ExoMars maakt een rondje

Evenwichtsoefening

Tijdens de voorbereiding van de ExoMars-missie op haar vlucht naar Mars en haar duik in de atmosfeer van de planeet, is het essentieel om te verzekeren dat het ruimtevaartuig perfect in balans is terwijl het roteert.

De ExoMars 2022-missie bestaat uit vier grote onderdelen: de door ESA geleide Rosalind Franklin-rover, het door Roscosmos geleide Kazachok-oppervlakteplatform dat wetenschappelijke activiteiten zal uitvoeren op het oppervlak van Mars, de afdalingsmodule waarin de rover en oppervlakteplatform verpakt zitten en, tenslotte, de transportmodule die hen na de lancering van de Aarde naar Mars zal vervoeren.

Het samengestelde ExoMars-ruimtetuig tijdens een dynamische balanceertest
Access the video

Tijdens de cruise naar Mars zal het complete ‘ruimtevaartuigcomposiet’ (dat uit alle vier de eenheden bestaat) met ongeveer 2,75 omwentelingen per minuut om zijn as draaien om zijn traject te stabiliseren. Met een dynamische balanstest wordt gecontroleerd of er geen onevenwichten zijn. Dan zou de sonde immers gaan schommelen in de Ruimte, en om dat te compenseren zou te veel brandstof nodig zijn. Het is ook belangrijk dat het ruimtevaartuig in balans is en soepel rond zijn rotatieas draait. Zo kan het zijn antenne naar de Aarde gericht houden, waardoor een communicatieverbinding mogelijk is. 

Zodra de afdalingsmodule dicht bij Mars wordt losgelaten, zo’n 30 minuten voordat ze de atmosfeer binnenkomt, wordt de oorspronkelijke draai(hoek)snelheid gehandhaafd totdat atmosferische effecten het overnemen en de eerste parachute wordt geopend. Pas zodra het voortstuwingssysteem op het landingsplatform opgestart wordt, dicht bij het oppervlak van Mars, stopt de rotatie volledig.

Daarom worden twee dynamische balanceringstests uitgevoerd: één test voor het complete, samengestelde ruimtetuig en één zonder de dragermodule, dus enkel voor de afdalingsmodule met de rover en het platform erin. Bij alle tests, die werden uitgevoerd in de cleanroom van Thales Alenia Space in Cannes, Frankrijk, werden de modules gebruikt die daadwerkelijk zullen vliegen.

Tijdens de test met het samengestelde ruimtevaartuig werd de eenheid onderworpen aan een spin tot 30 tpm, wat overeenkomt met een centrifugale versnelling van 2g aan de buitenrand van het hitteschild van de afdalingsmodule.

Na voltooiing van de omgevingstests in Cannes zal het ruimtevaartuig half maart terugkeren naar de faciliteiten van Thales Alenia Space in Turijn, Italië, voor verdere functionele tests.

Repetitie voor de rover-wetenschap

Ondertussen realiseerde het 'ground test-model' van Rosalind Franklin in het Rover Operations Control Center (ROCC) in Turijn een belangrijke mijlpaal. Terwijl de replica-rover nog steeds stationair in de cleanroom staat, stuurde het operatieteam hem exact aan zoals ze zouden doen als de rover effectief op het Marsoppervlak was.

"Het was echt opwindend om voor het eerst de ROCC-commandostructuur toe te passen, exact zoals later tijdens de echte missie", zegt Luc Joudrier, ESA's ExoMars Rover Operations Manager. "We hebben het ‘Activiteitenplan’ van de rover gedefinieerd, het naar de rover gestuurd en daarna de gegevens binnengekregen en verwerkt. Het is geweldig het ROCC zo te zien werken."

Een van de activiteiten was het testen van de unieke boormachine van Rosalind Franklin. Het is de eerste keer sinds het begin van de verkenning van Mars dat een rover bodemmonsters kan nemen tot 2 meter onder het oppervlak, waar oude biomarkers nog steeds beschermd zouden kunnen zijn tegen de harde straling op het oppervlak, en ze in het laboratorium aan boord kan plaatsen. In de recente oefening kreeg de replica-rover de opdracht om zijn boor te ontplooien met een nep-monster aan boord en dat naar de analytische laboratoriumlade te brengen. Tijdens de eigenlijke missie zal een geavanceerd laboratorium op Mars de samenstelling van het monster analyseren.

De rover kreeg ook de opdracht om het monster in beeld te brengen met zijn Close-Up Imager, die zich aan de onderkant van de boorunit bevindt.

De panoramische hoge-resolutiecamera's werden ook geactiveerd als onderdeel van een oefening voor beeldkalibratie.

Binnenkort zal de tweelingrover verhuizen naar de Mars Terrain Simulation van het ROCC om bewegingsinstructies en andere functionele tests uit te proberen. Tot de missie op Mars aankomt zullen de rover-operatoren en wetenschappers deze simulaties regelmatig herhalen en zich toeleggen op de verschillende rover-activiteiten, als onderdeel van hun training.

Een nieuwe teststrategie voor de parachute

De twee hoofdparachutes die zullen helpen om de missie veilig naar het Marsoppervlak te brengen, staan ingepland voor een volgende valtest van op grote hoogte in mei / juni van dit jaar vanuit Kiruna, Zweden. Na eenzelfde test in november 2020 waren beide parachutedoeken een beetje beschadigd. Daarom werd een nieuwe weg vooruit ingeslagen.

"We hebben onze strategie herzien zodat we de best mogelijke kansen hebben om de ExoMars-parachutes voor het einde van dit jaar te laten slagen voor de tests, op tijd voor het lanceervenster van 2022," zegt Thierry Blancquaert, waarnemend ExoMars-programmateamleider. "Daarom hebben we een tweede gespecialiseerde parachutefabrikant uitgenodigd om mee te werken aan het ExoMars-programma. Die levert ons extra doeken die we kunnen gebruiken tijdens de volgende tests."

Naast de parachutes van Arescosmo worden nu ook nieuwe parachutes vervaardigd door Airborne Systems, de firma die hielp om de NASA Perseverance-rover eerder deze maand veilig op Mars te brengen. Airborne Systems ondersteunt ook de parachute-openingstests op de grond die worden uitgevoerd bij NASA/JPL.

Daar waar de Perseverance-rover van Nasa slechts één parachute en één ‘skycrane’ gebruikte om op Mars te landen, heeft de ESA-Roscosmos ExoMars-missie twee hoofdparachutes nodig (elk met een eigen pilootparachute voor het openen) om de afdalingsmodule helpen te vertragen terwijl ze door de atmosfeer van Mars duikt.

De volledige sequentie voor het openen van de parachutes werd gekwalificeerd tijdens de eerste valtest op grote hoogte in 2019. Toen werd een valtestvoertuig losgelaten vanaf een hoogte van 29 km, met behulp van een stratosferische ballon. In dezelfde test werd echter aanzienlijke schade aan de parachutedoeken vastgesteld. Dit leidde tot een herontwerp van de parachutezak, een herziene vouw- en inpakstrategie, en verstevigingen aan beide parachutedoeken. De gewijzigde zakken en parachutes werden met succes getest in de eerste snelle dynamische openingstests op de grond, in de faciliteiten van NASA/JPL in december 2019. De oorspronkelijke schade werd eind vorig jaar ook met succes gerepliceerd in een reeks speciale grondtests, die de grondoorzaken van de waargenomen afwijkingen bevestigden. De schade aan het doek tijdens de valtest van november 2020 was aanzienlijk minder ernstig dan die tijdens de test van 2019, en onderzoek van de testgegevens wees op de noodzaak aan verbeteringen in het vroege opblaasproces.

“De nieuwe parachutedoeken zijn sterker en robuuster, en het nieuwe ontwerp van de zakken heeft al veelbelovende resultaten opgeleverd. We kijken er dus naar uit om de logistieke voorbereidingen af te ronden voor onze volgende valtest van op grote hoogte in mei-juni, vanuit Kiruna, Zweden,” zegt Thierry.

Naast een nieuw ontwerp voor de parachutezak kwam er ook een verbeterde aanpak van het opvouwen. Zo wordt het probleem opgelost van de parachutelijnen die verstrengeld raakten bij het openen van de parachute, waardoor de parachute niet correct opgeblazen raakte.”

Om zo veel mogelijk te kunnen testen wordt een verdere valtest van op grote hoogte gepland vanuit Oregon, VS, in september-november. Indien nodig zou in februari/maart 2022 vanuit Oregon nog een laatste test kunnen worden overwogen.

In de maanden voorafgaand aan de valproeven op grote hoogte zullen tests uitgevoerd worden in een testinstallatie voor dynamische extractie op de grond. Dat laat toe om de prestaties te controleren na elke wijziging aan de parachutes, het vouwen of de zakken. Valtests op grote hoogte vereisen immers een complexe logistiek en strikte weersomstandigheden, waardoor ze moeilijk in te plannen zijn. Grondtests daarentegen kunnen snel worden herhaald. Zo besparen we niet alleen tijd, maar verkleinen we ook het risico doordat we meer tests kunnen uitvoeren.

"We hebben waardevolle lessen geleerd uit de huidige race naar parachutekwalificatie, niet het minst over de noodzaak om voor zo’n complexe missies nieuwe technologieën veel eerder in de missietijdlijn te testen”, zegt Francois Spoto, ESA's Mars Exploration Group Leader. "Samen met ons grote industrieconsortium en met internationale partners blijven we verder werken om de laatste hindernissen te overwinnen en Europa veilig naar Mars te brengen."

De ExoMars-missie wordt met een Proton-M-raket met een bovenste trap van het type Breeze-M gelanceerd vanuit Baikonoer, Kazachstan. Het lanceervenster loopt van 20 september tot 1 oktober 2022. Eenmaal veilig geland in de Oxia Planum op Mars, op 10 juni 2023, zal de rover van het oppervlakteplatform rijden, op zoek naar geologisch interessante locaties om onder het oppervlak te boren en zo te uit te maken of er ooit leven geweest is op onze buurplaneet. Het ExoMars-programma, een samenwerking tussen ESA en Roscosmos, omvat ook de Trace Gas Orbiter, die sinds 2016 in een baan om Mars draait. Naast zijn eigen wetenschappelijke missie zal Trace Gas Orbiter een essentiële rol vervullen in het doorsturen van de gegevens van de oppervlaktemissie. De satelliet biedt nu al ondersteuning voor gegevensoverdracht aan de oppervlaktemissies van NASA, zoals bij de aankomst van de Mars 2020 Perseverance-rover vorige maand.

Voor meer informatie:
ESA Media Relations
media@esa.int