Schiaparelli (nave espacial)

Schiaparelli Descrição desta imagem, também comentada abaixo Modelo do módulo de pouso Schiaparelli em exibição no Centro de Operações Espaciais Europeu em Darmstadt. Dados gerais
Organização Agência Espacial Europeia
Campo Tecnologia
Tipo de missão Módulo de aterragem marciano experimental
Status Falha (perda de pouso)
Lançar 14 de março de 2016
Lançador Próton (foguete)
Fim da missão 19 de outubro de 2016
Duração Programado para oito dias de medições in situ
Local exploit.esa.int/mars/46124-mission-overview
Características técnicas
Missa no lançamento 577  kg
Órbita
Localização Marte (353,79 ° oeste 2,07 ° sul)
Instrumentos principais
SONHOS Estação meteorológica

Schiaparelli ou ExoMars EDM (EDM para ExoMars Entry, Descent and Landing Demonstrator Module ), é uma sonda experimental desenvolvida pela Agência Espacial Europeia (ESA), que caiu ao pousar no planeta Marte em19 de outubro de 2016, devido à falha do procedimento de travagem. A missão de Schiaparelli era validar as técnicas de reentrada atmosférica e pouso que serão implementadas por futuras missões marcianas europeias. A sonda está sendo desenvolvido sob da ESA programa ExoMars , com a participação do russo agência espacial Roscosmos .

Schiaparelli é lançado em 14 de março de 2016por um foguete russo Proton com o orbitador marciano ExoMars Trace Gas Orbiter , que garante seu transporte até as proximidades de Marte. Em 19 de outubro de 2016, ele começou sua descida em direção ao solo marciano, mas todo o contato foi perdido logo após o lançamento do escudo térmico e cerca de trinta segundos antes do pouso. A NASA MRO orbiter consegue fotografar os vestígios do impacto de Schiaparelli que caiu a poucos quilómetros do centro da zona de aterragem planeado.

A espaçonave com massa total de 577  kg utilizava um veículo de descida equipado com escudo térmico protegendo-o do calor gerado pela reentrada atmosférica em alta velocidade, de um paraquedas acionado assim que a velocidade caísse para Mach 2 e, por fim, motores de foguete com líquido propelentes que permitiriam que pousasse suavemente. Ele também carregava uma pequena carga científica, mas sua expectativa de vida em solo marciano era limitada pela capacidade de suas baterias, que não eram recarregáveis.

Contexto

O programa Aurora

No início dos anos 2000, um rover europeu Mars ExoMars está sendo estudado. Este ambicioso projeto foi adiado várias vezes porque requer recursos financeiros significativos e domínio das técnicas de pouso em Marte. Foi registrado em 2005 como uma missão principal ( missão emblemática ) do programa Aurora .

Definição da carga útil: abandono do conjunto instrumental de Humboldt (GEP)

ExoMars EDM é uma sonda fixa originalmente destinada a transportar um grupo de onze instrumentos referidos coletivamente como "montagem instrumental de Humboldt  ", anteriormente conhecida como "GEP" ( Carga Geofísica e Ambiental ), que seria dedicada ao estudo geofísico das profundezas interior do planeta. Mas no primeiro trimestre de 2009, uma revisão de confirmação de carga útil levou à reavaliação do número de instrumentos do trem de pouso e o conjunto de Humboldt foi cancelado: o contratante principal industrial não pôde convergir para uma solução técnica, este conjunto de instrumentos em última análise não será a bordo. Este conjunto de instrumentos fixos, dedicado à geofísica interna e ao estudo do meio ambiente, deveria medir propriedades geofísicas de importância primária para entender Marte e sua habitabilidade a longo prazo, como atividade sísmica , tectônica e vulcânica. E medição de calor interno fluxo. Esse conjunto instrumental também deveria se concentrar na radiação ultravioleta , no estudo de poeira, umidade e incluir um braço meteorológico . Ele tinha que ser capaz de sobreviver vários anos em Marte, a fim de medir as variações de longo prazo no ambiente e para iniciar uma futura rede de estações científicas na superfície de Marte.

Fracasso da parceria com a NASA

Dentro outubro de 2009, A NASA e a Agência Espacial Européia estão combinando seus projetos de exploração de Marte sob a Joint Mars Exploration Initiative . A primeira concretização desse acordo é o programa ExoMars , que prevê o desenvolvimento de quatro espaçonaves:

A segunda parte do programa, denominada ExoMars 2018, seria lançada em 2018 por um único foguete e incluiria o lançamento de duas espaçonaves que deverão realizar o pouso compartilhando o mesmo módulo de descida. O construtor franco-italiano Thales Alenia Space foi selecionado para a construção do ExoMars TGO e ExoMars EDM.

Mas em 2011, a NASA sofreu cortes no orçamento relacionados à crise econômica em curso e um enorme gasto excessivo em seu projeto do Telescópio Espacial James-Webb . Para lidar com seus problemas de financiamento, a agência espacial dos EUA primeiro se retira parcialmente do programa Exomars, antes de abandonar completamente sua participação.

Nova parceria com Roscosmos

Uma vez que a ESA não pode suportar os custos do programa por si própria, recorre à agência espacial russa Roscosmos , que acaba de sofrer a falha da sua sonda espacial marciana Phobos-Grunt . Dentromarço de 2012, A ESA formaliza a sua parceria com a Roscosmos. Os termos do acordo exigem que a agência espacial russa forneça foguetes Proton para os lançamentos de 2016 e 2018.novembro de 2013, a sonda se chama Schiaparelli, em homenagem ao astrônomo italiano Giovanni Schiaparelli, autor da primeira cartografia do planeta Marte.

Objetivo da missão: o desenvolvimento de técnicas de pouso em Marte

Um dos principais objetivos atribuídos às missões espaciais ao planeta Marte é a busca de vestígios de vida passada ou atual. A abordagem mais relevante para esta pesquisa é realizar investigações em solo marciano. Mas conseguir um pouso controlado no Planeta Vermelho é um exercício difícil, como as muitas missões marcianas fracassadas provaram. A Agência Espacial Europeia, que até agora nunca apresentou uma missão em solo marciano, quer adquirir essa experiência usando ExoMars EDM. Este dispositivo deve permitir validar as diferentes técnicas implementadas durante a reentrada atmosférica, descida e aterragem. As soluções e dispositivos técnicos testados são os seguintes:

Comparação do desempenho de diferentes sondas marcianas
Características Schiaparelli (2016) Viking (1975) Mars Pathfinder (1996) SEA (2003) MSL (2011)
Missa no início da reentrada atmosférica 600  kg 992  kg 584  kg 827  kg 3.299  kg
Massa de Aterrissagem 300  kg 590  kg 360  kg 539  kg 1.541  kg
Massa do rover - - 10,5  kg 185  kg 899  kg
Controle durante a reentrada atmosférica Não Somente orientação Não Não Ângulo de ataque
Relação de levantamento / arrasto ? 0,18 0 0 0,22
Diâmetro do paraquedas 13  m 16  m 12,5  m 14  m 21,5  m
Velocidade de abertura do paraquedas Mach 1.4 Mach 1.1 Mach 1,57 Mach 1,77 Mach 2
Velocidade de pouso vertical e horizontal Vv < 4  m / s Vv < 2,4  m / s
Vh < 1  m / s 		Vv < 12,5  m / s
Vh < 20  m / s 		Vv < 8  m / s
Vh < 11,5  m / s 		Vv < 0,75  m / s
Vh < 0,5  m / s
Método de pouso Foguetes retro Foguetes retro Almofadas infláveis Almofadas infláveis Guindaste
Precisão de pouso 100 × 15  km 280 × 180  km 200 × 100  km 80 × 12  km 7 × 20  km

Características técnicas do módulo Schiaparelli

O ExoMars EDM tem a forma de um pires com um diâmetro de 2,4 metros (1,65 metros sem o escudo térmico) com uma massa total de 577  kg . Sua chegada a Marte está programada para a temporada de tempestades e foi projetada para lidar com isso. É composto por um escudo térmico , um escudo traseiro, um pára - quedas , uma pluralidade de motores de foguete destinados a garantir a travagem final, um altímetro radar Doppler. Um conjunto de sensores deve realizar medições durante a descida, as quais são transmitidas à Terra para permitir o monitoramento do comportamento do trem de pouso. Este não tem painéis solares e tem uma vida útil limitada a oito sóis (dias marcianos) devido à capacidade das baterias. O ExoMars EDM carrega uma pequena carga útil que deve ser usada para estudar seu ambiente após o pouso. A parte da sonda que pousa em solo marciano pesa apenas 300  kg na aterrissagem após a separação do escudo e do paraquedas, e levando em consideração o consumo de combustível.

O pára-choque traseiro cônico com um ângulo de 47 ° é feito de ninho de alumínio de 25  mm de espessura, e é revestido com uma pele de carbono de 0,3  mm de espessura com reforços que chegam a 1,2  mm . O escudo frontal tem a forma de um cone muito mais aberto (70 °); feito de favo de mel de 20  mm de espessura, é coberto com uma película de carbono. O isolamento térmico consiste em ladrilhos de material ablativo de Norcoat Liège, um pó de cortiça e resina fenólica utilizado para Beagle 2 e ARD . Sua espessura é de no máximo 16,8  mm no pára-choque dianteiro e varia de 7,9 a 9  mm no pára-choque traseiro. Ele é projetado para suportar uma vazão de 2,1 kW / m 2 .

O escudo térmico é equipado com uma bateria de sensores que devem permitir a reconstrução da sequência de operação:

O pára-quedas, que é lançado com argamassa enquanto o módulo de descida se move a uma velocidade de Mach 2.1 , tem um diâmetro de doze metros; ele tem um slot. É uma evolução da máquina desenvolvida para a sonda Huygens . A propulsão, usada durante a última fase da descida para desacelerar o módulo de pouso, é fornecida por nove motores de foguete CHT-400 agrupados em grupos de três. Cada motor possui uma unidade de empuxo de 400  newtons e queima a hidrazina armazenada em três tanques com capacidade máxima de 45  kg . O combustível é pressurizado por hélio e injetado a 24  bar nas câmaras de combustão .

A eletrônica de bordo inclui duas unidades inerciais , um radar altímetro Doppler que permite saber a velocidade e a distância do solo, um sensor solar usado imediatamente após a separação com ExoMars TGO para determinar a orientação do módulo de descida, dois a bordo computadores e quatro antenas. Este equipamento é instalado em uma plataforma que possui uma estrutura que absorve o choque da aterrissagem em caso de colisão. Uma antena é instalada no pára-choque traseiro, que funciona durante o início da reentrada atmosférica. A eletrônica orienta e possibilita saber a altitude da máquina com precisão de 1,5  m no pouso. No momento em que os propulsores são desligados pouco antes do pouso, a velocidade horizontal é menor ou igual a um metro por segundo, e a velocidade vertical é menor que dois metros por segundo.

Carga útil

A vida útil da espaçonave em solo é limitada a oito dias, porque a energia é fornecida por baterias que não são recarregáveis, o que limita o interesse dos instrumentos de bordo. Previa-se que a Rússia forneceria um gerador termoelétrico de radioisótopos , o que teria permitido que a sonda EDM operasse na superfície de Marte por vários meses, mas essa modificação foi abandonada porque interveio tarde demais no projeto do EDM.

A carga útil Schiaparelli inclui uma pequena estação meteorológica DREAMS, três conjuntos de sensores, bem como equipamentos experimentais. As restrições resultantes da massa total da espaçonave limitam a massa alocada à carga útil a 3  kg .

Conjunto instrumental DREAMS

A carga científica de Schiaparelli é uma pequena estação meteorológica DREAMS ( caracterização de poeira, avaliação de risco e analisador ambiental na superfície marciana) . Consiste em uma série de sensores para medir a velocidade e direção do vento (MetWind), umidade (MetHumi), pressão (MetBaro), temperatura da superfície (MarsTem), transparência da atmosfera. (ODS para Optical Depth Sensor ) e eletrificação atmosférica ( MicroARES para Sensor de Radiação e Eletricidade Atmosférica , ou sensor de eletricidade e radiação atmosférica).

A carga útil DREAMS funcionará como uma estação ambiental durante a missão EDM após o pouso. DREAMS fornecerá as primeiras medições de campos elétricos na superfície de Marte (com MicroARES). Combinado com medições (do instrumento ODS) da concentração de poeira na atmosfera, DREAMS oferecerá novos insights sobre o papel das forças elétricas no levantamento de poeira, o mecanismo que desencadeia tempestades de poeira. Além disso, o sensor MetHumi complementará as medições MicroARES com dados críticos de umidade, o que dará aos cientistas uma melhor compreensão do processo de eletrificação de poeira.

Equipamento destinado a verificar o desempenho da Schiaparelli

Schiaparelli leva três equipamentos destinados a verificar o desempenho do trem de pouso (DECA, AMELIA, câmera COMARS) e equipamentos experimentais (INRII).

Condução da missão

Lançamento e trânsito para Marte (março a outubro de 2016)

A sonda Schiaparelli foi lançada com o Martian ExoMars Trace Gas Orbiter, também desenvolvido pela Agência Espacial Européia . A janela de lançamento foi entre os dias 14 e25 de março de 2016. Ambas as espaçonaves foram lançadas em14 de março de 2016por um foguete Proton -M / Briz -M do Cosmódromo de Baikonur .

Schiaparelli foi anexado ao orbitador e teve que permanecer inativo até a chegada perto de Marte. Poucos dias antes do ExoMars Trace Gas Orbiter entrar em órbita ao redor de Marte , a sonda teve que se separar dele e continuar uma trajetória puramente inercial até a reentrada na atmosfera de Marte. Uma vez colocada no solo de Marte, a sonda, cuja única fonte de energia eram baterias, deveria operar por cerca de oito dias, transmitindo dados coletados por seus instrumentos para o orbitador MRO da NASA .

Separação e descida em solo marciano (16 a 19 de outubro de 2016)

O 16 de outubro de 2016, três dias antes de chegar a Marte, Schiaparelli destacou-se de seu navio porta-aviões ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) para que pudesse manobrar a tempo de modo a não entrar na atmosfera como a sonda. Antes do lançamento, o TGO adota uma orientação precisa para que a trajetória de Schiaparelli, que é desprovida de propulsão, o leve diretamente ao local de pouso desejado. As molas inclinadas são liberadas e empurram Schiaparelli para trás que se afasta a uma velocidade de 32  cm / s com uma velocidade de rotação de 2,7 rotações por segundo destinada a estabilizar sua trajetória.

A sonda começa sua descida em direção ao solo marciano em 19 de outubroa 14  h  42 UT . O grande radiotelescópio em Pune, na Índia, ouve o rádio de Schiaparelli, um sinal muito fraco projetado para ser captado por orbitadores marcianos 75 minutos antes de a nave começar a cruzar a atmosfera. Além disso, a trajetória do Trace Gaz Orbiter e as órbitas das máquinas já no local ( Mars Express da ESA, MRO e MAVEN da NASA) foram escolhidas para que recebam dados de telemetria da sonda durante a sua descida. O sinal recebido tanto pelo rádio telescópio indiano quanto pelo Mars Express mostra que Schiaparelli sobreviveu à reentrada atmosférica em alta velocidade e que foi capaz de liberar sucessivamente o escudo térmico frontal e posterior. No entanto, o sinal foi interrompido logo após esta fase e o disparo dos retro - foguetes que só operaram por 3 a 4  segundos em vez dos 30 segundos programados.

A análise revela que o escudo térmico realizou corretamente sua função de frenagem aerodinâmica. O paraquedas então disparou corretamente, mas a dinâmica induzida saturou brevemente a unidade inercial com o efeito de um erro de estimativa de altitude Schiaparelli pelo computador de bordo, levando à ejeção prematura do paraquedas e à operação dos retro-foguetes 3 × 3 por apenas alguns segundos a 3,7 km acima do solo. Como resultado, Schiaparelli fez uma queda livre de 3-4 quilômetros de altura na atmosfera marciana, antes de atingir o solo a uma velocidade substancial de mais de 300 quilômetros por hora.

Progresso provisório da missão
Estágio Datado Tempo desde
a reentrada na atmosfera 		Altitude Velocidade
vertical 		Evento
Lançamento e trânsito 14 de março de 2016 Lançar
16 de outubro de 2016 O módulo Schiaparelli se separa do Gás Trace Orbiter
Descida e pouso 19 de outubro 0 121  km 21.000  km / h Começo da reentrada na atmosfera marciana
1 minuto 12 segundos 45  km 19.000  km / h Aquecimento de escudo térmico de pico
3 minutos 21 segundos 11  km 1.700  km / h Abertura de paraquedas
4 minutos 1 segundo 7  km 320  km / h Liberação do escudo térmico frontal
5 minutos 22 segundos 1,2  km 240  km / h Liberação do escudo térmico traseiro e pára-quedas
5 minutos 23 segundos 1,1  km 250  km / h Motor de foguete disparando
5 minutos 26 segundos 0,9  km 252  km / h Manobra destinada a evitar uma colisão com o pára-choque traseiro
5 minutos 41 segundos 2 metros 4  km / h Parando a propulsão; o módulo está em queda livre
5 minutos 42 segundos 0 metros 10  km / h Pousar
Operações terrestres 19 de outubro Início das operações científicas
por volta de 27 de outubro Fim das operações científicas (baterias elétricas esgotadas)

Falha parcial da missão

Imagens fornecidas pela câmera Context CTX da NASA MRO Martian Orbiter com resolução de seis metros permitem identificar com certeza o local do impacto de Schiaparelli, bem como o pára-quedas de quinze metros que repousa a aproximadamente 900 metros mais longe. Ao cair, a sonda arou o solo, deixando um rastro de quinze por quarenta metros. É possível que a energia de impacto tenha sido aumentada pela explosão da hidrazina, da qual aproximadamente 90% permaneceria nos tanques. O impacto está a cerca de 5,4  km a oeste do centro da elipse planejada para pouso, mostrando que Schiaparelli havia seguido uma trajetória nominal até a falha que causou o fracasso da missão. Engenheiros da Agência Espacial Européia têm cerca de 600  megabytes de dados transmitidos durante a descida que serão analisados Para identificar a origem da falha. As fotografias que deveriam ser tiradas durante a fase final da descida não puderam ser transmitidas. O orbitador MRO faz mais uma passagem pelo local, tirando fotos com o HiRISE , capaz de atingir uma resolução de 30  cm . Apesar do insucesso no pouso, Schiaparelli permitiu que as fases de entrada e descida fossem validadas.

Origem e cronologia da falha

A investigação realizada pela Agência Espacial Europeia com base na telemetria transmitida por Schiaparelli permitiu determinar a origem da avaria que foi objecto de um primeiro comunicado de imprensa no final de novembro de 2016 e, posteriormente, de um relatório final publicado a 24 de maio. 2017, detalhando o cronograma e a causa da falha no pouso:

Progresso real da missão
Datado Tempo desde
a reentrada na atmosfera 		Altitude Velocidade
vertical 		Evento
19 de outubro 0 121  km 21.000  km / h Começo da reentrada na atmosfera marciana.
3 minutos 1 segundo 12  km 1.730  km / h Abertura do grande paraquedas e saturação do sensor de medição angular.
3 minutos 57 segundos 6  km Interpretação incorreta da posição da sonda pelo computador de bordo.
4 minutos 27 segundos 4,3  km Liberação do escudo térmico traseiro e pára-quedas e disparo dos motores do foguete.
4 minutos 31 segundos 3,7  km Parada de motores de foguetes; o módulo está em queda livre.
5 minutos 4 segundos 0  km 540  km / h Esmagamento em solo marciano.

Local de pouso

O local de pouso pretendido por Schiaparelli é uma elipse de 100  km por 15  km centrada em 353 ° leste e 2 ° sul, localizada em Meridiani Planum a uma altitude de -1 424 metros. Ele está localizado não muito longe do local de pouso do rover Opportunity . A provável zona de impacto do módulo de pouso está localizada a 353,79 ° leste e 2,07 ° sul, aproximadamente 5,4  km a oeste do centro da elipse de pouso planejada e 54  km da posição onde o rover Opportunity estava localizado no momento da queda .

Referências

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Veja também

Bibliografia

Links internos

links externos