Globalny Geodeta Marsa -Mars Global Surveyor

Mars Global Surveyor
Mars globalny geodeta.jpg
Koncepcja artystyczna Mars Global Surveyor
Typ misji Orbiter na Marsa
Operator NASA  / JPL
ID COSPAR 1996-062A
SATCAT nr. 24648Edytuj to na Wikidata
Stronie internetowej mars .jpl .nasa .gov / mgs /
Czas trwania misji 25 lat, 6 miesięcy i 15 dni (na orbicie)
Właściwości statku kosmicznego
Masa startowa 1030,5 kg (2272 funtów)
Moc 980 watów
Początek misji
Data uruchomienia 7 listopada 1996, 17:00  UTC ( 1996-11-07UTC17Z )
Rakieta Delta II 7925
Uruchom witrynę Przylądek Canaveral LC-17A
Kontrahent Boeing IDS
Koniec misji
Ostatni kontakt 2 listopada 2006 ( 2006-11-03 )
Data rozpadu 2050 (planowane)
Parametry orbitalne
System odniesienia Areocentryczny
Reżim Synchroniczny ze słońcem
Półoś wielka 3769 km (2342 mil)
Ekscentryczność 0,008
Wysokość Periareion 372,8 km (231,6 mil)
Wysokość apoareiona 436,5 km (271,2 mil)
Nachylenie 92,9 stopnia
Okres 1,95 godziny
Epoka 10 grudnia 2004 r.
Orbiter na Marsa
Wstawianie orbitalne 11 września 1997, 01:17 UTC
MSD 43972 16:29 AMT
Mars Global Surveyor - patch transparent.png  

Mars Global Surveyor ( MGS ) była amerykańską sondą kosmiczną opracowaną przez NASA Jet Propulsion Laboratory iwystrzeloną w listopadzie 1996 roku. MGS była globalną misją mapowania, która badała całą planetę, od jonosfery przez atmosferę po powierzchnię. W ramach większego programu Mars Exploration Program , Mars Global Surveyor monitorował atmosferę siostrzanych orbiterów podczasi pomagał łazikom marsjańskim i misjom lądowników, identyfikując potencjalne miejsca lądowania i przekazując dane telemetryczne.

Zakończył swoją główną misję w styczniu 2001 roku i znajdował się w trzeciej, rozszerzonej fazie misji, kiedy 2 listopada 2006 roku statek kosmiczny nie odpowiedział na wiadomości i polecenia. Trzy dni później wykryto słaby sygnał, który wskazywał, że przeszedł w tryb awaryjny . Próby ponownego skontaktowania się ze statkiem kosmicznym i rozwiązania problemu nie powiodły się, a NASA oficjalnie zakończyła misję w styczniu 2007 roku. MGS pozostaje na stabilnej, kołowej orbicie okołobiegunowej na wysokości około 450 km i od 1996 roku miał rozbić się na powierzchni planeta w pewnym momencie po 2047 roku.

Cele

Mars Global Surveyor podczas swojej głównej misji osiągnął następujące cele naukowe:

  1. Scharakteryzuj cechy powierzchni i procesy geologiczne na Marsie .
  2. Określ skład, rozmieszczenie i właściwości fizyczne minerałów powierzchniowych, skał i lodu.
  3. Określ globalną topografię, kształt planety i pole grawitacyjne .
  4. Ustal naturę pola magnetycznego i zmapuj pole pozostałości skorupy.
  5. Monitoruj globalną pogodę i termiczną strukturę atmosfery .
  6. Zbadaj interakcje między powierzchnią Marsa a atmosferą , monitorując cechy powierzchni, czapy polarne , które rozszerzają się i cofają, bilans energii polarnej oraz pył i chmury podczas migracji w cyklu sezonowym.

Mars Global Surveyor osiągnął również następujące cele swojej rozszerzonej misji:

  1. Dalsze monitorowanie pogody w celu utworzenia ciągłego zestawu obserwacji za pomocą sondy Mars Reconnaissance Orbiter , która dotarła do Marsa w marcu 2006 roku.
  2. Zdjęcie możliwych miejsc lądowania dla sondy Phoenix z 2007 roku oraz łazika Curiosity z 2011 roku .
  3. Obserwacja i analiza kluczowych miejsc o znaczeniu naukowym, takich jak wychodnie skał osadowych.
  4. Ciągły monitoring zmian na powierzchni spowodowanych wiatrem i lodem.

Oś czasu misji

  • 7 listopada 1996: Start z Cape Canaveral .
  • 11 września 1997: Przybycie na Marsa, rozpoczęcie wchodzenia na orbitę.
  • 1 kwietnia 1999: Rozpoczęła się faza mapowania podstawowego.
  • 1 lutego 2001: Rozpoczęła się pierwsza rozszerzona faza misji.
  • 1 lutego 2002: Rozpoczęła się druga przedłużona faza misji.
  • 1 stycznia 2003: Rozpoczęła się misja sztafetowa.
  • 30 marca 2004: MGS sfotografowało Mars Exploration Rover Spirit wraz z śladami jego kół, ukazując jego pierwsze 85 soli podróży.
    Miejsce lądowania łazika marsjańskiego Spirit i ślady zajęte przez MGS.
  • 1 grudnia 2004: Rozpoczęła się misja Nauka i Wsparcie.
  • Kwiecień 2005: MGS został pierwszym statkiem kosmicznym, który sfotografował inny statek kosmiczny na orbicie wokół planety innej niż Ziemia, kiedy wykonał dwa zdjęcia statku kosmicznego Mars Odyssey i jedno zdjęcie statku kosmicznego Mars Express .
    Zdjęcie sondy Mars Odyssey wykonane przez Mars Global Surveyor .
    Mars Express widziany przez Mars Global Surveyor
  • 1 października 2006: Rozszerzona faza misji rozpoczęła się na kolejne dwa lata.
  • 2 listopada 2006: Statek kosmiczny ma błąd podczas próby zmiany orientacji panelu słonecznego i komunikacja została utracona.
  • 5 listopada 2006: Wykryto słabe sygnały, wskazujące, że statek kosmiczny czekał na instrukcje. Sygnał ucichł jeszcze tego samego dnia.
  • 21 listopada 2006: NASA ogłasza, że ​​statek kosmiczny prawdopodobnie zakończył swoją karierę operacyjną.
  • 6 grudnia 2006: NASA publikuje zdjęcia wykonane przez MGS nowo odkrytego złoża żlebowego, co sugeruje, że woda wciąż płynie na Marsie.
  • 13 kwietnia 2007: NASA publikuje raport wstępny na temat przyczyn utraty kontaktu z MGS.

Utrata kontaktu

2 listopada 2006 r. NASA straciła kontakt ze statkiem kosmicznym po tym, jak nakazała mu dostosowanie paneli słonecznych. Minęło kilka dni, zanim odebrano słaby sygnał wskazujący, że statek kosmiczny wszedł w tryb bezpieczny i czeka na dalsze instrukcje.

W dniach 21 i 22 listopada 2006 roku MGS nie przekazał komunikacji do łazika Opportunity na powierzchni Marsa. W odpowiedzi na tę komplikację, kierownik programu eksploracji Marsa, Fuk Li, stwierdził: „Realistycznie przeanalizowaliśmy najbardziej prawdopodobne możliwości przywrócenia komunikacji i stoimy w obliczu prawdopodobieństwa, że ​​niesamowity przepływ obserwacji naukowych z Mars Global Surveyor dobiegł końca. ”.

13 kwietnia 2007 r. NASA ogłosiła, że ​​utrata statku kosmicznego była spowodowana błędem w aktualizacji parametrów oprogramowania systemowego statku kosmicznego. Statek kosmiczny został zaprojektowany do przechowywania dwóch identycznych kopii oprogramowania systemowego do redundancji i sprawdzania błędów. Kolejne aktualizacje oprogramowania napotkały błąd ludzki, gdy dwóch niezależnych operatorów zaktualizowało oddzielne kopie o różnych parametrach. Po tym nastąpiła aktualizacja naprawcza, która nieświadomie zawierała błąd pamięci, który spowodował utratę statku kosmicznego.

Pierwotnie statek kosmiczny miał obserwować Marsa przez 1 rok marsjański (około 2 lata ziemskie ). Jednak w oparciu o ogromną ilość zwróconych cennych danych naukowych NASA przedłużyła misję trzykrotnie. MGS pozostaje na stabilnej, bliskiej biegunowi orbicie kołowej na wysokości około 450 km i spodziewano się, że rozbije się na powierzchni planety w pewnym momencie po około 2047 r., W czasie swojego pierwotnego startu, po tym, jak spędził pięćdziesiąt lat okrążając czerwoną planeta. Ma to zapobiec zanieczyszczeniu powierzchni Marsa drobnoustrojami, które mogą przykleić się do statku kosmicznego.

Przegląd statków kosmicznych

Statek kosmiczny, wyprodukowany w fabryce Lockheed Martin Astronautics w Denver , jest prostokątnym pudełkiem z występami podobnymi do skrzydeł ( panele słoneczne ) rozciągającymi się z przeciwnych stron. W pełni załadowany propelentem w momencie startu statek kosmiczny ważył 1060 kg (2337 funtów). Większość jego masy leży w module w kształcie pudełka, zajmującym środkową część statku kosmicznego. Ten środkowy moduł składa się z dwóch mniejszych prostokątnych modułów ułożonych jeden na drugim, z których jeden nazywa się modułem wyposażenia i zawiera elektronikę statku kosmicznego, instrumenty naukowe i komputer misji 1750A . Drugi moduł, zwany modułem napędowym , mieści w sobie silniki rakietowe i zbiorniki na paliwo . Misja Mars Global Surveyor kosztowała około 154 milionów dolarów na opracowanie i budowę oraz 65 milionów dolarów na uruchomienie. Operacje misji i analiza danych kosztują około 20 milionów dolarów rocznie.

Instrumenty naukowe

Kamera Mars Orbiter
TES

Na pokładzie MGS poleciało pięć instrumentów naukowych :

  • Mars Orbiter Camera (MOC) obsługiwana przez Malin Space Science SystemsMars Orbiter Camera (MOC), pierwotnie znana jako Mars Observer Camera, wykorzystywała 3 instrumenty: kamerę o wąskim kącie, która wykonywała (czarno-białe) obrazy o wysokiej rozdzielczości ( zwykle od 1,5 do 12 m na piksel) oraz czerwone i niebieskie obrazy szerokokątne dla kontekstu (240 m na piksel) i codziennego obrazowania globalnego (7,5 km na piksel). MOC zwrócił ponad 240 000 zdjęć obejmujących fragmenty 4,8 lat marsjańskich, od września 1997 do listopada 2006 roku.
  • Wysokościomierz laserowy Mars Orbiter (MOLA) - MOLA został zaprojektowany w celu określenia globalnej topografii Marsa. Działał jako wysokościomierz do czasu, gdy część lasera osiągnęła koniec okresu eksploatacji w czerwcu 2001 roku. Następnie instrument funkcjonował jako radiometr do października 2006 roku.
    Wysokiej rozdzielczości mapa topograficzna Marsa oparta na badaniach wysokościomierza laserowego Mars Global Surveyor , prowadzonych przez Marię Zuber i Davida Smitha. Północ jest na górze. Godne uwagi cechy to wulkany Tharsis na zachodzie (w tym Olympus Mons ), Valles Marineris na wschód od Tharsis i basen Hellas na półkuli południowej.
  • Spektrometr emisji termicznej (TES) — przyrząd ten mapował skład mineralny powierzchni, skanując emisje termiczne.
  • Magnetometr i reflektometr elektronowy (MAG/ER) — ten instrument wykorzystano do zbadania pól magnetycznych planety i ustalenia, że ​​Mars nie ma globalnego pola magnetycznego, ale raczej wiele mniejszych zlokalizowanych pól.
  • Ultrastable Oscillator (USO/RS) — precyzyjne pomiary zegara z tego urządzenia zostały wykorzystane do mapowania zmian w polu grawitacyjnym.
  • Mars Relay (MR) – Antena Mars Relay wspierała Mars Exploration Rover w celu przekazywania danych z powrotem na Ziemię w połączeniu z 12 MB buforem pamięci kamery Mars Orbiter Camera.

Pierwszy kompletny test hamowania aerodynamicznego

Statek kosmiczny został wystrzelony z mniejszej rakiety Delta II , co spowodowało konieczność ograniczenia masy statku kosmicznego. Aby osiągnąć wymaganą do misji orbitę zbliżoną do okręgu przy jednoczesnym zachowaniu paliwa, zespół zaprojektował serię manewrów hamowania aerodynamicznego . Aerobraking został pomyślnie podjęty przez misję Magellan na Wenus , ale pierwszy pełny test nowej procedury miał zostać przeprowadzony przez MGS.

Początkowo MGS wszedł na wysoce eliptyczną orbitę, której ukończenie zajęło 45 godzin. Orbita miała perycentrum 262 km (163 mil) nad półkulą północną i apocentrum 54 026 km (33 570 mil) nad półkulą południową, co jest dalekie od wymaganej orbity prawie kołowej.

Po wprowadzeniu orbity, MGS wykonał serię zmian orbity, aby obniżyć perycentrum swojej orbity do górnych obrzeży atmosfery marsjańskiej na wysokości około 110 km (68 mil). Podczas każdego przelotu atmosferycznego statek kosmiczny zwalniał z powodu oporu atmosferycznego. To spowolnienie spowodowało, że statek kosmiczny stracił wysokość podczas następnego przejścia przez apocentrum orbity. MGS zaplanowało wykorzystanie tej techniki hamowania w powietrzu w ciągu czterech miesięcy, aby obniżyć wysoki punkt swojej orbity z 54 000 km (33 554 mil) do wysokości bliskiej 450 km (280 mil).

Po około miesiącu od rozpoczęcia misji odkryto, że ciśnienie powietrza z atmosfery planety spowodowało wygięcie jednego z dwóch paneli słonecznych statku kosmicznego do tyłu. Panel, o którym mowa, doznał niewielkich uszkodzeń wkrótce po wystrzeleniu, których rozmiar nie stał się widoczny, dopóki nie został poddany działaniu sił atmosferycznych. MGS musiał zostać wyniesiony z atmosfery, aby zapobiec dalszym uszkodzeniom panelu słonecznego i trzeba było opracować nowy plan misji.

Od maja do listopada 1998 r. hamowanie w powietrzu zostało tymczasowo zawieszone, aby umożliwić orbitę dryfowania do właściwej pozycji względem Słońca i umożliwić optymalne wykorzystanie paneli słonecznych. Chociaż gromadzenie danych podczas hamowania w powietrzu nie było w pierwotnym planie misji, wszystkie instrumenty naukowe pozostały sprawne i zgromadziły ogromne ilości danych podczas tego „nieoczekiwanego dodatkowego okresu obserwacji”. Zespół był w stanie ocenić więcej informacji o atmosferze w różnych przedziałach czasowych niż przewidywane stałe czasy 0200 i 1400, a także zebrać dane podczas trzech bliskich spotkań z Phobosem.

W końcu, od listopada 1998 do marca 1999, hamowanie w powietrzu zostało wznowione i obniżyło wysoki punkt orbity do 450 km (280 mil). Na tej wysokości MGS okrążał Marsa raz na dwie godziny. Aerobraking miał zakończyć się w tym samym czasie, kiedy orbita przesunęła się do właściwej pozycji względem Słońca. W pożądanej orientacji dla operacji mapowania, statek kosmiczny zawsze przekraczał równik dzienny o godzinie 14:00 (czasu lokalnego marsjańskiego), przemieszczając się z południa na północ. Ta geometria została wybrana, aby poprawić ogólną jakość wyników nauki.

Wyniki misji

Mapowanie

Sonda okrążyła Marsa raz na 117,65 minut na średniej wysokości 378 km (235 mil). Orbita prawie biegunowa (nachylenie = 93°), która jest prawie idealnie okrągła, przesunęła się z bieguna południowego na biegun północny w niecałą godzinę. Wysokość została wybrana tak, aby orbita była synchroniczna ze Słońcem, dzięki czemu wszystkie zdjęcia tych samych cech powierzchni, które zostały wykonane przez statek kosmiczny w różnych terminach, zostały wykonane w identycznych warunkach oświetleniowych. Po każdej orbicie sonda obserwowała planetę 28,62° na zachód, ponieważ Mars obracał się pod nią. W efekcie dla MGS zawsze była godzina 14:00, ponieważ przemieszczał się z jednej strefy czasowej do drugiej dokładnie tak szybko, jak Słońce. Po siedmiu solach i 88 orbitach statek kosmiczny w przybliżeniu prześledzi swoją poprzednią ścieżkę, z przesunięciem o 59 km na wschód. Zapewniło to ostatecznie pełne pokrycie całej powierzchni.

W swojej rozszerzonej misji MGS zrobiło znacznie więcej niż tylko zbadanie planety znajdującej się bezpośrednio pod nią. Często wykonywał przewroty i pochylenia, aby uzyskać obrazy poza torem nadiru . Manewry przechyłu , zwane ROTO (ang. Roll Only Targeting Opportunities), obróciły statek kosmiczny w lewo lub w prawo od toru naziemnego, aby wykonać zdjęcia do 30° od nadiru. Możliwe było dodanie manewru skoku , aby skompensować względny ruch między statkiem kosmicznym a planetą. Nazywało się to CPROTO (Compensation Pitch Roll Targeting Opportunity) i pozwalało na obrazowanie w bardzo wysokiej rozdzielczości przez pokładowy MOC (Mars Orbiting Camera).

Oprócz tego MGS może robić zdjęcia innych ciał orbitujących, takich jak inne statki kosmiczne i księżyce Marsa. W 1998 sfotografował to, co później nazwano monolitem Fobosa , znalezionym w MOC Image 55103.

Monolit Phobos ( na prawo od środka) wykonany przez MGS (MOC Image 55103) w 1998 roku.

Po przeanalizowaniu setek zdjęć powierzchni Marsa w wysokiej rozdzielczości wykonanych przez statek kosmiczny, zespół naukowców odkrył, że wietrzenie i wiatry na planecie tworzą ukształtowanie terenu, zwłaszcza wydmy, niezwykle podobne do tych na niektórych pustyniach na Ziemi.

Inne odkrycia z tej misji to:

  • Stwierdzono, że planeta ma warstwową skorupę do głębokości 10 km lub więcej. Aby wytworzyć warstwy, duże ilości materiału musiały być zwietrzałe, transportowane i składowane.
  • Półkula północna jest prawdopodobnie tak samo pokryta kraterami jak półkula południowa, ale kratery są w większości zasypane.
  • Wiele obiektów, takich jak kratery uderzeniowe, zostało zakopanych, a następnie niedawno ekshumowanych.
  • Duże obszary Marsa pokryte są płaszczem, który pokrywa wszystkie z wyjątkiem najbardziej stromych zboczy. Czasem płaszcz jest gładki, a czasem podziurawiony. Niektórzy uważają, że doły są spowodowane ucieczką wody poprzez sublimację (lód zamieniający się bezpośrednio w parę) zakopanego lodu.
  • Niektóre obszary pokryte są materiałem bogatym w hematyt . W przeszłości hematyt mógł zostać wprowadzony przez wodę w stanie ciekłym.
  • Stwierdzono, że ciemne smugi zostały spowodowane przez gigantyczne diabły pyłu . Zaobserwowano, że ślady pyłu diabła często się zmieniają; niektóre zmieniły się w ciągu zaledwie jednego miesiąca.
  • Zaobserwowano, że resztkowa czapka bieguna południowego wyglądała jak szwajcarski ser, z dziurami na ogół o głębokości kilku metrów. Otwory powiększają się z roku na rok, więc ten region lub półkula może się ocieplać. Twierdzenia, że ​​reprezentuje to globalny trend, są jednak wyselekcjonowanymi danymi regionalnymi w porównaniu ze zbiorem danych planetarnych oraz wynikami MOC w porównaniu z TES i nauką radiową (patrz poniżej).
  • Spektrometr emisji termicznej prowadzi obserwacje w podczerwieni do badań atmosferycznych i mineralogii. TES odkrył, że klimat planety Marsa ochłodził się od czasów Vikinga, a prawie cała powierzchnia Marsa pokryta jest skałami wulkanicznymi.
  • Na niektórych obszarach znaleziono setki głazów wielkości domu. Wskazuje to, że niektóre materiały są wystarczająco mocne, aby trzymać się razem, nawet podczas przesuwania się w dół. Większość głazów pojawiła się w rejonach wulkanicznych, więc prawdopodobnie powstały w wyniku zwietrzałych strumieni lawy.
  • Zaobserwowano tysiące ciemnych smug na zboczach . Większość naukowców uważa, że ​​wynikają one z lawin pyłu. Jednak niektórzy badacze uważają, że w grę może wchodzić woda.

Test Lens–Thiring

Dane z MGS zostały wykorzystane do przeprowadzenia testu ogólnej relatywistycznej precesji Lense-Thirring , która składa się z małej precesji płaszczyzny orbity testowanej cząstki poruszającej się wokół centralnej, obracającej się masy, takiej jak planeta. Interpretacja tych wyników była przedmiotem dyskusji.

Dalsze dowody na obecność wody na Marsie

Odkryto setki wąwozów, które powstały z ciekłej wody, prawdopodobnie w ostatnich czasach.

Kilka kanałów na Marsie wyświetlało kanały wewnętrzne, które sugerują ciągłe przepływy płynów. Najbardziej znany jest ten w Nanedi Valles . Inny został znaleziony w Nirgal Vallis .

Wewnętrzny kanał na dnie Nanedi Valles, który sugeruje, że woda płynęła dość długo. Zdjęcie z czworoboku Lunae Palus .

6 grudnia 2006 r. NASA opublikowała zdjęcia dwóch kraterów w Terra Sirenum i Centauri Montes , które zdają się wskazywać na obecność płynącej wody na Marsie w pewnym momencie między 1999 a 2001 rokiem. Zdjęcia zostały wyprodukowane przez Mars Global Surveyor i są prawdopodobnie ostatnimi pracami sondy. wkład w naszą wiedzę o Marsie i pytanie, czy na planecie istnieje woda.

Dowody na możliwy niedawny przepływ wody

Inne zdjęcia

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki