אקסו מארס

אקסו מארס (באנגלית: ExoMars, ברוסית: Экзомарс; "אקסו" כקיצור של אקסוביולוגיה) היא תוכנית מחקר לכוכב הלכת מאדים, שמטרתה המרכזית היא חיפוש אחר סימני חיים בסביבה הקדומה או הנוכחית של מאדים. הפרויקט מובל על ידי סוכנות החלל האירופאית (ESA) בשיתוף פעולה עם סוכנות החלל הרוסית (רוסקוסמוס), יחד עם סיוע משני של נאס"א.
הפרויקט מחולק לשתי משימות נפרדות: המשימה הראשונה, ששוגרה ב־14 במרץ 2016, כוללת את מקפת שְיָירי הגז אקסו מארס‏ (Trace Gas Orbiter, בקיצור TGO), שנכנסה למסלול סביב מאדים ותמדוד ותחקור את מקורם של גזים הנמצאים בכמות זעירה באטמוספירה של מאדים, כשהחשוב שבהם הוא גז מתאן. גז זה אינו יציב לאורך זמן באטמוספירה המאדימית, ולכן מקור כלשהו - ביולוגי או גאולוגי - צריך לחדש אותו, אם המדידות יצביעו כי קיימת כמות מספקת של מתאן. המקפת תשמש גם כתחנת ממסר עבור משימות עתידיות למאדים. משימת 2016 כוללת גם נחתת קטנה בשם סקיאפארלי, שנועדה לבחון את טכנולוגיית הנחיתה שהאיחוד הארופאי ורוסיה ישתמשו בה במשימה השנייה של הפרויקט. הנחתת נכשלה בניסיון הנחיתה והתרסקה על הקרקע של מאדים.
המשימה השנייה, שעתידה להיות משוגרת ב־2020, תתמקד בשני רכבים שינחתו על גבי מאדים - הרכב הראשון הוא פלטפורמה קרקעית נייחת שתכלול מספר מכשירים מדעיים; הרכב השני הוא גולת הכותרת של פרויקט אקסו מארס - רובר אקסו מארס, אשר ינוע מספר קילומטרים על פני השטח, ויחקור אין סיטו את מאדים כדי לחפש סימני חיים. הוא יכיל מעבדה ניידת שתעבד ותנתח דגימות שהרובר יאסוף מהשטח. הרובר יוכל גם לחפור באמצעות מכשיר ייחודי ולהוציא דגימות מעומק של עד 2 מטר מתחת לפני השטח, שם מעריכים החוקרים כי ייתכן שחומרים אורגניים שרדו את התנאים הקשים של מאדים.

ההצעה הראשונית

פרויקט אקסו מארס עבר שינויים ותהפוכות רבות מאז שהוצע לראשונה במסגרת תוכנית אורורה של סוכנות החלל האירופאית בשנת 2002. בתוכנית אורורה, שרובה לא יצא לפועל בסופו של דבר, האיחוד הארופאי הניח אסטרגטיה ארוכת טווח למחקר רובוטי ומאויש של מערכת השמש, עם כוונה לבצע משימות מאוישות לירח ולמאדים בשנות ה־30 או ה־40 של המאה העשרים ואחת. התוכנית כללה בין היתר "תוכניות דגל" (Flagship mission) שהראשונה שבהם היא משימת אקסו מארס. לאחר מספר שנות מחקר, שרי האיחוד האירופאי אישרו ב־2005 את התוכנית.
הגרסה הראשונית של אקסו מארס כללה שיגור של רובר במשקל של 220 ק"ג שעיצובו היה דומה למדי לרוברים האמריקאים בתוכנית מארס רובר (ספיריט ואופורטוניטי). בניגוד לרוברים של נאס"א ששוגרו למאדים בשנת 2004 והתמקדו במחקר גאולוגי של כוכב הלכת, הרובר תוכנן עבור מחקר אקסוביולוגי של מאדים - לחפש אחר סימנים לקיום חיים במאדים, בעבר או בהווה.
לפי התכנון הראשוני, שיגור המשימה תוכנן לשנת 2009. יעד השיגור נדחה ב־2005 לשנת 2011, בין היתר עקב אסון מעבורת החלל קולומביה, אשר הביא לדחייה בפרויקטים שונים של האיחוד האירופאי הקשורים לבניית תחנת החלל הבינלאומית. ב־2007 שוב נדחה השיגור, הפעם ל־2013, עקב תפיחת תקציב הפרויקט מעבר למיליארד יורו. בשנת 2008 יעד השיגור שוב נדחה עקב קשיי מימון. בין היתר גרמה לכך סירובה של איטליה, אחת המממנות המרכזיות של הפרויקט, להקציב כספים נוספים לפרויקט. בנובמבר 2008 החליטה ועידה מיניסטריאלית של האיחוד האירופי להקצות 850 מיליון יורו לפרויקט, כאשר 150 המיליון הנותרים אמורים היו להגיע משותף בינלאומי נוסף.

שיתוף פעולה עם נאס"א

בעקבות החלטת האיחוד הארופאי לחפש שותפות בינלאומית, בדצמבר 2008 החלו שיחות בין נאס"א וסוכנות החלל האירופאית, שהבשילו באמצע 2009 להסכם שכונה "יוזמה משותפת לחקר מאדים" (Mars Exploration Joint Initiative; בקיצור MEJI). במסגרת ההסכם, פרויקט אקסו מארס קיבל עיצוב דומה לעיצובו הנוכחי, אלא שהשותפה הבינלאומית הייתה ארצות הברית ולא רוסיה. התוכנית כללה שני שיגורים שונים ב־2016 וב־2018. משימת 2016 כללה את הלוויין TGO‏ (Trace Gas Orbiter), אשר תוכנן להיבנות על ידי האיחוד האירופאי ולכלול מכשור מדעי שיסופק ברובו על ידי ארצות הברית. המשימה כללה גם נחתת אירופאית קטנה. משימת 2018
כללה שני רוברים - האחד אקסו מארס האירופאי והשני רובר שכונה MAX-C ‏(Mars Astrobiology Explorer-Cacher) ויועד גם הוא למחקר אסטרוביולוגי וכן לאיסוף דגימות מכוכב הלכת האדום, שעשויות היו לשמש במסגרת משימה עתידית להבאת דגימה ממאדים לכדור הארץ. לפי ההסכם נאס"א הייתה אמורה לספק את מערכת הנחיתה, שתהייה מבוססת על ה"סקיי קריין" ששימש את הרובר קיוריוסיטי בנחיתה על מאדים, וכן את רכבי השיגור של שתי המשימות.
ב־2011 בעיות תקציביות נוספות הביאו את נאס"א וסוכנות החלל האירופאית לשקול לאחד את שני הרוברים השונים לכדי רובר גדול יותר, בין היתר עקב העלות הרבה שבהתאמת מערכת הנחיתה של קיוריוסיטי, הסקיי קריין, לשני רוברים נפרדים.
בסופו של דבר גם הצעה זו ירדה לטמיון, עקב בעיות תקציביות אליהן נקלעה נאס"א, בין היתר עקב התפיחה המשמעותית בעלות טלסקופ החלל ג'יימס ווב, שמיועד להוות את היורש של טלסקופ החלל האבל. כדי להציל את פרויקט טלסקופ החלל, בהצעת התקציב של נאס"א לשנת 2013, שהתפרסמה בפברואר 2012, ממשלו של הנשיא ברק אובמה הכריז על ביטול ההשתתפות של נאס"א בפרויקט אקסו מארס.

מקפת שיירי הגז (TGO)

מקפת שיירי הגז אקסו מארס‏ (Trace Gas Orbiter, בקיצור: TGO) היא גשושית מחקר ששוגרה ב־14 במרץ 2016 על גבי משגר פרוטון רוסי מקוסמודרום בייקונור שבקזחסטן, והגיעה למאדים ב־19 באוקטובר 2016. הגשושית נשאה על גבה את הנחתת סקיאפארלי, ולפני ההגעה למאדים שיחררה אותה כדי שזו תוכל לנחות על כוכב הלכת. לאחר מכן הגשושית תחל בשלב איטי והדרגתי שבמהלכו תשנה את מסלולה סביב מאדים למסלול מבצעי בגובה של כ־400 ק"מ עד נובמבר 2017. היא תוכל לשמש גם כתחנת ממסר שתאפשר תקשורת בין רכבים שישלחו לפני השטח של מאדים, ובמיוחד עבור הרובר של משימת 2020. הגשושית מתוכננת לפעול לפחות עד לשנת 2022.
המשימה המדעית המרכזית של הגשושית TGO היא למדוד ולחקור את מקורם של גזים הנמצאים בכמות מזערית באטמוספירה של מאדים (פחות מ־1% מהאטמוספירה). אחת השאלות שמעסיקות את החוקרים בנוגע למאדים היא האם אכן יש באטמוספירה של מאדים כמות מזערית של גז מתאן. מדידות שנעשו על ידי גשושיות קודמות וכן מתצפיות טלסקופיות בכדור הארץ, הצביעו על כמות מזערית כזו שמגוונת מבחינת זמן ומקום במאדים. המדידות הללו לא היו מדויקות מספיק, וגם מדידות מדויקות יותר של הרובר קיוריוסיטי השאירו את השאלה פתוחה. מכיוון שמתאן אינו יציב לאורך זמן באטמוספירה של מאדים, נדרש איזשהו מקור שיחדש אותו - ומקור זה יכול להיות ביולוגי או גאולוגי. בכדור הארץ למשל, מקורו של רוב המתאן באטמוספירה הוא מתהליכים ביולוגיים. עם זאת, גם תהליכים גאולוגיים, שלא מעורבים בהם חיים, יכולים להסביר תופעה זו.
כדי למדוד את מרכיבי האטמוספירה של מאדים, הגשושית תשתמש בשתי שיטות של תצפיות ספקטרוסקופיות: פעמיים במסלול סביב מאדים, במהלך האוקולטציה הסולארית (בזריחה ובשקיעה מבחינת הגשושית), היא תכוון את הספקטרוסקופים שלה לכיוון השמש. בצורה זו, קרני השמש שמגיעים למכשירי המדידה דרך האטמוספירה של מאדים, משמשים כ"פנס" לחיזוק עוצמת הקרינה שמתקבלת במכשירי המדידה. כך מתאפשרת מדידה מדויקת יותר, עד לרמה של חלקיק אחד למיליארד (ppb). המסלול של הגשושית מותאם לאפשר לה כמה שיותר אוקולטציות סולאריות. השיטה השנייה שהגשושית תפעיל היא לכוון את הספקטרוסקופים לתצפית ישירה על כוכב הלכת. מכיוון שבשיטה כזו הם קולטים את הקרינה התת־אדומה היוצאת מכוכב הלכת, שהיא חלשה יותר, המדידה הופכת למדויקת פחות.
לאחר שחרור הנחתת סקיאפארלי ב-16 באוקטובר 2016, המקפת החלה בשינוי מסלולה, תוך שימוש בבלימה אטמוספירית. בסוף פברואר 2018 המקפת השלימה את הבלימה ונכנסה למסלול המשימה המדעי. באפריל 2018 פורסמו תמונות ראשונות שצילמה מפני השטח במאדים.

משימת 2020: רובר ופלטפורמה קרקעית

משימת 2020 כוללת רובר שיוכל לנוע על פני השטח כדי לבצע מחקרים גאולוגים ואקסוביולוגיים, וכן פלטפורמה קרקעית שתכלול גם היא ציוד מדעי ותוכל לפעול לפחות שנה על פני הקרקע כתחנה נייחת.
הרובר מפותח על ידי סוכנות החלל האירופאית ונבנה על ידי חטיבת החלל של קבוצת איירבוס, כאשר המטען המדעי שלו כולל מכשירים אירופאיים ורוסיים. הפלטפורמה הקרקעית תסופק על ידי רוסיה ותפותח על ידי חברת לאבוצ'קין. השיגור מתוכנן להתבצע על ידי משגר פרוטון רוסי ביולי 2020, כאשר הנחיתה על פני מאדים תקרה ב־2021.
מנגנון הנחיתה של המשימה יפותח ברובו על ידי רוסיה, והוא כולל מגן חום עבור החדירה לאטמוספירה, שני מצנחים להאטה נוספת של מהירות הנפילה וכן את הפלטפורמה הקרקעית עליה יורכב הרובר, שתהייה אחראית על נחיתה באמצעות מנועים רקטיים על הקרקע.

רובר אקסו מארס

הרובר של משימת אקסו מארס מיועד לנוע על פני השטח ובין היתר יחפש אחר "חתימות ביולוגיות" , סימנים המעידים על קיום חיים בעבר או בהווה של מאדים. המשימה הנומינלית של הרובר מיועדת להימשך 220 סול (יום מאדימי; כחצי שנה), אך עשויה להימשך תקופה ארוכה יותר.
המשקל הכולל של הרובר יעמוד על 310 ק״ג. הוא ישתמש בלוחות סולאריים שיספקו לו את האנרגיה החשמלית שדרושה לתפעולו, והוא ימוגן מפני הקור העז על פני השטח באמצעות מחממים רדיואיזוטופיים , הפועלים באמצעות החום שנוצר מדעיכה רדיואקטיבית. לרובר 6 גלגלים המסוגלים לנוע ולהסתובב כל אחד באופן עצמאי. הגלגלים יכולים גם להתרומם כל אחד בנפרד, וכך ליצור תנועה המדמה הליכה, שתאפשר לנוע על פני משטחים רכים ולא מגובשים כגון דיונות. על התורן של הרובר מותקנות שתי מצלמות פנורמיות ומצלמה אחת ברזולוציה גבוהה, אשר יאפשרו לו לנוע באופן אוטונומי על בסיס יעדים שנקבעו מראש על ידי מרכז הבקרה בכדור הארץ. הוא מתוכנן לנוע למרחק של עד 100 מטר בכל סול.
במהלך המשימה המדעית של הרובר, הוא יחקור דגימות קרקע וסלעים כדי לקבוע את מאפייניהם הפיזיים והכימיים. הוא יכלול חבילת מכשירים מדעיים המורכבים בתוכו המכונה "פסטר" (על שם לואי פסטר), אשר כוללת מספר ספקטרוסקופים וספקטרומטר מסה. באמצעות מכשיר קדיחה הוא יוכל להשיג דגימות מעומק של עד שני מטר מתחת לפני השטח. אם אכן קיימים סימנים לקיום חיים בעבר או בהווה, כגון תרכובות אורגניות מסוימות, הן צפויות יותר לשרוד מתחת לפני השטח, היכן שהן מוגנות מהקרינה העזה שעל פני השטח. מכ"ם חודר קרקע שיבצע מחקר סטרטיגרפי לבחינת שכבות תת־קרקעיות וספקטרומטר נייטרונים לאיתור קרח מתחת לפני הקרקע, יסייעו לרובר לאתר אתרים מתאימים לביצוע קדיחה.