Операции по управлению космическими аппаратами миссии «ЭкзоМарс-2016»

28 Мар 2016

Особенности баллистической схемы миссии "ЭкзоМарс-2016" проясняет Натан Андреевич Эйсмонт, ведущий научный сотрудник отдела космической динамики и математической обработки информации Института космических исследований РАН — головной организации по научному обеспечению проекта «ЭкзоМарс».

«Старт ракеты-носителя «Протон-М» с разгонным блоком «Бриз-М» с космодрома Байконур состоялся 14 марта 2016 года в 09:31:42 по Гринвичу (12:31:42 по Московскому времени). В космос были выведены аппараты совместной российско-европейское миссии "ЭкзоМарс-2016".

Носитель вывел головной блок (разгонный блок «Бриз-М» и космический аппарат «ЭкзоМарс», состоящий из перелетного к Марсу орбитального блока (TGO) и установленного на нем посадочного модуля «Скиапарелли») на орбиту, близкую к круговой, но с перигеем под поверхностью Земли. После отделения головного блока носитель «Протон» вошел в плотные слои атмосферы в заданном районе Земли. Включением двигателя «Бриза-М» головной блок был переведен на низкую околоземную орбиту.

С помощью последующих трех включений двигателя «Бриза-М», каждый из которых выполнялся в районе перигея (где скорость аппарата была максимальна на данной орбите), головной блок был переведен на траекторию перелета к Марсу. После этого произошло отделение космического аппарата от РБ «Бриз-М». Через некоторое время двигатель разгонного блока сообщил ему импульс скорости величиной около 5 м/с, и «Бриз-М» был переведен на траекторию, позволяющую избежать столкновения с космическим аппаратом.

Далее были выполнены операции по закрутке аппарата вокруг оси, направляемой на Солнце с последующим раскрытием солнечных батарей, и включились системы аппарата, передавшие первый сигнал на наземную станцию Малинде в Африке (Кения) 14 марта 2016 года в 21:28 по Гринвичу (00:28 Мск 15 марта).

В течение последующих сеансов связи проводились траекторные измерения, когда космический аппарат попадал в зоны видимости соответствующих наземных станций. Эти измерения планируется проводить два раза в неделю. При этом реализуется технология сверхвысокой точности (Delta-Differential One-Way Ranging или delta-DOR).

24 апреля завершается этап проверок и испытаний служебных систем (до 1 апреля) и научных приборов аппарата."Связка" аппаратов миссии "ЭкзоМарс-2016": TGO и "Скиапарелли" (с) ESA/ATG medialab

28 июля ожидается выполнение маневра изменения траектории аппарата, который обеспечит заданную дату прилета в близкую окрестность Марса и минимизирует импульс маневра по переводу аппарата на высокоэллиптическую орбиту спутника Марса.

На четырнадцатый день (11 августа) после исполнения этого маневра проводится коррекция параметров траектории аппарата. В отличие от маневра, который был запланирован в схеме экспедиции изначально, коррекция — это, говоря образно, «работа над ошибками». Чтобы провести её, необходимо определить траекторию и скорость аппарата после маневра и соответствующим образом поправить их с помощью двигателей.

До подлета к Марсу, в середине сентября, возможно проведение еще одной коррекции его движения. И, наконец, 14 октября проводится последняя коррекция параметров движения аппарата перед отделением посадочного модуля «Скиапарелли». Её цель — наведение «Скиапарелли» в точку входа в атмосферу Марса, что достигается с помощью двигателя орбитального модуля TGO (как это делалось и раньше).

За три дня (16 октября) до входа посадочного модуля «Скиапарелли» в атмосферу Марса орбитальный модуль отделяется от посадочного и последний 19 октября входит в атмосферу, в то время как орбитальный с помощью двигателя 17 октября переходит на орбиту, в районе перицентра которой 19 октября двигатель модуля переводит его на высокоэллиптическую орбиту спутника Марса.

Время жизни посадочного модуля на поверхности Марса планируется до 23 октября.

Орбитальный модуль (TGO) после выполнения соответствующих траекторных измерений и определения параметров орбиты импульсом двигателя в декабре 2016 года переводится на орбиту с наклонением 74°. Далее в январе 2017 года производится понижение высоты апоцентра до значения, соответствующего орбите с периодом около одних марсианских суток. Затем импульсом в апогее высота перицентра снижается до значений, которые позволяют приступить к понижению апоцентра орбиты за счет аэродинамического торможения аппарата атмосферой (говоря иначе, аппарат будет проходит настолько низко над поверхностью Марса, чтобы его скорость снижалась из-за соударений с молекулами атмосферы). Этот процесс будет продолжаться, пока не будет достигнута высота апоцентра величиной около 400 км. Завершение этих операций планируется примерно к декабрю 2017 года. А окончательно операции по снижению апоцентра орбиты закончатся повышением перицентра до высоты 400 км, т.е. аппарат будет переведен на низкую круговую орбиту спутника Марса.

Программа научных измерений стартует в декабре 2017 года и завершается в декабре 2022 года».

- Новости проекта "ЭкзоМарс"


«ЭкзоМарс» — совместный проект Роскосмоса и Европейского космического агентства.

Проект реализуется в два этапа. Первая миссия «ЭкзоМарс-2016» была запущена 14 марта 2016 года. Она включает два космических аппарата: орбитальный Trace Gas Orbiter (TGO) для наблюдений атмосферы и поверхности планеты и посадочный модуль “Скиапарелли” (Schiaparelli) для отработки технологий посадки.

Научные задачи аппарата TGO — регистрация малых составляющих марсианской атмосферы, в том числе метана, картирование распространенности воды в верхнем слое грунты с высоким пространственным разрешением порядка десятков км, стереосъёмка поверхности. На аппарате установлены два европейских прибора и два прибора, созданные в России: спектрометрический комплекс АЦС (ACS, Atmospheric Chemistry Suit, Комплекс для изучения химии атмосферы) и нейтронный телескоп высокого разрешения ФРЕНД (FREND, Fine-Resolution Epithermal Neutron Detector). Кроме научной аппаратуры Россия предоставила для запуска ракету-носитель “Протон-М” с разгонным блоком “Бриз-М”.

Второй этап проекта (запуск 2018 г.) предусматривает доставку на поверхность Марса российской посадочной платформы с европейским автоматическим марсоходом на борту. На марсоходе установлен комплекс научной аппаратуры “Пастер”, в который входят два российских прибора: ИСЕМ и АДРОН-МР. Главная цель исследований с борта марсохода — непосредственное изучение поверхности и атмосферы Марса в окрестности района посадки, поиск соединений и веществ, которые могли бы свидетельствовать о возможном существовании на планете жизни. Россия отвечает за посадочную платформу, которая доставит марсоход на поверхность планеты. После схода марсохода платформа начнёт работать как долгоживущая автономная научная станция. На её борту будет установлен комплекс научной аппаратуры для изучения состава и свойств поверхности Марса. Россия также предоставляет для запуска ракету-носитель “Протон-М” с разгонным блоком “Бриз-М”.

В рамках обоих этапов в России создаётся объединенный с ЕКА наземный научный комплекс проекта «ЭкзоМарс» для приёма, архивирования и обработки научной информации.

Дополнительная информация: 
  1. Сайт проекта "ЭкзоМарс" Портал Европейского космического агентства
  2. ExoMars/TGO Operations Описание схемы перелёта и аппаратов миссии "ЭкзоМарс-2016" на портале Европейского космического агентства
  3. Сайт проекта "ЭкзоМарс", поддерживаемый ИКИ РАН