Trace Gas Orbiter

05.05.2019


Trace Gas Orbiter


«Орбитальный аппарат для исследования малых составляющих атмосферы» (англ. Trace Gas Orbiter, сокр. TGO) — космический аппарат для изучения происхождения малых газовых составляющих в атмосфере Марса с орбиты искусственного спутника.

Аппарат создан по программе «ЭкзоМарс» специалистами Европейского космического агентства. Два из четырёх научных приборов разработаны в Институте космических исследований РАН. Запущен 14 марта 2016 года в 9:31 UTC. 19 октября 2016 года прибыл на высокоэллиптическую орбиту Марса. К апрелю 2018 года переведён на низкую круговую орбиту высотой около 400 километров. C 21 апреля 2018 года началась научная миссия.

Научные цели полёта

Аппарат исследует и выяснит природу возникновения в атмосфере Марса малых составляющих: метана, других газов и водяного пара, о содержании которых известно с 2003 года. Наличие метана, быстро разлагающегося под ультрафиолетовым излучением, означает его постоянное поступление из неизвестного источника. Таким источником могут быть ископаемые или биосфера — живые организмы.

Присутствие метана в атмосфере Марса интригует, потому что вероятное его происхождение — это либо результат деятельности современной жизни, либо геологической активности. Орбитальный аппарат будет определять локализацию источников многих следовых газов в атмосфере и изменения пространственного распределения этих газов во времени. В частности, если метан (CH?) обнаружен в присутствии пропана (C?H?) или этана (C?H?) то это будет сильным указанием на биологические процессы. Если метан обнаружен в присутствии таких газов как диоксид серы (SO?) то это будет указывать на то, что метан является побочным продуктом геологических процессов.

«Trace Gas Orbiter» определит участки поверхности где выделяется метан, чтобы спускаемый аппарат АМС «ЭкзоМарс-2020» совершил посадку на таком участке. Также «Trace Gas Orbiter» будет выполнять функции ретранслятора в сеансах связи с марсоходом «ЭкзоМарс».

Европейское космическое агентство преследовало и вторую цель: опробовать новую технологию входа в атмосферу, спуска и посадки космических аппаратов на поверхность планет. «Trace Gas Orbiter» обеспечил перелёт к Марсу спускаемого аппарата с автоматической марсианской станцией — модуля «Скиапарелли» для демонстрации возможности входа в атмосферу, спуска и посадки.

19 октября 2016 года cпускаемый модуль «Скиапарелли» миссии «ЭкзоМарс» попытался выполнить посадку на поверхности Красной планеты, однако через несколько секунд после включения двигательной установки сигнал с аппарата прервался. В тот же день, после включения двигателей, продолжавшегося с 13:05 до 15:24 UTC, «Trace Gas Orbiter» вышел на орбиту искусственного спутника Марса. 21 октября 2016 года Европейское космическое агентство официально подтвердило гибель посадочного модуля «Скиапарелли».

История разработки

Модель Trace Gas Orbiter, представленная на Парижском авиасалоне 2015

В 2008 году космическое агентство НАСА представило проект Марсианского научного орбитального аппарата (англ. Mars Science Orbiter). Годом спустя, после подписания соглашения о совместном сотрудничестве в области освоения Марса, часть проекта легла на плечи ЕКА, а сам проект был изменен. Аппарат сменил название, дата запуска была перенесена на 2016 год, а оборудование стало разрабатываться как НАСА, так и ЕКА. Было решено, что «Trace Gas Orbiter» заменит уже работающий Марсианский разведывательный спутник (англ. Mars Reconnaissance Orbiter) и будет включен в программу «ЭкзоМарс». Запуск предполагалось осуществить с помощью ракеты «Атлас V». Однако, в 2012 году, вследствие сокращения бюджета, НАСА было вынуждено приостановить сотрудничество и прекратить своё участие в проекте.

В том же году ЕКА установило соглашение с космическим агентством России. Два из четырёх научных приборов аппарата разработаны в Институте космических исследований РАН. Для запуска использована ракета-носитель «Протон-М».

Приборы

Расположение научных инструментов на орбитальном модуле TGO

На данном космическом аппарате установлены следующие научные приборы:

  • NOMAD (Nadir and Occultation for MArs Discovery) — три спектрометра, два инфракрасных и ультрафиолетовый, для высокочувствительной идентификации компонентов атмосферы, включая метан и многие другие следовые газы, с орбиты спутника. NOMAD проводит солнечно-затменные наблюдения и прямые наблюдения отраженного света. Разработан Бельгией, Испанией, Италией, Великобританией, США, Канадой. NOMAD покрывает диапазоны 2,2—4,3 мкм (инфракрасный) и 0,2—0,65 мкм (ультрафиолетовый).
  • ACS (Atmospheric Chemistry Suite) — набор из трёх инфракрасных спектрометров для изучения химии и структуры атмосферы Марса. ACS дополнит NOMAD, расширив покрытие инфракрасного диапазона и сможет получать снимки Солнца нужные для лучшего анализа солнечно-затменных данных. Головной исполнитель — ИКИ РАН (Россия). Руководитель проекта — д.ф.-м.н. О. И. Кораблев. Прибор состоит из Эшелле-спектрометра (англ.)русск. «НИР», работающего в диапазоне 0,7—1,6 мкм, Эшелле-спектрометра «МИР», работающего в диапазоне 2,3—4,2 мкм, и Фурье-спектрометра «ТИРВИМ», работающего в диапазоне 1,7—17 мкм.

NOMAD и ACS дважды за оборот вокруг Марса, во время местного восхода и заката, будут наблюдать Солнце, когда оно просвечивает атмосферу. Такие измерения дадут подробную информацию о количестве метана на различных высотах над поверхностью Марса.

NOMAD и ACS будут также исследовать отраженный поверхностью свет направляя спектрометры строго вниз (в надир) на планету. Такие измерения позволят картографировать источники метана.

  • CaSSIS (Colour and Stereo Surface Imaging System) — камера высокого разрешения (4,5 м на пиксель), способная получать цветные и стереофотографии. CaSSIS предоставит геологические и динамические данные по источникам газов, обнаруженным приборами NOMAD и ACS. Разработан Швейцарией, Италией. CaSSIS представляет собой трёхзеркальный телескоп-анастигмат с фокусным расстоянием 880 мм, апертурой 135 мм и полем зрения 1,34° x 0,88°.
  • FREND (Fine Resolution Epithermal Neutron Detector) — этот детектор нейтронов определит присутствие водорода от поверхности до глубины 1 метр, и таким образом обнаружит места залегания водного льда вблизи поверхности. Обнаружение присутствия подповерхностного льда прибором FREND будет в 10 раз лучше, чем существующие измерения. Головной исполнитель — ИКИ РАН (Россия). Руководитель проекта — д.ф.-м.н. И. Г. Митрофанов. Прибор состоит из четырёх пропорциональных детекторов, заполненных гелием-3 для регистрации потоков нейтронов с энергиями от 0,4 до 500 кэВ и одного сцинтилляционного детектора с кристаллом стильбена для регистрации потока нейтронов с энергиями от 0,5 до 10 МэВ. Благодаря коллиматору поле зрения прибора сужено до пятна размером 40 км на поверхности Марса, что позволит создавать карты распределения подповерхностного водорода с таким разрешением. В состав прибора FREND входит также дозиметрический прибор «Люлин-МО», который измеряет радиацию и позволит судить о радиационной обстановке в космосе и на поверхности Марса. В разработке прибора FREND принимали участие 5 российских институтов и один болгарский (он создал прибор «Люлин-МО»).

Научные исследования

Наблюдения по научной программе TGO начались с 21 апреля 2018 года на низкой круговой орбите высотой около 400 километров над поверхностью Марса: заработала камера высокого разрешения CaSSIS и спектрометры. 2 марта 2019 года CaSSIS сделал снимок, на котором виден спускаемый аппарат InSight, парашют и две половины капсулы, которые защищали InSight во время его входа в атмосферу Марса — теплозащитный экран и заднюю панель.