Mars Reconnaissance Orbiter

Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) on NASA kosmosesond, mis uurib Marssi. Sondi juhib NASA nimel JPL ja see maksis 720 miljonit USA dollarit. Missioon pidi algselt kestma kaks aastat, kuid see on kestnud üle 10 aasta.

MRO startis Marsile 12. augustil 2005 ja jõudis Marsi orbiidile 10. märtsil 2006. Lõplikule orbiidele jõudis see novembris 2006 ja seejärel alustas sond planeedi uurimist.

Mars Reconnaissance Orbiteri pardal on mitmed teaduslikud seadmed nagu näiteks kaamerad, spektroskoobid ja radar, mille abil uuritakse Marsi pinnavorme, stratigraafiat, mineraale ja jääd. Satelliidi sidesüsteemid on nii võimsad, et NASA loodab seda kasutada ülekandejaamana ka tulevaste missioonide jaoks.

Missiooni eesmärgid

MRO missioon pidi algselt kestma kaks aastat, novembrist 2006 kuni novembrini 2008. Missiooni üheks peamiseks eesmärgiks on kaardistada Marsi pind sondi kõrgresolutsioonilise kaameraga, et nende fotode abil valida maandumispaigad tulevastele Marsil maanduvatele missioonidele. Mars Reconnaissance Orbiteri tehtud fotosid kasutati näiteks Phoenixi ja Curiosity maandumispaikade valimisel.

MRO teised teadusseadmed uurivad Marsi kliimat, ilma, Marsi atmosfääri ja geoloogiat ning sond otsib planeedilt ka vedelat vett. Lisaks seati üheks eesmärgiks kadunuks jäänud Mars Polar Landeri ja Beagle 2 rusude leidmine. Beagle 2 leidis sond 2015. aastal, kuid Mars Polar Landerit pole leitud.

Mars Reconnaissance Orbiter toimib ka side ülekandejaamana, mis vahendab suhtlust Maa ning Marsil asuvate kulgurite ja maandurite vahel.

Start ja orbiidile sisenemine

Mars Reconnaissance Orbiter startis Marsile 12. augustil 2005 ja selle viis orbiidile kanderakett Atlas V. Start möödus viperusteta.

Sond saabus Marsile seitse ja pool kuud hiljem. Enne planeedi juurde jõudmist oli NASA katsetanud ja kalibreerinud kõiki teadusseadmeid ning korrigeerinud kolm korda sondi kurssi. Esialgu oli planeeritud, et kurssi tuleb korrigeerida neli-viis korda, kuid selleks polnud vajadust ja nii säästeti pikendatud missiooni jaoks 27 kg kütust.

MRO alustas orbiidile sisenemist 10. märtsil 2006 ja käivitas oma peamootori 27 minutiks, et aeglustada oma kiirust 1900 meetrini sekundis. Heeliumipaagi arvatust madalam temperatuur vähendas mootori tõukejõudu 2 protsendi võrra, kuid pardaarvuti korrigeeris selle automaatselt, lastes mootoril töötada 33 sekundit ettenähtust kauem.

Orbiidile sisenemine oli edukas ja sondi jäi orbiidile, mille orbitaalperiood oli 35,5 tundi. Selle orbiidi perigee oli 426 km ja apogee 44 500 km.

30. märtsil 2006 alustas MRO aeropidurdamist ehk oma orbitaalperioodi lühendada. Esiteks alandas sond tõukurite abil oma perigee kõrgust, et Marsi atmosfäär hakkaks sondi aeglaselt pidurdama. Seejärel jäis sond sellisele kõrgusele 445 tiiru ajaks, et vähendada apogee 450 kilomeetrini. Insenerid pidid aeropidurdamisel pidevalt jälgima, et sond oleks piisavalt kõrgel, et see liialt ei kuumeneks, aga samas piisavalt madalal, et atmosfäär mõjutaks sondi. Mars Reconnaissance Orbiter lõpetas aeropidurdamise ja liikus atmosfääri mõjualast välja 30. augustil 2006.

Septembris 2006 korrigeeris MRO tõukurite abil oma orbiidi veelgi, ning on nüüd 250–316 km kõrgusel orbiidil ning tiirlemisperioodiks on 112 minutit.

Teadusseadmed
MRO pardal on kolm kaamerat, kaks spektromeetrit ja radar. Lisaks on pardal kaks seadet, mis kasutavad alamsüsteeme, et koguda teaduslikku infot. Kolm süsteemi on mõeldud katsetamaks uut varustust tuleviku missioonide tarbeks. Mars Reconaissance Orbiter peaks tegema umbes 5000 pilti aastas.

HiRISE

High Resolution Imaging Science Experiment ehk HiRISE on kaamera, mille resolutsioon on 1 mikroradiaan või siis 30 sentimeetrit piksli kohta 300 kilomeetri kõrguselt. Võrdluseks, Maa orbiidil tiirlevate satelliitide fotod Maast on tavaliselt resolutsiooniga 50 cm/piksel. HiRISE teeb pilte värvispektri kolmes lainealas: 400–600 nm (sinine-roheline), 550–850 nm (punane) ja 800–1000 nm (lähiinfrapuna).

Punased pildid on 6 km laiad ja teistes lainealades tehtud pildid on 1,2 kilomeetrit laiad. HiRISE-i pardaarvuti loeb saabuvat infot reaalajas ning pildi pikkust piirab ainult pardaarvuti mälu, mis on 28 GB. Tavaliselt on ühe pildi maht 16,4 GB ja kõik pildid tihendatakse enne Maale saatmist 5 gigabaidini. Piltide pealt on suudetud eristada kuni 25 sentimeetri suurusi objekte. HiRISE-i ehitas Ball Aerospace & Technologies Corporation.

CTX (kaamera)

Context Camera (CTX) on kaamera, mis teeb mustvalgeid fotosid resolutsiooniga kuni 6 meetrit ja selle eesmärgiks on pildistada taustkaardid HiRISE-i ja CRISM-i jaoks. Lisaks pildistatakse sellega tähtsaks peetavaid regioone ning võimalikke maandumispaiku tulevastele missioonidele. CTX teeb pilte, mille laius on 30 km ja pikkus kuni 160 kilomeetrit ning selle abil oli 2010. aastaks Marsi pinnast kaardistatud 50%. Kaamera ehitas ja selle käigus hoidmise eest vastutab Malin Space Science Systems.

MARCI

Mars Color Imager (MARCI) on madala resolutsiooniga kaamera, mis pildistab Marssi viies nähtavas ja kahes ultraviolett lainealas. Kaamera teeb iga päev umbes 84 pilti, mille resolutsioon on 1–10 km piksli kohta. Selle seadme abil avaldab NASA igapäevase Marsi ilmateate. Kaamera aitab kirjeldada Marsi muutumist vastavalt aastaajale ning kaardistab Marsi atmosfääris olevat veeauru ning osooni. Kaamera ehitas ja selle käigus hoidmise eest vastutab Malin Space Science Systems.

CRISM

Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM) on spektromeeter, mille ülesandeks on kaardistada Marsi pinnas leiduvaid mineraale. See töötab lainealas 370–3920 nm ja mõõdab spektrit 544 kanaliga (igaüks on 6,55 nm lai). CRISM-i resolutsioon on 18 m 300 km kõrguselt ja sellega otsitakse peale mineraalide ka keemilisi elemente, mis viitaksid minevikus või tänapäeval Marsil voolavale veele.

MCS

Mars Climate Sounder (MCS) on Marsi atmosfääri jälgiv spektromeeter, mis on MRO pardal suunatud alla ja horisontaalselt läbi atmosfääri, et mõõda atmosfääris toimuvaid muutusi. Mars Climate Sounderil on üks lähiinfrapuna kanal (0,3–3,0 μm) ja kaheksa infrapuna kanalit (12–50 μm). MCS jagab uuritava ala 5 kilomeetri pikkusteks lõikudeks ja kogub infot iga lõigu kohta eraldi. Kogutud infot kasutatakse muuhulgas igapäevaste Marsi ilmakaartide koostamisel, et näidata Marsi ilma põhilisi muutujaid: temperatuuri, õhurõhku, niiskust ja tolmutihedust.

Mars Climate Sounderi ehitas NASA Jet Propulsion Laboratory ja see on edasiarendatud versioon seadmetest, mis ehitati ebaõnnestunud Mars Observeri ja Mars Climate Orbiteri missioonide jaoks.

SHARAD

Shallow Subsurface Radar (SHARAD) on radar, mille eesmärgiks on uurida Marsi polaaralade jääkilpide sisemust ning otsida maa-aluseid jäätaskuid ja voolavat vett. SHARAD kasutab HF-raadiolaineid vahemikus 15–25 MHz ja selle tulemusel suudab radar leida 7 meetri kuni maksimaalselt 1 kilomeetri sügavusele. SHARAD on projekteeritud töötama koos Mars Expressi teadusseadme MARSISega, mis on võimeline nägema märkimisväärselt sügavamale. SHARAD-i ja MARSISe ehitas Itaalia Kosmoseagentuur.

Muud seadmed

Päikesepaneelid ja elekter

Mars Reconnaissance Orbiter saab kogu kasutatava elektri kahelt päikesepaneelilt, mis võivad liikuda iseseisvalt. Mõlema päikesepaneeli mõõtmed on 5,35 × 2,53 meetrit ja ühe paneeli pindala on 9,5 m2. Päikesepaneele katavad 3744 elementi ja need on võimelised muutma 26% saadavast päikesevalgusest elektriks. Elementide kogutoodang on 32 volti. Marsi orbiidil on Mars Reconnaissance Orbiteri ühe päikesepaneeli võimsus rohkem kui 1000 W ja kui MRO tiirleks Maa orbiidil, oleks ühe päikesepaneeli võimsus 3000 W.

Sondil on kaks laetavat nikkel-vesinik akut, mis varustavad sondi elektriga kui see on Marsi varjus. Mõlemad akud mahutavad 50 amper-tundi, kuid nende mahutavust ei saa täielikult kasutada, et vältida nende kasutuks muutumist. Nimelt peavad mõlemad akud end pidevalt laadima-tühjendama, aga tühjendamisel aku pinge langeb ning kulutab akut. MRO akude selline säästmine võimaldab nende eluiga ja selle kaudu kogu missiooni pikendada, eriti kui arvestada asjaolu, et akude rikked on kõige sagedasem kosmosesondide kaotamise põhjus.

Sondi aeropiduramise ajal mõjutas Marsi atmosfäär kõige rohkem päikesepaneele, mis toimisid väikeste langevarjudena ja aeglustasid sondi kiirust. Insenerid pidid selleks, et Marsi atmosfäär päikesepaneele ei lõhuks, ehitama need selliselt, et need taluksid temperatuure kuni 200 °C.

Elektroonika

Mars Reconnaissance Orbiteri pardaarvuti on 133 MHz, 10,4 miljoni transistoriga 32-bitine RAD750 protsessor. See protsessor on radiatsioonikindel versioon PowerPC 750st või G3-protsessorist, millel on eritellimusel ehitatud emaplaat. Protsessor võib tänapäevaste arvutitega võrreldes tunduda nõrk, kuid see on äärmiselt töökindel, vastupidav ning suudab töötada ka päikesetormide tingimustes.

Sondi kogutud info talletatakse 160 Gb (20 GB) välkmälumoodulisse, mis koosneb üle 700 mälukiibist, millest igaüks on mahutavusega 256 Mbit. See mahutavus tundub suur, aga arvestama peab asjaoluga, et üks HiRISE-i foto võib olla kuni 28 Gb suurune.

Side

Mars Reconnaissance Orbiteri pardal on siiani läbi aegade parim süvakosmosesse saadetud sidesüsteem. Sondi Electra sidepakk on UHF-sagedusalas töötav tarkvaraline raadio, mis võimaldab paindlikku suhtlust. Electra on projekteeritud selliselt, et see võib ise võtta ühendust Marsile läheneva, maanduva ja seal töötava kosmoseaparaadiga. Lisaks saab Marsil töötavad kulgurid Electra abil oma asukohta määrata. Süsteem koosneb suure võimendusega antennist, mille läbimõõt on kolm meetrit ja mille kaudu suhtlus Maaga toimub X-riba ja Süvakosmose sidevõrgu kaudu sagedusel 8 GHz. Andmeside maksimaalseks kiiruseks on 3–4 Mbit/s ja see on kümme korda kiirem kui varasematel Marsi tehiskaaslastel. MRO pardal on ka kaks 100 vatist X-riba elektroonilist võimendit (millest üks on varuks) ja üks 35 vatine Ka-riba võimendi.

Sondil on ka kaks madala võimendusega sideantenni, mis ei kasuta paraboolantenne ja võimaldavad Maaga suhelda ükskõik millise nurga alt. Neid antenne kasutati stardi ajal ja Marsi orbiidile sisenemise ajal ning edaspidi kasutatakse neid ainult hädaolukorras kui peamine sideantenn pole suunatud Maale.

Ka-riba sidesüsteemi otsustati kasutada muuhulgas ka sellise sidesüsteemi katsetamiseks tulevikumissioonide tarbeks. Teel Marsile katsetati süsteemi 36 korda ja Ka-riba katsed olid ette nähtud ka teadusmissiooni ajaks, kuid aeropidurdamise ajal läks üks võimenditest katki ning nüüd on suure võimendusega antennil ainult üks võimendi. Kui ka see võimendi katki läheb, ei saa sond enam kiiret andmesidet võimaldavat X-riba kasutada. Sel põhjusel otsustas JPL kõik Ka-riba katsetused lõpetada, et süsteemi liigsest koormusest säästa.

Novembris 2013 oli MRO Maale edastanud informatsiooni 200 terabitti. See tähendab, et Mars Reconnaissance Orbiter on edastanud kolm korda rohkem informatsiooni kui NASA teised sondid kokku.

Käitursüsteem ja asendikontroll

Mars Reconnaissance Orbiteri pardal on 20 tõukurit. Kuus suuremat tõukurit tekitavad tõukejõudu kokku 1020 N ja neid kasutati orbiidile sisenemisel. Kuuest keskmise suurusega tõukurist on igaüks eraldi tekitama tõukejõudu 20 njuutoni jagu ning neid kasutati Marsi orbiidile sisenemisel ja orbiidile sisenemise kõrguse määramiseks. Kaheksat väikest tõukurit, mis tekitavad tõukejõudu 0,9 njuutonit, kasutatakse igapäevaselt asendi määramiseks ja korrigeerimiseks.

MRO tõukurid ammutavad tööks vajalikku kütust 1175 liitrisest kütusepaagist, mis täideti stardi eel 1187 kg hüdrasiiniga. Enamik kütusest (70%) kasutati ära Marsi orbiidile sisenemisel, kuid sondil on järgi piisavalt kütust, et toimida kuni 2030. aastateni. Kütuse rõhku reguleeritakse heeliumi lisamisega.

Asendi määramisel kasutatakse lisaks tõukuritele ka nelja reaktsiooniratast, kuid neid kasutatakse tavaliselt siis, kui on tarvis äärmiselt stabiilset asendit (näiteks HiRISE-iga pildistamise ajal). Süsteemi kolm ratast kontrollivad igaüks ühte liikumisnurka ja neljas on tagavaraks. Üks reaktsiooniratas kaalub 10 kg ja see võib pöörelda kuni 6000 p/min.

Sond kasutab oma orbiidi ja vajalike manöövrite arvutamiseks kuutteist päikesesensorit (pooled on tagavaraks) ja kaht tähekompassi, mis annavad NASAle infot sondi asendi kohta. Lisaks kasutatakse kahte miniatuurset inertsimõõtmisüksust (MIMU), millest igaüks koosneb kolmest kiirendusandurist ja güroskoobist. Need süsteemid on äärmiselt olulised, sest kõrgresolutsiooniga fotode tegemiseks on vaja sondi kaamera väga täpset suunamist. Süsteemid on projekteeritud minimeerima ka vibratsiooni, et see ei häiriks piltide kvaliteeti.

Galerii

Sond

MRO fotosid Marsist

Teised kosmoseaparaadid

Viited

Marsi tehiskaaslased
NASA kosmosesondid
Marsi missioonid