Het nieuwe gezamenlijke Mars-exploratieprogramma van NASA en ESA is snel in opmars om een overeengekomen kader te implementeren om een ambitieuze nieuwe generatie rode planeetorbiters en -landers te bouwen, te beginnen met de lanceringsvensters van 2016 en 2018.
De door Europa geleide ExoMars Trace Gas Mission Orbiter (TGM) is geselecteerd als het eerste ruimtevaartuig van het gezamenlijke initiatief en zal naar verwachting in januari 2016 worden gelanceerd aan boord van een door NASA geleverde Atlas 5-raket voor een cruise van 9 maanden naar Mars. Het doel is om sporengassen in de atmosfeer van Mars te bestuderen, in het bijzonder de bronnen en concentratie van methaan, die significante biologische implicaties heeft. Variabele hoeveelheden methaan zijn gedetecteerd door een marsweger en telescopen op aarde. De orbiter zal waarschijnlijk worden vergezeld door een kleine statische lander die wordt geleverd door ESA en de Entry, Descent and Landing Demonstrator Module (EDM) wordt genoemd.
Het NASA Mars-programma verschuift zijn wetenschappelijke strategie om samen te vallen met de nieuwe joint venture met ESA en ook om voort te bouwen op recente ontdekkingen van de huidige internationale vloot van Mars-orbiters en oppervlakte-ontdekkingsreizigers Spirit, Opportunity en Phoenix (zie mijn eerdere marsmozaïeken). Doug McCuiston, NASA's directeur van Mars Exploration op het hoofdkantoor van NASA vertelde me in een interview dat: "NASA vordert snel van‘ Follow the Water ’door de bewoonbaarheid te beoordelen en naar een thema van‘ Seeking the Signs of Life ’. Rechtstreeks zoeken naar leven is waarschijnlijk een naald in de hooiberg, maar de handtekeningen van vroeger of nu leven kunnen breder worden verspreid via organische stoffen, methaanbronnen, enz. ”.
NASA en ESA zullen volgens McCuiston een "Aankondiging van kansen voor de orbiter in januari 2010" uitbrengen met voorstellen voor een reeks wetenschappelijke instrumenten. “De wetenschappelijke instrumenten worden competitief geselecteerd. Ze staan open voor deelname door Amerikaanse wetenschappers die ook kunnen dienen als de Principal Investigators (PI's) ". De voorstellen moeten binnen 3 maanden worden ingediend en zullen gezamenlijk worden beoordeeld door NASA en ESA. De selectie van instrumenten is gepland voor aankondiging in juli 2010 en de totale kosten van de door NASA gefinancierde instrumenten worden beperkt tot $ 100 miljoen.
“De missie van 2016 moet nog formeel worden goedgekeurd door NASA na een voorlopige ontwerpevaluatie, die eind 2010 of begin 2011 zal plaatsvinden. De financiering tot die tijd wordt gedekt door de wig van het Mars-programma voor het volgende decennium, waar alle missies met nieuwe start verblijven totdat ze worden goedgekeurd of niet, door de Agency ”, vertelde McCuiston me. De Raad van Ministers van ESA gaf zojuist het "groene licht" en keurde formeel een initiële begroting van 850 miljoen euro ($ 1,2 miljard) goed om op 17 december op het ESA-hoofdkantoor in Parijs, Frankrijk, hun ExoMars-programma voor de missies 2016 en 2018 uit te voeren. Binnen twee jaar wordt nog eens 150 miljoen euro gevraagd om de financieringsbehoefte voor beide missies te voltooien.
ESA heeft zijn eigen ExoMars-programma voor ruimtevaartuigen herhaaldelijk moeten uitstellen sinds het enkele jaren geleden werd aangekondigd vanwege de toenemende complexiteit, ontoereikende begrotingen en technische uitdagingen, wat resulteerde in een schrapping van de wetenschappelijke doelstellingen en een vermindering van het gewicht van de landed science payload. De ExoMars-rover was oorspronkelijk gepland voor lancering in 2009 en is nu gepland voor 2018 als onderdeel van de nieuwe architectuur.
De Trace Gas-orbiter combineert elementen van ESA's eerder voorgestelde ExoMars-orbiter en NASA's voorgestelde Mars Science Orbiter. Zoals momenteel wordt voorgesteld, zal het ruimtevaartuig een massa van ongeveer 1100 kg hebben en een wetenschappelijke lading van ongeveer 115 kg dragen, het minimum dat nodig wordt geacht om zijn doelen te bereiken. De instrumenten moeten zeer gevoelig zijn om de identiteit en extreem lage concentratie van atmosferische sporengassen te kunnen detecteren, de ruimtelijke en temporele variatie van methaan en andere belangrijke soorten te karakteriseren, de oorsprong van de sporengassen te lokaliseren en te bepalen of ze veroorzaakt door biologische of geologische processen. Huidige fotochemische modellen kunnen de aanwezigheid van methaan in de martain-atmosfeer niet verklaren, noch de snelle verschijning en vernietiging ervan in ruimte, tijd of hoeveelheid.
Tot de geplande instrumenten behoren een gasdetector en mapper voor sporen, een infrarood warmtebeeldcamera en zowel een groothoekcamera als een stereokleurencamera met hoge resolutie (resolutie van 1-2 meter). "Alle gegevens worden gezamenlijk gedeeld en voldoen aan het NASA-beleid inzake volledig open toegang en plaatsing in het Planetary Data System", aldus McCuiston.
Een andere belangrijke doelstelling van de orbiter zal zijn om een datarelay-capaciteit in te stellen voor alle oppervlaktemissies tot 2022, te beginnen met de lander van 2016 en twee rovers met sleuven voor 2018. Dit tijdsbestek kan mogelijk samenvallen met Mars Sample Return-missies, een lang gezocht doel van velen wetenschappers.
Als het budget het toelaat, is ESA van plan een kleine metgezel (EDM) op de rug te vervoeren, die kritieke technologieën voor toekomstige missies zou testen. McCuiston vertelde me dat: “Het doel van deze ESA Technology Demonstrator is het valideren van het vermogen om een gematigde lading te landen, dus de selectie van de landingsplaats zal niet wetenschappelijk gedreven zijn. Dus verwacht iets als Meridiani of Gusev - groot, plat en veilig. NASA zal ESA-engineering assisteren zoals gevraagd en binnen ITAR-beperkingen. ” EDM zal parachutes, radar en clusters van pulserende vloeibare voortstuwingsmotoren gebruiken om te landen.
"ESA plant een concurrerende oproep voor instrumenten met een laadvermogen van 3-4 kg", legt McCuiston uit. "De aankondiging van kansen staat ook open voor Amerikaanse indieners, dus er kunnen enkele Amerikaanse PI's zijn. ESA wil dat een camera 'bewijst' dat ze op de grond zijn gekomen. Anders is er geen belangrijke rol gepland voor NASA in de EDM ”.
De lander zou waarschijnlijk als weerstation functioneren en een relatief korte levensduur hebben, misschien 8 Sols of Marsdagen, afhankelijk van de capaciteit van de batterijen. ESA neemt geen energiebron voor de lange termijn op, zoals van zonnepanelen, dus de oppervlaktewetenschap zal dus beperkt zijn in duur.
Bij aankomst op Mars zouden de orbiter en de lander uit elkaar gaan. De orbiter zal een reeks aerobraking-manoeuvres gebruiken om zich uiteindelijk te vestigen in een 400 km hoge cirkelvormige wetenschappelijke baan die schuin staat op ongeveer 74 graden.
De gezamenlijke Mars-architectuur werd afgelopen zomer formeel overeengekomen tijdens een bilaterale ontmoeting tussen Ed Weiler (NASA) en David Southwood (ESA) in Plymouth, VK. Weiler is NASA's Associate Administrator voor het Science Mission Directorate en Southwood is ESA's Director of Science and Robotic Exploration. Ze ondertekenden een overeenkomst die het Mars Exploration Joint Initiative (MEJI) oprichtte, dat in wezen de Mars-programma's van NASA en ESA huwt en hun respectieve programmaverantwoordelijkheden en doelen omschrijft.
"De sleutel om verder te gaan met de verkenning van Mars is internationale samenwerking met Europa", zei Weiler in een interview tegen mij. 'We hebben niet genoeg geld om deze missies afzonderlijk te doen. De gemakkelijke dingen zijn gedaan en de nieuwe zijn complexer en duurder. Kostenoverschrijdingen op Mars Science Lab (MSL) hebben budgettaire problemen veroorzaakt voor toekomstige marsmissies ”. Om de MSL-overschrijding te kunnen betalen, moeten er middelen worden onttrokken aan toekomstige toewijzingen aan de begroting van Mars van de begrotingsjaren 2010 tot 2014.
“2016 is een logisch vertrekpunt om samen te werken. NASA kan een missie voor 2016 hebben als we met Europa werken, maar niet als we alleen werken. We kunnen zoveel meer doen door samen te werken, omdat we allebei wetenschappelijk dezelfde doelstellingen hebben en dezelfde soorten missie willen uitvoeren. ” Weiler en Southwood gaven hun respectievelijke wetenschapsteams de opdracht elkaar te ontmoeten en een realistische en wetenschappelijk verantwoorde aanpak uit te stippelen. Weiler legde me uit dat het zijn doel en hoop was om een opwindende Mars-architectuur te herstellen met nieuwe ruimtevaartuigen die bij elke gelegenheid worden gelanceerd die elke 26 maanden plaatsvinden en die de stand van de techniek voor de wetenschap bevorderen. "Het is erg belangrijk om bij elke volgende missie een cruciale nieuwe technologie te demonstreren".
Meer over het missieplan van 2018 en verder in een vervolgverslag.
