чем родоначальное химическое соединение], чтобы составить опись атмосферы.
После положительного обнаружения ключевых соединений будет проведено их географическое [местоположение и высота] и сезонное картографирование. Кроме того, будет выполнено картографирование соотношения дейтерий/водород для получения новой информации об источниках воды и о потере атмосферы. Третья задача – характеристика состояния атмосферы, в частности, температур, аэрозолей, водяного пара и озона. Принятая научной группой техника обработки данных позволит ей моделировать атмосферную циркуляцию. Это поможет определить, исходят ли конкретные газы из определенных областей на Марсе, и даст представление о природе источников примесных газов.
Съемка особенностей поверхности. Другая важная цель – съемка и характеристика деталей поверхности Марса, возможно, связанных с источниками примесных газов. Аппарат должен будет обеспечить информацию о геологическом и динамическом контексте [например, вулканизме] по всем обнаруженным источникам. Картографирование подповерхностного водорода. Последней целью является картографирование подповерхностного водорода, лежащего в соединениях на глубине до одного метра, с разрешением в десять раз более высоким, чем в предыдущих исследованиях.
Научные инструменты
Произведенный ЕКА орбитальный аппарат будет нести четыре инструмента, два стран-участниц ЕКА [при участии США] и два отечественных:
Инструмент NOMAD [Nadir and Occultation for MArs Discovery] – спектрометрический комплекс, покрывающий широкий диапазон длин волн [инфракрасный, видимый и ультрафиолетовый], предназначенный для идентификации компонентов атмосферы Марса. NOMAD может осуществлять затменные, надирные и лимбовые наблюдения. Режим надирных наблюдений обеспечит детальное картографирование газовых примесей [Бельгия, Испания, Италия, Соединенное Королевство, США, Канада].
Инструмент ACS [Atmospheric Chemistry Suite] – спектрометрический комплекс для изучения химического состава атмосферы Марса. Комплекс состоит из трех спектрометров: ACS-NIR – Эшелле-спектрометр ближнего инфракрасного диапазона [0,7 – 1,7 мкм] для мониторинга и измерения вертикальных профилей CO, Н2O, O2, исследования дневного свечения O2, поиска ночных свечений, вызываемых фотохимическими процессами в атмосфере; ACS-MIR – Эшелле-спектрометр среднего инфракрасного диапазона [2,2 – 4,4 мкм] для измерения метана, отношения дейтерий/водород, поиска малых составляющих атмосферы, исследования аэрозолей; ACS-TIRVIM – Фурье-спектрометр [2 – 25 мкм] для мониторинга трехмерных полей температуры, аэрозолей, обнаружения и картографирования малых составляющих атмосферы [Россия].
Система цветной и стереосъемки поверхности [CaSSIS, Colour and Stereo Surface Imaging System]. Камера высокого разрешения способная получать широкой полосой цветные и стереоснимки поверхности с разрешением 5 м/пиксел. CaSSIS обеспечит геологический и динамический контекст для источников и стоков примесных газов, обнаруженных инструментами NOMAD и ACS [Швейцария, Италия]. Инструмент FREND [Fine Resolution Epithermal Neutron Detector] – коллимированный нейтронный детектор для изучения с орбиты глобального распределения водяного льда в верхнем слое грунта Марса и радиационной обстановки на орбите. FREND с более высоким пространственным разрешением продолжит исследования, начатые отечественным прибором HEND на борту аппарата НАСА Mars Odyssey [Россия].
ДЕСАНТНЫЙ МОДУЛЬ
Десантный модуль будет нести оборудование для исследования процесса входа в атмосферу и спуска, а также для исследований на поверхности Красной планеты. Данные по входу в атмосферу и спуску необходимы для реконструкции траектории и определения атмосферных условий, таких как плотность и ветер, с большой высоты и до самой поверхности. Эти измерения важны для улучшения моделей атмосферы Марса и, очевидно, позволят увеличить точность и безопасность будущих посадок на Красную планету [Италия, Франция, Бельгия, Великобритания, США, Германия, Финляндия].
Комплекс научных инструментов для исследований на поверхности будет содержать набор датчиков для измерения направления и скорости ветра [MetWind, Италия, Франция, Великобритания], влажности [MetHumi, Италия, Франция, Финляндия], давления [MetBaro, Италия, Франция, Финляндия], температуры поверхности [MarsTem, Италия, Франция], а также для определения прозрачности атмосферы – измерения концентрации пыли в атмосфере [ODS, Optical Depth Sensor, Италия, Франция] и для определения электризация атмосферы [MicroARES, Atmospheric Radiation and Electricity Sensor, Италия, Франция]. MicroARES проведет первые измерения электрических полей на поверхности Марса, что в сочетании с данными по концентрации пыли в атмосфере с ODS позволит переосмыслить роль электрических сил в подъеме пыли – механизм, который запускает пылевые бури. Кроме того, MetHumi дополнит измерения MicroARES данными о влажности, что позволит ученым лучше понять процесс электризации пыли.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение