ExoMars

ExoMars (Exobiology on Mars) on ESA ja Roskosmose kaheosaline ühisprogramm, mille eesmärk on otsida Marsilt kunagist ja praegust elu^[1], uurida Marsi vett ja geokeemilist keskkonda, atmosfääri gaase ning päritolu ja testida tehnoloogiaid, et valmistuda pinnanäidiste Maale toomise missioonideks.^[2].

Projekti esimeses etapis saadeti 2016. aastal Marsi orbiidile kosmosesond ExoMars Trace Gas Orbiter ja maandur Schiaparelli.^[3]. TGO jõudis 19. oktoobril 2016 Marsi orbiidile ja asub uurima atmosfääris leiduva metaani päritolu. Schiaparelli jäi maandumiskatsel kadunuks ja selle rusud leidis 21. oktoobril NASA kosmosesond Mars Reconnaissance Orbiter.^[4]^[5]

Teises etapis maandatakse 2020. aastal Marsile baasjaam, mis uurib Marsi atmosfääri ja kulgur, mis asub planeedi pinnast uurima. Kulgur kasutab sidejaamana Trace Gas Orbiteri ja ExoMarsi missioon peaks kestma vähemalt 2022. aastani^[6].

Ajalugu

2001–2007

Pärast ExoMarsi programmi algust 2001. aastal, on plaane mitu korda ümber tehtud ning aastate jooksul on olnud mitmeid plaane saata ExoMarsi raames Marsile maandureid ja kosmosesonde ning vahetatud on ka kanderakette ja rahvusvahelisi koostööpartnereid. Esialgu taheti Aurora programmi raames Marsile saata suur kulgur ning see plaan kiideti heaks detsembris 2005. Heaks kiidetud plaani järgi pidi Marsil maanduma baasjaam koos kulguriga, ning startima pidi see 2011. aastal kasutades Vene kanderaketti Sojuz^[7].

Euroopa Kosmoseagentuur alustas ExoMarsi planeerimist 2001. aastal ja see on osa ESA suuremast Aurora programmist. Esialgse plaani järgi pidi 2009. aastal Marsile minema kulgur, mis oleks eelkäijaks Marsi pinnaseproovide Maale toomise missioonile. Lisaks planeeris ESA ka Phoboselt pinnaseproovide Maale toomise missiooni. Detsembris 2005 kiitsid ESA liikmesriigid heaks Aurora ja ExoMarsi programmid. Liikmesriikide jaoks on Aurora programm vabatahtlik ning iga riik võib oma panuse programmi eelarvesse eraldi otsustada.

2007–2012

2007. aastal valiti kulguri šassii projekteerijaks ning ehitajaks MacDonald Dettwiler and Associates Ltd. (MDA) ja EADS Astrium^[8]. Astrium valiti ka kulguri lõpliku projekti koostajaks^[9].

Juulis 2009 sõlmisid NASA ja ESA koostööleppe, mille raames pidi kanderaketina kasutatama Sojuzi asemel Atlast. Kanderaketi vahetamine muutis tunduvalt ExoMarsi eelarvet ning seadmete projekte, sest 19. juunil teatati, et NASA kanderaketi kasutamiseks peab ExoMarsi seadmete kaalu vähendama, et need mahuksid koos NASA kosmosesondiga Atlase lastiruumi^[10].

Kunstniku kujutis NASA kulgurist Mars Astrobiology Explorer-Cacher

Missioon kasvas lõpuks mitmeid kosmoseaparaate hõlmavaks missiooniks, mille seadmed olid jagatud kahe Atlas V kanderaketi peale^[11]. Trace Gas Orbiter pidi Marsile viima ka statsionaarse automaatjaama ning startima koos NASA kosmosesondiga. Lisaks kaaluti võimalust, et Marsile saadetakse lisaks veel üks kulgur, Mars Astrobiology Explorer-Cacher (MAX-C).

Augustis 2009 sõlmisid ESA ja Roskosmos koostööleppe, mille kohaselt pidid agentuurid tegema Vene Fobos-Grunti ja ExoMarsiga koostööd. Lisaks tarnib Roskosmos mõned ExoMarsi kulguri seadmed ning ESA kindlustas endale võimaluse kasutada ExoMarsi seadmete Marsile saatmiseks vajadusel Vene kanderakette Proton^[12]^[13].

17. detsembril andsid ESA liikmesriikide valitsused kaheosalisele NASA ja ESA ühisele Marsi uurimismissioonile oma lõpliku heakskiidu ning kinnitasid, et panustavad programmi kokku 850 miljonit eurot^[14].

Aprillis 2011 teatas NASA, et seoses eelarvekärbetega on MAX-C projekt tühistatud ning Marsile plaanitakse kahe kulguri asemel saata üks mõlemast kulgurist suurem kulgur^[15]. Ühe plaani kohaselt pidi ESA ehitama kulguri, millele paigaldataks NASA ja ESA seadmed ning NASA oleks tarninud ka kanderaketi ja maandumissüsteemi. Plaanide ümbertegemisest hoolimata, oleks 2018. aasta starditähtaeg püsinud muutumatuna^[15].

13. veebruaril 2012 avaldas president Obama administratsioon 2013. rahandusaasta eelarve ning NASA oli eelarvekärbete tõttu sunnitud oma osaluse ExoMarsi programmis lõpetama, et tasuda James Webbi kosmoseteleskoobi ehitusel tekkinud lisakulud^[16]^[17]. Kuna NASA lõpetas ExoMarsi rahastamise, pidi ESA enamuse oma plaanidest ümber tegema^[18].

2013–2016

14. märtsil 2013 sõlmisid ESA ja Roskosmos koostööleppe, millega agentuur sai ExoMarsi programmi täieõiguslikuks partneriks. Roskosmos tarnib mõlema ExoMarsi missiooni jaoks kanderaketid ning lisasüsteemid kulgurile. Lisaks rahuldati täielikult Roskosmose esitatud kolm tingimust, milleks olid^[19]:

Roskosmos tarnib ESAle kaks kanderaketti Proton tasuks partnerluse eest
Trace Gas Orbiterile paigaldatakse kaks teadusseadet, mis algselt olid mõeldud ebaõnnestunud Fobos-Grunti missiooni jaoks^[20]
Kõik kogutud teadusandmed on ESA ja Venemaa Teaduste Akadeemia intellektuaalne omand ehk Roskosmos saab kogutud andmetele täieliku ligipääsu

ESA oli esialgu seadnud endapoolse rahastuse ülempiiriks 1 miljard eurot, kuid seoses NASA programmist lahkumisega, oli Euroopa Kosmoseagentuur sunnitud enda rahastust suurendama^[21]. Märtsis 2012 hakati otsima võimalusi tekkinud eelarve augu lappimiseks ning ühe võimalusena kaaluti ExoMarsi seadmist prioriteediks, et kärpida ESA teiste osakondade eelarvet. Septembris 2012 teatas ESA, et agentuuri uued liikmesriigid Poola ja Rumeenia panustavad ExoMarsi programmi kuni 70 miljonit eurot. ESA pole välistanud ka NASA naasmist ExoMarsi, kuid agentuuril on sellisel juhul täita üsna väike osa^[21].

Märtsis 2014 hakkas Airbus Defence and Space'i Briti allüksus ehitama olulisi ExoMarsi kulguri seadmeid, kuid ESA-l oli missiooni rahastusest endiselt üle 100 miljoni euro puudu.^[22]

2016–

Jaanuaris 2016 teatas ESA, et probleemid rahastuse ja teadusseadmete tarnimisega võivad 2018. aastal toimuma pidanud stardi edasi lükata^[23] ning see sai kinnituse mais 2016, kui ESA teatas ametlikult, et kulguri start lükkub 2020. aastasse^[24]^[25].

14. märtsil startisid Marsile ExoMars Trace Gas Orbiter koos Schiaparelli maanduriga^[26]. Esimene signaal saadi kosmosesondilt samal päeval kell 21:29 (GMT) ja ESA teatas seejärel, et start õnnestus ning kosmosesond on teel Marsile^[27]. Varsti hakkas meedias ringlema uudis, et kanderaketi ülemine aste võis pärast Trace Gas Orbiteri eraldumist sellest mõne kilomeetri kaugusel plahvatada, kuid Roskosmos eitas seda^[28]^[29]. Järgmised kaks nädalat kontrollisid ja lennujuhid sondi süsteeme ning seadsid need valmis Marsi orbiidile saabumiseks^[30].

Trace Gas Orbiter saabus Marsi orbiidile 19. oktoobril 2016, kuid ESA kaotas Schiaparelli, mis hävis ebaõnnestunud maandumisel^[31]. Sellest hoolimata ütles ESA peadirektor Johann-Dietrich Wörner, et maanduri missioon oli edukas, kuna see jõudis enne puruks kukkumist saata palju informatsiooni atmosfääri sisenemise kohta^[32]. ESA esialgse raporti kohaselt põhjustas maanduri hävimise tehniline rike^[33].

Missiooni eesmärgid

ExoMarsi teaduslikud eesmärgid on tähtsuse järjekorras järgmised^[2]^[34]:

Otsida bioloogilisi jälgi kunagisest või praegusest elust Marsil
Uurida Marsi pinnal valitsevat keskkonda ja leida asjaolud, mis võivad ohustada tulevasi mehitatud missioone
Uurida planeedi aluspinnast ja sisemust, et paremini mõista Marsi evolutsiooni ja eluks kõlbulikust
Valmistuda tulevikus toimuvaks Marsi pinnaseproovide Maale toomise missiooniks

ExoMarsi tehnilised eesmärgid on järgmised:

Maandada Marsil suuri seadmeid
Kasutada Marsi pinnal energiatootmiseks päikesepaneele
Puurida Marsi maapõue, et saada proove kuni kahe meetri sügavuselt
Arendada võimekust tööks Marsi pinnal, kasutades selleks kulgurit

Missiooni seadmed

Esimene start

Trace Gas Orbiter

Pikemalt artiklis ExoMars Trace Gas Orbiter

Trace Gas Orbiter (TGO) on kosmosesond, mille ülesandeks on uurida Marsi atmosfääri ja olla ülekandejaamaks Marsi pinnal töötavatele missioonidele. Sond startis Bajkongõri kosmodroomilt 14. märtsil 2016^[26] ja saabus Marsi orbiidile 19. oktoobril 2016^[35]. ESA plaanib TGOga kaardistada Marsi atmosfääris esineva metaani ning teiste gaaside allikad ning selle abil valida välja maandumispaiga 2020. aastal maanduvale kulgurile. Marsi atmosfääris olev metaan on teadlastes tekitanud suure uudishimu, kuna selle tõenäolisimad tekkestsenaariumid on geoloogiline aktiivsus või Marsil elavad mikroobid. Pärast kulguri saabumist, laskub TGO madalamale orbiidile, et teostada paremini teaduslikke uuringuid ja olla kulgurile ja teistele saabuvatele missioonidele sidejaamaks.

Schiaparelli

Pikemalt artiklis Schiaparelli

Schiaparelli maanduri^[36] eesmärgiks oli katsetada ESA ja Roskosmose tehnoloogiaid, mis on vajalikud maandumiseks Marsi pinnal^[37]. See startis koos Trace Gas Orbiteriga 14. märtsil 2016 ja pidi Marsi pinnale maanduma 19. oktoobril 2016^[38]. Maandumispäeval katkes Schiaparelliga ootamatult ühendus ja kuigi Schiaparelli eduka maandumise kinnitust ootasid kolm kosmosesondi, siis seda ei tulnudki^[39]. 21. oktoobril teatas NASA, et nende kosmosesond Mars Reconnaissance Orbiter leidis võimaliku õnnetuspaiga ning hiljem kinnitas Euroopa Kosmoseagentuur, et MRO piltidel on Schiaparelli õnnetuspaik ning see kukkus ebaõnnestunud maandumisel Marsi pinnale puruks. ESA esialgse raporti kohasel põhjustas Schiaparelli hävimise, kiirendusmõõturi rike^[40].

Maandur oli varustatud mittelaetava akuga, mis pidi maandurit elektriga varustama 4 soli. Schiaparelli pidi maanduma Meridiani Planumis^[37] tolmutormide hooajal ning see oleks andnud unikaalse võimaluse uurida suurt kogust tolmu sisaldavat atmosfääri^[41]. Marsi pinnal oleks maandur 2 – 3 päeva planeeti uurinud, kasutades selleks teadusseadmete kogumit DREAMS^[42]. DREAMSiga oleks Schiaparelli mõõtnud tuule kiirust ja suunda, õhuniiskust, õhurõhku ja temperatuuri ning atmosfääri läbipaistvust ja selle elektrivälju^[43]^[44].

Teine start

Vene maandumissüsteem

ExoMarsi teise etapi raames stardib juulis 2020 1800 kg kaaluv Vene maandumissüsteem, mis põhineb Schiaparellil, ning maandab Marsile ExoMarsi kulguri. Maandumissüsteemi ehitab 80% ulatuses Vene firma Lavochkin^[45] ja ülejäänud 20% ehitab ESA^[46]. Lavochkin ehitab enamuse maandumissüsteemi riistvarast ja ESA vastutab radari, navigatsiooni ning juhtimissüsteemide eest^[47].

Praeguse strateegia kohaselt kasutab süsteem pidurdamisel kaht langevarju, millest üks avaneb ajal mil maandumiskapsel liigub ülehelikiirusel ja teine siis, kui kapsel liigub juba aeglasemalt kui helikiirus. Pärast kuumuskilbi eraldumist pidurdavad retroraketid maanduri hoo lõplikult ning see maandub maandumistugedele. Pärast seda avab maandur rambid ja kulgur sõidab mööda rampe alla Marsi pinnale^[45].

Vene maandumissüsteemi kasutamise plaane on kritiseeritud. Nimelt väidavad plaani kriitikud, et Vene insenerid on piisavalt kompetentsed kanderaketi osas kuid omavad liiga vähe kogemusi, et maandada seadmeid Marsile^[48]^[49].

Baasjaam

Pikemalt artiklis ExoMarsi baasjaam

2021. aastal laskub kulgur baasjaamast pärast maandumist Marsi pinnale ja baasjaam asub seejärel Marssi uurima. Jaam peaks tegema maandumispaigast fotosid, jälgima Marsi kliimat, analüüsima Marsi pinnal valitsevat radiatsiooni ja uurima Marsi sisemust ning võimaliku maandumispaigas leiduva vee jaotumist^[50]. Baasjaama paigaldatakse neli teadusseadet:

Lander Radioscience experiment (LaRa) uurib Marsi sisemust ja teeb Marsi pöörlemise ja asendi täpsed mõõtmised.
HABIT (HabitAbility: Brine, Irradiation and Temperature) pakett uurib atmosfääris leiduva veeauru kogust, pinnase ja õhutemperatuuri varieeruvust ja mõõdab UV-kiirgust
Kaks Roskosmose tarnitavat seadet, mõõdavad õhurõhku ja õhuniiskust, UV kiirgust ja kohalikke magnetväljade tugevust

Baasjaam peaks praeguste plaanide järgi töötama ühe Maa-aasta ning elektrit võidakse toota radioisotoopgeneraatoriga.

ExoMarsi kulgur

Pikemalt artiklis ExoMarsi kulgur

ExoMarsi kulgur maandub Marsil praeguste plaanide kohaselt 2021. aastal ja asub seejärel autonoomselt Marsi pinda uurima^[51] ja otsima jälgi praegusest või kunagisest elust Marsil^[52].

Kulguri seadmeteks on Pasteuri analüütiline laboratoorium ja muude seadmete hulgas ka kahe meetri pikkune puur. Kulgur asub labori abil tegema astrobioloogia uuringuid ning see kasutab kahe meetri pikkust puuri, et võtta labori jaoks proove ka Marsi pealispinna alt^[53]^[54].

Kulgur kaalub umbes 207 kg.

Maandumispaiga valimine

Kulguri ja baasjaama maandumispaiga valimisel oli peamiseks eesmärgiks leida geoloogiline keskkond, kus võiks olla või kunagi olnud mikroobne elu. Teadlased eelistasid paiku valides kohti, kus võis kunagi olla vett ja kus leidub savi. Samas pidid teadlased teaduslike eesmärkide kõrval arvestama ka kulguri tehniliste piirangutega^[55].

Kulguri tehnilised piirangud näevad ette, et kulgur peab maanduma tasasel pinnal, mis asub 30° laiuskraadil ja ekvaatoril või selle piirialal. See nõudmine on väga oluline, kuna kulgur töötab päikesepaneelidega ning vajab võimalikult suurt kogust päikesevalgust.

ESA valib lõpliku maandumispaiga aasta enne starti. Märtsis 2014 oli võimalike maandumispaikade nimekiri järgmine^[56]:

ESA määratud komisjon valis oktoobris 2014 edasiseks uurimiseks välja neli maandumispaika, mis kõik asuvad ekvaatori lähedal. Need neli maandumispaika olid^[57]^[58]:

Aram Dorsum
Hypanis Vallis
Mawrth Vallis
Oxia Planum

21. oktoobril 2015 teatas ESA, et maandumispaigana eelistatakse Oxia Planumit^[59]^[60].

Vaata ka

Viited

[JNPcD-1] Visions of Life on Mars in Earth’s Depths

[mhpWK-2] 2,0 ^2,1 ESA:The ExoMars programme 2016-2020

[HxWjR-3] RIP, Schiaparelli: European Mars Lander's Crash Site Seen By NASA Probe

[KapuL-4] Sky & Telescope:Is This Schiaparelli’s Crash Site on Mars?

[eINAb-5] Popular Mechanics:NASA Might Have Spotted ESA's Missing Mars Lander

[vY8x6-6] "Spaceflight 101:ExoMars 2016 – Mission Overview". Originaali arhiivikoopia seisuga 8. märts 2017. Vaadatud 7. märtsil 2017.

[Europe-7] Leave Earth: 2011, Arrive Mars: 2013

[MDA-8] Aerospace Technology: Origins of Exobiology on Mars and ESA Aurora Programme details

[Astrium-9] Space Daily:EADS Astrium Wins Study For First European Mars Rover

[Weight-10] Space News:NASA Could Take Role in European ExoMars Mission

[Forward-11] BBC News:Europe's Mars plans move forward

[MAKS-12] AvioNews:Agreement between ESA and Roscosmos signed at "MAKS 2009"

[Strike-13] Red Orbit:ESA, Roscosmos Strike Mars Deal

[Final_Confirmation-14] Space.com:ESA Approves Collaborative Mars Program with NASA

[Same-15] 15,0 ^15,1 BBC News:US and Europe mull single 2018 Mars rover

[Recall-16] Universe Today:Experts React to Obama Slash to NASA’s Mars and Planetary Science Exploration

[Obama-17] Press Reader:Obama shoots down Mars exploration

[Cooperation-18] Space.com:When Exploring Other Planets, International Cooperation Is Key

[Mission-19] "Voice of Russia:Russian-European spacecraft to go on Martian mission in Jan 2016". Originaali arhiivikoopia seisuga 12. märts 2017. Vaadatud 10. märtsil 2017.

[Phobos-Grunt-20] Ria Novosti:Участие России в "ЭкзоМарсе" не отменяет планов по "Фобос-Грунту-2"

[Money-21] 21,0 ^21,1 BBC News:Europe still keen on Mars missions

[More_Money-22] Spaceflight Now:Facing funding gap, ExoMars rover is on schedule for now

[Struggle-23] Life-searching Mars rover struggles with money, politics

[Delayed-24] Sky and Telescope:ExoMars Rover Launch Delayed Until 2020

[Groot-25] Space News:ESA’s de Groot on decision to delay 2018 ExoMars mission to 2020

[Teel_Marsile-26] 26,0 ^26,1 ESA:ExoMars jõudis õnnelikult kosmosesse, nüüd kihutab see otsejoones Marsile

[All_Clear-27] "ExoMars is on it's way to solve the Red Planet's mysteries". Originaali arhiivikoopia seisuga 26. oktoober 2016. Vaadatud 10. märtsil 2017.

[Mystery-28] Popular Mechanics:Did the New Russia-Europe Mars Mission Narrowly Escape a Launch Disaster?

[Denial-29] Space News:Roscosmos gives detailed rebuttal to reports of Proton ExoMars launch anomaly

[Explosion-30] The Register:ExoMars probe narrowly avoids death, still in peril after rocket snafu

[Fotod-31] Postimees:ESA Marsi kosmosesond saatis Maale esimesed ülitäpsed fotod

[Lost_but_Won-32] The Guardian:Mars landing: ESA declare success despite Schiaparelli probe's silence - as it happened

[Rike-33] Postimees:Schiaparelli kukkus puruks, sest ta ei teadnud kui kõrgel ta asub

[Order-34] ESA:Scientific objectives of the ExoMars Rover

[Saabumine-35] "ESO:Kadunud Marsi-maanduri saladuse lahendamine: probleemide põhjus võib peituda langevarjus või maandumismootoreis". Originaali arhiivikoopia seisuga 14. märts 2017. Vaadatud 13. märtsil 2017.

[Named-36] Space Fellowship:ExoMars lander module named Schiaparelli

[Fire-37] 37,0 ^37,1 ESA:Schiaparelli: the ExoMars Entry, Descent and Landing Demonstrator Module

[Disappeared-38] NY Times:No Signal From Mars Lander, but European Officials Declare Mission a Success

[No_Signal-39] NY Times:ExoMars Spacecraft Enters Orbit Around Mars as Word From Lander Is Awaited

[Langus-40] "Õhtuleht:Uurimiskomisjon: Euroopa Marsi-maandur kihutas 540-kilomeetrise tunnikiirusega vastu planeeti". Originaali arhiivikoopia seisuga 14. märts 2017. Vaadatud 13. märtsil 2017.

[EDM-41] Science Daily:Entry, descent and surface science for 2016 Mars mission

[Dreams-42] ESA Bulletin:EXOMARS ESA’s next step in Mars exploration

[EPSC-43] EPSC:DREAMS for the ExoMars 2016 mission:a suite of sensors for the characterization of Martian environment

[EDM_Payload-44] Schiaparelli science package and science investigations

[Second_Landing-45] 45,0 ^45,1 BBC News:Looking forward to Europe's 'seven minutes of terror'

[Twenty_Percent-46] Space News:ESA Ruling Council OKs Funding for Mars Mission with Russia

[Avant-47] "Avant-Space:The ExoMars programme 2016-2018". Originaali arhiivikoopia seisuga 22. aprill 2017. Vaadatud 13. märtsil 2017.

[Critical-48] Optics.org:NASA drops ExoMars missions in 2013 budget

[Spacewatch-49] The Guardian:Spacewatch: Uncertainties for ExoMars

[Surface-50] ESA:European payload selected for ExoMars 2018 surface platform^{[alaline kõdulink]}

[Smart_UK-51] BBC News:Smart UK navigation system for Mars rover

[Martian_Life-52] ESA:The ExoMars Instruments

[Search-53] Astrobiology Magazine:Amase-ing Life on the Ice

[for_Life-54] ESA:Rover surface operations

[Finding_Landing_Site-55] The Guardian:Searching for life on Mars: where should the ExoMars rover land?

[Search_begins-56] BBC News:Europe begins Mars site selection

[Reduction-57] Space Ref:Four Candidate Landing Sites for ExoMars 2018^{[alaline kõdulink]}

[Four_Sites-58] ESA:Recommendation for the Narrowing of ExoMars 2018 Landing Sites

[Landing_Zone-59] BBC News:ExoMars rover: Landing preference is for Oxia Planum

[Oxia-60] Universe Today:Scientists Want ExoMars Rover to Land at Oxia Planum

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]

[23]

[24]

[25]

[26]

[27]

[28]

[29]

[30]

[31]

[32]

[33]

[34]

[35]

[36]

[37]

[38]

[39]

[40]

[41]

[42]

[43]

[44]

[45]

[46]

[47]

[48]

[49]

[50]

[51]

[52]

[53]

[54]

[55]

[56]

[57]

[58]

[59]

[60]