Mars-Aufklärungsorbiter -Mars Reconnaissance Orbiter

Mars-Aufklärungsorbiter
Mars Reconnaissance Orbiter Raumsonde model.png
Künstlerische Darstellung der Raumsonde Mars Reconnaissance Orbiter .
Missionstyp Mars- Orbiter
Operator NASA  / JPL
COSPAR-ID 2005-029A
SATCAT- Nr. 28788
Webseite marsprogram .jpl .nasa .gov /mro /
nasa .gov /mission _pages /MRO /main /index .html
Missionsdauer 15 Jahre, 11 Monate und 27 Tage seit dem Start (15 Jahre, 4 Monate und 29 Tage (5479  Sonnen ) auf dem Mars) bisher
Eigenschaften von Raumfahrzeugen
Hersteller Lockheed Martin  / University of Arizona  / APL  / ASI  / Malin Space Science Systems
Startmasse 2.180 kg (4.810 lb)
Trockenmasse 1.031 kg (2.273 Pfund)
Nutzlastmasse 139 kg (306 lb)
Leistung 2.00,0  Watt
Missionsbeginn
Erscheinungsdatum 12. August 2005, 11:43:00  UTC ( 2005-08-12UTC11:43Z )
Rakete Atlas V 401
Startplatz Cape Canaveral SLC-41
Auftragnehmer ULA
Bahnparameter
Referenzsystem Areozentrisch
Regime Sonnensynchron
Neigung 93 Grad
Zeitraum 111 Minuten
Mars- Orbiter
Orbitale Insertion 10. März 2006, 21:24:00 UTC
MSD 46990 12:48 AMT
20 Dhanus 211 Darian
Abzeichen des Mars Reconnaissance Orbiter
Offizielles Abzeichen der Mission Mars Reconnaissance Orbiter .  

Mars Reconnaissance Orbiter ( MRO ) ist eine Raumsonde, die entwickelt wurde, um die Geologie und das Klima des Mars zu untersuchen , zukünftige Landeplätze aufzuklären und Daten von Oberflächenmissionen zurück zur Erde zu übertragen. Es wurde am 12. August 2005 gestartet und erreichte am 10. März 2006 den Mars. Im November 2006 trat es nach fünfmonatiger Aerobremsung in seine letzte wissenschaftliche Umlaufbahn ein und begann seine primäre wissenschaftliche Phase. Die Kosten für die Entwicklung und den Betrieb von MRO bis zum Ende ihrer Hauptmission im Jahr 2010 beliefen sich auf 716,6 Millionen US-Dollar .

Die Raumsonde arbeitet weiterhin auf dem Mars, weit über ihre geplante Lebensdauer hinaus. Aufgrund ihrer kritischen Rolle als Hochgeschwindigkeits-Datenrelais für Bodenmissionen beabsichtigt die NASA, die Mission so lange wie möglich fortzusetzen, zumindest bis Ende der 2020er Jahre.

Vor der Markteinführung

Nach den Doppelfehlschlägen der Missionen Mars Climate Orbiter und Mars Polar Lander im Jahr 1999 hat die NASA ihr Mars Exploration Program neu organisiert und geplant . Im Oktober 2000 kündigte die NASA ihre neu formulierten Marspläne an, die die Anzahl der geplanten Missionen reduzierten und ein neues Thema einführten: "Folge dem Wasser". Die Pläne beinhalteten einen neu getauften Mars Reconnaissance Orbiter , der 2005 starten sollte.

Am 3. Oktober 2001 wählte die NASA Lockheed Martin als Hauptauftragnehmer für die Herstellung der Raumsonde. Bis Ende 2001 waren alle Instrumente der Mission ausgewählt. Während des Baus des MRO gab es keine größeren Rückschläge, und das Raumfahrzeug wurde am 1. Mai 2005 zum John F. Kennedy Space Center verschifft , um es für den Start vorzubereiten.

Missionsziele

MRO hat sowohl wissenschaftliche als auch "mission support"-Ziele. Die wissenschaftliche Hauptmission sollte von November 2006 bis November 2008 dauern, die Missionsunterstützungsphase von November 2006 bis November 2010. Beide Missionen wurden verlängert.

Die formalen wissenschaftlichen Ziele von MRO sind:

  • das gegenwärtige Klima beobachten, insbesondere seine atmosphärische Zirkulation und jahreszeitliche Schwankungen;
  • Suchen Sie nach Anzeichen von Wasser, sowohl in der Vergangenheit als auch in der Gegenwart, und verstehen Sie, wie es die Oberfläche des Planeten verändert hat;
  • kartieren und charakterisieren die geologischen Kräfte, die die Oberfläche geformt haben.

Die beiden Missionsunterstützungsziele für MRO sind:

  • Bereitstellung von Datenweiterleitungsdiensten von Bodenmissionen zurück zur Erde;
  • charakterisieren die Sicherheit und Machbarkeit potenzieller zukünftiger Landeplätze und Mars-Rover- Traversen.

MRO spielte eine Schlüsselrolle bei der Auswahl sicherer Landeplätze für den Lander Phoenix (2007), Mars Science Laboratory / Curiosity- Rover (2012), InSight- Lander (2018) und den Mars 2020 / Perseverance- Rover (2021).

Start und orbitale Insertion

Start von Atlas V mit dem Mars Reconnaissance Orbiter , 11:43:00 UTC 12. August 2005
Transferbahn von der Erde zum Mars. TCM-1 bis TCM-4 bezeichnen die geplanten Flugbahnkorrekturmanöver.
Animation des Mars Reconnaissance Orbiter ' s Bahn vom 12. August 2005 bis zum 31. Dezember 2007
   Mars-Aufklärungsorbiter  ·   Erde  ·   Mars   ·   Sonne

Am 12. August 2005 wurde MRO an Bord einer Atlas V-401- Rakete vom Space Launch Complex 41 der Cape Canaveral Air Force Station gestartet . Die Centaur-Oberstufe der Rakete zündete über einen Zeitraum von 56 Minuten und brachte MRO in eine interplanetare Transferbahn zum Mars.

MRO kreuzte siebeneinhalb Monate durch den interplanetaren Raum, bevor sie den Mars erreichte. Unterwegs wurden die meisten wissenschaftlichen Instrumente und Experimente getestet und kalibriert. Um eine korrekte Orbitaleinführung beim Erreichen des Mars zu gewährleisten , wurden vier Flugbahnkorrekturmanöver geplant und ein fünftes Notfallmanöver diskutiert. Es waren jedoch nur drei Flugbahnkorrekturmanöver erforderlich, wodurch 60 Pfund (27 kg) Kraftstoff eingespart wurden, der während der erweiterten Mission von MRO verwendet werden könnte.

Animation des Mars Reconnaissance Orbiter ' s Bahn um Mars ab dem 10. März 2006 bis zum 30. September 2007
   Mars-Aufklärungsorbiter  ·   Mars

MRO begann mit der Orbitalinsertion, indem sie sich am 10. März 2006 dem Mars näherte und seine Südhalbkugel in einer Höhe von 370 bis 400 Kilometern (230 bis 250 Meilen) überflog. Alle sechs Haupttriebwerke der MRO brannten 27 Minuten lang, um die Sonde von 2.900 auf 1.900 Meter pro Sekunde (9.500 auf 6.200 ft/s) zu verlangsamen. Der Helium-Drucktank war kälter als erwartet, was den Druck im Kraftstofftank um etwa 21 Kilopascal (3,0  psi ) verringerte . Der reduzierte Druck führte zu einer Verringerung des Triebwerksschubs um 2%, aber MRO kompensierte automatisch durch eine Verlängerung der Brenndauer um 33 Sekunden.

Der Abschluss der Orbitalinsertion brachte den Orbiter in eine stark elliptische polare Umlaufbahn mit einer Periode von ungefähr 35,5 Stunden. Kurz nach dem Einsetzen war die Periapsis – der dem Mars am nächsten liegende Punkt in der Umlaufbahn – 426 km (265 Meilen) von der Oberfläche (3.806 km (2.365 Meilen) vom Zentrum des Planeten entfernt). Die Apoapsis – der am weitesten vom Mars entfernte Punkt in der Umlaufbahn – war 44.500 km (27.700 Meilen) von der Oberfläche (47.972 km (29.808 Meilen) vom Zentrum des Planeten entfernt).

Als MRO in die Umlaufbahn eintrat, schloss es sich fünf anderen aktiven Raumfahrzeugen an, die sich entweder im Orbit oder auf der Oberfläche des Planeten befanden: Mars Global Surveyor , Mars Express , 2001 Mars Odyssey und die beiden Mars Exploration Rovers ( Spirit and Opportunity ). Damit wurde ein neuer Rekord für die einsatzfähigste Raumsonde in unmittelbarer Nähe des Mars aufgestellt. Mars Global Surveyor und die Rover Spirit und Opportunity funktionieren seitdem nicht mehr. Ab dem 15. Mai 2020 bleiben Mars Odyssey , Mars Express und MRO in Betrieb und wurden von Mars Orbiter Mission , MAVEN und ExoMars Trace Gas Orbiter , dem Emirates Hope Orbiter und dem chinesischen Tianwen-1 Orbiter im Orbit sowie Curiosity ergänzt . Perseverance , InSight und Zhurong an der Oberfläche erhöhen den Rekord auf zwölf aktive Raumschiffe.

Kunstwerk von MRO Aerobraking

Am 30. März 2006 begann MRO mit dem Aerobraking- Prozess , einem dreistufigen Verfahren, das den Treibstoffbedarf halbiert, um in kürzerer Zeit eine niedrigere, kreisförmigere Umlaufbahn zu erreichen. Erstens benutzte MRO während seiner ersten fünf Umlaufbahnen um den Planeten (eine Erdwoche) seine Triebwerke, um die Periapsis seiner Umlaufbahn auf aerodynamische Höhe zu senken. Diese Höhe hängt von der Dicke der Atmosphäre ab, da sich die atmosphärische Dichte des Mars mit den Jahreszeiten ändert. Zweitens, während MRO seine Triebwerke benutzte, um kleinere Korrekturen seiner Periapsis-Höhe vorzunehmen, hielt MRO die Aerobrake-Höhe für 445 Planetenbahnen (etwa fünf Erdmonate) aufrecht, um die Apoapsis der Umlaufbahn auf 450 Kilometer (280 Meilen) zu reduzieren. Dies geschah so, dass das Raumfahrzeug nicht zu stark erhitzt wurde, aber auch genug in die Atmosphäre eintauchte, um das Raumfahrzeug abzubremsen. Nachdem der Prozess abgeschlossen war, benutzte MRO seine Triebwerke, um seine Periapsis am 30. August 2006 aus dem Rand der Marsatmosphäre zu bewegen.

Im September 2006 feuerte MRO seine Triebwerke noch zweimal ab, um seine endgültige, fast kreisförmige Umlaufbahn auf etwa 250 bis 316 km (155 bis 196 Meilen) über der Marsoberfläche mit einer Dauer von etwa 112 Minuten zu verfeinern. Die SHARAD-Radarantennen wurden am 16. September eingesetzt. Alle wissenschaftlichen Instrumente wurden getestet und die meisten wurden vor der Sonnenkonjunktion , die vom 7. Oktober bis 6. November 2006 stattfand, ausgeschaltet. Nach dem Ende der Konjunktion begann die "primäre Wissenschaftsphase".

Am 17. November 2006 gab die NASA den erfolgreichen Test des MRO als orbitales Kommunikationsrelais bekannt. Mit dem NASA-Rover Spirit als Ausgangspunkt für die Übertragung fungierte das MRO als Relais für die Übertragung von Daten zur Erde.

Zeitleiste

Tektonische Brüche in der Region Candor Chasma von Valles Marineris , Mars , behalten rückenähnliche Formen, während das umgebende Grundgestein erodiert. Dies weist auf vergangene Episoden von Flüssigkeitsveränderungen entlang der Brüche hin und gibt Hinweise auf vergangene Flüssigkeitsströmungen und geochemische Bedingungen unter der Oberfläche.

Am 29. September 2006 ( sol 402) nahm MRO sein erstes hochauflösendes Bild aus seiner wissenschaftlichen Umlaufbahn auf. Dieses Bild soll Objekte mit einem Durchmesser von nur 90 cm (3 Fuß) auflösen. Am 6. Oktober veröffentlichte die NASA detaillierte Bilder vom MRO des Victoria-Kraters zusammen mit dem Opportunity- Rover am Rand darüber. Im November traten Probleme beim Betrieb von zwei MRO-Raumfahrzeuginstrumenten auf. Ein Schrittmechanismus im Mars Climate Sounder (MCS) wurde mehrmals übersprungen, was zu einem leicht verdrehten Sichtfeld führte. Im Dezember wurde der normale Betrieb des Instruments eingestellt, obwohl eine Abschwächungsstrategie es dem Instrument ermöglicht, weiterhin die meisten der beabsichtigten Beobachtungen zu machen. Außerdem wurde bei mehreren CCDs des High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) eine Zunahme des Rauschens und daraus resultierende schlechte Pixel beobachtet . Der Betrieb dieser Kamera mit einer längeren Aufwärmzeit hat das Problem gemildert. Die Ursache ist jedoch noch unbekannt und kann zurückkehren.

HiRISE liefert weiterhin Bilder, die Entdeckungen in Bezug auf die Geologie des Mars ermöglicht haben. An erster Stelle steht die Ankündigung von gebänderten Geländebeobachtungen, die das Vorhandensein und die Wirkung von flüssigem Kohlendioxid (CO 2 ) oder Wasser auf der Oberfläche des Mars in seiner jüngsten geologischen Vergangenheit anzeigen . HiRISE konnte am 25. Mai 2008 (sol 990) den Phoenix- Lander während seines Fallschirmabstiegs zu Vastitas Borealis fotografieren .

Der Orbiter hatte 2009 weiterhin wiederkehrende Probleme, darunter vier spontane Resets, die in einer viermonatigen Abschaltung der Raumsonde von August bis Dezember gipfelten. Obwohl die Ingenieure die Ursache für die wiederkehrenden Resets nicht ermittelt haben, haben sie eine neue Software entwickelt, um das Problem zu beheben, falls es erneut auftritt.

Am 3. März 2010 erreichte der Mars Reconnaissance Orbiter einen weiteren bedeutenden Meilenstein, nachdem er über 100 Terabit an Daten zurück zur Erde übertragen hatte, was mehr war als alle anderen interplanetaren Sonden, die von der Erde zusammen gesendet wurden.

Am 6. August 2012 (sol 2483) überflog der Orbiter während seiner EDL- Phase den Gale-Krater , den Landeplatz der Mars Science Laboratory- Mission . Es nahm ein Bild über die HiRISE-Kamera des Curiosity Rover auf , der mit seiner Backshell und dem Überschallfallschirm absinkt.

Die NASA berichtete, dass der Mars Reconnaissance Orbiter sowie der Mars Odyssey Orbiter und MAVEN Orbiter am 19. Oktober 2014 die Gelegenheit hatten, den Vorbeiflug von Comet Siding Spring zu studieren .

Am 29. Juli 2015 wurde der Mars Reconnaissance Orbiter in eine neue Umlaufbahn gebracht, um die Kommunikation während der erwarteten Ankunft der InSight Mars-Landermission im September 2016 zu unterstützen. Der Motor des Manövers dauerte 75 Sekunden. InSight wurde verzögert und verpasste das Startfenster von 2016 , wurde jedoch im nächsten Fenster am 5. Mai 2018 erfolgreich gestartet und landete am 26. November 2018.

Instrumente

Der Orbiter enthält drei Kameras, zwei Spektrometer und ein Radar sowie zwei "Instrumente für Wissenschaftseinrichtungen", die Daten aus technischen Subsystemen verwenden, um wissenschaftliche Daten zu sammeln. Drei Technologieexperimente werden neue Ausrüstung für zukünftige Missionen testen und demonstrieren. Es wird erwartet, dass MRO etwa 5.000 Bilder pro Jahr erhalten wird.

HiRISE (Kamera)

HiRISE-Kamerastruktur
Victoria-Krater von HiRise

Die High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE)-Kamera ist ein 0,5 m (1 Fuß 8 Zoll) großes Spiegelteleskop , das größte, das jemals bei einer Weltraummission eingesetzt wurde , und hat eine Auflösung von 1  Mikroradian (μrad) oder 0,3 m (1 Fuß .). 0 in) aus einer Höhe von 300 km (190 mi). Im Vergleich dazu sind Satellitenbilder der Erde in der Regel mit einer Auflösung von 0,5 m (1 ft 8 in) verfügbar , und Satellitenbilder von Google Maps sind bis 1 m (3 ft 3 in) verfügbar. HiRISE sammelt Bilder in drei Farbbändern, 400 bis 600 nm (blau-grün oder BG), 550 bis 850 nm (rot) und 800 bis 1.000 nm ( nahes Infrarot oder NIR).

Rote Farbbilder haben einen Durchmesser von 20.264 Pixeln (6 km (3,7 mi) breit) und BG und NIR sind 4.048 Pixel breit (1,2 km (0,75 mi) breit). Der Bordcomputer von HiRISE liest diese Zeilen im Takt der Grundgeschwindigkeit des Orbiters , und die Bilder sind potenziell unbegrenzt lang. Praktisch ist ihre Länge jedoch durch die 28 Gigabit (Gb) Speicherkapazität des Computers begrenzt , und die nominelle Maximalgröße beträgt 20.000 × 40.000 Pixel (800 Megapixel ) und 4.000 × 40.000 Pixel (160 Megapixel) für BG- und NIR-Bilder. Jedes 16,4-GB-Bild wird vor der Übertragung auf 5 GB komprimiert und auf der HiRISE-Website im JPEG-2000- Format für die breite Öffentlichkeit freigegeben . Um die Kartierung potenzieller Landeplätze zu erleichtern, kann HiRISE Stereobilderpaare erstellen, aus denen die Topographie mit einer Genauigkeit von 0,25 m (9,8 Zoll) berechnet werden kann. HiRISE wurde von Ball Aerospace & Technologies Corp.

CTX (Kamera)

Die Context Camera (CTX) liefert Graustufenbilder (500 bis 800 nm) mit einer Pixelauflösung von bis zu ca. 6 m (20 ft). CTX wurde entwickelt, um Kontextkarten für die gezielte Beobachtung von HiRISE und CRISM bereitzustellen, und wird auch verwendet, um große Gebiete des Mars zu mosaikieren, eine Reihe von Orten auf Veränderungen im Laufe der Zeit zu überwachen und eine Stereo (3D)-Abdeckung von Schlüsselregionen und Potenzialen zu erfassen zukünftige Landeplätze. Die Optik des CTX besteht aus einem Maksutov- Cassegrain- Teleskop mit 350 mm Brennweite und einem 5.064 Pixel breiten Line-Array- CCD . Das Instrument macht Bilder mit einer Breite von 30 km (19 mi) und verfügt über genügend internen Speicher, um ein 160 km (99 mi) langes Bild zu speichern, bevor es in den Hauptcomputer geladen wird . Die Kamera wurde gebaut und wird von Malin Space Science Systems betrieben . CTX kartierte bis Februar 2010 50 % des Mars. Im Jahr 2012 fand es die Einschläge von sechs 25 Kilogramm schweren Ballastmassen bei der Landung des Curiosity- Rovers des Mars Science Laboratory .

MARCI (Kamera)

Mars Color Imager auf der rechten Seite

Der Mars Color Imager (MARCI) ist eine Weitwinkelkamera mit relativ niedriger Auflösung, die die Marsoberfläche in fünf sichtbaren und zwei ultravioletten Bändern betrachtet. MARCI sammelt täglich etwa 84 Bilder und erstellt eine Weltkarte mit Pixelauflösungen von 1 bis 10 km (0,62 bis 6,21 mi). Diese Karte bietet einen wöchentlichen Wetterbericht für den Mars, hilft bei der Charakterisierung seiner jahreszeitlichen und jährlichen Schwankungen und kartiert das Vorhandensein von Wasserdampf und Ozon in seiner Atmosphäre. Die Kamera wurde gebaut und wird von Malin Space Science Systems betrieben . Es verfügt über ein 180-Grad-Fisheye-Objektiv mit den sieben Farbfiltern, die direkt auf einen einzigen CCD-Sensor geklebt sind.

CRISM (Spektrometer)

CRISM-Instrument

Der Untersuchungs - Compact Imaging Spectrometer for Mars (CRISM) Instrument ist ein sichtbarer und naher Infrarot ( VNIR ) Spektrometer , das verwendet wird , detaillierte Karten von der Oberfläche zu erzeugen Mineralogie des Mars. Es arbeitet von 370 bis 3920 nm, misst das Spektrum in 544  Kanälen (jeweils 6,55 nm breit) und hat eine Auflösung von 18 m (59 ft) in einer Höhe von 300 km (190 mi). CRISM wird verwendet, um Mineralien und Chemikalien zu identifizieren, die auf die vergangene oder gegenwärtige Existenz von Wasser auf der Marsoberfläche hinweisen. Zu diesen Materialien gehören Eisen, Oxide , Schichtsilikate und Carbonate , die charakteristische Muster in ihrer sichtbaren Infrarotenergie aufweisen.

Mars Klimasonde

Der Mars Climate Sounder (MCS) blickt sowohl nach unten als auch horizontal durch die Atmosphäre , um die vertikalen Variationen der globalen Atmosphäre zu quantifizieren. Es ist ein Spektrometer mit einem sichtbaren/nahen Infrarotkanal (0,3 bis 3,0 µm) und acht dafür ausgewählten Ferninfrarotkanälen (12 bis 50 µm). MCS beobachtet die Atmosphäre am Horizont des Mars (vom MRO aus gesehen), indem es sie in vertikale Schichten aufteilt und Messungen innerhalb jeder Schicht in Schritten von 5 km (3,1 Meilen) vornimmt. Diese Messungen werden zu täglichen globalen Wetterkarten zusammengefasst, um die grundlegenden Variablen des Marswetters zu zeigen: Temperatur, Druck, Feuchtigkeit und Staubdichte.

Dieses Instrument, geliefert von der NASA ‚s Jet Propulsion Laboratory , Pasadena , Kalifornien , nutzt technologische Fortschritte die Messziele eines schwereren, größeren Instrument ursprünglich am JPL für 1992 zu erreichen , entwickelt Mars Observer und 1998 Mars Climate Orbiter Missionen.

SHARAD (Radar)

Das Konzept eines Künstlers von MRO mit SHARAD, um unter die Oberfläche des Mars zu "schauen".

Das Shallow Subsurface Radar (SHARAD)-Experiment von MRO wurde entwickelt, um die innere Struktur der polaren Eiskappen des Mars zu untersuchen . Es sammelt auch planetenweite Informationen über unterirdische Eis- , Gesteins- und möglicherweise flüssige Wasserschichten, die von der Oberfläche aus zugänglich sein könnten. SHARAD verwendet HF -Funkwellen zwischen 15 und 25  MHz , einem Bereich, der es ermöglicht, Schichten von 7 m (23 ft) bis zu einer maximalen Tiefe von 1 km (0,6 mi) aufzulösen. Es hat eine horizontale Auflösung von 0,3 bis 3 km (0,2 bis 1,9 Meilen). SHARAD wurde für den Betrieb mit dem Mars Express MARSIS entwickelt , der eine geringere Auflösung hat, aber in eine viel größere Tiefe eindringt. Sowohl SHARAD als auch MARSIS wurden von der italienischen Raumfahrtbehörde hergestellt .

Technische Instrumente

Zusätzlich zu seiner bildgebenden Ausrüstung führt MRO eine Vielzahl von technischen Instrumenten. Das Gravity Field Investigation Package misst Variationen im Gravitationsfeld des Mars durch Variationen der Geschwindigkeit des Raumfahrzeugs. Geschwindigkeitsänderungen werden durch Messung von Doppler-Verschiebungen in den auf der Erde empfangenen MRO-Funksignalen erfasst . Das Paket umfasst auch empfindliche Onboard-Beschleunigungsmesser, die verwendet werden, um die atmosphärische Dichte des Mars in situ während des Aerobrakes abzuleiten .

Das Electra- Kommunikationspaket ist ein softwaredefiniertes UHF -Funkgerät (SDR), das eine flexible Plattform für sich entwickelnde Relaisfunktionen bietet. Es wurde entwickelt, um mit anderen Raumfahrzeugen zu kommunizieren, wenn sie sich dem Mars nähern, landen und auf dem Mars operieren. Zusätzlich zu protokollgesteuerten Datenverbindungen zwischen Raumfahrzeugen von 1 kbit/s bis 2 Mbit/s bietet Electra auch Doppler-Datenerfassung, Open-Loop-Aufzeichnung und einen hochgenauen Timing-Dienst basierend auf einem ultrastabilen 5e-13  -Oszillator . Doppler-Informationen für sich nähernde Fahrzeuge können zum endgültigen Sinkzielen oder zur Wiederherstellung der Sink- und Landebahn verwendet werden. Doppler-Informationen über gelandete Fahrzeuge werden es den Wissenschaftlern auch ermöglichen, die Oberflächenposition von Mars-Landern und -Rovern genau zu bestimmen. Die beiden derzeit auf dem Mars befindlichen Raumsonden Mars Exploration Rover verwenden ein UHF-Relais-Funkgerät früherer Generation, das ähnliche Funktionen über den Mars-Odyssey-Orbiter bietet. Das Electra-Funkgerät hat seine Funktionalität bewiesen, indem es Informationen zum und vom MER-Raumschiff, dem Phoenix- Mars-Lander und dem Curiosity- Rover übermittelt .

Die optische Navigationskamera bildet die Marsmonde Phobos und Deimos gegen Hintergrundsterne ab, um die Umlaufbahn des MRO präzise zu bestimmen. Obwohl die Mondabbildung nicht missionskritisch ist, wurde sie als Technologietest für zukünftige Umlaufbahnen und Landungen von Raumfahrzeugen aufgenommen. Die optische Navigationskamera wurde im Februar und März 2006 erfolgreich getestet. Es gibt einen Vorschlag, damit nach kleinen Monden, Staubringen und alten Orbitern zu suchen.

Engineering-Daten

Größenvergleich MRO mit Vorgängern

Struktur

Arbeiter von Lockheed Martin Space Systems in Denver montierten die Raumfahrzeugstruktur und befestigten die Instrumente. Die Instrumente wurden im Jet Propulsion Laboratory, dem Lunar and Planetary Laboratory der University of Arizona in Tucson, Arizona , dem Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University in Laurel, Maryland , der Italian Space Agency in Rom und Malin Space Science Systems in San Diego gebaut.

Die Struktur besteht hauptsächlich aus Carbon-Verbundwerkstoffen und Aluminium-Wabenplatten. Der Titan- Treibstofftank nimmt den größten Teil des Volumens und der Masse des Raumfahrzeugs ein und bietet den größten Teil seiner strukturellen Integrität . Die Gesamtmasse des Raumfahrzeugs beträgt weniger als 2.180 kg (4.810 lb) mit einer unbetankten Trockenmasse von weniger als 1.031 kg (2.273 lb).

Energiesysteme

Das Solarpanel des Mars Reconnaissance Orbiter

MRO bezieht seine gesamte elektrische Leistung von zwei Solarmodulen , die sich unabhängig voneinander um zwei Achsen bewegen können (oben-unten oder Links-Rechts-Drehung). Jedes Solarpanel misst 5,35 m × 2,53 m (17,6 ft × 8,3 ft) und hat 9,5 m 2 (102 sq ft) bedeckt mit 3.744 einzelnen Photovoltaikzellen. Seine hocheffiziente Triple - Junction - Solarzellen sind in der Lage mehr als 26% der konvertieren Sun ‚s Energie direkt in Elektrizität und miteinander verbunden sind , eine Gesamtleistung von 32 zu erzeugen  Volt . Auf dem Mars produziert jedes der Panels mehr als 1.000 Watt Leistung; im Gegensatz dazu würden die Panels in einer vergleichbaren Erdumlaufbahn 3.000 Watt erzeugen, indem sie näher an der Sonne wären.

MRO verfügt über zwei wiederaufladbare Nickel-Wasserstoff-Batterien , die das Raumfahrzeug mit Strom versorgen, wenn es nicht der Sonne zugewandt ist. Jede Batterie hat eine Energiespeicherkapazität von 50  Amperestunden (180  kC ). Aufgrund der Spannungsbeschränkungen des Raumfahrzeugs kann nicht die volle Reichweite der Batterien genutzt werden, aber es ermöglicht den Betreibern, die Batterielebensdauer zu verlängern – eine wertvolle Fähigkeit, da die Batterieentladung eine der häufigsten Ursachen für einen langfristigen Satellitenausfall ist. Die Planer gehen davon aus, dass während der Lebensdauer des Raumfahrzeugs nur 40 % der Kapazitäten der Batterien benötigt werden.

Elektronische Systeme

Der Hauptcomputer von MRO ist ein 133  MHz , 10,4 Millionen Transistor , 32-Bit, RAD750- Prozessor. Dieser Prozessor ist eine strahlungsgehärtete Version eines PowerPC 750- oder G3- Prozessors mit einem speziell gebauten Motherboard . Das RAD750 ist ein Nachfolger des RAD6000 . Dieser Prozessor mag im Vergleich zu einem modernen PC- Prozessor untermotorisiert erscheinen , aber er ist äußerst zuverlässig, belastbar und kann im von Sonneneruptionen verwüsteten Weltraum funktionieren . Die Betriebssystemsoftware ist VxWorks und verfügt über umfangreiche Fehlerschutzprotokolle und Überwachung.

Die Daten werden in einem 160  Gb (20  GB ) Flash-Speichermodul gespeichert, das aus über 700 Speicherchips mit jeweils 256  Mbit Kapazität besteht. Diese Speicherkapazität ist angesichts der zu erfassenden Datenmenge eigentlich nicht so groß; Beispielsweise kann ein einzelnes Bild von der HiRISE-Kamera bis zu 28 GB groß sein.

Telekommunikationssystem

MRO High Gain Antenna Installation

Das Telecom Subsystem auf MRO ist das beste digitale Kommunikationssystem, das bisher in den Weltraum geschickt wurde, und verwendet zum ersten Mal kapazitätsnahe Turbo-Codes . Das Electra- Kommunikationspaket ist ein softwaredefiniertes UHF -Funkgerät (SDR), das eine flexible Plattform für sich entwickelnde Relaisfunktionen bietet. Es wurde entwickelt, um mit anderen Raumfahrzeugen zu kommunizieren, wenn sie sich dem Mars nähern, landen und auf dem Mars operieren. Das System besteht aus einer sehr großen (3 m (9,8 ft)) Antenne, die zur Übertragung von Daten durch das verwendet wird Deep Space Network via X-Band - Frequenzen , bei 8  GHz , und sie zeigt die Verwendung des K ein Band bei 32 GHz für höhere Datenraten. Die maximale Übertragungsgeschwindigkeit vom Mars wird auf bis zu 6 Mbit/s prognostiziert, eine Rate, die zehnmal höher ist als bei früheren Mars-Orbitern. Der Satellit trägt zwei 100-Watt - X-Band - Verstärker (eine davon ist eine Sicherung), ein 35-Watt - K a -Band - Verstärker, und zwei kleiner tiefen Raum Transponder (SDSTs).

Zwei kleinere Antennen mit geringer Verstärkung sind auch für die Kommunikation mit niedrigerer Rate bei Notfällen und besonderen Ereignissen wie dem Start und der Mars-Orbit-Einfügung vorhanden. Diese Antennen haben keine Fokussierschüsseln und können aus jeder Richtung senden und empfangen. Sie sind ein wichtiges Backup-System, um sicherzustellen, dass MRO immer erreichbar ist, auch wenn die Hauptantenne von der Erde weg gerichtet ist.

Die K a -Band - Subsystem wurde zu Demonstrationszwecken verwendet. Wegen des Mangels an Spektrum bei 8,41 GHz im X-Band, zukünftige High-Rate wird Deep Space Missionen 32 GHz K verwenden ein -Band. Das NASA Deep Space Network (DSN) implementierte in allen drei Komplexen (Goldstone, Canberra und Madrid) über sein 34-m-Beam-Waveguide-(BWG-)Antennen-Subnetz K a -Band-Empfangsfunktionen. Während der Flugphase, Raumschiff K a -Band - Telemetrie wurde 36 Mal durch diese Antennen verfolgt bei allen Antennen beweisen Funktionalität. K a -Band - Tests wurden auch während der Phase der Wissenschaft geplant, aber ein Schalter versagt, während die Atmosphärenbremsung X-Band - Hochverstärkungsantenne an einen einzelnen Verstärker zu begrenzen. Wenn dieser Verstärker ausfällt, geht die gesamte Hochgeschwindigkeits-X-Band-Kommunikation verloren. Die K ein Downlink ist die einzige verbleibende Sicherung für diese Funktionalität, und da die K a -Band - Fähigkeit eines der SDSt Transponder bereits ausgefallen ist , (und das andere könnte das gleiche Problem haben) JPL entschieden , alle K Einhalt zu gebieten eine -Band Demonstrationen und halten die verbleibende Kapazität in Reserve.

Bis November 2013 hatte die MRO 200 Terabit in der Menge der zurückgegebenen wissenschaftlichen Daten überschritten. Die von der Mission zurückgegebenen Daten sind mehr als dreimal so hoch wie die Gesamtdaten, die über das Deep Space Network der NASA für alle anderen Missionen des Jet Propulsion Laboratory der NASA in den letzten 10 Jahren zurückgegeben wurden.

Datenvergleichstabelle

Antriebs- und Lagekontrolle

Das Raumfahrzeug verwendet einen 1.175 l (258 imp gal; 310 US gal) Treibstofftank, der mit 1.187 kg (2.617 lb) Hydrazin- Monotreibstoff gefüllt ist . Der Kraftstoffdruck wird durch Hinzufügen von unter Druck stehendem Heliumgas aus einem externen Tank reguliert. Siebzig Prozent des Treibmittels wurden für die Orbitaleinführung verwendet, und es hat genug Treibmittel, um bis in die 2030er Jahre zu funktionieren.

MRO hat zwanzig Raketentriebwerke an Bord. Sechs große Triebwerke erzeugen jeweils 170 N (38 lb f ) Schub für insgesamt 1.020 N (230 lb f ), die hauptsächlich für die orbitale Einführung gedacht sind. Diese Triebwerke wurden ursprünglich für den Mars Surveyor 2001 Lander entwickelt . Sechs mittlere Triebwerke erzeugen jeweils 22 N (4,9 lb f ) Schub für Flugbahnkorrekturmanöver und Lagekontrolle während der Orbiteinführung. Schließlich erzeugen acht kleine Triebwerke jeweils 0,9 N (0,20 lb f ) Schub zur Lagesteuerung während des normalen Betriebs.

Vier Reaktionsräder werden auch zur präzisen Lageregelung bei Aktivitäten verwendet, die eine hochstabile Plattform erfordern, wie beispielsweise hochauflösende Bildgebung, bei der selbst kleine Bewegungen zu Unschärfen des Bildes führen können. Jedes Rad wird für eine Bewegungsachse verwendet. Das vierte (schiefe) Rad ist ein Backup für den Fall, dass eines der anderen drei Räder ausfällt. Jedes Rad wiegt 10 kg (22 lb) und kann mit bis zu 100 Hz oder 6.000  U/min gedreht werden .

Um die Umlaufbahn des Raumfahrzeugs zu bestimmen und Manöver zu erleichtern, werden sechzehn Sonnensensoren – acht Primär- und acht Backups – um das Raumfahrzeug herum platziert, um die Sonnenrichtung relativ zum Rahmen des Orbiters zu kalibrieren. Zwei Startracker, Digitalkameras, die verwendet werden, um die Position katalogisierter Sterne zu kartieren , liefern der NASA vollständiges, dreiachsiges Wissen über die Ausrichtung und Lage des Raumfahrzeugs . Eine von Honeywell bereitgestellte primäre und Backup- Miniatur-Inertial-Messeinheit (MIMU) misst Änderungen der Fluglage des Raumfahrzeugs sowie alle nicht gravitativ induzierten Änderungen seiner Lineargeschwindigkeit. Jede MIMU ist eine Kombination aus drei Beschleunigungsmessern und drei Ringlaser- Gyroskopen . Alle diese Systeme sind für MRO von entscheidender Bedeutung, da sie in der Lage sein müssen, ihre Kamera mit einer sehr hohen Präzision auszurichten, um die für die Mission erforderlichen qualitativ hochwertigen Bilder aufzunehmen. Es wurde auch speziell entwickelt, um Vibrationen des Raumfahrzeugs zu minimieren, damit seine Instrumente Bilder ohne Verzerrungen durch Vibrationen aufnehmen können.

Kosten

Mars Reconnaissance Orbiter Entwicklung und Hauptmissionskosten nach Geschäftsjahr

Die Gesamtkosten des Mars Reconnaissance Orbiters bis zum Ende seiner Hauptmission beliefen sich auf 716,6 Millionen US-Dollar . Von diesem Betrag wurden 416,6 Millionen US-Dollar für die Entwicklung von Raumfahrzeugen ausgegeben, etwa 90 Millionen US-Dollar für den Start und 210 Millionen US-Dollar für fünf Jahre Missionsbetrieb. Seit 2011 betragen die jährlichen Betriebskosten von MRO inflationsbereinigt durchschnittlich 31 Millionen US-Dollar pro Jahr.

Entdeckungen und Fotos

Wassereis in Eiskappe gemessen

Die 2009 veröffentlichten Ergebnisse von Radarmessungen der Nordpolareiskappe ergaben, dass das Wassereisvolumen in der Kappe 821.000 Kubikkilometer (197.000 Kubikmeter) beträgt, was 30% des grönländischen Eisschildes der Erde entspricht.

Eis in neuen Kratern freigelegt

Wassereis, das von einem Einschlagskrater ausgehoben wurde, der sich zwischen Januar und September 2008 gebildet hat. Das Eis wurde spektroskopisch mit CRISM identifiziert.

Ein Artikel in der Zeitschrift Science vom September 2009 berichtete, dass einige neue Krater auf dem Mars relativ reines Wassereis ausgegraben haben. Nach der Belichtung verblasst das Eis allmählich, während es sublimiert. Diese neuen Krater wurden von der CTX-Kamera gefunden und datiert, und die Identifizierung des Eises wurde mit dem Compact Imaging Spectrometer (CRISM) an Bord des Mars Reconnaissance Orbiter bestätigt . Das Eis wurde an insgesamt fünf Stellen gefunden. Drei der Standorte liegen im Cebrenia-Viereck . Diese Orte sind 55,57 ° N 150,62 ° E ; 43,28° N 176,9° O ; und 45°N 164,5°E . Zwei weitere befinden sich im Diacria-Viereck : 46,7 ° N 176,8 ° E und 46,33 ° N 176,9 ° E . 55°34′N 150°37′E /  / 55,57; 150,6243°17′N 176°54′E /  / 43,28; 176,945°00′N 164°30′E /  / 45; 164,546°42′N 176°48′E /  / 46,7; 176.846°20′N 176°54′E /  / 46,33; 176,9

Eis in gelappten Schuttschürzen

Lobate Schutt Schürze in Phlegra Montes , Cebrenia-Viereck . Die Schuttschürze besteht wahrscheinlich hauptsächlich aus Eis mit einer dünnen Bedeckung aus Gesteinsschutt, so dass sie eine Wasserquelle für zukünftige Marskolonisten sein könnte. Maßstabsleiste ist 500 m (1.600 ft).

Radarergebnisse von SHARAD deuteten darauf hin, dass Merkmale, die als Lobate Debris Aprons (LDAs) bezeichnet werden, große Mengen an Wassereis enthalten. Interessant aus den Tagen der Viking Orbiters sind diese LDA Schürzen aus Material, die Klippen umgeben. Sie haben eine konvexe Topographie und eine sanfte Neigung; dies deutet auf einen Abfluss von der steilen Quellklippe hin. Darüber hinaus können lobate Schuttschürzen Oberflächenlinien wie Blockgletscher auf der Erde aufweisen. SHARAD hat starke Beweise dafür vor , dass das in LDAs Hellas Planitia sind Gletscher , die mit einer dünnen Schicht von Ablagerungen (dh Steine und Staub) bedeckt sind; eine starke Reflexion von der Ober- und Unterseite der LDAs wurde beobachtet, was darauf hindeutet, dass reines Wassereis den Großteil der Formation ausmacht (zwischen den beiden Reflexionen). Basierend auf den Experimenten des Phoenix- Landers und den Studien der Mars-Odyssee aus der Umlaufbahn ist bekannt, dass Wassereis knapp unter der Marsoberfläche im hohen Norden und Süden (hohen Breiten) existiert.

Chloridablagerungen

Chloridvorkommen in Terra Sirenum

Mit Daten von Mars Global Surveyor , Mars Odyssey und dem Mars Reconnaissance Orbiter haben Wissenschaftler weit verbreitete Vorkommen von Chloridmineralen gefunden. Es gibt Hinweise darauf, dass die Ablagerungen durch die Verdunstung von mineralangereichertem Wasser entstanden sind. Die Forschung legt nahe, dass Seen über weite Bereiche der Marsoberfläche verstreut sein könnten. Normalerweise sind Chloride die letzten Mineralien, die aus der Lösung kommen. Karbonate, Sulfate und Kieselsäure sollten vor ihnen ausfallen. Sulfate und Siliziumdioxid wurden von den Mars-Rovern auf der Oberfläche gefunden. Orte mit Chloridmineralien können einst verschiedene Lebensformen beherbergt haben. Darüber hinaus könnten solche Gebiete Spuren des antiken Lebens bewahren.

Andere wässrige Mineralien

Im Jahr 2009 berichtete eine Gruppe von Wissenschaftlern des CRISM-Teams über 9 bis 10 verschiedene Klassen von Mineralien, die in Gegenwart von Wasser gebildet wurden. An vielen Stellen wurden verschiedene Arten von Tonen (auch Schichtsilikate genannt) gefunden. Zu den identifizierten Physilikaten gehörten Aluminiumsmektit, Eisen/Magnesiumsmektit, Kaolinit , Prehnit und Chlorit . Karbonathaltige Gesteine ​​wurden rund um das Isidis-Becken gefunden . Karbonate gehören zu einer Klasse, in der sich Leben hätte entwickeln können. In Gebieten um Valles Marineris wurde hydratisiertes Siliziumdioxid und hydratisierte Sulfate gefunden. Die Forscher identifizierten hydratisierte Sulfate und Eisenminerale in Terra Meridiani und in Valles Marineris . Andere auf dem Mars gefundene Mineralien waren Jarosit , Alunit , Hämatit , Opal und Gips . Zwei bis fünf der Mineralklassen wurden mit dem richtigen pH-Wert und ausreichend Wasser gebildet, um Leben wachsen zu lassen.

Lawinen

Die Kameras des Mars Reconnaissance Orbiter CTX und HiRISE haben eine Reihe von Lawinen von den Steilhängen der nördlichen Polkappe fotografiert, während sie aufgetreten sind.

Andere Raumschiffe

Fließendes Salzwasser

Am 4. August 2011 (Sol 2125) gab die NASA bekannt, dass MRO auf der Oberfläche oder im Untergrund des Mars scheinbar fließendes Salzwasser entdeckt habe . Am 28. September 2015 wurde dieser Befund bestätigt bei einer speziellen NASA Pressekonferenz.

Siehe auch

Verweise

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Externe Links

Allgemein

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