Trace Gas Orbiter

Эта статья находится на начальном уровне проработки, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис
«Орбитальный аппарат для исследования малых составляющих атмосферы»
Trace Gas Orbiter
Заказчик ЕКА
Роскосмос
Производитель Thales Alenia Space
Оператор ЕКА
Роскосмос
Задачи Изучение Марса
Спутник Марса
Стартовая площадка Казахстан Байконур, ПУ 200/39
Ракета-носитель «Протон-М»
Запуск 14 марта 2016 9:31 UTC[1]
Выход на орбиту 19 октября 2016 15:24 UTC[2]
Технические характеристики
Масса 4322 кг (включая 577 кг модуль «Скиапарелли»)[3][4]
Мощность 2000 Вт
Источники питания Фотоэлектрические батареи
Элементы орбиты
Тип орбиты круговая[5]
Наклонение 74°[6]
Период обращения 2 часа[5]
Высота орбиты 400 км[5][7]
exploration.esa.int/mars…

«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[1]. 19 октября 2016 года прибыл на высокоэллиптическую орбиту Марса[2]. К апрелю 2018 года переведён на низкую круговую орбиту высотой около 400 километров[5][7]. C 21 апреля 2018 года началась научная миссия[8][9].

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[10]. Наличие метана, быстро разлагающегося под ультрафиолетовым излучением, означает его постоянное поступление из неизвестного источника. Таким источником могут быть ископаемые или биосфера — живые организмы[3].

Присутствие метана в атмосфере Марса интригует, потому что вероятное его происхождение — это либо результат деятельности биологической 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 (CH₄) обнаружен в присутствии пропана (C₃H₈) или этана (C₂H₆) то это будет сильным указанием на биологические процессы. Если метан обнаружен в присутствии таких газов как диоксид серы (SO₂) 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 спускаемый модуль «Скиапарелли» миссии «ЭкзоМарс» попытался выполнить посадку на поверхности Красной планеты, однако через несколько секунд после включения двигательной установки сигнал с аппарата прервался[11]. В тот же день, после включения двигателей, продолжавшегося с 13:05 до 15:24 UTC, «Trace Gas Orbiter» вышел на орбиту искусственного спутника Марса[2]. 21 октября 2016 года Европейское космическое агентство официально подтвердило гибель посадочного модуля «Скиапарелли»[12].

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 изменён. 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»[13]. Однако, в 2012 году, вследствие сокращения бюджета, НАСА было вынуждено приостановить сотрудничество и прекратить своё участие в проекте[14].

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[15]:

  • 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)[16].
  • 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.] «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[17].

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° × 0,88°[18].
  • 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»)[19][20].

Научные исследования

Наблюдения по научной программе TGO начались с 21 апреля 2018 года на низкой круговой орбите высотой около 400 км над поверхностью Марса[21][8][9]: 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 — лобовой теплозащитный экран и тыльная часть[22].

В 2020 году зонд TGO возобновил научные исследования[23]; в 2021 году продолжил исследования[24].

По данным детектора нейтронов FREND составлена глобальная карта водности поверхности Марса в экваториальной области от 50° северной широты до 50° южной широты. В некоторых местах содержание водного эквивалента водорода (WEH) в верхнем метре марсианского реголита составляет около 20 % по весу (в полярных областях WEH превышает 40 %). Нейтронное зондирование не различает различные возможные формы воды: водяной лед, адсорбированную воду или химически связанную воду. Для различения необходимо провести дополнительные измерения другими методами, например, анализом на месте или мультиспектральной визуализацией. Однако обнаруженное количество WEH в совокупности с другими данными (особенностями рельефа, температурой поверхности, атмосферными условиями) позволяет различать: более крупные WEH, превышающие десятки процентов по весу, трудно объяснить ничем, кроме водяного льда; с другой стороны, гидратированные минералы обычно не содержат более 10–15 % по весу. В качестве эталонного значения безразмерного параметра подавления нейронов были приняты данные из одного из самых засушливых на Марсе — региона Solis Planum[англ.], где средний показатель WEH оценивается в 2,78 % по весу. В точке 17 в центре Земли Аравия и в точке 10 близ неё концентрация воды в грунте составляет 23—24 %,что указывает на наличие чистого водного льда в верхнем метровом слое. В случае с точкой LWRR-23 на равнине Аркадия, показывающей WEH в процентах по весу 20,4, её расположение вблизи 50° северной широты, вероятно, является лучшим объяснением высокой гидратации: марсианская граница вечной мерзлоты простирается от полюсов до 50° широты на некоторых долготах. Более 20 % воды по массе FREND обнаружил в каньоне Долины Маринер. В точках LWRR-3 и LWRR-4, расположенных к юго-западу от горы Олимп, содержание воды составляет около 9–13 % по весу[25].

См. также

Примечания

  1. ↑ 1,0 1,1 ExoMars 2016 liftoff (англ.). ЕКА (14 марта 2016). Дата обращения: 19 октября 2016. Архивировано 20 октября 2016 года.
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 ExoMars TGO reaches Mars orbit while EDM situation under assessment (англ.) (недоступная ссылка). ЕКА (19 октября 2016). Дата обращения: 19 октября 2016. Архивировано 20 октября 2016 года.
  3. ↑ 3,0 3,1 EXOMARS TRACE GAS ORBITER (TGO) (англ.) (недоступная ссылка). ЕКА (13 марта 2014). Дата обращения: 28 февраля 2015. Архивировано 29 марта 2015 года.
  4. ↑ NSSDCA/COSPAR ID: 2016-017A (англ.). НАСА. Дата обращения: 27 мая 2018. Архивировано 28 марта 2017 года.
  5. ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 ЭКЗОМАРС. МОДУЛЬ TGO ПЕРЕШЕЛ НА РАБОЧУЮ ОРБИТУ. «Роскосмос». Дата обращения: 27 мая 2018. Архивировано 24 июля 2020 года.
  6. ↑ ANGLING UP FOR MARS SCIENCE (англ.) (недоступная ссылка). ЕКА. Дата обращения: 27 мая 2018. Архивировано 27 мая 2018 года.
  7. ↑ 7,0 7,1 ExoMars poised to start science mission (англ.) (недоступная ссылка). ЕКА. Дата обращения: 27 мая 2018. Архивировано 27 апреля 2018 года.
  8. ↑ 8,0 8,1 ЭКЗОМАРС. ПЕРВЫЕ СНИМКИ АППАРАТУРЫ CASSIS. «Роскосмос». Дата обращения: 27 мая 2018. Архивировано 21 февраля 2020 года.
  9. ↑ 9,0 9,1 ExoMars returns first images from new orbit (англ.) (недоступная ссылка). ЕКА. Дата обращения: 27 мая 2018. Архивировано 30 апреля 2018 года.
  10. ↑ Robert Naeye. Mars Methane Boosts Chances for Life. Sky & Telescope (28 сентября 2004). Дата обращения: 2 декабря 2019. Архивировано 22 октября 2019 года.
  11. ↑ ExoMars TGO reaches Mars orbit while EDM situation under assessment (англ.) (недоступная ссылка). ЕКА (19 октября 2016). Дата обращения: 19 октября 2016. Архивировано 20 октября 2016 года.
  12. ↑ Модуль "Скиапарелли" разбился при посадке на Марс. «Интерфакс» (21 октября 2016). Дата обращения: 21 октября 2016. Архивировано 22 октября 2016 года.
  13. ↑ Jonathan Amos. Europe's Mars plans move forward. BBC News (12 октября 2009). Дата обращения: 12 октября 2009. Архивировано 3 декабря 2009 года.
  14. ↑ Джонатан Эймос. НАСА может выйти из европейской марсианской программы. Русская служба Би-би-си (7 февраля 2012). Дата обращения: 7 февраля 2012. Архивировано 23 июня 2012 года. (Дата обращения: 7 февраля 2012)
  15. ↑ ExoMars Trace Gas Orbiter Instruments (недоступная ссылка). ЕКА. Дата обращения: 12 марта 2016. Архивировано 19 февраля 2016 года.
  16. ↑ NOMAD (недоступная ссылка). ЕКА. Дата обращения: 15 марта 2016. Архивировано 3 марта 2016 года.
  17. ↑ АЦС/ACS. «ЭкзоМарс-2016». ИКИ РАН. Дата обращения: 15 февраля 2019. Архивировано 16 марта 2016 года.
  18. ↑ CaSSIS (недоступная ссылка). ЕКА. Дата обращения: 15 марта 2016. Архивировано 16 марта 2016 года.
  19. ↑ Детектор эпитепловых нейтронов высокого разрешения ФРЕНД для проекта «ExoMars». Отдел №63 «Ядерной планетологии». ИКИ РАН. Дата обращения: 15 февраля 2019. Архивировано 4 сентября 2018 года.
  20. ↑ ФРЕНД/FREND. «ЭкзоМарс-2016». ИКИ РАН. Дата обращения: 15 февраля 2019. Архивировано 15 февраля 2019 года.
  21. ↑ Россия решает сразу две задачи. Lenta.ru (11 мая 2017). Дата обращения: 11 мая 2017. Архивировано 19 сентября 2020 года.
  22. ↑ European satellite captures Nasa Mars lander from orbit Архивная копия от 7 ноября 2020 на Wayback Machine // BBC, 14 March 2019
  23. ↑ Марсианский зонд TGO возобновил научные исследования Архивная копия от 24 июля 2020 на Wayback Machine // 15.04.2020
  24. ↑ Роскосмос сообщает о том, что аппарат Trace Gas Orbiter (TGO), запущенный в ходе первого этапа проекта ExoMars, передал на Землю 20-тысячную, юбилейную фотографию Красной планеты Архивная копия от 31 января 2021 на Wayback Machine // 30.01.2021
  25. ↑ Малахов А. В. и др. High Resolution Map of Water in the Martian Regolith Observed by FREND Neutron Telescope Onboard ExoMars TGO // Journal of Geophysical Research: PlanetsVolume 127, Issue 5

Ссылки

Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=Trace_Gas_Orbiter&oldid=18376772