Schiaparelli EDM - Schiaparelli EDM

Schiaparelli EDM

Model přistávacího modulu Schiaparelli na ESOC (2016)
Typ mise	Mars lander / demonstrátor technologie
Operátor	ESA  · Roskosmos
COSPAR ID	2016-017A
SATCAT č.	41388
webová stránka	Web mise ESA
Délka mise	Plánované: 2 až 8 solů (povrchový pobyt) Předchází 3dennímu pobřeží mezi oddělením a vstupem
Vlastnosti kosmických lodí
Výrobce	Thales Alenia Space
Spustit hmotu	577 kg (1272 lb)
Rozměry	Průměr: 2,4 m (7,9 ft) Výška: 1,8 m (5,9 ft)
Začátek mise
Datum spuštění	14. března 2016, 09:31 UTC ( 2016-03-14UTC09: 31 )
Raketa	Proton-M / Briz-M
Spusťte web	Web Bajkonur 200/39
Dodavatel	Khrunichev
Konec mise
Likvidace	Dopadl na zem
Zničen	19. října 2016 ( 2016-10-20 )
Přistávací místo	Meridiani Planum , Mars 2,05 ° J 6,21 ° Z 2 ° 03 's 6 ° 13'W /  / -2,05; -6,21 ( Místo havárie přistávacího modulu Schiaparelli EDM )
Nástroje SNY Charakterizace prachu, hodnocení rizik a analyzátor prostředí na povrchu Marsu AMÉLIE Vyšetřování a analýza atmosférického vstupu a přistání na Mars COMARS+ Balíček kombinovaných aerotermálních senzorů DEKA Sestupová kamera INRRI Pasivní mini odrazka
Program ExoMars Rosalind Franklin rover a Kazachok  →

Schiaparelli EDM ( italsky:  [skjapaˈrɛlli] ) byl neúspěšný modul vstupu, sestupu a přistání (EDM)programu ExoMars - společné mise Evropské vesmírné agentury (ESA) a ruské vesmírné agentury Roscosmos . Byl postaven v Itálii a byl určen k testování technologie pro budoucí měkké přistání na povrchu Marsu . Mělo také omezené, ale soustředěné vědecké užitečné zatížení, které by měřilo atmosférickou elektřinu na Marsu a místní meteorologické podmínky.

Zahájen společně s ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) dne 14. března 2016, Schiaparelli se pokusil o přistání dne 19. října 2016. Telemetrické signály od společnosti Schiaparelli , monitorované v reálném čase radioteleskopem Giant Metrewave v Indii (a potvrzeno společností Mars Express ), byli během závěrečných přistávacích fází ztraceni asi jednu minutu od povrchu. Dne 21. října 2016 NASA zveřejnila snímek sondy Mars Reconnaissance Orbiter, který ukazuje, co se zdá být místem havárie přistávacího modulu. Telemetrická data nashromážděná a předaná společnostmi ESA ExoMars Trace Gas Orbiter a Mars Express byla použita k prozkoumání způsobů selhání použité přistávací technologie.

Jmenovec

Schiaparelli hrob v Milán , Itálie

Modul Schiaparelli Entry, Descent, and Landing Demonstrator je pojmenován po Giovanni Schiaparelli (1835–1910), astronomovi aktivním v 19. století, který prováděl pozorování Marsu. Zejména zaznamenal rysy, které nazýval canali, ve své rodné italštině. Jeho pozorování toho, co se v angličtině překládá jako kanály, mnohé inspirovalo. Tmavé pruhy na Marsu jsou funkcí albedo , která souvisí s distribucí prachu; tyto funkce albedo na Marsu se v průběhu času pomalu mění a v posledních několika desetiletích byly monitorovány oběžnými dráhami Marsu. Schiaparelli je proslulá výrobou ručně kreslených map Marsu během jeho opozice se Zemí v roce 1877 pomocí optického refrakčního dalekohledu. Byl také prvním astronomem, který určil vztah mezi úlomky komety a každoročními meteorickými roji.

Mezi další věci pojmenované pro Schiaparelli patří asteroid hlavního pásu 4062 Schiaparelli , pojmenovaný 15. září 1989 ( MPC 15090 ), lunární kráter Schiaparelli , marťanský kráter Schiaparelli , Schiaparelli Dorsum na Merkuru a přistávací modul ExoMars 2016 EDM.

Mise byla pojmenována v listopadu 2013; dříve to bylo známé jako Exomars Entry, descent and landing Demonstrator Module, nebo zkráceně ExoMars EDM. Další název byl ExoMars static lander , ale některé návrhy toho, co byl statický přistávací modul, se docela liší kvůli různým fázím restrukturalizace návrhu a programu. Další název, zejména pro orbiter a lander dohromady, je ExoMars 2016 .

Původ a vývoj

Toto vesmírné umění s názvem The Next Stop vybrala ESA při diskusi o svém vlajkovém programu Aurora ExoMars a představuje lidi, kteří snáší prachovou bouři na Marsu poblíž pilotovaného roveru na Marsu.

Modely Schiaparelli a roveru ExoMars na ESA ESTEC, 2014

EDM sahá zpět k programu ESA Aurora , který má za cíl lidský průzkum vesmíru, a tím vytvářet mise, které jsou stavebními kameny na podporu tohoto cíle. ExoMars vznikl z toho a poskytuje kontext pro pochopení EDM. Schiaparelli tvoří důležitý „blok“ učení, jak přistávat s těžkým nákladem na Marsu, což je zásadní pro budoucí mise s posádkou. Dalším „blokem“ je rover ExoMars, který má mimo jiné předvést schopnost přejet několik km/mil po povrchu Marsu. Program Aurora je zaměřen na dva typy misí, jedním jsou větší vlajkové vesmírné lodě a druhým jsou menší mise určené konkrétně k vyložení rizika z větších misí.

V roce 2005 schválila rada ESA 650 milionů eur na rover a statický přistávací modul Mars. V té době se jednalo o jediné spuštění, které by přineslo rover třídy Mars Exploration Rover a přístrojový statický přistávací modul na Mars s jednodušší fází plavby; v tomto případě statický přistávací modul přistál na roveru a provedl vlastní studie. Aby však dosáhl svých cílů poslání v mezích použití rakety Sojuz ke startu, měl rover rozpočet pouhých 6 kg. Aby byl umožněn větší rover, byly hodnoceny Ariane V , Atlas V a Proton. Uvažovalo se o roverech od 180 kg do 600 kg a nakonec se zrodila myšlenka testovacího přistávacího zařízení na vyložení rizika z roverového přistávacího modulu, který dobře vyhovoval strategii dvou startů umožňujících těžší orbiter a těžší rover při druhém startu.

Na začátku vývoje měl být přistávací modul nesen vyhrazenou plavební fází zvanou Carrier Module . Nakonec byla mise Trace Gas Orbiter sloučena do ExoMars a stala se nosičem EDM.

Přehled

Přestože přistávací modul havaroval, očekává se , že data přenášená ze Schiaparelli poskytnou ESA a Roscosmos technologii pro přistání na povrchu Marsu s řízeným měkkým přistáním. Tuto technologii bude využívat rover Rosalind Franklin , součást programu ExoMars , který má být spuštěn v roce 2022.

Před spuštěním

577 kg (1272 lb) sestupový modul Schiaparelli a orbiter dokončily testování a byly integrovány do rakety Proton-M na kosmodromu Baikonur v Baikonuru v polovině ledna 2016. TGO a EDM dorazily na Baikonur v prosinci 2015. V únoru byla kosmická loď namontován na horním stupni Briz-M a na začátku března byl připojen k raketě Proton.

Liftoff

Ke startu došlo v 09:31 GMT (15:31 místního času) 14. března 2016. V následujících 10 hodinách před vypuštěním sestupového modulu a orbiteru došlo ke čtyřem spálením raket. Ten den byl v 21:29 GMT přijat signál z orbiteru, který potvrdil, že start byl úspěšný a kosmická loď správně fungovala. Krátce po oddělení od sond vybuchl horní posilovací stupeň Briz-M o několik kilometrů dál, aniž by došlo k poškození orbiteru nebo přistávacího modulu.

Liftoff pro ExoMars 2016 s demonstrátorem Schiaparelli

Plavba, odloučení a příjezd

Po svém startu Trace Gas Orbiter (TGO) a EDM společně cestovaly vesmírem směrem k Marsu. Během této doby byl EDM napájen z umbilikálního elektrického vedení k TGO, čímž byly zachovány omezené interní baterie EDM. 28. července a 11. srpna byl hlavním motorem TGO proveden hluboký vesmírný manévr dvěma nohami, aby se zaměřil úhel vstupní letové dráhy a místo přistání. Dne 14. října 2016 provedla TGO finální úpravu své trajektorie před oddělením Schiaparelli. Startovací hmotnost obou kosmických lodí dohromady je 4332 kg včetně 600 kg modulu Schiaparelli . Jednalo se o nejtěžší kosmickou loď, která byla dosud vyslána na Mars. Cesta ze Země na Mars v roce 2016 trvala zhruba 7 měsíců.

Dne 16. října 2016 se TGO a EDM oddělily, orbiter mířil na vložení na oběžnou dráhu Marsu a EDM na atmosférický vstup na Mars. Před separací se EDM roztočil o 2,5 otáčky za minutu (viz také stabilizace odstřeďování ) a poté se uvolňoval rychlostí asi 1 km/h vzhledem k TGO. EDM byl navržen tak, aby po dobu přibližně 3 dnů přecházel do režimu hibernace s nižším výkonem, zatímco cestoval sólo na Mars. EDM vyšel ze zimního spánku asi hodinu a půl před dosažením atmosféry Marsu. Mezitím po oddělení TGO upravil svoji trajektorii pro vložení na oběžnou dráhu Marsu a do 19. října 2016 provedl 139minutové spálení raketového motoru, aby se dostal na oběžnou dráhu Marsu. Ve stejný den dorazil modul Schiaparelli na Mars rychlostí 21 000 km/h (5,8 km/s) a zabýval se hlavním úkolem vstupu, klesání a přistání. Po úspěšném vstupu do atmosféry byla rychlost modulu snížena ze vstupní hodnoty 5,8 km/s na několik stovek m/s díky tažné síle poskytované atmosférou Marsu . Během této fáze letu byl k ochraně užitečného zatížení před silným tepelným zatížením použit tepelný štít . Padák byl spuštěn palubním softwarem, když akcelerometry podle očekávání detekovaly danou hodnotu gravitačního zrychlení 9 m/s ² . Poté, co modul Schiaparelli dosáhl podzvukového režimu pomocí nominálně nafouknutého padáku, došlo k anomálii, která způsobila uvolnění zadního pláště a padáku dříve, než se očekávalo, a zabránila retrorocketům zpomalit sestup. Tvrdé přistávací místo , rekonstruované pomocí údajů z průzkumného orbiteru Mars , bylo identifikováno docela blízko očekávaného místa přistání, asi 6,4 km od něj. TGO vstoupilo na oběžnou dráhu Marsu a podstoupilo několik měsíců aerobrakingu, aby upravilo svoji rychlost a oběžnou dráhu, přičemž vědecké aktivity začaly koncem roku 2017. TGO bude i nadále sloužit jako přenosový satelit pro budoucí mise na přistání na Marsu až do roku 2022.

Přistávací místo

Pohled na Meridiani Planum roverem Opportunity v roce 2004, oblast zvýhodněná přistáním sondy kvůli hladkým dunám a převážně bez balvanů.

Další pohled na Meridiani Planum roverem Opportunity . Okraj kráteru Bopolu je v dálce, také jižně od přistávací zóny Schiaparelli

Jako místo přistání byla vybrána Meridiani Planum, marťanská planina oceňovaná přistávači Marsu pro svůj plochý terén a nízkou výšku, která dává kosmické lodi čas a vzdálenost, aby zpomalila, než se dostala na zem. EDM se při sestupu nemůže vyhýbat překážkám, proto bylo důležité vybrat velkou rovnou plochu s minimem překážek. Přistávací elipsa je asi 100 km dlouhá a 15 km široká, se středem 6 ° západně a 2 ° jižně probíhající východ -západ, s východním okrajem včetně místa přistání roveru Opportunity a poblíž kráteru Endeavour, kde byl stále v provozu, když EDM byla spuštěna a když se pokusila přistát. Místo přistání roveru Opportunity (MER-B) se nazývá Memorial Challenger Station . Předpokládalo se také, že EDM bude mít šanci dorazit, když Mars zažil své globální prachové bouře, a tak získá znalosti o atmosféře za těchto méně obvyklých podmínek. Tato stránka je také známá jako vědecky zajímavá; příležitost vozítko objevil druh železa minerální látka, která se tvoří v přítomnosti vody, takže je se domníval, došlo k významnému množství vody se v minulosti.

Červená hvězda označuje plánované místo přistání pro přistávací modul ExoMars Schiaparelli EDM: Meridiani Planum , poblíž místa, kde v roce 2004 přistál rover Opportunity .

Cíl prašné bouře

Přistání bylo naplánováno na Meridiani Planum během období prachových bouří, což by poskytlo příležitost charakterizovat prachem nabitou atmosféru během vstupu a sestupu, změřit prachový náboj statické elektřiny -typicky produkovaný třením-a vést povrch měření spojená s prostředím bohatým na prach.

Časosběrný kompozit marťanského horizontu přes 30 marťanských dnů ukazuje, kolik slunečního světla blokovaly prachové bouře z července 2007; Tau 4,7 znamená, že 99% slunečního světla je zablokováno.

Ke globálním prachovým bouřím došlo od roku 1924 nejméně devětkrát, včetně let 1977, 1982, 1994, 2001 a 2007; prachové bouře z roku 2007 téměř ukončily fungování solárně poháněného amerického průzkumu rover Mars Spirit a Opportunity . Globální prachové bouře zakryly Mars, když tam v roce 1971 dorazil orbiter Mariner 9 , a trvalo několik týdnů, než se prach usadil a umožnil jasné zobrazení povrchu Marsu. Bylo předpovězeno, že globální prachové bouře na Marsu se pravděpodobně vyskytnou na podzim roku 2016, ale nezačaly, když se EDM pokusil o přistání. V létě roku 2018 zasáhly globální prachové bouře, které přerušily světlo roveru Opportunity poháněného solární energií, který stále fungoval poblíž místa přistání Schiaparelli.

Sekvence událostí vstupu, klesání a přistání

Vstupní vozidlo MSL během padákové fáze sestupu. Schiaparelli byla navržena tak, aby nasadila svůj padák v 11 km nad Marsem.

MSL vjezdu vysunutí jeho tepelný štít nad Marsem. Schiaparelli byl navržen tak, aby vysunul svůj spodní tepelný štít ve výšce 7 km nad Marsem.

Znázornění EDM během sestupové části jeho přistání na Marsu pomocí rakety

Schiaparelli Lander oddělen od TGO orbiter dne 16. října 2016, tři dny před příjezdem na Marsu, a vstoupila do atmosféry při 21.000 km / h (13,000 mph) dne 19. října 2016 (viz též Mars atmosférický vstup ). Když se přistávací modul odpojil od orbiteru, přepnul na interní bateriové napájení a použil režim hibernace s nízkým výkonem, zatímco tři dny pobíhal těsně před vstupem do atmosféry Marsu. Schiaparelli vyšel ze zimního spánku několik hodin před svým vstupem, rychlostí 21 000 km/h (13 000 mph) a výškou 122,5 km (76,1 mi) nad povrchem Marsu. Tepelný štít byl použit během ponoru do atmosféry ke zpomalení přistávacího modulu na 1650 km/h (1030 mph) v době, kdy dosáhl 11 km (6,8 mi) nadmořské výšky. Během vstupu zařízení COMARS+ EDM provozovalo sběr dat o tom, jak teplo a vzduch proudí kolem vstupní kapsle.

Poté, co zpomalil svůj počáteční vstup atmosférou, modul nasadil padák a měl dokončit své přistání na retrorocketách pomocí naváděcího, navigačního a řídicího systému s uzavřenou smyčkou založeného na senzoru radarového výškoměru Doppler a palubních inerciálních měřicích jednotek . Během sestupu zaznamenávaly různé senzory řadu atmosférických parametrů a výkonu přistávacího modulu. Plán byl, že ve výšce 7 km (4,3 mil) bude vyhozen přední tepelný štít a zapnut radarový výškoměr, poté ve výšce 1,3 km (0,81 mil) nad Marsem bude odhozen zadní tepelný kryt a padák.

Poslední fáze přistání měly být provedeny pomocí pulzních motorů na kapalná paliva nebo retrorocketů . Asi dva metry nad zemí byly motory navrženy tak, aby se vypnuly ​​a nechaly platformu přistát na drtitelné konstrukci, navržené tak, aby deformovaly a absorbovaly konečný dopad na přistání. Při konečném přistání byl navržen tak, aby vydržel skály vysoké asi 31 cm (12 palců), a doufalo se, ale nebylo zaručeno, že se neobjeví žádné velké balvany nebo krátery. Při posledním kontaktu byl přistávací modul navržen tak, aby zvládl svahy až 19 stupňů a skály až do výšky 38 cm (15 palců).

V této oblasti působil rover Opportunity a oba týmy společně pracovaly na pokusu o představu EDM o jeho sestupu, což by v závislosti na podmínkách bylo možné, zvláště pokud EDM „trvala dlouho“ ve své přistávací elipse. Kamery roveru však během sestupu neměly na přistávací modul žádný výhled. Bylo to poprvé, co se povrchová sonda pokusila zobrazit přistání jiného vozidla z povrchu Marsu. (Ostatní kosmické lodě se navzájem zobrazovaly, zejména oběžné dráhy, které je pozorovaly na zemi, a v roce 2005 Mars Global Surveyor zobrazil Mars Express na oběžné dráze kolem Marsu.)

Shrnutí EDL (podle plánu):

Kontakt byl ztracen s modulem 50 sekund před plánovaným přistáním. Do 21. října 2016, po prostudování dat, ESA uvedla, že je pravděpodobné, že se věci pokazily, když se padák brzy uvolnil, motory se poté zapnuly, ale poté se po příliš krátké době vypnuly.

Pád

Schiaparelli Lander pokus o automatické přistání na 19. října 2016, ale signál byl neočekávaně ztratil krátce před plánovanou dobou přistání. ESA Mars Express a NASA Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) a MAVEN nadále bezvýsledně poslouchaly signál přistávacího modulu.

Schiaparelli během pokusu o přistání přenesl asi 600 megabajtů telemetrie a podrobná analýza zjistila, že k jeho vstupu do atmosféry došlo normálně, přičemž padák se rozvinul na 12 km (7,5 mil) a 1730 km/h (1070 mph) a jeho tepelný štít se uvolnil při 7,8 km (4,8 mi). Nicméně, Lander inerciální měřicí jednotka , která rotaci opatření, stal se nasycený (schopni přijmout vyšší hodnoty) po dobu asi jedné sekundy. Tato saturace, spojená s daty z navigačního počítače, generovala odečet nadmořské výšky, který byl negativní, nebo pod úrovní terénu. To způsobilo předčasné uvolnění padáku a zadní skořepiny. Brzdové rakety pak střílely asi tři sekundy, místo očekávaných 30 sekund, následovala aktivace pozemních systémů, jako by vozidlo již přistálo. Ve skutečnosti to bylo stále ve výšce 3,7 km. Přistávací modul pokračoval ve vysílání po dobu 19 sekund poté, co rakety ustaly; ke ztrátě signálu došlo 50 sekund před tím, než měl přistát. Schiaparelli dopadl na marťanský povrch rychlostí 300 km/h (190 mph), téměř v blízkosti koncové rychlosti.

Obrázky z kontextové kamery MRO místa přistání Schiaparelli ; před (29. května 2016) a po (20. října 2016). Velká černá skvrna naznačuje dopad přistávacího modulu a bílá skvrna jeho padák.

Den po pokusu o přistání Kontextová kamera MRO NASA identifikovala nové pozemní značení kvůli dopadu přistávacího modulu a padáku. Místo havárie je asi 54 km (~ 33,5 mil) od místa, kde se v době přistání nacházela aktivní rovera NASA Mars Rover Opportunity . Dne 27. října 2016, ESA vydala obrázků s vysokým rozlišením z místa srážky přijatého MRO HiRISE kamery na 25. října 2016. Na přední tepelný štít, modul dopad webu, a jsou identifikovány zadní tepelný štít a padák. Předpokládá se, že kráter je hluboký asi půl metru (yard) a že by bylo možné později tento kráter dále studovat. Na podobnou poznámku, uměle vytvořený kráter byl ve skutečnosti cílem mise THOR navržené v rámci programu Mars Scout, který produkoval Phoenix a MAVEN, cílem bylo hloubení pod povrchem. Tato mise byla překonána, ale další orbiter dokázal objevit přirozeně se vyskytující čerstvé impaktní krátery a byl v nich nalezen led.

Snímek MRO HiRISE dopadové oblasti Schiaparelli pořízený 25. října 2016. Na obrázcích vyhodených do povětří jsou oblasti identifikované jako dopad landeru (vlevo uprostřed), náraz předního tepelného štítu (vpravo nahoře) a padák a zadní tepelný štít (vlevo dole)

Přestože přistávací modul havaroval, představitelé ESA prohlásili Schiaparelli za úspěch, protože splnil svou primární funkci testování přistávacího systému pro přistávací modul Kazachok 2020 a vracení telemetrických dat během sestupu. Do 20. října byla většina dat o sestupu vrácena na Zemi a byla analyzována. Na rozdíl od přistávacího modulu Beagle 2 , o kterém nebylo po vyslání z Mars Express v roce 2003 znovu slyšet, modul Exomars vysílal během sestupu, takže data shromážděná a přenášená cestou dolů se neztratila, pokud byla sonda zničena při nárazu.

Vyšetřování příčiny nehody

Vyšetřování, které skončilo v květnu 2017, identifikovalo čtyři „hlavní příčiny nehody [...]: Nedostatečná nejistota a správa konfigurace při modelování dynamiky padáku, což vedlo k očekávání mnohem nižší dynamiky, než jaká byla pozorována za letu; Nedostatečná doba vytrvalosti Příznak nasycení IMU [Inertial Measurement Unit] a neadekvátní zpracování saturace IMU pomocí GNC [Guidance Navigation and Control]; Nedostatečný přístup k detekci selhání, izolaci a zotavení a robustnosti návrhu; Nehoda ve správě subdodavatelů a přijímání hardwaru. “

Vyšetřování vyšetřovací komise odhalilo, že v době, kdy přistávací modul nasadil svůj padák, se začal nečekaně rychle točit. Tato velmi rychlá rotace stručně nasycený Schiaparelli ‚s spin-měřící přístroj, který vyústil ve velké chyby postoj-odhadu ze strany vedení, navigace a ovládání-systémového softwaru. Výsledkem bylo, že počítač vypočítal, že je pod úrovní terénu, což způsobilo předčasné uvolnění padáku a zadní skořepiny, krátké odpálení trysek pouze na 3 sekundy namísto 30 sekund a aktivace systému na zemi, jako by Schiaparelli přistál. Šetření také zjistilo, že „[mise by nebyla ohrožena chybou znalosti postoje způsobenou saturací IMU [Inertial Measurement Unit], pokud by doba setrvání byla stanovena na nižší hodnotu“.

Obrázky místa havárie modulu naznačovaly, že při nárazu mohla explodovat palivová nádrž. Odhaduje se, že přistávací modul dopadl na povrch rychlostí přibližně 300 km/h (83 m/s; 190 mph). Další snímky místa do listopadu dále potvrdily identitu částí kosmické lodi. Dodatečné zobrazování bylo barevné a bylo zjištěno, že padák byl mírně posunutý.

HiRISE pozorování místa havárie 1. listopadu 2016 s podrobnostmi o tom, co je považováno za místo dopadu hlavní kosmické lodi, spodní tepelný štít a horní tepelný štít a padák. S tímto druhým pozorováním se poznamenává, že se zdá, že vítr posunul padák, a bylo potvrzeno, že některá jasná místa v okolí nárazové zóny jsou z materiálu, nikoli z obrazového šumu nebo momentálních odrazů.

Pořízením více snímků pomocí techniky zvané superrozlišovací rekonstrukce (SRR) lze rozlišení zlepšit, a to bylo provedeno u dříve ztracené sondy Beagle 2 . Další dvě výhody pro více obrázků je, že je snazší rozeznat mezi šumem obrazu, jako jsou zásahy kosmického záření, a skutečnými objekty, a mezi světlými skvrnami vysoké objekty albedo oproti momentálním zrcadlovým odrazům. Konečně u několika snímků v průběhu času lze pozorovat pohyb a změny, jako například vítr foukající na padáku.

Užitečné zatížení přístroje a senzoru

Výzkumná stanice Concordia je další misí, která podporuje rozvoj lidské mise ESA na Mars a podporuje program Aurora Exploration Program. Atmosférická elektřina je jedním z problémů lidských misí na Mars a Schiaparelli mohl poskytnout vůbec první měření této vlastnosti na Marsu.

INRRI byla zahrnuta do přistávacího modulu InSight Mars. Je to vidět zde na palubě InSight v rámci přípravy na spuštění.

Primárním cílem mise bylo otestovat přistávací systémy, včetně padáku, Dopplerova radarového výškoměru, hydrazinových trysek atd. Sekundární cíl mise byl vědecký. Přistávací modul měl změřit rychlost a směr větru, vlhkost, tlak a povrchovou teplotu a určit průhlednost atmosféry. Užitečné zatížení povrchové vědy se nazývalo DREAMS a bylo navrženo tak, aby vedlo meteorologická data několik dní po přistání a měřilo první měření atmosférické statické elektřiny na Marsu.

Součástí užitečného zatížení byla sestupová kamera (DECA). Jeho zachycené snímky měly být předány po přistání. AMELIA, COMARS+a DECA shromažďovaly data během vstupu, klesání a přistání asi šest minut. Velká část těchto dat byla přenášena při sestupu. Přestože část EDL byla navržena tak, aby trvala doslova několik minut a povrchová pozorování nanejvýš několik dní, jeden přístroj, INRRI, byl pasivní laserový odrazový reflektor, který by mohl být používán co nejdéle, dokonce o desítky let později, pro dosah laseru -nalezení přistávacího modulu.

INRRI byl namontován na horní (zenitovou) stranu přistávacího modulu, aby umožnil kosmickým lodím nahoře zaměřit se na něj. Jeho hmotnost byla asi 25 gramů a přispěla k němu Italská vesmírná agentura (ASI). Konstrukce používala rohové reflektory pro návrat přicházejícího laserového světla. Kostky jsou vyrobeny z taveného oxidu křemičitého, které jsou připevněny k hliníkové nosné konstrukci. INRRI byl také namontován na přistávací modul InSight Mars.

Shrnutí užitečného zatížení vědy a techniky

• DREAMS (Charakterizace prachu, hodnocení rizik a analyzátor životního prostředí na povrchu Marsu)
  • MetWind (detekce větru)
  • DREAMS-H (detekce vlhkosti)
  • DREAMS-P (detekce tlaku)
  • MarsTem (detekce teploty)
  • Senzor slunečního záření (průhlednost atmosféry)
  • Micro-ARES (detektor atmosférické elektřiny)
• AMELIA (Vyšetřování a analýza atmosférického vstupu a přistání na Mars)
• DECA (sestupová kamera)
• COMARS+ (balíček kombinovaných aerotermálních senzorů)
  • Měřené teplo při vstupu atmosféry do Marsu.
• INRRI (INstrument for landing - Roving laser Retroreflector Investigations)
  • Kompaktní laserový reflektor pro detekci přistávacího modulu pomocí laserového měření vzdálenosti

SNY

Tento umělcův koncept ilustruje elektricky aktivní prachovou bouři na Marsu, která mohla produkovat chemikálie, které způsobily neprůkazné výsledky experimentu detekce života vikingského přistávacího modulu. Schiaparelli měl za cíl měřit atmosférickou elektřinu v období prachových bouří na Marsu.

Animovaný obraz prachového ďábla na Marsu

Phoenix lander provedl tato měření atmosférického prachu pomocí LIDAR v roce 2008

Vědecké užitečné zatížení země na povrch bylo meteorologické balení DREAMS (charakteristika prachu, hodnocení rizik a analyzátor prostředí na marťanském povrchu), skládající se ze sady senzorů pro měření rychlosti a směru větru (MetWind), vlhkosti (MetHumi), tlak (MetBaro), povrchová teplota (MarsTem), průhlednost atmosféry (Senzor slunečního záření - SIS) a elektrifikace atmosféry (Atmosférický relaxační a senzor elektrického pole - Micro -ARES). Mezi instituce, které přispěly k užitečnému zatížení DREAMS, patří INAF a CISAS z Itálie, LATMOS z Francie, ESTEC z Nizozemska, FMI z Finska a INTA ze Španělska.

Užitečné zatížení DREAMS mělo fungovat 2 až 8 dní na Marsu jako ekologická stanice po dobu povrchové mise po přistání. Plánovaný příjezd přistávacího modulu byl proveden tak, aby se shodoval s obdobím globální prachové bouře na Marsu a shromažďoval data o atmosféře Marsu zaplněné prachem. Doufalo se, že DREAMS poskytne nový pohled na úlohu elektrických sil při zvedání prachu, mechanismu, který spouští prachové bouře. Kromě toho byl senzor MetHumi určen k doplnění měření MicroARES o kritická data o vlhkosti, aby vědci mohli lépe porozumět procesu elektrifikace prachu.

Atmosférická elektřina na Marsu je stále neměřená a její možná role v prachových bouřích a atmosférické chemii zůstává neznámá. Spekulovalo se, že atmosférická statická elektřina mohla hrát roli v nepřesvědčivých výsledcích experimentů života vikingského landeru , které byly pozitivní na metabolizaci mikrobiálního života, ale hmotnostní spektrometr nezjistil žádné organické sloučeniny. Dvě oblíbená možná vysvětlení jsou reakce s peroxidem vodíku nebo ozonem vytvořeným ultrafialovým světlem nebo atmosférickými elektrickými procesy během prachových bouří.

DREAMS-P byl snímač tlaku a DREAMS-H byl určen pro vlhkost; senzory napájejí jedinou desku s obvody pro zpracování dat.

Během sestupu fungovala kromě povrchového užitečného zatížení také kamera s názvem DECA (Descent Camera) na přistávacím modulu. Účelem bylo dodat další kontextové informace a přesné údaje o poloze ve formě obrázků. DECA je reflightem vizuální monitorovací kamery (VMC) mise Planck a Herschel .

Dalším povrchovým experimentem, který byl zaměřen na prach, byl Experiment adherence materiálů na přistávacím modulu Mars Pathfinder , asi dvacet let před ExoMars.

Sestupová kamera

Descent Camera (DECA) měla zachytit asi 15 pohledů směřujících dolů, když se přibližovala k povrchu Marsu. Mělo to začít pořizovat obrazy po vysunutí spodního tepelného štítu. Tato kamera měla 60stupňové zorné pole pro zachycení obrázků ve stupních šedi , aby podpořila technické znalosti o sestupu. DECA byla náhradou letu vizuální monitorovací kamery vesmírné observatoře Herschel a mise Plank, které byly spuštěny společně. Rozměry kamery jsou 9 cm (3,5 palce) na druhou s hmotností 0,6 kg (1,3 lb). Data sestupové kamery DECA byla uložena během sestupu a neměla být přenášena na Zemi až po přistání, takže tyto snímky byly při havárii ztraceny. Účelem tohoto zpoždění přenosu bylo chránit kosmickou loď a data před elektrostatickými výboji. DECA byla navržena a vyrobena v Belgii společností Optique et Instruments de Précision (OIP).

Mezi hlavní cíle DECA patří:

• přistávací plocha obrazu
• změřit průhlednost atmosféry Marsu,
• sbírat data pro 3-D topografii přistávací plochy

Předběžné výsledky

Protože přistávací modul Schiarapelli předváděl během sestupu, byla úspěšně vrácena velká část telemetrie. K prozkoumání režimů selhání použité přistávací technologie bylo použito asi 600 megabajtů dat, což představuje asi 80% telemetrie, které byly předány Zemi.

Specifikace

Poznámka k hmotám: na povrchu Marsu je gravitace menší než na Zemi, takže hmotnost je 37% hmotnosti Země.

Tento diagram porovnává Trace Gas Orbiter se Schiaparelli EDM připojeným v jeho vstupním kuželu s orbiterem Mars Express .

Energetické systémy

Na jednom místě Roscosmos nabídl přispět 100 wattovým zdrojem radioizotopového termoelektrického generátoru (RTG) pro přistávací modul EDM, aby mohl monitorovat místní povrchové prostředí po celý marťanský rok, ale kvůli složitým ruským postupům kontroly exportu se později rozhodl pro použití nenabíjecí elektrické baterie s dostatečným výkonem pro 2 až 8 solů . Uvažovalo se také o solárních panelech, když se zvažovala delší mise (1–2 měsíce) podporovaná těžším a složitějším přistávacím modulem. Do roku 2010 se pozornost soustředila na provedení krátkodobé (několikadenní povrchové doby) technologické ukázky s důrazem na přistávací systémy.

Komunikační systémy a síť

Schiaparelli měl rádio UHF pro komunikaci s oběžnými dráhami Marsu. Přistávací modul měl dvě antény, jednu na zadním plášti a jednu na přistávacím modulu. Když je zadní skořepina vysunuta, může vysílat ze spirálové antény na těle přistávacího modulu. Kdy může orbiter komunikovat s landerem, závisí na tom, kde se na jeho oběžné dráze nachází, a ne všichni orbitéři mohli s landerem nahrávat nebo s ním mluvit, protože zeměkoule na Marsu blokuje přímý dohled přistávacího modulu. ExoMars TGO s ním také mohl komunikovat pomocí systému UHF. EDM se „probudil“ ze zimního spánku asi 90 minut před přistáním a vysílal nepřetržitě 15 minut před přistáním.

Během přistání byl signál EDM na Marsu monitorován orbiterem Mars Express a dálkově pomocí obřího radioteleskopu Metrewave v indickém Pune. Mars Express také komunikuje s ostatními landery a rovery pomocí svého komunikačního systému Melacom. Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) vylila přistávací dvě hodiny po přistání, a byl k dispozici pro kontrolu signály z Schiaparelli . ExoMars TGO s ním také mohl komunikovat pomocí systému UHF.

Standardem komunikačního systému na Marsu je rádio Electra , používané od příchodu sondy Mars Reconnaissance Orbiter v roce 2006. Dříve používalo několik orbiterů první generaci UHF reléového systému, včetně Mars Global Surveyor , Mars Odyssey a Mars Express . Použití orbiterů k přenosu dat z přistávacích a roverských lodí na Marsu je známé svou energetickou účinností.

Dne 19. října 2016 trvalo 9 minut a 47 sekund, než se rádiový přenos pohyboval zhruba rychlostí světla z Marsu na Zemi. Takže i když rádiové pole v Pune naslouchalo „v reálném čase“, celá sekvence EDL, která by trvala asi 6 minut, již nastala, i když byla zaznamenávána, jak začíná vstupovat do atmosféry. Existuje malá variabilita, protože rychlost světla je zpomalena vzduchem Marsu a Země (viz index lomu ) a dalším faktorem je dilatace času , protože sonda existovala s výrazně odlišnou rychlostí a v jiném gravitačním poli rozhlasová stanice zpět na Zemi (i když relativně malá).

Výpočetní

Schiaparelli přistávací modul má dvě hlavní počítače, jeden je nazýván Central Terminal & Power Unit (CTPU) a sídlí v teplém poli nahoře a druhý počítač se nazývá Vzdálená jednotka Terminal & Power (RTPU) a na spodní straně přistávací modul. Celkově CTPU zvládá povrchové operace a RTPU zvládá vstup a sestup a ve skutečnosti je zničen při konečném přistání s povrchem, protože je na spodní straně. Když jsou připojeny Trace Gas Orbiter a Entry Demonstrator Module, RTPU zpracovává rozhraní a odesílá energii z orbiteru do modulu. Když se odpojí od orbiteru, musí mu dojít vnitřní baterie. CTPU využívá centrální procesor LEON založený na architektuře SPARC procesoru Sun Microsystems na bázi RISC a má také RAM, PROM a časovač. CTPU také zpracovává data odesílaná do radiového komunikačního systému UHF. Když se přistávací modul odpojí od orbiteru, tráví většinu času v režimu hibernace s nízkým výkonem, zatímco proplouvá prostorem, než vstoupí do atmosféry Marsu. Přistávací modul musí před přistáním projít vesmírem asi 3 dny sám, mezitím musí orbiter provést vložení oběžné dráhy na Mars. Data sestupové kamery DECA jsou stažena do počítače pro přenos na Zemi až po přistání a nejsou přenášena během sestupu.

Padák

Padákový padák s mezerou disků byl nasazen pyrotechnickou maltou. V rámci svého vývoje byl testován v plném rozsahu v největším větrném tunelu na světě. V roce 2011 byl v zemské atmosféře testován dílčí padák; bylo vystoupáno balónem do 24,5 kilometrů nadmořské výšky a poté vypuštěno a pyrotechnické systémy byly testovány po období volného pádu. Dne 19. října 2016 byl padák úspěšně nasazen na Marsu.

V létě roku 2019 došlo během testování k problémům s padákem pro další tranši projektu, a to navzdory technologickému testu EDM; problémy s padákovým systémem mohou tuto fázi oddálit.

Retro-rakety

Modul Schiaparelli má 3 sady tří trysek, celkem devět, které fungují od asi 1 km (půl míle) nahoru v pulzním režimu a zpomalují kosmickou loď ze 70 na 4 m/s (252 až 14 km/h). Každý z devíti motorů je raketový motor CHT-400, který dokáže vyvinout tah 400 Newtonů. Tyto raketové motory pohánějí tři sférické 17,5 litrové nádrže s hydrazinovým pohonem. Nádrže pojmou asi 15–16 kilogramů hydrazinu (asi 34 liber, 2,4 kamene) paliva na nádrž, nebo celkem 46 kg (101 liber nebo 7,24 kamenů). Hnací plyn je natlakován heliem, drženým v jedné nádrži obsahující 15,6 litru při tlaku 170 barů (2465 psi). Trysky se vypnuly ​​1–2 metry/yardy od povrchu, načež konečnou zastávku zvládne zdrcující zóna pod přistávacím modulem. Data z časovače, dopplerovského radaru a inerciální měřicí jednotky jsou sloučena do počítačů přistávacího modulu, aby bylo možné řídit provoz trysek.

Dopad na ExoMars

Možným okamžikem „odstávky“ pro další misi ExoMars bylo setkání ministrů ESA v prosinci 2016, které se zabývalo některými otázkami, včetně 300 milionů EUR financování ExoMars a ponaučení z dosavadních misí ExoMars 2016. Jedním z problémů byla havárie Schiaparelli , protože tento přistávací systém se používá pro misi ExoMars 2020 sestávající z roveru Rosalind Franklin dodaného přístrojovým přistávačem Kazachok 2020 .

Tým ExoMars byl chválen za „odvážnou tvář“ toho, co se stalo, a pozitivní pohled na velmi důvěryhodný návrat EDM k jeho hlavní misi: údaje o vstupu, sestupu a přistání, navzdory havárii.

Dalším pozitivem byl vývoj demonstračního modulu jako součásti celkového velkého plánu pro ExoMars, což znamenalo, že přistávací technologie prošly testem v reálném světě před přepravou cennějšího nákladu.

Předběžná zpráva o poruše byla předložena na zasedání ministrů ESA v prosinci 2016. V prosinci byl znám výsledek: ExoMars bude nadále finančně podporován ESA. K dokončení mise bylo schváleno 436 milionů EUR (464 milionů USD).

Po mnoha náročných, obtížných a obohacujících chvílích roku 2016 je to velká úleva a skvělý výsledek pro evropský průzkum vesmíru, ...

-  projektový manažer ESA ExoMars

Místo přistání

( zobrazit • diskutovat )

Interaktivní mapa obraz o globální topografii Marsu , překryto s umístěním Mars míst Lander a Rover . Umístěním kurzoru myši na obrázek zobrazíte názvy více než 60 významných geografických prvků a kliknutím na ně odkazujete. Zbarvení základní mapy ukazuje relativní nadmořskou výšku na základě údajů z laserového výškoměru Mars Orbiter na Mars Global Surveyor NASA . Bílé a hnědé označují nejvyšší nadmořské výšky (+12 až +8 km ); následuje růžová a červená (+8 až +3 km ); žlutá je0 km ; greeny a blues jsou nižší nadmořské výšky (až do−8 km ). Osy jsou zeměpisná šířka a délka ; Polární oblasti jsou zaznamenány.

(Viz také: mapa Marsu ; mapa / seznam Mars Memorials )

(   Aktivní ROVER •  Neaktivní •  Aktivní LANDER •  Neaktivní •  Budoucnost )

← Beagle 2 (2003)

Curiosity (2012) →

Hluboký vesmír 2 (1999) →

Rosalind Franklin rover (2023) ↓

InSight (2018) →

Mars 2 (1971) →

← Mars 3 (1971)

Mars 6 (1973) →

Polar Lander (1999) ↓

↑ Příležitost (2004)

← Vytrvalost (2021)

← Phoenix (2008)

Schiaparelli EDM (2016) →

← Sojourner (1997)

Duch (2004) ↑

↓ Zhurong (2021)

Viking 1 (1976) →

Viking 2 (1976) →

Glosář

Viz také

• Beagle 2  - Failed Mars lander vypuštěn v roce 2003
• Huygens (kosmická loď)  - evropský průzkumný přistávací modul vyslaný na Saturnův měsíc Titan
• Seznam misí na Mars  - článek seznamu Wikipedie
• Seznam kosmických lodí napájených nenabíjecími bateriemi  -článek seznamu Wikipedie
• Přistání na Marsu  - přistání kosmické lodi na povrchu Marsu
• Hayabusa2  - japonská vesmírná mise k asteroidu Ryugu
• Philae (kosmická loď)

Reference

externí odkazy

• Přistávací zóna ExoMars EDM
• Pravděpodobné místo havárie Schiaparelli zachycené Mars Reconnaissance Orbiter od The Planetary Society (Toto má diagram překrývající přistávací elipsu EDM a traverz MER-B)
• Podrobnější pohled na místo havárie ESA (27. října 2016)
• Elektrické prachové bouře a atmosférická elektřina (EDM bude měřit atmosférickou elektřinu)
• Micro-Ares, snímač elektrického pole pro ExoMars 2016
• ESA Video z drceného materiálu pro testovaný zmačkaný bumber
• TPS - Zachycení marťanského počasí v pohybu - 4. listopadu 2016
• Přehled designu ExoMars kolem roku 2011
• Obrázky Schiaparelli
  • [1] (fotografie rozestavěného přistávacího modulu)
• Schiaparelli ' s sestup na Mars (ESA Video plánovaného sestupu na povrch)
• Crash site in 3D (11.15.16)
• ExoMars 2016 - Schiaparelli Anomaly Inquiry (18.05.2017)