2003. december – Európa a Marson | MCSE

2003. december – Európa a Marson

A két szondát együtt bocsátották fel 2003. június 2-án 17:45 UT-kor Bajkonurból egy Szojuz-Fregat
hordozórakétával. 2003. december 19-én, öt nappal a bolygó elérése előtt a Mars Expresszről leválik a
Beagle-2. Ez egy ideig önnállóan közelít a bolygóhoz, majd december 26-án fékezés nélkül belép a
légkörbe és landol a felszínen. A Mars Express rakétás fékezéssel marskörüli pályára áll. Ha a
Mars Express és a Beagle-2 szétválasztása nem sikerül, mindkét szonda használhatatlan lesz.

A Mars Express

   Képzeletbeli szelvény a Mars kérgéről, víz- illetve jég-lencsékkel

A Mars Express mérete 1,5×1,8×1,4 méter. 367 liternyi üzemanyaggal, a rajta utazó leszállóegységgel,
valamint a Szojuz-Fregat negyedik fokozatával együtt induláskor 1223 kg, érkezéskor már csak 555 kg.
Nevét feszített ütemű, rekord sebességű elkészítéséről kapta, amely a kilencvenes évek közepén
indult. Energiaellátását 11,42 m2-es napelemtáblái biztosítják 650 W-ot termelve. A
Szojuz-Fregat negyedik fokozata indítja a Mars felé, ahol saját 400 N tolóerejű főhajtóműve 2880
km/h-val csökkenti a sebességet, ezzel bolygókörüli pályára állítva a szondát. A Mars Express
tervezett élettartama négy év. A vörös bolygóhoz karácsony második napján: 2003. december 26-án érkezik.
A szonda a Mars körül 86,3 fokos inklinációjú pályára áll, amelyen 7,5 óra alatt tesz meg egy
keringést, pályájának marsközelpontja 258 km-rel, távolpontja 11560 km-rel lesz a felszín felett.
Pályájának elnyúltsága a program során csökken, így végül keringési ideje 6,75 óra lesz.

A szonda műszerei

A MARSIS felszín alá behatoló radar (GPR), ami a kéreg néhány km vastag részét vizsgálja,
a mélységi jég és víz eloszlását térképezi, kőzetrétegeket, üledékes szerkezeteket vizsgál.
Ezekből a felszín alatti vízáramlási rendszerekre is következtethetünk. Mindez különösen a bolygó
nagy üledékgyűjtőinek, az északi síkságoknak a megismerésében és fejlődésük rekonstruálásában segít.
A 12 kg-os műszert olasz és amerikai laboratóriumokban készítették. Egy 40 m hosszúra kinyíló
antennából küldi alacsony frekvenciájú, 1,3-5,5 MHz közötti hullámhosszú rádiójeleit. Legjobban
akkor teljesít, amikor a szonda 800 km-nél közelebb van a Marshoz, és az adott terület felett
éppen éjszaka van. Ekkor ui. a marsbéli ionoszféra gyenge – minderre keringésenként kb.
fél órán keresztül nyílik lehetoség. A marsbéli nappal folyamán főleg az ionoszféra elektronsűrűségét
vizsgálja. Legfontosabb feladata a felszín alatti régió tanulmányozása, valószínűleg 2-3 km mélyre
lát majd le, de szerencsés esetben 5 km is elképzelhető.


Balra radar muködése, jobbra a MARSIS nyitott antennával

 

ASPERA nagyenergiájú semleges atom analizátor (Energetic Neutron Atoms Analyser): ez a svéd
műszer a napszél és a légkör kölcsönhatását tanulmányozza, ami a vízgőz és egyéb légköri gázok mai
és múltbeli elszökésének becslésében fontos. A semleges atomok mellett az ionok és elektronok
eloszlását is tanulmányozza.

HRSC nagy felbontóképességű sztereókamera (High Resolution Stereo Camera/Stereo Colour Imager)
A 21,2 kg-os német berendezés 10-30 m-es felbontóképességű globális térképet készít, amely a
szetereoképek segítségével három dimenzióban értékelhetőek. A képek kombinálásával maximálisan
2 m felbontóképességet is elér, azaz akár a leszállóegységet is meg tudja majd örökíteni! Természetesen
nem csak a felszínt, hanem légköri képződményeket is vizsgál. A három dimenziós képek leginkább
relatív méréskere használhatók – nem lesznek olyan pontosak mint pl. a MOLA adatok. Ennek ellenére
néhány területen, pl. a feltétlezett óceán partvonalak tanulmányozásánál több információt adhat.

MaRS rádiótudományi kísérlet (Radio Science Experiment): a légkör szerkezetét vizsgálja S
és X tartományú rádióhullámokkal. A hőmérséklet, nyomás és sűrűség függőleges eloszlását vizsgálják
vele, amikor a szonda a Földről nézve a Mars mögé kerül, és rádióhullámai a légkörön áthatolnak.
Emellett a szonda mozgásának pontos mérésével a gravitációs anomáliák kimutatásában segít, a felszínről
a Föld felé visszaverődő rádióhullámokból pedig a felszín egyenetlenségére következtethetünk. 2004
és 2006 őszén a Mars a Földről nézve a Nap mögé kerül, ekkor a napkorona vizsgálatában is segíthet
ez a műszer!

OMEGA látható és infravörös ásványtani térpépező spektrométer (Visible and Infrared
Mineralogical Mapping Spectrometer): a 29 kg-os francia műszer a felszín ásványtani összetevőinek
és a légköri sugárzás elnyelődésnek a vizsgálatára szolgál 0,5-5,2 mikrométer között. 1-4 km-es
felbontóképességű globális ásványtani térképet készít, a felszín 2-5%-ánál pedig akár kb. 300 m-es
felbontóképességet is elér. Legfontosabb feladata karbonátok keresése.

PSF Planetáris fourier spektrométer (Planetary Fourier Spectrometer): 31,4 kg-os olasz
műszer, amely az 1,2-45 mikrométer közötti tartományban vizsgálja a légkört. Az áramlások mellett
az összetételt, elsősorban a CO2, CO, N2, H2O, H2CO és
O3 arányát
méri, emellett függőleges nyomás és hőmérséklet profilokat készít, és a lebegő por összetételére is utal.

SPICAM marslégkör ultraibolya és infravörös spektrométer (Ultraviolet and Infrared Mars
Atmospheric Spectrometer): francia műszer, amely az ultraibolya (118–320 nm) és a közeli infravörös
(1–1,7 mikrométer) tartományban a PSF-nél jobb felbontással tanulmányozza a légköri összetételt. Főleg a
Mariner-9 által felfedezett kis mennyiségű ózonra vadászik, valamint vízgőzt keres. Csillagfedések
alkalmával pedig a légkör függőleges szerkezetét tanulmányozza.

Az OMEGA, HSRC, PFS kutatói között szorosabb az együttműködés, mint a többi műszer csapata között.
A Spicam és az Omega együttesen a Földtől 8 millió km-re CO2, O2, H2O,
N2O, CH4 mutattak ki légkörünkben.

A Mars Express legfontosabb céljai

  • globális, 10m felbontású térképezés
  • néhány kiválasztott terület 2 m felbontású részletes térképezése
  • globális 1 km és 100 m közötti felbontású ásványtani térképezés
  • a globális légkörzés és a légköri összetétel részletes vizsgálata
  • km skálájú, felszín alatti szerkezetek térképezése
  • a légkör-felszín kölcsönhatás vizsgálata
  • a légkör-magnetoszféra kölcsönhatás tanulmányozása

A Mars Express működése az eredeti tervek szerint 2005. november 30-án ér véget.
A szonda adati az ESA Perth közelében lévő földi állomására sugározza az adatait
maximum 230 kbps sebességgel, naponta 0,5-5 Gbit adatmennyiséget továbbítva.

A Beagle-2


A program legérdekesebb eleme természetesen a Mars Expressen utazó, alig 65 cm átmérőjű
leszállóegység. Az angol tervezésű szerkezet – a Beagle-2 – Charles
Darwin
kutatóhajójának nevét viseli, amelyen a tudós az 1830-as években A fajok
eredete
című munkájának alapjait megvetette. A névválasztás nem véletlen, hiszen a
szonda fő feladata életnyomok keresése: exobiológiai és geokémiai vizsgálatok végzése.
A Beagle-2 ötlete 1997-ben született, az
akkori tervek szerint 108 kg-os szonda rekord gyorsasággal elkészült, miközben 71 kg-ra
"fogyott" – ráadásul mindez Marson a földinél gyengébb nehézségi erőtérben pedig
csak kb. 30 kg.


Tömegaránya az eddigi legkedvezőbb a marsszondák közül: teljes tömegének harmada tudományos
műszer. Energiaellátását virágsziromhoz hasonlóan kinyíló négy gallium-arzenid napelemtábla biztosítja
– így a kezdetekben hatalmas zsebórára emlékeztető szerkezet "művirággá" alakul. Erős
hőszigetelés borítja, mivel belsejében (főleg az akkumulátorok miatt) -40 °C felett kell
tartani a hőmérsékletet a hideg marsi éjszaka alatt is. Összességében -100 °C-os kinti
hőmérsékleten még kifogástalanul üzemel.

A Földdel nem közvetlenül kommunikál. A Mars Express UHF antennája veszi az adást, 12 Gbit
tárhelyén raktározza az adatokat, majd kedvező alkalommal 1,6 méter átmérőjű rádiótányérjával
továbbítja a Föld felé. Külön érdekesség, hogy mivel a leszállás közben ez nem lehetséges,
ekkor az amerikai Mars Odysseyt használja majd reléállomásnak.


A leszállás főbb állomásai. Bővebben a szövegben.


A Beagle-2 fékezés nélkül, 31,5-szörös hangsebességgel (kb. 20 ezer km/h) lép a légkörbe.
Hővédőpajzzsal lelassítja magát, majd 1600km/óra sebességnél ejtőernyőt nyit. Ekkor válik le
róla az ún. biopajzs, amely a földi sterilizálás óta folyamatosan borítja a szondát. Végül
200 méteres magasságban felfúvódó légzsákok puhítják a landolást. Ezek leeresztése után
a virágszirom jellegű napelemtáblák kinyílnak, és a furcsa kinézetű szerkezet munkához láthat.

  1. Kalibrációs standardok
  2. Mintaelosztó rendszer
  3. Gázanalizátor (a tömegspektrométer a robotkar alatt van, nem látszik)
  4. Robotkar
  5. Vakond
  6. Nagylátószögű tükör
  7. Sztereokamera
  8. Fúró/mintavevő
  9. Mössbauer spektrométer
  10. Mikroszkóp
  11. Röntgenfluoreszcens spektrométer
  12. Akkumulátorok


A baloldalt a Mancs látható a Bedforshireben végzett földi tesztek során.
A jobb oldali fantáziaképen a Beagle-2 mancsa a felszínt vizsgálja.

A PAW (Payload Adjustable Workbench) azaz Mancs nevű 2,5 kg-os műszercsomag. Ez egy mozgatható
kar végén lévő ujjak sorozata, ahol minden ujjban egy-egy műszer van. Eredetileg úgy tervezték,
hogy egyszerre csak néhány érzékelő lesz rajta, a megfelelőt mindig a szonda központi részéről veszi
le és azokat váltogatja. Időközben kiderült, hogy 2,5 kg-ra sikerül redukálni az összes "ujjat",
így azt együtt is mozgathatják. A Mancs az alábbi ujjait használhatja:

Sztereokamerapár, ami háromdimenzióban feltérképezi a szonda környezetét. Az egyik kamera
előtti kis hiperbolatükörrel nagylátómezejű, áttekintő felvételek is készíthetők!


A sztereókamera a laboratóriumi tesztek során

Mössbauer-spektrométer, ami a kőzeteknek a rádióaktív kobalt-57-ből származó gammasugárzásra
adott reakciója alapján az ásványos összetételt vizsgálja, és a mállott anyag oxidációs
állapotának meghatározására alkalmas.

Röntgen spektrométere a vas-55 és kadmium-109 izotópokból kibocsátott röntgensugárzással
vizsgálja szintén az anyagi összetételt.

Egy mikroszkóppal max. 6 mikrométer felbontással tanulmányozza a kőzetfelszíneket (főleg ahol a
fúró megtisztította ezeket), illetve a homok és porszemek alakját, felületét.
Elméletileg akár baktérium méretű képződményeket is meglát. Apró vörös, kék és zöld ledekkel
világítja a célt, amivel valósághű színes felvtételeket nyerhetünk. Ultraibolya ledjével
pedig az ásványok fluoreszkálása tanulmányozható.


A végül vakond (MOLE) névre elkeresztelt műszer eredeti elnevezése Pluto – planetáris
felszínalatti eszköz (PLanetary Underground TOol) kifejezés rövidítéseként. Ez egy három méter hosszú huzal végén mozgó, néhány watt
fogyasztású, 950 g-os henger, akkora mint a háztartási alufólia feltekercselésére használt papírcső. Sajátos
mechanikai szerkezete révén a felszínen 5 másodperc alatt 1 cm-t tesz meg. A felszín alá is be tudja fúrni magát
kb. 6 m/h sebességgel, ha az mállott kőzettörmelék. Maximum 1,5 m mélyre juthat, a begyűjtött anyagmintát a
kábelen keresztül a Beagle-2 gázanalizátorába juttatja. Nem csak a mély részek, de a sekély zónák is érdekesek
a Marson: az egyes sziklák alatti regolit több 100 millió éve érintetlen, napfénytől védett.

A fúró fő feladata a kőzetek felszínéről a mállási kéreg eltávolítása. Maximum 4 mm mélyre tud a kőzetekbe
behatolni, a mintát szintén a gázanalizátorba juttatja.

A GAP gázanalizátor (Gas Analysis Package): a Beagle-2 kulcsfontosságú berendezése, amely a légköri
gázokat is vizsgálhatja, valamint 12 kis kemecéjében a fűtött, hűtött mintákból felszabaduló anyagok összetételét,
és a 12/13-as szén izotópok arányát méri egy tömegspektrométerrel. A földi élőlények előszeretettel használják
a könnyebb 12-es izotópot, hasonló izotóp arány talán a Marson is biogén eredetre utal. Emellett szintén új
igény a metán kimutatása, amely a Földön részben biogén eredetű, utóbbit a Marson nehéz találni, mert az
oxidatív felszíni viszonyok között rövid életű. A gázanalizátorral a 40-es argon és kálium arányából a minta
korára is következtethetünk. A kemencékben viszgálják a fűtés során a minták viselkedését, ami anyagukra utal.
A Viking-szondák gázkromatográfjának egyik fő problémája az volt, hogy széntartalmú szerves anyagot nem tudtak
kis koncentrációban kimutatni, a Beagle-2 erre 0,01-0,02 ppm koncentrációig képes.

A meteorológiai csomag a légnyomás, a hőmérséklet és a szél mérésére szolgál egy 60 cm magas rúd tetjén.
0-40 m/s közötti sebességtartományban, 3 fok irány pontossággal képes mérni a marsi szeleket.

Külön hangsúlyt kapott az ún. életkörnyezet vizsgáló alrendszer (life environment subsystem) ami a
felszínt érő ultraibolya és kozmikus sugárzást valamint az oxidatív gázokat vizsgálja ppb szintig. Emellett
a porhullási rátát 10-10 kg/m/s pontossággal regisztrálja, valamint a légköri vezetőképességet méri.

A lassulásmérő a leszállás során vertikális sűrűségprofilt készít a légkörről.

A felszínen az egyes szenzorok mérési eredményei általában félóránként lesznek kiolvsasva, a meteorológiai
szenzoroknál ez 1 és 5 perc közötti. A Beagle-2 vizsgálatainak legfontosabb céljai:

  • víz keresése
  • karbonát ásványok keresése
  • szerves anyagok keresése és elemzése
  • izotóp frakcionáció vizsgálata szerves anyagokkal kapcsolatban
  • légköri összetétel, szél, homérséklet, nyomás és ultraibolya sugárzás vizsgálata
  • a marsfelszín oxidációs állapotának vizsgálata
  • a kőzetek belsejének és a felszín alatti régióknak a tanulmányozása
  • a leszállóhely geomorfológiai vizsgálata

MISSING SRC IMAGE!!!!
A kijelölt leszállóhely térsége (fehér ellipszis jelöli a célterületet)

A Beagle-2 99%-os valószínuséggel egy 174×106 km-es ellipszisen belül landol (kb. É.sz. 10,6° Ny.h. 270°),
amely az 1500 km átmérőjű Isidis Planitia területén található. Ez a bolygó fejlődésének első évmilliárdjában
egy kb. 50 km-es objektum becsapódásától keletkezett óriáskráter. A déli felföldek és az északi mélyföldek határvidékén,
az egyenlítő közelében található, maximálisan 2-3 km vastag bazaltláva borítja. Tetején a környező felföldek rápusztult
anyaga alkot vékony borítást. A felszínén néhol átlagosan 100 m-es, részben a földi iszapvulkánokra emlékeztető kúpok
vannak, amely valószínűleg a lávatakaróból, avagy az az alól szivárgó gázok szállította képlékeny anyagból keletkeztek.
A leszállóhely kiválasztásában közreműködött annak kis magassága (az ejtőernyőknek kell ez a ritka légkörben), az
egyenlítőhöz közeli helyzet (ez a napelemeknek szükséges, hogy elég fényt kapjanak). A területnek kb. 15%-át borítják
nagyobb sziklák, és 1/10 az esély rá, hogy a szonda egy vulkáni kúpra érkezik. A szakemberek 90 marsbéli napos
élettartamot terveznek a szondának.

Kapcsolódó honlapok

  • A Mars Express hivatalos honlapja
  • A Beagle-2 leszállóegység hivatalos honlapja
  • Forgatható modell a Mars Express-ről

    Animációk a leszállóhelyről

  • A leszállóhelyről [320x240, .avi, 2,9MByte]
  • A leszállóhelyről [640x480, .mpg 5,9MByte]
  • Számos egyéb animáció realvideó formátumban

    Nagyméretű képek

  • MISSING SRC IMAGE!!!!Képzeletbeli szelvény a Mars kérgéről, víz- ill. jég-lencsékkel
  • MISSING SRC IMAGE!!!!A MARSIS antennája nyitott állapotban
  • MISSING SRC IMAGE!!!!A MARSIS radar berendezés muködése
  • MISSING SRC IMAGE!!!!A Beagle-2 leválik a Mars Express anyaszondától
  • MISSING SRC IMAGE!!!!A hővédőpajzs lelassítja a légkörbe lépő Beagle-2-t
  • A Beagle-2 ejtőernyőjén ereszkedik
  • MISSING SRC IMAGE!!!!A Beagle-2 "Mancsa" a felszínt vizsgálja

    Ezek az anyagok linkek az ESA (Európai Űrügynökség) honlapjaira. A képek felhsználási feltételei ott olvashatóak!

     

     

    A sajtó számára javasolt nagyméretű ábrák

  • A Mars Express pályája a vörös bolygóig. 10x5cm 300dpi, gray [TIF, 322KByte]
  • A Beagle-2 a felszínen. 5x7cm 300dpi, CMYK [TIF, 1,3MByte]
    Ezek az anyagok szabadon felhasználhatóak Magyar Csillagászati Egyesület, ESA, Beagle-2 forrás megjelölésével!
  • {mosimage}