Mars Reconnaissance Orbiter forbereder sig på de kommende år

NASA's Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) er begyndt ekstra stjernekiggeri for at hjælpe rumagenturet med at opnå fremskridt inden for Mars-udforskning i løbet af det næste årti.

Rumfartøjet har allerede arbejdet mere end det dobbelte af sin planlagte missionstid siden opsendelsen i 2005. NASA planlægger at fortsætte med at bruge det efter midten af ​​2020'erne. Øget afhængighed af en stjernetracker, og mindre på aldrende gyroskoper, er en måde, hvorpå missionen tilpasser sig for at forlænge dens levetid. Et andet skridt er at vride mere brugbar levetid fra batterierne. Missionens udvidede service leverer datarelæ fra aktiver på Mars' overflade og observationer med dets videnskabelige instrumenter, på trods af en vis forringelse af kapaciteten.

"Vi ved, at vi er et kritisk element for Mars-programmet for at støtte andre missioner på længere sigt, så vi er ved at finde måder at forlænge rumfartøjets levetid, " sagde MRO-projektleder Dan Johnston fra NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Californien. "I flyveoperationer, vores vægt er på at minimere risikoen for rumfartøjet, mens vi udfører en ambitiøs videnskabelig og programmatisk plan." JPL samarbejder med Lockheed Martin Space, Denver, i at betjene rumfartøjet.

I begyndelsen af ​​februar, MRO afsluttede sin sidste fuld-swapover-test ved kun at bruge stjernernes navigation til at fornemme og vedligeholde rumfartøjets orientering, uden gyroskoper eller accelerometre. Projektet evaluerer den seneste test og planlægger at skifte på ubestemt tid til denne "all-stellar" tilstand i marts.

Fra MRO's lancering i 2005, indtil "all-stellar"-kapaciteten blev uploadet som en softwarepatch sidste år, rumfartøjet brugte altid en inertimåleenhed – indeholdende gyroer og accelerometre – til attitudekontrol. På Mars, orbiterens holdning ændres næsten kontinuerligt, i forhold til Solen og andre stjerner, da den roterer én gang pr. bane for at holde sine videnskabelige instrumenter pegende nedad mod Mars.

Rumfartøjet bærer en ekstra inertimåleenhed. Missionen skiftede fra den primære enhed til reserven efter omkring 58, 000 timers brug, da den primære begyndte at vise tegn på begrænset liv for flere år siden. Reservedelen viser normal livsprogression efter 52, 000 timer, men skal nu bevares, til det bliver mest nødvendigt, mens stjernesporeren håndterer holdningsbestemmelse til rutineoperationer.

Stjernesporeren, som også har en backup ombord, bruger et kamera til at afbilde himlen og mønstergenkendelsessoftware til at skelne, hvilke klare stjerner der er i synsfeltet. Dette gør det muligt for systemet at identificere rumfartøjets orientering på det tidspunkt. At gentage observationerne op til flere gange i sekundet meget præcist giver hastigheden og retningen for holdningsændring.

"I alt-stjernetilstand, vi kan lave normal videnskab og normal relæ, " sagde Johnston. "Inertimåleenheden tænder kun igen, når det er nødvendigt, såsom under sikker tilstand, orbital trim manøvrer, eller kommunikationsdækning under kritiske hændelser omkring en Mars-landing." Sikker tilstand er en sikkerhedstilstand, som rumfartøjet går ind i, når det registrerer uventede forhold. Præcis holdningskontrol er så afgørende for at opretholde kommunikationen med Jorden og holde solpanelet vendt mod Solen for at få strøm.

For at forlænge batteriets levetid, projektet konditionerer de to batterier til at holde mere opladning, reducere efterspørgslen på batterierne, og planlægger at reducere den tid, orbiteren tilbringer i Mars' skygge, når sollys ikke kan nå solpanelerne. Rumfartøjet bruger kun sine batterier, når det er i skygge, i øjeblikket i omkring 40 minutter af hver to-timers bane.

Batterierne genoplades af orbiterens to store solpaneler. Missionen oplader nu batterierne højere end før, at øge deres kapacitet og levetid. Det har reduceret trækket på dem, dels ved at justere varmelegemetemperaturerne, før rumfartøjet går i skygge. Justeringen forvarmer vitale dele, mens solenergi er tilgængelig, så varmeapparaterne dræner på batterierne, mens du er i skygge, kan reduceres.

Nærcirklen af ​​MRO's kredsløb forbliver i næsten samme vinkel til Solen, som Mars kredser om Solen og roterer under rumfartøjet. Af design, når kredsløbet passerer over den solbelyste side af planeten under hver bane, jorden under den er cirka halvvejs mellem middag og solnedgang. Ved at flytte kredsløbet til senere på eftermiddagen, missionsledere kunne reducere den tid rumfartøjet tilbringer i Mars' skygge hver bane. NASAs Mars Odyssey rumfartøj, ældre end MRO, gjorde det med succes for et par år siden. Denne mulighed for at forlænge batterilevetiden ville ikke blive brugt før efter, at MRO har understøttet nye Mars-missionslandinger i 2018 og 2021 ved at modtage transmissioner under landmændenes kritiske ankomstbegivenheder.

"Vi regner med, at Mars Reconnaissance Orbiter forbliver i drift i mange år endnu, sagde Michael Meyer, ledende videnskabsmand for NASA's Mars Exploration Program ved agenturets Washington-hovedkvarter. "Det er ikke kun kommunikationsrelæet, som MRO leverer, så vigtigt som det er. Det er også videnskabsinstrumentets observationer. De hjælper os med at forstå potentielle landingssteder, før de besøges, og fortolke, hvordan resultaterne på overfladen relaterer sig til planeten som helhed."

MRO fortsætter med at undersøge Mars med alle seks af orbiterens videnskabelige instrumenter, et årti efter, hvad der oprindeligt var planlagt som en to-årig videnskabsmission, der skulle efterfølges af en to-årig stafetmission. Mere end 1, 200 videnskabelige publikationer er baseret på MRO-observationer. Hold, der betjener de to instrumenter, der oftest er nævnt i forskningsartikler - High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) kameraet og Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM) mineral-mapper - håndterer udfordringer, men er klar til at fortsætte med at levere værdifulde observationer.

For eksempel, nogle HiRISE-billeder taget i 2017 og begyndelsen af ​​2018 viser en lille sløring, der ikke er set tidligere i missionen. Årsagen er under undersøgelse. Procentdelen af ​​billeder i fuld opløsning med sløring toppede med 70 procent i oktober sidste år, omtrent på det tidspunkt, hvor Mars var på det punkt i sin bane, der var længst væk fra Solen. Andelen er siden faldet til under 20 procent. Allerede før de første slørede billeder blev set, observationer med HiRISE brugte almindeligvis en teknik, der dækker mere jordareal ved halvdelen af ​​opløsningen. Dette giver stadig højere opløsning end noget andet kamera, der kredser om Mars - omkring 2 fod (60 centimeter) pr. pixel - og lidt sløring er vist i de resulterende billeder.

Ved hjælp af to spektrometre, CRISM kan detektere en lang række mineraler på Mars. Det længere bølgelængde spektrometer kræver afkøling for at detektere signaturer af mange mineraler, herunder nogle forbundet med vand, såsom karbonater. For at gøre dette under den toårige primære videnskabsmission, CRISM brugte tre kryokølere, en ad gangen, at holde detektorer på minus 235 Fahrenheit (minus 148 Celsius) eller koldere. Et årti senere, to af kryokølerne virker ikke længere. Den sidste er blevet upålidelig, men er stadig under evaluering efter 34. 000 timers drift. Uden en kryokøler, CRISM kan stadig observere noget nær-infrarødt lys ved bølgelængder, der er værdifulde til at detektere jernoxid- og sulfatmineraler, der indikerer tidligere våde miljøer på Mars.

Context Camera (CTX) fortsætter som det har gjort under hele missionen, øger næsten global dækning og søger efter ændringer på overfladen. The Shallow Radar (SHARAD) fortsætter med at sondere Mars' undergrund, leder efter lagdeling og is. To instrumenter til at studere atmosfæren - Mars Color Imager (MARCI) og Mars Climate Sounder (MCS) - fortsætter med at bygge på næsten seks Mars-år (ca. 12 jordår) med registrering af vejr og klima.