Tianwen-1

Tianwen-1

ID NSSDC 2020-049A
Objetivo da missão Pesquisa de marteModelo: Sonda Infobox / manutenção / objetivo
Cliente Agência Espacial Nacional da ChinaModelo: Sonda Infobox / manutenção / cliente
Lançador 5 de março longoPredefinição: Sonda Infobox / manutenção / foguete portador
construção
Massa de decolagem aprox. 5000 kgPredefinição: Sonda Infobox / manutenção / massa de lançamento
Curso da missão
Data de início 23 de julho de 2020, 04:41 UTCModelo: sonda / manutenção / data de início da caixa de informações
plataforma de lançamento Wenchang CosmodromeModelo: sonda / manutenção / plataforma de lançamento da caixa de informações
Modelo: Sonda Infobox / manutenção / histórico
 
 23 de julho de 2020 começar
 
 10 de fevereiro de 2021 Entrada na órbita de Marte
 
 14 de maio de 2021 Aterrissando em Marte
 
 22 de maio de 2021 Rover rola da sonda para a superfície de Marte
 

Tianwen-1 ( chinês 天 問 一號 / 天 问 一号, Pinyin Tianwen Yihao  - " Questão 1 do céu ") por Yinghuo-1 , a segunda sonda de Marte construída pela República Popular da China . Consiste em um orbitador , um módulo de pouso e um rover . A sonda foi lançada em 23 de julho de 2020 com um veículo de lançamento Langer Marsch 5 e se tornou a primeira sonda chinesa de Marte a orbitar o planeta em 10 de fevereiro de 2021. O rover Zhurong pousou em 14 de maio de 2021 às 23h18 UTC no Utopia Planitia , onde está ativo desde 101 Sol .

Sobrenome

O nome refere-se a um poema atribuído a Qu Yuan (340-278 aC), no qual ele questionava a astronomia da época, conforme retratada em pinturas nas paredes dos templos ancestrais dos reis Chu : “Por que a eclíptica em 12 seções divididas? ”Qu Yuan fez a si mesmo perguntas sobre o céu. No poema original, as perguntas permanecem sem respostas; Tianwen-1 e suas sondas sucessoras agora devem encontrar as respostas.

Posição dentro do programa Mars

As primeiras negociações preliminares para o programa de Marte da República Popular da China ocorreram em junho de 2005. O início oficial do programa ocorreu em 26 de março de 2007 com a assinatura de um acordo de parceria entre a Administração Espacial Nacional da China e o estado russo agência espacial Roskosmos . O primeiro objetivo do programa de Marte era o desenvolvimento e a construção de um orbitador de Marte. A sonda espacial russa Phobos-Grunt , que transportava o orbitador chinês Yinghuo-1 , não passou de uma órbita de estacionamento após o lançamento em 9 de novembro de 2011 e queimou em 15 de janeiro de 2012 junto com Yinghuo-1 sobre o Pacífico Leste. Como resultado, a China iniciou seu próprio projeto Mars.

Yinghuo-1 deveria fotografar a superfície marciana para encontrar lugares adequados para um pouso posterior. Além disso, Wu Ji , o cientista-chefe da Yinghuo-1, e Wang Chi , responsável pelas cargas úteis da sonda, projetaram a missão principalmente para explorar a ionosfera marciana . O orbitador de Tianwen-1 assumiu essas duas tarefas de Yinghuo-1. Em preparação para o pouso do rover, ele mapeou a superfície de Marte por três meses. O cientista-chefe e especialista em ionosfera Wan Weixing reuniu as cargas úteis para observar o clima espacial em Marte.

Planejamento, desenvolvimento e construção dos componentes

Tianwen-1, como as sondas do programa lunar, foi construída pela Academia Chinesa de Tecnologia Espacial , com a Academia de Tecnologia Espacial de Xangai contribuindo com o orbitador. As cargas científicas (instrumentos) foram desenvolvidas sob a supervisão do Centro Nacional de Ciências Espaciais da Academia de Ciências de Pequim . Além de seu papel científico, a missão de Marte também serve para testar a nova tecnologia que será necessária para trazer amostras de Marte de volta à Terra na década de 2030.

No lançamento, a sonda pesava um total de cerca de 5 t, dos quais 3175 kg foram contabilizados pelo orbitador abastecido. O módulo de pouso pesava 1285 kg com o rover sem escudo térmico.

Orbiter

Depois que o primeiro-ministro Li Keqiang aprovou o projeto em 11 de janeiro de 2016 e as tarefas foram atribuídas, os engenheiros em Xangai começaram a construção do orbitador sob a direção de Zhang Yuhua (张玉 花, * 1968). Foi escolhida a forma de uma moeda hexagonal espessa com um orifício no meio, onde a parede interna da abertura, através da qual a pressão é transmitida ao módulo de pouso durante a decolagem e durante as manobras de controle da órbita, não era tubular, mas cônica após a inicial tentativas no módulo de pouso foi projetado afunilando. Os testes mostraram que desta forma, com o mesmo peso, a capacidade de carga da construção aumentou para 130% das necessidades. Na extremidade larga da abertura estão os tanques esféricos de combustível e o motor principal, entre o cone de suporte e a parede externa hexagonal os sistemas eletrônicos e os acumuladores alimentados por módulos solares dobráveis .

Um primeiro protótipo foi construído e submetido a testes de impacto e temperatura com a antena parabólica (diâmetro horizontal 2,5 m) montada na parede externa e as asas da célula solar desdobradas (vão de 13,6 m). Após esses testes terem sido satisfatórios, um protótipo idêntico à versão final foi construído em 2018, no qual os componentes eletrônicos foram testados, principalmente quanto à compatibilidade eletromagnética , mas também para o funcionamento das interfaces de comunicação entre o orbitador e o lançador, o rover e as estações terrestres. Em seguida, atribuído ao orbitador de missão foi construído e com o Grupo Lander-Rover integrado . O magnetômetro fluxgate a bordo do ônibus espacial foi construído por cientistas da Universidade Chinesa de Ciência e Tecnologia em Hefei , juntamente com colegas do Instituto de Pesquisas Espaciais da Academia Austríaca de Ciências , em Graz .

Países

A sonda utilizou um pára-quedas para a descida, mas principalmente um motor de freio controlável com 7,5 kN de empuxo, o mesmo YF-36A desenvolvido a partir de 2008, que tem sido usado em todas as aterrissagens chinesas desde Chang'e 3 (2013). A placa inferior do escudo térmico tinha um diâmetro de 3,4 m. O escudo térmico ablativo foi projetado de forma semelhante à da cápsula de pouso das espaçonaves Shenzhou , mas foi reforçado com uma estrutura em favo de mel. Para Tianwen-1, a receita do material foi alterada de tal forma que era mais forte por um lado, mas também tinha uma densidade menor , ou seja, era mais leve por outro . Além disso, a treliça de suporte em favo de mel foi reforçada nos pontos fortemente curvos, as “bordas” da laje de piso, por assim dizer, a fim de mantê-la dimensionalmente estável em vista das forças aerodinâmicas que ali atuam. O total de 70.000 orifícios em forma de favo de mel foram preenchidos com o material durante a fabricação da placa de base. A parte superior da blindagem térmica, inclinada para dentro em 20 °, por outro lado, consistia em um plástico reforçado com fibra de carbono não ablativo de média densidade, alta resistência e alto isolamento térmico. Além disso, uma camada ablativa de tinta foi aplicada, que não só serviu como proteção contra o calor, mas também protegeu a sonda das influências climáticas no Cosmódromo de Wenchang com seu ar salino e da perda de material devido à liberação de gases no vácuo.

Lander após o desembarque na Utopia Planitia. O tanque prateado na parte traseira da plataforma continha hélio para abastecer os motores.

A fase de integração do sistema foi iniciada em abril de 2019 e os primeiros testes da combinação lander-rover começaram sob a supervisão de Sun Zezhou , o projetista-chefe da sonda. Em 12 de outubro de 2019, foi publicada a primeira foto mostrando o orbitador no qual a combinação Lander-Rover está montada, que é cercado pelo escudo térmico. Em 14 de novembro de 2019, uma demonstração pública do procedimento de pouso ocorreu no local de teste polivalente para pousos em corpos celestes alienígenas do Instituto de Pesquisas de Engenharia Mecânica e Elétrica Relacionada ao Espaço, para o qual a Agência Espacial Nacional convidou cerca de 70 diplomatas e jornalistas de países com os quais a China trabalhou no Haviam trabalhado juntos em projetos espaciais no passado (incluindo Alemanha , Holanda , Itália , Brasil , Argentina , Arábia Saudita ). A força gravitacional de Marte, que é apenas um terço da da Terra, foi simulada com uma construção de corda. O módulo de pouso primeiro reduziu sua velocidade para zero, procurou um ponto livre entre as pedras espalhadas pelo local de teste e então se abaixou lá.

Em 10 de abril de 2020, um grupo de professores e alunos da Faculdade de Tecnologia Espacial da Universidade Aeroespacial de Nanjing chegou ao cosmódromo de Wenchang para verificar o farol de emergência que haviam construído na sonda real. Este dispositivo, que foi anexado à parte inferior da plataforma de pouso na parte traseira (a parte redonda, cor de bronze na imagem ao lado), era uma espécie de gravador de vôo que deveria enviar um sinal e transmitir os dados gravados para a terra em o caso de um pouso não programado.

Andarilho

O rover tem 2 × 1,65 × 0,8 metros de tamanho e, com 240 kg, é quase duas vezes mais pesado que o jadehase 2 do jadehase . Enquanto apenas um sexto da gravidade da Terra prevalece na Lua, esse valor é de cerca de um terço em Marte . O rover de Marte deve, portanto, ser construído para ser mais robusto e requer motores mais potentes do que o rover lunar. Como as temperaturas noturnas em Marte perto do equador são significativamente mais amenas a −85 ° C do que na lua (até −180 ° C), o rover de Marte não tem um elemento de aquecimento por radionuclídeo , mas extrai sua energia de células solares, complementado por duas garrafas químicas de água quente.

Objetivos da missão

Objetivos técnicos

  • Girando em uma órbita de Marte, descendo pela atmosfera marciana, pousando
  • Orbitadores e módulo de pouso que agem de forma autônoma por um longo período de tempo
  • Controle e recepção de dados em uma distância de 400 milhões de quilômetros
  • Aquisição de experiência para o desenvolvimento de sistemas para sondas espaciais de operação autônoma

Objetivos científicos

  • Pesquisa sobre a topografia e composição geológica de Marte: criação de mapas de alta resolução de áreas selecionadas; Pesquisa sobre as origens e evolução da composição geológica de Marte.
  • Pesquisa sobre as propriedades do rególito de Marte , bem como a distribuição de água gelada nele: Medição da composição mineralógica do rególito de Marte , de intemperismo e sedimentação , bem como a ocorrência dessas peculiaridades em todo o Marte; Procure por gelo de água; Exploração da estrutura de camadas do rególito de Marte.
  • Pesquisa sobre a composição do material da superfície: identificação dos tipos de rocha na superfície de Marte; Exploração de depósitos de minério secundárias, isto é ígnea minério de depósitos que vieram à superfície de Marte através de elevação; Determinação do conteúdo mineral dos minérios na superfície de Marte.
  • Exploração da ionosfera, clima espacial e clima da superfície de Marte: medição da temperatura, pressão do ar e sistemas de vento na superfície; Pesquisa sobre a estrutura da ionosfera e as mudanças sazonais no clima marciano.
  • Explorando a estrutura interna de Marte: medindo o campo magnético; Pesquisa sobre o início da história geológica de Marte, a distribuição dos vários tipos de rocha dentro do planeta e a medição de seu campo gravitacional .

O geólogo planetário Ernst Hauber, do Centro Aeroespacial Alemão, criticou o facto de não se pretender disponibilizar gratuitamente ao público científico os dados recolhidos pela sonda, como é habitual na ESA e NASA , mas que é inicialmente fornecido pelo National autoridade em ciência, tecnologia e indústria na defesa nacional deve ser mantida a sete chaves. Existem três níveis de autorização de acesso para o segmento terrestre do programa Mars da República Popular da China : Em princípio, os dados brutos são repassados ​​apenas aos fabricantes dos instrumentos para que estes possam aprimorar seus dispositivos. As tabelas, imagens e gráficos criados a partir dos dados brutos são disponibilizados aos usuários registrados, que por sua vez são divididos em um “círculo interno” (内部 用户, Nèibù Yònghù ) e “estranhos” (外部 用户, Wàibù Yònghù ). Em 12 de junho de 2021, um mês após o rover pousar, os dados brutos já foram transmitidos a institutos na Áustria, França e Rússia com os quais houve cooperação no desenvolvimento e construção da sonda. Em meados de agosto de 2021, os primeiros dados foram então processados ​​em tabelas etc., e grupos de pesquisa chineses puderam se inscrever para acesso aos dados. A partir de então, novos dados foram publicados em intervalos mensais.

Instrumentos científicos

Orbiter

Instrumentos científicos do orbitador
  • Câmera com lente grande angular e resolução média (MoRIC): 100 m por pixel em uma largura de 400 km a uma altitude de 400 km; vermelho, verde, azul.
  • Panchromatic câmara com alta resolução (HiRIC): 2,5 m (em foco 0,5 m) por pixel, imagens a cores: 10 m (em foco 2 m) por pixel mais de uma largura de 9 km a uma altura de 265 km.
  • Radar de penetração no solo (MOSIR) com dois pares de antenas cada 5 m de comprimento para a faixa de frequência de 10-20 MHz e 30-50 MHz com uma potência de transmissão de 100 W para explorar estruturas subterrâneas, com areia até uma profundidade de alguns centenas de metros, nas calotas polares até uma profundidade de alguns quilômetros, com resolução vertical de 1 me resolução horizontal de 10 m. Além disso, um receptor de baixa frequência (VLFRR) está disponível para a faixa entre 10 kHz e 10 MHz com uma resolução de 1 kHz Faixa de 10–500 kHz e 20 kHz na faixa de 500 kHz - 10 MHz disponíveis. O receptor de baixa frequência foi usado para observações durante o vôo para Marte.
  • Detector hiperespectral (MMS) com 72 canais para minérios de Marte (luz visível e infravermelho próximo ou 0,45-3,40 μm; resolução de 10 nm na faixa do visível, 12 nm a 1,0-2,0 μm, 25 nm de 2,0 μm). A resolução espacial deste dispositivo é 1,06 km - 3,2 km por pixel ou 265 m - 3,2 km por pixel, dependendo do modo de operação.
  • Magnetômetro de Marte (MOMAG) em uma lança de 3 m de comprimento para pesquisar a interação entre a ionosfera de Marte , a magnetosfera e o vento solar (faixa de medição: ± 10.000  nT , resolução: 0,01 nT).
  • Detector de partículas para íons e partículas neutras (MINPA) para estudar a interação entre o vento solar e a atmosfera marciana e investigar sua fuga. Íons com energia cinética entre 5 eV e 25 keV e partículas neutras entre 50 eV e 3 keV são medidos  . Este dispositivo pode diferenciar entre diferentes íons e as importantes partículas neutras de hidrogênio, hélio e oxigênio.
  • Detector de partículas para partículas energéticas (MEPA) para mapear sua distribuição espacial durante o vôo para Marte e na área marciana. Elétrons entre 0,1 MeV e 12 MeV, prótons entre 2 MeV e 100 MeV e íons pesados com uma energia cinética entre 25 MeV e 300 MeV são medidos .

Andarilho

Modelo do rover no IAC 2018 em Bremen
  • Câmera topográfica (2048 × 2048 pixels, imagens coloridas para distâncias de 0,5 m)
  • Câmera multiespectral (480 nm, 525 nm, 650 nm, 700 nm, 800 nm, 900 nm, 950 nm, 1000 nm, ou seja, azul para infravermelho )
  • Radar de penetração no solo com dois canais : um canal de baixa frequência para uma profundidade de 10–100 m com uma resolução de alguns metros e um canal de alta frequência para uma profundidade de 3-10 m com uma resolução de alguns centímetros
  • Dispositivo para medir a composição do material da superfície marciana por meio de espectroscopia de plasma induzida por laser ( Si , Al , Fe , Mg , Ca , Na , O , C , H , Mn , Ti , S etc.) e espectrômetro infravermelho (850 -2400 nm com uma resolução de 12 nm)
  • Dispositivo para medir o campo magnético na superfície de Marte (faixa de medição: ± 2000 nT, resolução: 0,01 nT, temperatura estável 0,01 nT / ° C, funciona em conjunto com o magnetômetro no orbitador)
  • Estação meteorológica (temperatura: -120 ° C a +50 ° C com resolução de 0,1 ° C, pressão do ar: 1–1500  Pa com resolução de 0,1 Pa, velocidade do vento: 0–70 m / s com resolução de 0,1 m / s, direção do vento: 0 ° –360 ° com uma resolução de 5 °, microfone: 20 Hz - 20 kHz com uma sensibilidade de 50 mV / Pa)

Para obter resultados o mais rápido possível após o pouso planejado para o início do verão de 2021, o centro de exploração lunar e projetos espaciais da agência espacial nacional começou no início de julho de 2019 sob a direção do engenheiro elétrico Jie Degang (节 德刚, * 1978), a Reúna um grupo de cientistas que deveriam se familiarizar com os instrumentos da sonda com antecedência, a fim de pensar em projetos de pesquisa específicos e tornar os dados utilizáveis ​​imediatamente após o recebimento. O grupo-alvo da campanha de recrutamento foram jovens cientistas de universidades e institutos de pesquisa chineses; Estrangeiros não eram elegíveis.

Fluxo da missão

Iniciar e transferir pista

Lançamento de Tianwen-1 em 23 de julho de 2020

Um Changzheng 5 atuou como veículo de lançamento da sonda . Entre 23 de julho e 5 de agosto de 2020, havia uma janela de início diário de 30 minutos cada. Como a Terra e Marte se moveram em relação um ao outro durante este período, isso exigia uma órbita ligeiramente diferente a cada dez minutos. Portanto, havia um total de 42 trajetórias possíveis. Eles foram programados no controle do foguete e o foguete selecionou a rota de vôo apropriada no momento do lançamento.

A sonda de 5 t foi lançada em 23 de julho de 2020 às 04h41 UTC . Cerca de três minutos após a decolagem, os quatro propulsores de oxigênio líquido a querosene se separaram do lançador de dois estágios. Seis minutos após o lançamento, o míssil estava fora da atmosfera e a carenagem de carga foi aberta e ejetada. Oito minutos após a decolagem, o primeiro estágio foi desconectado e o estágio superior acendeu os dois motores. Após mais três minutos e meio, os motores foram desligados e o foguete entrou em vôo sem motor por cerca de 16 minutos, técnica que foi testada em 27 de dezembro de 2019 no terceiro vôo desse tipo de foguete. Os motores foram então  religados por 7 minutos e a trajetória foi corrigida. 36 minutos após o lançamento, o foguete percorreu cerca de 10.000 km e atingiu a órbita de transferência planejada para Marte a uma altitude de 200 km. A sonda foi separada do estágio superior do foguete e voou sem energia em direção a Marte a uma velocidade de 11,5 km / s (um pouco mais do que a velocidade de fuga necessária de 11,2 km / s). Para tanto, foi escolhido o chamado " Hohmann Bahn ", que só é possível uma vez a cada 26 meses por três semanas e meia, mas requer menos combustível na decolagem e permite um maior peso de carga útil.

Às 05:21 UTC, a estação espacial profunda Zapala na Argentina (uma ramificação do centro de controle de satélites de Xi'an ) capturou a sonda pela primeira vez . 13:37 a estação espacial profunda seguiu Giyamusi e pouco depois das 17 horas, a estação espacial profunda Kashgar . Usando interferometria de base longa , foi possível confirmar a partir das três estações que a sonda estava no caminho correto. Em 1º de agosto de 2020 às 23:00 UTC - após 230 horas de vôo ou 3 milhões de quilômetros percorridos - a primeira manobra de correção de órbita ocorreu conforme planejado. O motor principal do orbitador, originalmente desenvolvido para a sonda lunar Chang'e 5 , com impulso de 3 kN, foi colocado em operação por 20 segundos. Além de regular a direção e a velocidade, era usado principalmente para coletar dados sobre o comportamento do motor, que eram incluídos nos cálculos para futuras manobras em órbita. A segunda manobra de correção de órbita ocorreu em 20 de setembro de 2020 às 15h00 ou após um vôo de 60 dias e após 160 milhões de quilômetros percorridos. Aqui, quatro dos oito propulsores de controle de posição com impulso de 120 N cada foram colocados em operação por 20 segundos. Além de uma pequena correção de órbita, esta manobra também foi usada principalmente para testar os motores.

Transferência de órbita de Hohmann para Marte

Para uma inspeção visual da sonda durante o vôo, a Shanghai Academy for Space Technology , que é responsável pela construção do orbitador, desenvolveu um sistema no qual uma pequena câmera pesando um total de 950 g é ejetada com um baixo impulso ( a câmera real pesa 680 g, o resto faz parte do mecanismo), que é equipado na frente e atrás com uma lente grande angular e um sensor CCD de 800 × 600 ou 1600 × 1200 pixels. Enquanto a câmera, constantemente virando, desaparece na vastidão do espaço, ela tira uma foto a cada segundo. As fotos são enviadas da câmera para a sonda por meio de uma WLAN com alcance de 400 m. Este, por sua vez, transmite as imagens de volta ao Centro de Controle Espacial de Pequim . Tianwen-1 tem várias dessas câmeras descartáveis, a primeira das quais foi implantada em 1º de outubro de 2020, feriado nacional da China.

Em 9 de outubro de 2020 às 15h00 UTC, as estações espaciais profundas de Kashgar e Giyamusi estiveram envolvidas em uma grande manobra de mudança de órbita com duração de bons 8 minutos. Outra correção de órbita mínima ocorreu em 28 de outubro de 2020 às 14h00. Aqui, 8 dos 12 propulsores de controle de atitude foram acendidos brevemente a 25 N, também para verificar sua funcionalidade. A essa altura, 97 dias após o lançamento, a sonda já havia viajado 256 milhões de quilômetros, cerca de metade da distância planejada. Uma última manobra de correção de órbita antes de entrar na órbita de Marte ocorreu em 5 de fevereiro de 2021 às 12:00 UTC a uma distância de 1,1 milhão de quilômetros de Marte, com 8 dos 12 propulsores de controle de atitude de 25 N de impulso sendo acionados novamente por 12 segundos. A sonda já havia tirado a primeira foto de Marte de uma distância de 2,2 milhões de quilômetros e enviada ao segmento terrestre em Pequim. A essa altura, 197 dias após o lançamento, a sonda já havia viajado 465 milhões de quilômetros em sua órbita de transferência.

Órbita de estacionamento

Em 10 de fevereiro de 2021 às 11h52 UTC, a sonda acendeu seu motor principal por 15 minutos e girou em uma órbita altamente elíptica (altitude 400-180.000 km) em torno de Marte, inclinada em 10 ° em relação ao equador, com um período orbital de 10 dias. Junto com o pouso, esta foi uma das manobras mais críticas da missão. Se o motor não tivesse acendido exatamente no momento certo, a sonda teria caído em Marte ou - como a sonda japonesa Nozomi em 2003 - passado voando pelo planeta. A distância entre os dois planetas é de 56 a 401 milhões de quilômetros, dependendo de onde em suas respectivas órbitas ao redor do Sol estão a Terra e Marte . Isso resulta em um tempo de trânsito do sinal para a rota de mão única de 3,1 a 22,3 minutos. Em 10 de fevereiro de 2021, no momento em que a sonda entrou na órbita de Marte, a distância entre a Terra e Marte era de 192 milhões de quilômetros e o tempo de propagação do sinal era de 10,7 minutos.

O controle direto de uma sonda de Marte não é possível devido ao longo tempo de propagação do sinal. Os engenheiros do Centro de Controle Espacial de Pequim contornam esse problema monitorando continuamente o voo da sonda com as antenas da rede espacial chinesa por um período de uma semana antes de uma manobra em órbita e usando o Delta-DOR- Determine o procedimento com precisão . Levando em consideração fatores como a atração dos vários corpos celestes, liberação de gases nas superfícies da sonda voltada para o sol, etc., um modelo de computador do provável caminho posterior é criado e o tempo de ignição do motor é calculado. Isso é transmitido por rádio para a sonda, que então liga automaticamente seus motores quando chega a hora.

Para manobras orbitais, o orbitador de Tianwen-1 compreende um total de 21 motores: um motor principal com 3  kN de empuxo, oito propulsores de controle de atitude 120 N de força de impulso e doze propulsores de controle de atitude com 25 N de força de impulso, todos da Academia de foguetes de propelente líquido tecnologia produzida. Em 12 de fevereiro de 2021, o Ano Novo Chinês , o Centro de Exploração Lunar e Projetos Espaciais da Agência Espacial Nacional divulgou dois vídeos do processo de rotação gravados por várias câmeras a bordo.

Mapa de Marte com a área de pouso principal e os locais de pousos anteriores em Marte

Em 15 de fevereiro de 2021 às 9h UTC, a sonda ligou seu motor principal de 3 kN e girou para fora da órbita quase equatorial para a órbita polar. Ao mesmo tempo, o Periares (altitude de voo mais baixa) foi baixado para 265 km. Outra manobra orbital ocorreu em 20 de fevereiro. Em 23 de fevereiro de 2021 às 22h29 UTC, a sonda finalmente realizou a manobra de órbita final com a qual entrou na órbita de estacionamento. Em uma órbita inclinada por 86,9 ° em relação ao equador com uma órbita de dois dias de Marte e de uma altitude de 280 km no ponto mais próximo de Marte e 59.000 km no ponto mais distante de Marte, ela então explorou as duas áreas de aterrissagem possíveis por cerca de três meses:

  • Uma depressão no extremo sul da Utopia Planitia na longitude 110.318 ° leste e latitude 24.748 ° norte, que se formou no final do período de Hesperian há cerca de 2 bilhões de anos. Esse era o objetivo principal.
  • Um ponto no sudeste da Utopia Planitia, onde a lava do vulcão Elysium Mons fluiu para a planície. Esse era o alvo da reserva.

Agora todos os sete instrumentos do orbitador foram colocados em operação. Os mais importantes aqui são a câmera de alta resolução com a qual a sonda - graças à órbita muito baixa - pode tirar fotos com resolução de 0,5 m por pixel no foco da lente, a câmera grande angular com resolução média e o espectrômetro para explorar recursos minerais. Durante a fase de observação da órbita de estacionamento, não foi dada atenção apenas à topografia , mas também foram realizadas observações meteorológicas detalhadas ao longo do corredor de aproximação destinado ao pouso, a fim de obter uma impressão da frequência e duração das tempestades de areia e poeira . A câmera de alta resolução pode gravar o terreno linha por linha ( vassoura ), bem como digitalizá-lo ponto a ponto ( matriz plana ou vassoura ) para medir com precisão áreas importantes e formações de terreno de interesse. A câmera grande angular pode definir seu tempo de exposição de forma independente, além de ser controlada remotamente da terra. É usado principalmente para documentar mudanças de longo prazo no terreno. Em 4 de março de 2021, a Agência Espacial Nacional publicou as primeiras imagens capturadas da órbita de estacionamento.

aterrissagem

Depois que os técnicos decidiram sobre a área de pouso principal no sul da Utopia Planitia, a sonda acendeu quatro dos oito motores de controle de atitude com 120 N de empuxo cada em 14 de maio de 2021 por volta das 17h UTC por uns bons dois minutos e baixou sua órbita. Três horas depois, por volta das 20h00 UTC, o grupo lander-rover foi desconectado do orbitador. Se houvesse problemas com isso, a sonda teria reconhecido por conta própria e abortado o processo de separação. Ela teria voado como um todo e teria esperado mais tarde para pousar. 30 minutos após a separação, o veículo orbital voltou à órbita de estacionamento com outra manobra orbital.

Durante o pouso, houve uma rápida e forte mudança na velocidade - em nove minutos de 4,8 km / s para zero - que, devido ao efeito Doppler , levou à frequência da onda portadora para os sinais de telemetria normalmente utilizados Mudanças na banda X em até 200 kHz; a uma velocidade de até 3,5 kHz / s. Como resultado, a comunicação entre a sonda e o orbitador ocorreu na faixa de decímetro da onda a partir do momento do desacoplamento , onde este efeito é menos pronunciado. Para o fornecimento de energia após a desconexão do orbitador, o módulo de pouso usou baterias de fluoreto de carbono e lítio desenvolvidas pela China Electronics Technology Group Corporation , que descarregaram pouco durante o voo de sete meses, mesmo sob forte luz solar, e pesavam 5 kg a menos que um conjunto correspondente Baterias de íon de lítio .

O Grupo Lander-Rover surgiu cerca de 3 horas após a separação do orbitador a uma altitude de 125 km em um ângulo de 11,2 ° na atmosfera, onde inicialmente por 5 minutos sozinhos por sua resistência ao fluxo e elevação dinâmica a taxa de 4,8 km / s (ou seja, 17.280 km / h) reduzido para 460 m / s. Durante este tempo, a cápsula inicialmente regulou sua posição de vôo por meio de pequenos motores de controle de gás frio , de cerca de 900 m / s com uma asa de compensação estendida . Em seguida, o paraquedas supersônico abriu a uma altura de 4 km e freou a sonda de 460 m / sa 95 m / s por 90 segundos. A uma altura de 1,5 km acima da superfície, o paraquedas caiu, o motor do freio foi acionado e, com seu impulso de 7,5 kN, reduziu a velocidade de queda em mais 90 segundos para apenas 3,6 m / s, com uma lateral (lateral ) Velocidade máxima de 0,9 m / s. A sonda pairou 100 m acima do solo por um curto período de tempo, como com as sondas lunares Chang'e 3 e Chang'e 4 , usando um telêmetro a laser, um velocímetro de microondas e um scanner a laser de imagem tridimensional com um campo de visão de 30 ° × 30 ° para a busca independente por um local nivelado livre de pedregulhos - para manobrar o módulo de pouso tinha 20 motores menores com 250 N de empuxo cada e seis com 25 N - sobre os quais ele então se abaixou lentamente. O último impulso em contato com o solo às 23h18 UTC, nove minutos após entrar na atmosfera, foi interceptado pelas quatro pernas de pouso. O local de desembarque está localizado a 109,9 ° de longitude leste e 25,1 ° de latitude norte.

Em 2 de junho de 2021, o orbitador tirou uma foto da área de pouso com sua câmera de alta resolução, que a Agência Espacial Nacional divulgou cinco dias depois, junto com uma imagem pré-pouso da mesma área. De sudoeste para nordeste, a laje de piso descartada podia ser vista ali, cerca de 1,5 km adiante a parte superior do escudo térmico com o pára-quedas, e outros 400 m adiante o módulo de pouso com o rover localizado um pouco ao sul dele naquele momento. Em uma das fotos panorâmicas que o rover tirou da plataforma de pouso, o topo enegrecido de fuligem do escudo térmico e o pára-quedas branco deitado de lado podem ser vistos à distância. As ditas imagens panorâmicas também mostram a descoloração do solo marciano estendendo-se ao norte e ao sul, causada pelo fato de os tanques de combustível da sonda terem sido esvaziados após o pouso para evitar o risco de explosão. Os gases e aerossóis criados no quase vácuo de Marte dispararam dos dois lados, apenas para afundar na superfície marciana e congelar.

Exploração

O rover durante o transporte e em ação

Após o pouso, o rover primeiro executou uma autoverificação de seus sistemas e obteve imagens panorâmicas do local de pouso. Enquanto isso, em 17 de maio de 2021, o orbitador realizou outra manobra orbital e entrou em uma órbita de relé elíptico medindo 265 × 15.000 km com um tempo de órbita de 8,2 horas. Como um dia marciano dura 24,6 horas terrestres, isso significa que a órbita orbita o planeta exatamente três vezes por dia marciano. Dessa forma, em cada dia marciano, ele está uma vez em seu ponto mais próximo e uma vez em seu ponto mais distante diretamente acima do rover e pode transmitir sinais de controle da terra para ele, bem como transmitir dados enviados pelo rover para a terra. Em 22 de maio de 2021 às 02h40 UTC, o rover rolou para o leste da área de carregamento do módulo de pouso e começou a explorar.

Durante os primeiros 90 dias em Marte (cerca de 92 dias terrestres, a expectativa original de vida do rover), o orbitador começou, além de sua função de satélite retransmissor, com a exploração científica da superfície marciana. Como o rover ainda estava funcionando perfeitamente em 15 de agosto de 2021, o fim nominal de sua missão principal, foi decidido manter esse modo de funcionamento por mais um mês. A transferência de dados do orbitador para a Terra ocorre através da banda X com uma taxa de transferência de dados de 16–4069 kbit / s. Os sinais são recebidos com as antenas do segmento terrestre do programa Marte em Miyun , Kunming e Wuqing . Em 8 de outubro de 2021, no entanto, encontra-se a conjunção da Terra, Sol e Marte, os dois planetas estão quase em linha com o Sol no meio. Neste momento, por cerca de 50 dias, de meados de setembro ao final de outubro de 2021, a radiação eletromagnética do sol interrompe a ligação de rádio entre o orbitador e as estações terrestres. Portanto, durante esse tempo, o orbitador e o rover interromperão suas atividades de exploração e entrarão em modo seguro. Após o término da interferência de rádio, o orbitador é colocado em sua órbita de missão real de 265 × 11.900 km com um tempo orbital de 7,8 horas usando uma manobra de correção de órbita. A partir dessa órbita polar, o orbitador fará um reconhecimento intensivo de longo alcance.

Os parâmetros orbitais das órbitas da missão foram escolhidos porque o orbitador assim em Periares na ionosfera de entrar em Marte, o km entre 110 e km se estende 400 No caminho para as Apares em 11,900 km, o orbitador atravessa as camadas complexas e variáveis da magnetosfera de Marte: a onda de choque arco do vento solar, o chamado magnetobainha entre a onda de choque arco e magnetopausa ea cauda magnética o lado de Marte voltado para longe do sol. Os cientistas liderados por Li Chunlai estão particularmente interessados ​​na área entre 6100 km e 11.200 km acima da superfície de Marte, a fim de complementar os dados da extremidade da cauda magnética medida pela sonda americana MAVEN até uma altitude de 6228 km. Com o detector de partículas, que pode registrar íons de baixa energia na faixa entre 5 eV e 25 keV, a lacuna de observação do MAVEN entre 50 eV e 3 keV deve ser preenchida.

Além de explorar a ionosfera e a magnetosfera, a superfície de Marte também será investigada em órbita. Se o orbitador estiver a menos de 800 km acima da superfície, a polarização dupla (horizontal-horizontal ou horizontal-vertical) do radar de penetração no solo pode ser usada, semelhante a um radar meteorológico polarimétrico , para investigar o gelo de água na ou abaixo da superfície de Marte. Além disso, o uso combinado de vários instrumentos torna possível criar um mapa topográfico preciso de Marte. As gravações feitas pela câmera com resolução média se sobrepõem em até 60% na direção do vôo, a sobreposição lateral das faixas em circuitos sucessivos é de até 15%. Isso permite a criação de modelos tridimensionais de terreno ( medição de foto aérea ). Com a câmera de alta resolução, os detalhes são adicionados com uma resolução de 50 cm ( registro de imagem ) e a altura das formações do terreno é determinada usando o radar de penetração no solo com precisão de 1 m. Além da geomorfologia ao redor do local de pouso, os cientistas estão particularmente interessados ​​em estruturas criadas por água corrente, vulcões, erosão pelo vento, crateras de impacto e geleiras das regiões polares.

Links da web

Commons : Tianwen-1  - Coleção de fotos e vídeos

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