ExoMars 2022 任务在最终测试中,ESA 和 Roscosmos 为即将发射做准备

by 海根·沃伦

欧洲航天局 (ESA) 和 Roscosmos 正在为 2022 年发射他们的联合 ExoMars 计划中的下一个任务做准备,该计划目前正在进行最后测试,然后运往哈萨克斯坦于明年 9 月发射。 

2022 年的天体生物学任务将看到期待已久的罗莎琳德富兰克林漫游车在俄罗斯 Kazachok 着陆器的帮助下登陆火星。在部署罗莎琳德·富兰克林后,着陆器还将在火星表面进行实验,因为这两个飞行器将共同努力寻找这颗红色星球上过去生命的迹象。

ExoMars 2022 在最终测试中

在施工延误、错过火星转移窗口以及 COVID-19 大流行之后, 罗莎琳德富兰克林、Kazachok 和其他 ExoMars 2022 任务系统 在明年运往哈萨克斯坦发射质子火箭之前,已经完成了重要的测试里程碑。

2019 年和 2020 年多次不成功的降落伞坠落测试导致工程师多次重新设计系统,导致 2021 年 6 月 24 日和 6 月 25 日的坠落和部署测试成功。 新的降落伞设计,如果在额外的测试中证明是安全的,将用于在 Kazachok 和 Rosalind Franklin 下降到火星表面时减慢他们的速度。

在对 Rosalind Franklin 及其相关着陆系统的测试取得进展的同时,欧空局已使用一种名为“地面测试模型”(GTM)的测试漫游车来检查地面操作、科学仪器和地形攀爬/移动。

GTM 测试在意大利都灵的 ALTEC 进行。 欧空局团队 已经使用火星车的 NavCam、LocCam、PanCam 和 CLUPI 相机仪器进行了测试,Rosalind Franklin 将使用这些仪器穿越火星地形。

除了四种相机仪器外,欧空局还测试了各种仪器,这些仪器对于收集样本、钻探火星和穿越具有挑战性的地形至关重要。 WISDOM、MicrOmega、拉曼、MOMA 和大型钻机等仪器都将在 GTM 上进行广泛测试,为 ESA 团队为任务做好准备。

在 ALTEC 之外,ESA 还完成了整个 ExoMars 2022 任务堆栈的平衡测试 泰雷兹阿莱尼亚太空公司 法国戛纳的洁净室设施。

为了在前往火星的过程中保持正常轨道,ExoMars 2022 航天器由载体模块、下降模块(后壳和隔热罩)、Kazachok 着陆器和 Rosalind Franklin 漫游车组成,将以每分钟 2.75 转的恒定速度旋转.

平衡测试确保航天器内外没有任何可能导致它移动或“摇晃”偏离航线的东西。

罗莎琳德富兰克林 和 Kazachok 目前预计将在未来几个月内运往拜科努尔航天发射场。到达那里后,它们将进行最后的发射准备工作,包括封装和与质子运载火箭配对。

罗莎琳德富兰克林和 Kazachok

2001 年,欧空局启动了 ExoMars 计划,计划在 2009 年向火星发送漫游车,并在接下来的几年内进行后续的火星样本返回任务。

ExoMars 的最初愿景最终将被取消;然而,在 2009 年,俄罗斯联邦航天局和欧空局签署了一项合同,共同执行两个独立的火星探测任务。当时,俄罗斯正计划将他们的 Fobos-Grunt 任务发送到火星卫星 Phobos。该任务将于 2011 年发射,在破坏性再入之前,上级故障将其搁浅在低地球轨道上。

2011 年 4 月,欧空局与 ExoMars 漫游车(现为 Rosalind Franklin)一起开发的另一款 ExoMars 漫游车 MAX-C 被正式取消,并决定只向火星发送一个漫游车。

概念艺术图展示了被取消的 MAX-C 漫游车的初步设计。 (图片来源:丽莎·普拉特、戴夫·比蒂、乔伊·克里斯普、斯科特·麦克伦南)

ExoMars 漫游车将由欧空局开发,并配备了来自其他机构、公司和欧空局合作伙伴的多种仪器。当时, NASA 原定参与火星车的开发和运营,但 2013 财年的预算终止了 NASA 对 ExoMars 的参与。

俄罗斯航天局 成为 ESA 的正式合作伙伴,最终的 ExoMars 计划得以制定。 微量气体轨道飞行器多年来一直是 ExoMars 的一部分,将在 ExoMars 漫游车和着陆器之前发射——两者都将由欧空局主要开发、建造和测试,Roscosmos 为航天器提供两次质子发射和几种仪器。

2014 年 3 月,计划于 2018 年发射,漫游车的建造者空中客车防务与航天英国分部开始采购其建造所需的关键部件。 2014 年 12 月,欧空局成员国批准了 ExoMars 漫游车的资金。

在此期间,开发建设 俄罗斯的哈萨克着陆器也开始了. Kazachok 将成为携带 Rosalind Franklin 并将其降落在地面上的下降飞行器,将搭载 13 台用于研究着陆点地面环境的仪器。

罗莎琳德·富兰克林准备在着陆后不久从 Kazachok 山顶滚下。 (信用:欧空局)

2016 年,随着计划的 2018 年发射日期越来越近,欧空局在科学有效载荷交付方面苦苦挣扎,该任务的其他目标也未能如期完成。由于这些问题,ExoMars 团队宣布将发射推迟到 2020 年 7 月。

随着漫游车的建造继续进行,漫游车的一个关键部件仍然缺失——名称。

2018 年夏季,欧空局发起了一项公开活动,为漫游车选择名称。在审查了公众提交的意见后,欧空局于 2019 年 2 月 7 日宣布,火星车将被命名为 罗莎琳德富兰克林,一位著名的女科学家,她研究并为理解病毒、RNA、DNA 等的分子结构做出了重要贡献。

建造完成后,火星车和 Kazachok 开始了广泛的测试活动。然而,在 2020 年,COVID-19 大流行迫使火星车和着陆器的工作停止,导致团队错过了 2020 年发射所需的关键最后期限。因此,发射被推迟到 2022 年。

GTM(地面测试模型)探索 ESA 在意大利的火星场的地形。 (来源:Thales Alenia Space)

罗莎琳德富兰克林 将携带的九种仪器包括全景相机 (PanCam)、ExoMars 红外光谱仪 (ISEM)、火星水冰地下沉积物观测 (WISDOM)、Adrom-RM、特写成像仪 (CLUPI)、火星多光谱成像仪地下研究 (Ma_MISS)、MicrOmega、拉曼激光光谱仪 (RLS) 和火星有机分子分析仪 (MOMA)。

Kazachok 将携带总共 13 件乐器。其中包括着陆器无线电科学实验 (LaRa)、可居住性、盐水、辐照和温度 (HABIT)、气象包 (METEO-M)、MAIGRET、波分析器模块 (WAM)、TSPP、接口和存储单元 (BIP)、IR傅里叶光谱仪 (FAST)、原子核-ExoMars 辐射主动检测 (ADRON-EM)、用于大气调查的多通道二极管激光光谱仪 (M-DLS)、用于土壤温度的射电温度计 (PAT-M)、灰尘颗粒大小、撞击和大气充电仪器套件 (Dust Suite)、地震仪 (SEM) 和用于大气分析的气相色谱-质谱仪 (MGAK) 仪器。

ExoMars 2022 的主要目标是寻找过去生命的迹象,自 2016 年以来,痕量气体轨道飞行器 (TGO) 一直在从轨道上进行这项工作。 TGO“嗅探”火星上层大气中的甲烷和其他微量气体,这些气体可能是过去生命的证据。

2016 年 3 月使用 TGO 和 Schiaparelli 着陆器启动 ExoMars 2016 任务。(图片来源:ESA/Stephanie Corvaja)

ExoMars 2022 计划在 2022 年 9 月的 12 天窗口内发射。发射后,ExoMars 2022 航天器(Rosalind Franklin、Kazachok、下降模块和载体模块)将在太空中滑行近八个月,定期醒来以执行当然更正烧伤和系统健康检查。

2023 年 6 月 10 日,下降舱将进入火星大气层,开始进入、下降和着陆阶段的任务。

在进入大气层、释放隔热罩、放下漫游车和着陆器、点燃着陆器的发动机并降落在火星表面后,罗莎琳德·富兰克林和卡扎乔克将开始地面作业。

ExoMars 2022 将从拜科努尔航天发射场使用 Proton-M/Briz-M 火箭发射,预计将降落在火星的 Oxia 平原地区。

(主图:艺术家对 ESA 的 Rosalind Franklin 漫游车和俄罗斯的 Kazachok 着陆器的印象。图片来源:ESA/ATG medialab)

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