Amikorra az ExoMars 2016 két űrszondája megérkezik a Marshoz, a kritikus manőverekhez nagyon pontosan kell ismerni a helyzetüket.
Az európai és orosz együttműködésben készült, március 14-én indított ExoMars 2016 két egysége, a bolygóra három nappal később leszálló Schiaparelli és a Mars körüli pályára álló TGO (Trace Gas Orbiter) október 16-án válik el egymástól. Már most, a Mars felé vezető út közben megkezdték az ExoMars 2016 pontos pályameghatározását. A megérkezéskor néhány száz méteres pontossággal szeretnék tudni a földi irányítók, hogy merre jár az űreszköz. Ezt 150 millió km-es távolságban elérni nem is olyan egyszerű feladat! A mérési techika, amit haszálnak, a delta-DOR (Delta-Differential One-Way Ranging), vagyis a rádiós differenciális egyutas távolságmeghatározás.
A delta-DOR fő „hozzávalói” az űreszközről a Föld felé kibocsátott rádióhullámok, két egymástól távoli, de az űrszondát egyszerre megfigyelni képes földi követőállomás rádióantennája, valamit a háttérben egy rádiósugárzó aktív galaxismag (kvazár).
A kvazárok nagyon távoli, de igen nagy teljesítménnyel és nagyon kis térrészből sugárzó objektumok. Galaxisok közepén helyezkezdnek el, energiájukat akár több milliárdnyi Nappal egyenértékű, ún. szupernagy tömegű fekete lyukba hulló anyagból nyerik. Az elektromágneses sugárzás széles tartományában, így rádióban is jól megfigyelhetők. Ezt a tulajdonságukat használja ki a delta-DOR technika. Mivel a kvazárok nagyon nagy távolságban vannak tőlünk, égi pozíciójuk jó közelítéssel rögzítettnek tekinthető.
A két rádiós követőantennát és az űreszköz irányához közel látszó távoli rádiósugárzó kvazárt igénylő delta-DOR mérési technika vázlata. (Kép: ESA)
A mérés elve röviden a következő. Az űrszondáról – amely jelen esetben az ExoMars TGO – a rádiójeleket két különböző követőállomáson veszik. Ez az Európai Űrügynökség (ESA) esetén lehet például a spanyolországi Cebreros, a nyugat-ausztráliai New Norcia vagy az argentin Malargüe. Meghatározzák a jelek beérkezésének késését. Az antennák geometriai elhelyezkedése ismeretében kikövetkeztethető az űreszköz helyzete, de ehhez pontosan kell tudni a jelkésésnek azon összetevőit, amelyeknek nincs közük az űrszondához. Ilyen zavaró tényező a például a földi légkör vagy a megfigyelőállomásoknál levő elektronikus berendezésekben fellépő késleltetés, valamint az atomórák járásának apró pontatlanságai.
Ekkor veszik hasznát egy az űrszonda irányához közel látszó kvazárnak. Ugyanazzal a két antennával a kvazárt is megfigyelve, interferométeres módszerrel meghatározható a légkör és a berendezések okozta időkésés pontos mértéke, amit aztán levonhatnak a műholdra végzett mérésekből. Ehhez az kell, hogy a kvazár közel (általában néhány fokos távolságon belül) látszódjon, hiszen így biztosítható, hogy az onnan érkező rádiójelek a légkör ugyanazon részén haladnak át, mint az űrszonda jelei. Másrészt nagyjából ugyanakkor kell mérni, hiszen a késleltetés mértéke az idővel változik. Ezt úgy oldják meg, hogy rövid időközönként (néhány percenként) váltakozva figyelik meg az űrszondát, majd a rádiótávcsöveket a kvazár irányába fordítják. Aztán megint az űrszonda következik, és így tovább, több cikluson át.
A nagy képen az ESA globális követőállomás-hálózatának (Estrack) egyik antennája Malargüe (Argentína) mellett. Jobbra fent az égtérképrészlet a J1517-2422 (AP Librae) nevű kvazár helyzetét mutatja. (Kép: ESA / D. Pazos – antenna; Rami Rekola / Univerity of Turku – kvazár)
Az ESA követőállomásain a múlt héten kezdték meg az ExoMars TGO delta-DOR méréseinek hosszú sorozatát. Vonatkoztatásul a J1517–2422 (AP Librae) nevű fényes kvazár rádiósugárzását használják. Ahogy a szonda közeledik a Marshoz, úgy szaporodnak majd a precíz pozíciómérések is. Az utolsó időszakban már naponta két delta-DOR mérést hajtanak végre. Ezek eredményeinek ismeretében lehet a manővereket és a két űreszköz elválasztásának időpontját pontosan megtervezni.
A manőverezés pedig már most megkezdődött! Július 28-án, magyar idő szerint 11:30-kor kerítettek sort az első jelentős pályamódosításra (DSM-1) a Mars felé vezető bolygóközi utazás során. A kritikus művelet 52 percen át tartott és több mint 320 m/s sebességváltozást jelentett a szonda számára. Ez közel 95%-át teszi ki annak, amire a Marssal való találkozás érdekében szükség lesz. A második komolyabb pályamódosítás augusztus 11-én várható, a továbbiakban – szeptember 19. és október 14. között – már csak kisebb finomításokat terveznek. Kapcsolódó cikkek: Kapcsolódó linkek:
GYORSHÍR: Elindult az ExoMars 2016
Indításra kész az ExoMars, magyar szoftver a fedélzeten!
ExoMars 2016: közeleg a start
Az ESA követőállomások négy évtizede
Új követőállomás Dél-Amerikában
Űreszközök távirányítása (2. rész)
Űr-VLBI (2. rész) – mire jó ez?
Deep Space Network: fél évszázad
Megkezdődtek az ExoMars 2016 navigációs célú delta-DOR mérései (ESA)
Az ExoMars 2016 csütörtöki pályamódosító manőveréről (ESA)
A közös európai–orosz Mars-program következő nagy lépése nem 2018-ban, csak 2020-ban kezdődik.
